來源：中國合成樹脂網 2021-07-15 11:54:40
在國家對環境保護越發重視的趨勢下，塑料制品行業尤其是一次性塑料制品的企業生存岌岌可危，是否能快速轉換生產“可生物降解材料”成為企業未來發展走向的關鍵。生物可降解塑料其產業鏈跨越了農業和化學品合成領域。以玉米淀粉為原料的聚乳酸（PLA）為例，整個產業鏈包括植物原材料獲取、原材料制備、化學單體和中間體制備、生物可降解塑料顆粒合成、改性塑料配制到最終塑料制品生產幾個環節，整個產業鏈通常是全球范圍跨地區、多個上下游企業一起完成的。
European Bioplastics(歐洲生物塑料協會)發布的最新數據顯示，全球生物基塑料約占每年生產的塑料中的1%。2020年，全球生物基塑料產能達211.1萬噸，其中可生物降解塑料的產能為122.7萬噸，不可生物降解產能為88.4萬噸。政策利好和預估的需求暴增正在推動著可降解塑料產業的快速發展。
一、生物可降解塑料類別
生物可降解塑料超過20種，但目前只有三種類型實現商業大規模制造，包括主要以植物淀粉為原料的淀粉基塑料和聚乳酸（PLA），以及以石油副產品為主要原料的二元酸二元醇共聚酯（PBS，PBSA，PBAT，下稱PBS類塑料），這三類材料的產能總和達到全部生物可降解塑料的95%。
1.淀粉基塑料
淀粉因為便宜、量大、制造容易、且生物可降解，被看作是發展生物可降解塑料的重要材料。早期的淀粉基塑料主要是在不可降解的塑料如聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）中添加淀粉，從而達到降低成本、增加降解性的目的。這類材料只有淀粉部分可以在特定條件下降解。目前淀粉基塑料全球產能約45萬噸，隨著市場對降解性要求的提升，現階段的淀粉基塑料主要是熱塑性淀粉，與其他生物可降解材料混合制備出新的聚合物。
2.PLA
PLA是另外一種主要發展的生物可降解塑料種類，價格相對低廉且具有比較良好的物理特性，截至2020年，全球PLA產能約39萬噸。淀粉基塑料和PLA的生產依賴糧食作物，包括土豆、玉米、甘蔗或木薯等。雖然塑料產業在研究使用非糧作物進行生產，如以玉米秸稈、甘蔗渣等木質纖維素，或以二氧化碳、甲烷作為原料，但在短期內糧食作物仍然會是主要原材料。
3.PBS類塑料
PBS類是以石油副產品為原材料聚合而成的生物可降解塑料，目前全球產能約37萬噸。從技術層面來講，PBS可以100%使用生物基原材料制造，PBAT可以達到50%生物基。但由于目前生物基原材料的產業化還不成熟，石化來源的PBS類塑料仍然是市場主流。丁二醇、丁二酸為生產PBS類聚酯生物降解塑料的主要生產原料。
4.PHA
聚羥基脂肪酸酯（PHA）是另外一類重要的生物可降解塑料，目前產能尚少，全球僅25,000噸。PHA是微生物以糖類或油脂為原材料在發酵過程中自身代謝合成的物質。現在的PHA合成主要使用多糖，但科學家在研究是否可以將各種農業副產品、廚余、生活廢水、沼氣等廢棄物用做高效的PHA生產原料。PHA尚未大規模商品化的主要瓶頸是居高不下的生產成本，未來或也將是發展最快的生物可降解材料。
除這四大類商業主流種類之外，還有多種生物可降解塑料，比如可以在水中溶解的PVOH，用二氧化碳制造的PPC，能夠與多種材料共混的PCL，聚乙烯醇PGA等等。雖然近年來關于新的生物可降解塑料研究成果的報道層出不窮，但由于技術和成本的限制，這些材料仍然無法滿足商業需求，實現大規模生產化還有待時日。
二、全球生物可降解塑料的發展概況
歐洲、美國、日本有多家公司實現了生物可降解塑料的規模化生產。由于原材料供應的便利和生產的價格優勢，生產基地近年來逐步向亞洲集中。亞洲新增了很多本地制造商以及歐美公司投資的產能，其中國內和泰國的增長尤為突出。
淀粉基塑料：意大利的Novamont公司是全球最大的全淀粉基塑料生產企業，產能達到15萬噸/年。Novamont公司在意大利境內設有4個生產基地，使用的植物原材料主要包括谷物淀粉和菜籽油。
PLA：全球過半PLA產能集中在美國的Nature Works公司，其15萬噸/年的生產線均在美國境內。全球第二大的PLA生產線由荷蘭的Total Corbion PLA公司于2019年在泰國建成，年產7.5萬噸，使用泰國本地甘蔗為原材料。2020年初，Total Corbion宣布將在法國再建一座年產10萬噸PLA的生產線。剩余的主要PLA生產商都集中在中國。江蘇允友成生物環保材料有限公司擁有年產5萬噸的PLA生產線，其他大多數企業生產線產能在1萬噸左右。最近，安徽豐原集團有限公司宣布了“2025年達到PLA年產1500萬噸，2030年達到3500萬噸”的計劃。該公司計劃產能若建成，將是現有全球PLA產能的100倍。安徽豐原集團稱PLA生產的原材料將以巴西進口玉米為主。最近中糧生物在時隔18個月之后的PLA生產線也已重啟。
PBS類塑料：巴斯夫（BASF）現有PBAT產能7.4萬噸/年，并且在2020年宣布擬在中國新增6萬噸/年的PBAT產能。中國PBAT材料行業內企業集中度高，金發科技為首的多家企業總產能達到20萬噸/年，超過全球50%。這些公司的PBS類塑料都使用石油副產品作為原材料。目前日本三菱作為PBS產能最大的日本公司，在泰國新建了產能為3萬噸/年的工廠，用來生產玉米基和石油基混合的PBS。PBS類聚酯生產可通過對PET、PBT聚酯設備進行改進生產。目前我國聚酯設備生產能力嚴重過剩，改造生產PBS為過剩的聚酯設備提供新的機遇。
PHA：PHA的產能曾經遠大于現有規模，但由于市場推廣沒有達到預期，產能利用率低于10%，多家企業相繼停止生產。目前美國的Danmier Scientific擁有現在最大的PHA生產線，以油菜籽為原材料在美國進行生產，該公司稱未來幾年的目標是推動PHA生產技術達到商業量產規模，生產使用的油菜籽有可能會來自美國東南部。在中國，天津國韻生物材料有限公司擁有全國最大的PHA生產線，年產能達1萬噸。
三、生物可降解塑料的市場需求
歐洲和北美是現在生物可降解塑料的最大市場，在一些亞洲國家，尤其是中國和印度，減塑政策也推動著生物可降解塑料的需求迅速增長。
一次性包裝是生物可降解塑料的最大使用領域，2019年59%生產的生物可降解塑料被做成了可降解塑料袋、食品袋、食品盒、飲料和化妝品塑料包裝等等，其中各種軟性包裝用量最大，使用了近50萬噸生物可降解塑料。多家國際消費品公司、全球連鎖的餐飲巨頭和連鎖超市在推廣和使用生物可降解塑料，其中生鮮和食品包裝、一次性餐具、以及可堆肥降解塑料袋需求量最大。生物可降解食品包裝和一次性餐具的需求在2017年達到16.4萬噸，預計到2022年將超過18萬噸。
可堆肥降解袋是生物可降解包裝的第二大應用，2017年達到7.2萬噸，預計到2022年將接近8萬噸。國際知名電商公司也在政策和環保的雙重壓力下開始使用生物可降解塑料包裝。以中國為例，快遞和外賣兩個行業在政策推動下，若達到20%外賣包裝可降解以及政策所期待的“50%快遞包裝可降解”，將產生超過74萬噸的生物可降解塑料需求。2020年的新版限塑令要求到2025年底全國范圍郵政快遞網點禁止使用不可降解的塑料包裝，若快遞業不著力發展塑料減量方案，只是用可降解材料替代，以現在的快遞行業增長速度，2025年中國的快遞業預計會使用近500萬噸的可降解包裝。
2019年生產的生物可降解塑料中14%用于農業和園藝領域，包括生物可降解農膜、育苗杯等產品。雖然生物可降解農膜的效果和降解性目前仍然在測試階段，但由于傳統的聚乙烯農膜無法在土壤中降解，破碎后會造成嚴重的土壤污染，多個國家已嘗試推廣使用在土壤中生物可降解的塑料農膜以代替傳統聚乙烯農膜。目前發展生物可降解農膜的主要材料是非生物基的PBAT。BASF預計全球的生物可降解農膜需求可達到每年200萬噸，歐洲市場的需求可達到每年10萬噸。中國是最大的覆膜種植國，每一年使用的農用地膜約250萬噸；若以10%的替換率計算，中國對生物可降解農用地膜的年需求將超過20萬噸。
根據清華大學溫宗國教授的估算，若不改變消費增長，并使用生物可降解塑料替代限塑令的禁限品項，中國在未來五年內累計需求量將達到2200萬噸，是目前全球全部產能的10倍。
四、生物可降解材料未來發展
雖然發展前景看似可觀，生物可降解材料的生產和使用仍面臨著很多未解決的挑戰。作為新興材料，無論是產業發展、應用或是相對應的后端處理，生物可降解塑料都面臨著很多懸而未決的問題，目前推廣和使用面臨諸多問題，包括：
一、可降解性的測試標準仍需完善，可降解的認證體系無法反映真實環境中可降解產品的降解情況；
二、可降解產品沒有明確、統一的認證標識供消費者辨別，命名也沒有法律規范，執法者也難以辨認；
三、可降解產品主要依賴生物原材料，原材料的供應鏈缺乏規范，將會限制其更大規模的生產；
四、可降解產品的廢棄物缺乏對應的處理系統，廢棄物無法處理，很難達到塑料污染治理的目標；
五、可降解塑料作為新興材料，生產過程以及降解過程如何保證綠色無毒，仍需要更多研究和監督管理。
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