新2手机网址(www.zq38.vip):我国生物基可降解塑料行业充满商机,一个千亿级市场正在打开

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近年来,随着国际能源供给压力持续增大,全球能源市场震荡加剧,非可再生能源和资源短缺问题日趋严重。


同时,遏制全球变暖、实现“碳中和”目标已成为国际社会共识,加快构建绿色低碳发展体系已成为时代潮流。


于是,生物塑料的潮流不可逆地到来了。对这个市场,对生物塑料的生产技术,都在被高度关注。2025年全球生物塑料产能将增至287万吨。



生物塑料在越来越多的市场中得到应用,从包装到餐饮产品,从消费类电子产品到汽车,从农业/园艺和玩具到纺织品及其他几个细分市场。包装仍是生物塑料最大的应用领域,2020年其占生物塑料总市场的47%(99万吨)。


01


生物基可降解塑料概述


生物塑料是生物基塑料和生物降解塑料的统一称呼。根据权威的欧洲生物塑料协会定义方法,生物塑料可按照原料来源和产品功能性分为生物基塑料和生物降解塑料。


生物基塑料是指加工原料来自于可再生资源的塑料, 生物降解塑料是指在一定条件下可被自然界中的微生物降解的塑料。并非所有生物降解塑料均来自于可再生资源, 也可以来源于石油基。


生物基可降解塑料的原料来自于自然界的可再生碳源,在具备一定发酵降解的条件基础上可被微生物降解, 如纤维素纤维,聚乳酸(PLA),聚羟基烷酸酯(PHA), 聚丁二酸丁二酯(PBS)等。淀粉基塑料、PLA、PHA、PBS 是当下整个生物降解塑料市场中研究最多、市场化规模最大的四个主要品种。


1、淀粉基塑料


淀粉基塑料是以天然淀粉为原料,加以改性、接枝反应后,与其他混合物或者单体相混合,通过挤出、注塑等传统热塑性机器加工制成。含淀粉基塑料的植物资源多且地理分布广泛,成本低廉,但单一淀粉基塑料存在质脆、力学性能差、粘度大、易吸水等问题,限制了它在既需要机械强度又需要热稳定性的塑料工业中的应用。


在实际应用中,一般均需要对淀粉进行物理共混或化学改性处理,以改善其热塑加工性能。淀粉基复合降解塑料种类较多,研发历史悠久,市场规模大,具有较好的应用前景。可用来替代聚乙烯、聚丙烯等常规塑料,应用于一次性餐具、食品容器、包装材料、地膜、缓冲包材、玩具等领域。


2、聚乳酸生物降解塑料(PLA)


P L A 是一种新型的生物降解材料,使用可再生的植物资源如玉米、甘蔗等所提炼出的淀粉原料制成,合成 P L A 主要有两种方法,即乳酸直接缩聚法和丙交酯开环聚合法(又叫两步法),其中两步法聚合路线最常用,首先将乳 酸减压蒸馏制得丙交酯,再以丙交酯为单体,在引发剂、 高温和高真空条件下反应一定时间生成 PLA。


PLA 兼具生物基来源和可生物降解属性,无毒、无刺激性、易加工成型、强度高,但其脆性大、韧性差,结晶速率慢,在工程塑料应用领域受到一定限制。针对其韧性差、脆性大的缺陷,常采用改性的方法提升其综合性能,且保证其生物降解性。


P L A 具有与聚丙烯类似的力学性能,同时它的光泽度、清晰度和可加工性与聚苯乙烯相似,可通过挤出、注塑、吹塑等通用塑料加工方法加工成各种食品和饮料的包装材料,医用缝合线、组织工程支架等医用材料也都有 PLA 的身影。


3、聚羟基烷酸酯(PHA)


PHAs 是由微生物通过各种碳源发酵而合成的脂肪族共聚聚酯,P H A s 具有不同的单体结构,因此种类繁多。根据单体链长可以分为短链 PHAs 和中长链 PHAs,根据聚合物中单体结构的规律性,P H A s 还可以分为均聚物、无规共聚物和嵌段共聚物。


P H A s 主要有两种合成方法,化学合成法和生物合成法。本材料具备热可塑性、生物降解性,生物相容性,同时还具有一些特殊的材料学特征,如非线性光学活性、压电性、气体阻隔性等,其基本性能与聚丙烯相似,但其存在热稳定性差、加工窗口较窄等缺陷,因此国内外专家和学者利用不同方法对 P H A s 进行改性研究。


因其结构多样,聚羟基烷酸酯材料在生物医学、食品饮料包装领域、工农业等方面都有着广泛应用的前景。


4、聚丁二酸丁二醇酯(PBS)


P B S 以脂肪族丁二酸、丁二醇为主要生产原料,可以采用不可再生石化资源也可以采用自然界的可再生碳源生物发酵生产。P B S 的合成主要有三种方法,直接酯化法、 酯交换法、预聚体扩链法,常用的是直接酯化法。


P B S 具有耐热性较好、耐水解、加工性能好和良好的力学性能,是目前通用型降解塑料中加工性能最好的,可适用现行大多数成型加工方法,但 PBS 也存在一些缺陷,如相对分子质量较低,分子链中长支链少,缺少活性反应点且降解速率较慢等。因此,对 P B S 的研究焦点主要集中在改性方面,并做了大量工作。PBS 在生物医用材料、食品药品包装,农用地膜等领域均得到了广泛的应用。


02


生物基可降解行业商机何在?


其实生物基可降解技术研究由来已久,追溯至上世纪六十年代美国杜邦公司开始用间接的方法制备聚乳酸,历经漫长研究发展至今逐步产业化落地实践。现阶段生物降解塑料下游最主要应用于包装、农业、3D打印、现代医药、纺织业等。


2020年,国内提出“双碳”战略,将生物基材料作为“十四五”规划的重点任务。国内正大力发展塑料循环经济,建立塑料污染治理体系,改进和创新塑料原料,致力于从源头预防和减少可能产生的塑料污染。相比传统塑料的替代方案,生物可降解材料具有类塑性,应用范围更广,使用起来也更加环保。由此可以看出国内可降解塑料的行业发展前景巨大,生物降解塑料作为可降解塑料市场的绝大部分占有者,逐渐地成为国内降解塑料领域关注的焦点。



由于生物降解塑料的应用范围不断扩大,生物降解购物袋、生物降解一次性餐具等下游产品稳定发展,国内生物降解塑料的消耗量由2016年的15.1万吨持续增长至2020年的22.0万吨,复合年增长率为9.8%。未来,随着下游市场需求的增长,预计中国生物降解塑料的消耗量将大幅增长,预计2022年消耗量将达33.8万吨。


国内生物降解塑料产品销售收益总额从2016年33.9亿元到2020年60.6亿元,复合年增长率为15.7%。其中,快递包装、一次性餐具、一次性购物袋及其他生物降解塑料产品的销售收益分别以13.4%、15.8%、16.0%及10.9%的复合年增长率增长。预计2022年中国生物降解塑料产品的销售收益总额将达96.9亿元。


生物降解塑料产品分类中,一次性购物袋市场份额最高达71.3%,其次为一次性餐具,市场份额21.5%。快递包装市场份额4.8%。


生物降解塑料销售收入:国内生物降解塑料产品销售收益总额从2016年33.9亿元到2020年60.6亿元,复合年增长率为15.7%。其中,快递包装、一次性餐具、一次性购物袋及其他生物降解塑料产品的销售收益分别以13.4%、15.8%、16.0%及10.9%的复合年增长率增长。预计2022年中国生物降解塑料产品的销售收益总额将达96.9亿元。


生物降解塑料产品分类中,一次性购物袋市场份额最高达71.3%,其次为一次性餐具,市场份额21.5%。快递包装市场份额4.8%。


从专利发布数量来看,2016-2021年中国生物基可降解材料专利申请数量逐年递增,从357项增长到637项,该领域受重视程度逐渐加深,企业创新力不断提升。


从结果来看,2016-2020年间,国内生物降解塑料总产量由16.6万吨增至24.1万吨,复合年增长率为9.7%。由于产能不断扩大,产能利用率不断提高,预计2022年中国生物降解塑料产量将达到36.5万吨。在碳中和背景下,生物基材料及可降解塑料由于其绿色、环境友好、资源节约的特点,正逐步引领当代世界科技创新和经济发展。同时其可以替代石油基高分子材料,从而缓解人类目前面临的能源危机和环境危机等困境。



随着我国环保意识的觉醒,新一代的人们开始反思对垃圾的可降解性。也开始意识到生物基替代石油基将成为未来的一大趋势。生物降解塑料是今后我国乃至世界降解塑料行业发展的主要方向。在我国石油资源短缺、能源严重依赖进口、白色污染十分严重的背景下,推动生物降解塑料的应用乃至催生一个新的生态塑料产业,是产业转型的一个重大方向。在市场的刺激下,下游市场将进一步打开,产能也会随之提升,进而形成一个千亿级市场。


03


我国生物基可降解塑料产业发展现状


1、原料供应保障充足,部分生产技术取得进展


生物基可降解塑料的原料供给结构主要以玉米、秸秆为主,大豆、淀粉等为辅(见图2)。我国粮食自给率在九成以上,据国家统计局数据显示,2021年我国粮食总产量达到13657亿斤,连续7年稳定在1.3万亿斤以上。其中工业用粮占比约20%,是我国粮食的第三大用途。以玉米产量为例,2015—2020年我国玉米产量稳定在2.55亿~2.65亿吨之间,约25%用于工业消费,奠定了坚实的原料基础。总体来看,生物基可降解塑料的原材料供给较为稳定。



生物基可降解塑料的制备方法主要有天然材料直接加工、微生物直接合成、微生物发酵结合化学合成,以及多种材料共混加工等。我国开展相关生产技术研究起步较晚,但目前也取得了一批具有自主知识产权的技术。从专利申请来看,科研机构和相关企业主要围绕增韧剂、增塑剂、相容剂等重要辅料和闪蒸罐、物料通道等反应装置进行生产技术专利布局,自主创新能力不断提升(见图3)。此外,中粮科技开发出“两级浓缩-两步缩聚-全程控温”的连续反应PLA生产新工艺,微构工场通过重新编辑了嗜盐细菌基因成功开发了“下一代工业生物技术”。


2、化工企业加速布局,集聚发展态势凸显


随着“双碳”时代的到来,重点化工企业纷纷加速布局生物基可降解塑料,加大技术攻关力度、突破生产工艺瓶颈,PLA、PHA等产能有较大幅度提升,产业化进程不断推进。武汉华丽、虹彩科技、苏州汉丰、山东必可成等企业实现规模化生产淀粉基生物降解塑料,并不断改进产品性能;海正生物、金丹科技、中粮生化、普立思生物、联泓新科、万华化学等积极新建、扩建PLA项目;中粮科技、蓝晶微生物、北京微构工场、天津国韵生物科技等不断优化PHA生产工艺和推进产业化应用。与此同时,一些重点地区将生物基材料作为重点发展的绿色产业,加强集聚区或基地建设,如辽宁营口高新区生物降解材料及制品创新型产业集群,获批科技部2021年度创新型产业集群试点,力争打造成为千亿级产业集群;安徽蚌埠建成生物基新材料产业基地,贯通上游原材料乳酸和下游生物基纤维和塑料制品生产线,不断推动产业链协同发展。


3、消费需求日益增加,市场增长空间广阔


我国2008年出台的“限塑令”取得了显著成效,但随着快递、外卖等新兴行业的爆发式扩张,一次性塑料制品用量激增。国家发改委、生态环保部于2020年发布《关于进一步加强塑料污染治理的意见》,明确提出分步骤、分领域禁限使用不可降解塑料袋等,推广、应用可降解购物袋、包装膜等替代产品。《“十四五”生物经济发展规划》中指出,重点在日用制品、农业地膜、包装材料、纺织材料等领域应用示范生物可降解材料制品,积极开拓生物材料制品市场。政策驱动下,生物基可降解塑料将替代传统塑料成为市场需求的主力军,尤其在农用地膜、一次性包装材料等特定应用场景中优势显著,应用前景十分广阔,未来将成为一个百亿级别的细分市场。然而,目前我国生物基可降解塑料严重依赖进口,对外依存度较高。据海关总署统计,2010—2021年我国PLA进口量远超同期出口量,且呈快速增长态势,从2661吨增长至25295吨,年均复合增速高达20.6%(见图4)。由此可见,我国生物基可降解塑料市场规模仍有很大的增长空间。


04


我国生物基可降解塑料产业发展面临的问题


1、关键核心技术突破不足


由于科研成果转化困难、生产企业总体创新能力不足,叠加材料生产技术壁垒较高,我国生物基可降解塑料工业化生产仍面临诸多技术瓶颈,技术水平与国外存在一定差距。例如,PLA的工业制备方法为丙交酯开环聚合法,中间体丙交酯的合成和纯化反应是生产工艺中的技术难点;PHA微生物合成过程中的分离提取工艺都存在工艺复杂、条件苛刻、技术要求高等问题。此外,提升淀粉基材料的相容性和共混性,以制备淀粉基复合降解塑料也是技术难点和热点。尚未攻破的技术难题进一步制约了生物基可降解塑料性能的优化提升,使其综合性能逊色于石油基材料。


2、生产成本居高不下


淀粉基材料产业化程度较高,其价格与石油基可降解材料基本持平;PLA由乳酸合成,受农作物价格和乳酸工业生产成本影响,综合成本要高于石油基可降解塑料;PHA完全是由微生物合成的高分子聚合物,分离提取难度高,工业生产成本偏高。总体来看,生物基可降解塑料的完全成本依然较高,未来一段时间仍是制约其市场化应用的重要原因,迫切需要通过技术攻关和规模化生产来有效降低成本。


3、规模化应用有待扩大


目前,淀粉基材料、PLA已初步实现规模化应用,PHA的产能、应用量也在不断增加,但低产量、高成本问题严重制约生物基可降解塑料应用市场规模的进一步扩大。一方面,虽然安徽丰源、吉林中粮生物、金发科技、武汉华丽环保等一批生产企业发展较好。但我国生物基可降解塑料年产量远达不到市场消费需求,仍严重依靠进口,“供不应求”问题较为突出。另一方面,由于使用成本偏高,消费者接受度低,生物基可降解塑料的市场渗透率较低,应用市场总体规模仍然较小。


05


三方面建议


1、加快核心技术攻关,畅通成果转化渠道


一是依托重点研发计划,集中力量攻克丙交酯合成纯化、PHA分离提取等一批核心技术,通过改性、复合材料制备等途径,不断提升和优化生物基可降解塑料综合性能。二是加强创新资源整合,充分发挥企业创新主体作用,鼓励以联合项目攻关、专家客座、技术入股等方式加大校企合作力度,有效推动科研成果走向生产线、形成产能,加快产业化进程。三是加大先进生物基可降解塑料生产制造技术的引进力度,注重技术的系统化集成、再创新和知识产权保护,推动技术转化落地。


2、加快推进产能提升,培育特色产业集群


一是对淀粉基材料、PLA等已经实现规模化生产的材料,通过优化工艺、应用先进生产装置、增设生产线等方式加速现有产能扩张,进一步降低生产成本;同时,加大改性材料、复合材料的开发和生产,如热塑改性淀粉基塑料、淀粉/聚合物复合塑料、改性PLA等,推动工业化技术的不断成熟。二是对PHA等产业化程度不高的材料,通过采用生物废弃物作原料、提升产品转化率等手段降低生产成本,进而推动新增产能建设、扩大生产规模。三是加快布局重点产业项目,培育生物基可降解塑料特色产业集群,推动产业高端化、绿色化发展,形成示范引领效应。


3、加快市场应用推广,提升产业整体水平


一是依托我国“双碳”、“禁塑”政策的发布和行业相关标准的实施,不断推进下游应用领域强制性标准和政策要求的制定,提升生物基可降解塑料的替代空间,提速产品推广应用。二是提升生物基可降解塑料产业化水平,通过优化材料性能、增加产品多样性来拓展应用场景,以规模化生产摊销成本不断降低使用成本,激发下游市场需求潜力。三是不断提升塑料产品国际竞争力,加强海外市场开拓,推动产品“走出去”,实现市场驱动产业发展的正向反馈。


来源:小兵资讯看新闻, 中国化工信息周刊,塑库网

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