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融资需要的材料(融资需要准备什么材料)

2023年04月22日 08:42

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·生物可降解材料·

2023年1月,多部门提出发展非粮生物基材料,目标是到2025年,部分非粮生物基产品竞争力与化石基产品相当。随着当今世界能源、环境危机问题日益严重,推动环境友好型生物基材料的发展,以替代石化资源和减少白色污染,促进环境保护变得愈发重要。近年来,受全球禁限塑政策和双碳目标的推动,我国生物基与降解材料已经初具规模,数据显示,2022年中国生物降解塑料产量约25万吨,占全球22%。未来5年,生物降解塑料仍将保持高速增长态势,复合增长率超过30%。生物降解材料行业成了资本市场的香饽饽,2022年已有20多家企业获得了资本市场融资或机构投资,融资额度超过100亿元。

一、生物可降解材料概况

(一)定义及降解机理

生物降解材料,亦称为“绿色生态材料”,指的是在土壤微生物和酶的作用下能降解的材料。具体地讲,就是指在一定条件下,能在细菌、霉菌、藻类等自然界的微生物作用下,导致生物降解的高分子材料。

理想的可生物降解材料是一种具有优良的使用性能、废弃后可被环境微生物完全分解、最终转化成CO₂和H₂O,成为自然界中碳素循环的一个组成部分的高分子材料。

生物降解材料的分解主要是通过微生物的作用,因而,生物降解材料的降解机理即材料被细菌、霉菌等作用消化吸收的过程。首先,微生物向体外分泌水解酶与材料表面结合,通过水解切断表面的高分子链,生成小分子量的化合物,然后,降解的生成物被微生物摄入体内,经过种种代谢路线,合成微生物体物或转化为微生物活动的能量,最终转化成CO₂和H₂O。按其降解的化学本质则分为水解和酶解两种。

(二)生物降解材料的分类和特点

目前广泛研究和使用的生物降解材料包括天然降解高分子材料、微生物合成降解高分子材料和人工合成生物降解材料三大类:

1. 天然高分子材料

天然高分子材料可用来制备生物降解材料,它是由生物体提取或自然环境中直接得到的一类大分子,具有良好的生物相容性和可降解性,但一般不具备足够的机械性能和加工性能,某些材料还会在体内引起异体免疫反应,因而在医学中应用更多的是经过化学改性的衍生物或与其他材料的复合物。

按照结构与组成,可分为天然蛋白质、多糖及其衍生物,此外还包括一些生物合成聚酯。典型的蛋白类、多糖类物质及其衍生物有胶原、明胶、环糊精、淀粉、葡聚糖、壳聚糖、透明质酸、纤维素、海藻酸衍生物、硫酸软骨素和肝素等。

2. 微生物合成的可降解材料

微生物合成的可降解材料(生物合成或生物衍生材料)主要包括聚β-羟基丁酸酯(PHB)、聚羟基戊酸酯等,它们同属于聚羟基烷酸酯(PHA)。其中,聚羟基丁酸是低毒材料,目前已被用于药物控释、缝合线和人工皮肤等。

3. 人工合成型的生物降解材料

人工合成型的生物降解材料大多是在分子结构中引入酯基的脂肪族聚酯,其制备方法主要包括缩合聚合和开环聚合。但高分子量的聚酯,只能通过开环聚合方法合成,因为缩聚反应受反应程度和反应过程中产生的水的影响,很难获得高分子量的产物。目前已开发的主要产品有聚乳酸(PLA)、聚己酯(PCL)、聚乙醇酸(PGA)、聚乙醇酸交酯、聚丙醇酸交酯、聚琥珀酸丁二酯(PBS)等。

生物降解材料具有以下特点:

  • 可与垃圾一起处理,也可制成堆肥回归大自然;
  • 因降解而使其体积减小,延长填埋场使用寿命;
  • 不存在普通塑料需要焚烧的问题,可抑制二恶英(是目前人类创造的最可怕的化学物质,被称为“地球上毒性最强的毒物”)等有害气体的排放;
  • 可减少随意丢弃对野生动植物的危害;
  • 储存运输方便,只要保持干燥,不需避光。

二、生物可降解材料应用领域

生物降解材料作为多功能高新技术材料,应用广泛,市场潜力极大,涉及人们日常生活的诸多方面。目前,生物降解材料主要应用在环境保护和医学研究与临床等领域。

(一)环保领域的应用

生物降解材料在环保领域的应用主要体现在以下几方面:

1. 水资源环境领域

近年来,聚己酯的出现为生物降解材料在这一领域的应用开辟了新的途径。水域环境中使用的降解材料,废弃后能在海洋中微生物分泌的酶的作用下,降解成为低分子化合物,该化合物最终参与微生物的新代,成为二氧化碳和水。

2. 食品容器和包装行业

在包装材料中,一次性使用的商品包装的用量非常大,是造成“白色污染”的主要源头,因此使用生物降解材料制成的食品袋、包装袋、垃圾袋以及各种包装等备受青睐。

3. 农林业方面

理想的农用材料能与其他生物降解材料协同作用,从而转化为提高土质的材料。生物降解材料在农业上主要用作农用地膜和农作物生长容器。生物降解材料还可作为草皮种植片、堆肥用袋以及农用药物的控释材料来使用。

(二)医学领域的应用

在医学领域,生物降解材料已被广泛用于药品缓释包衣、外科医用植入材料、麻醉抗拮用材料、药物释放载体、非永久性植入器械等医学用品,及组织修复替代物等组织工程的研究领域,主要体现在以下几方面:

1. 外科手术缝合线

理想的缝合线应在体有良好的适应性、无毒、无刺激性,且在体保持一定时间的强度后能被组织吸收,其缝合、打结性能以及柔性等方面都应符合操作要求。目前,大多数可吸收的手术缝合线是用甲壳素、壳聚糖、聚乳酸和聚乙醇酸制成的,一般在2~6周即可完全降解吸收。但在矫形外科中,由于骨愈合的时间是3~6个月甚至更长,因此与骨相连的软组织的缝合线要求具有适宜的降解速率,用聚己酯纺丝制成缝合线能很好地满足这一要求。

2. 药物缓释剂

用于药物缓释剂的生物降解聚合物有聚乳酸、聚己酯共聚物、甲壳素、胶原等,这些生物降解材料是癌症、心脏病、高血压等患者长期服用药物的理想载体。

3. 骨固定材料

随着材料科学和骨科学的不断发展,生物降解材料在骨科领域已有了相当广泛的临床应用。常用作骨科材料的可降解高分子材料主要有聚乳酸、甲壳素等,而抗生素-聚酸酐缓释剂也已得到了深入的研究。通过对甲壳素进行分子设计,采用组织工程方法进行关节软骨修复和重建,已成为甲壳素研究开发计划的一个新目标。

4. 人造皮肤

用生物可降解高分子材料制成的人造皮肤可应用于治疗烧伤、换皮、伤口包扎等场合。现有胶原蛋白、甲壳素、聚L亮氨酸等酶催化生物降解材料。

三、最具代表性的生物可降解材料

(一):聚乳酸(PLA)

聚乳酸(PLA)也称为聚丙交酯,属于聚酯家族,是一种新型的生物基可生物降解材料。聚乳酸是以乳酸为主要原料聚合得到的聚合物,原料来源充分且可以再生。乳酸来自淀粉原料,而淀粉可由植物资源(如玉米、木薯)提取。淀粉经糖化得到葡萄糖,再由葡萄糖及一定的菌种发酵、纯化制成乳酸,后者经进一步化学合成反应制得聚乳酸,生产过程环保无污染。聚乳酸制品具有良好的生物可降解性,使用后能被自然界中完全降解,最终生成二氧化碳和水,被植物吸收,从而实现在自然界的绿色循环,这对保护环境非常有利。因此,聚乳酸已被公认为替代石油基塑料最具前景的环境友好材料。聚乳酸的合成、应用、降解与再生示意图如下:

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图 聚乳酸的合成、应用、降解与再生

我国重视发展聚乳酸制造与应用技术。科技部制定的《“十三五”材料领域科技创新专项规划》中明确提出耐高温聚乳酸等新型生物基材料、生物基纺织材料关键技术等重点基础材料技术提升与产业升级是发展重点之一。2017 年8 月,国家重点研发计划所属重点基础材料技术提升与产业化专项——《高品质聚乳酸纤维及其纺织品规模化制备与应用》开始启动,这将对我国聚乳酸制造与应用技术体系的完善与成熟起到推动作用。

  • 全球市场及格局

除优异的生物降解性能外,聚乳酸的透明度、力学性能等与聚苯乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯等石油基聚合物相近,可有效替代石油基高分子材料;聚乳酸具有良好的加工成型性能,可采用注塑、吸塑、挤出成型、吹膜成型、发泡成型等方式加工;具有良好的抑菌性能,可广泛应用于塑料制品、纺织纤维、包装材料、医疗卫生等领域,市场前景十分广阔。

据GRAND VIEW RESEARCH报告,2016年全球聚乳酸市场规模为12.9亿美元。随着包装、个人护理品和纺织品用材料使用量的日益激增,预计未来聚乳酸市场将出现大幅增长。其中包装业务占据最大份额,2016年已达到59.1%。此外,预计未来8年(到2025年),可降解塑料在购物袋、一次性餐具等领域的需求也将大幅增加。聚乳酸的最大市场欧洲由于在各种终端应用领域(食品、饮料、化妆品、药品等)实施生物基塑料的监管规范,预计从2017年到2025年市场收入将以19.2%的复合年增长率增长。

  • 国外企业及进展

国外聚乳酸企业主要集中在美国、日本以及欧洲国家,生产技术领先,产能较大。纵观全球,综合实力名列前茅的公司往往都是专门生产和销售PLA的企业。目前,美国NatureWorks是全球领先的PLA企业,其合作网络覆盖全球,世界众多厂商均使用其生产的Ingeo树脂加工、生产PLA制品,近年来不断推出3D打印用PLA新配方。荷兰Corbion公司与Total公司共同开发的耐高温PLA也处于世界领先行列,在建工厂产能巨大,是未来有力的竞争企业之一。

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NatureWorks在聚乳酸3D打印材料方面继续发力,继2016年3月29日发布高冲击强度与耐热性3D打印长丝新配方后,2017年2月28日又推出可媲美ABS耐热性和抗冲击性的3D打印长丝IngeoPLA的新配方,有望销往北美、亚洲以及欧洲。NatureWorks工厂位于美国内布拉斯加州布雷尔市;2016年新建实验室从事乳酸发酵的研究及产业化发展。

Corbion 公司则通过扩大产能巩固其在PLA的市场地位。2016年11月14日,Corbion公司宣布在泰国建设年产75000吨、一体化生产Luminy® 的工厂,并于2018年下半年投产。此外,2017年3月2日,Total与Corbion共同投资的TotalCorbion PLA新公司宣布正式生产和销售聚乳酸聚合物的业务。

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  • 国内企业及进展

据MarketsandMarkets预计,从2015年到2020年,聚乳酸全球市场的年增长率将达到20.9%,到2020年全球聚乳酸消费市场将达到51.6亿美元。由于消费者和塑料制造商环保意识的日益增强,加上政府立法的支持,亚太地区将成为消费增长最快的市场。

我国PLA生产企业主要集中在长三角和珠三角地区,特别是长三角地区产业集中、集群规模大、竞争力强。首屈一指的是浙江海正,其聚乳酸生产技术在国内领先且产能高;珠三角地区仅有光华伟业,但产业链成熟,产学结合紧密,所占市场份额仅次于浙江海正,其PLA生产目前在我国也属领先地位。

表 国内PLA 相关企业

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2017年以来我国PLA市场增长迅速,其中光华伟业2017年上半年度环境友好型生物材料实现销售收入3,319.74万元,同比增长34.25%;3D打印业务实现销售收入153.37万元,同比增长211.53%。

此外,国内政策利好消息不断,PLA主要企业通过扩大产能巩固市场地位。海正加紧了于2015年立项启动的5万吨PLA项目建设,预计于2019年初投产,届时海正PLA的年产量将达65000 吨;九江科院生物化工有限公司2017年中首期工程建成投产,计划2018年启动二期万吨级高性能聚乳酸及改性生物降解材料生产线的建设。

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(二):聚3-羟基烷酸酯(PHA)

PHA是由微生物通过各种碳源发酵而合成的不同结构的脂肪族共聚聚酯。其中最常见的有聚3-羟基丁酸酯(PHB)、聚羟基戊酸酯(PHV)及PHB和PHV的共聚物(PHBV)。

主要用途为:一次性餐具、无纺布、包装材料、农用覆膜、玩具、包膜、胶、纤维等多种可降解产品。

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(三):聚ε-己内酯(PCL)

聚ε-己内酯(PCL)是由ε-己内酯经开环聚合得到的低熔点聚合物,其熔点仅62℃。PCL的降解性研究从1976年就已开始,在厌氧和需氧的环境中,PCL都可以被微生物完全分解。

与PLA相比,PCL具有更好的疏水性,但降解速度较慢;同时其合成工艺简单、成本较低。PCL的加工性能优良,可用普通的塑料加工设备制成薄膜及其它制品。

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(四):聚酯类——(PBS/PBSA)

PBS以脂肪族丁二酸、丁二醇为主要生产原料的,既可以通过石油化工产品满足需求,也可通过淀粉、纤维素、葡萄糖等自然界可再生农作物产物,经生物发酵途径生产,从而实现来自自然、回归自然的绿色循环生产。而且采用生物发酵工艺生产的原料,还可大幅降低原料成本,从而进一步降低PBS成本。

与同类产品比较,聚酯生物分降塑料的优点:

  • 耐热性好。这促使它在餐饮领域达到推广
  • 加工条件要求不高
  • 易保存,耐水解

聚丁二酸丁二醇酯(PBS)用途极为广泛,可用于包装、餐具、化妆品瓶及药品瓶、一次性医疗用品、农用薄膜、农药及化肥缓释材料、生物医用高分子材料等领域。

(五):脂肪族芳香族共聚酯

德国BASF公司所制造的脂肪族芳香族无规共聚酯(Ecoflex),其单体为:己二酸、对苯二甲酸、1,4-丁二醇。目前生产能力在14万吨/年。同时开发了以聚酯和淀粉为主的生物降解塑料制品。

(六):聚乙烯醇(PVA)

水溶性PVA薄膜是在国际上崭露头角的一种新型塑料产品。它利用了PVA的成膜性、水和生物两种降解特性,可完全降解为CO₂和H₃O,是名符其实的绿色高新环保包装材料。

在欧美、日本,水溶性PVA薄膜已广泛用于各种产品的包装。在我国水溶性PVA薄膜的发展还处于起步阶段,工业性研发在近5年间才真正有所展开,主要应用在刺绣及水转印(玻璃、陶瓷、电器外壳等的彩色印刷)两个领域,PVA在这方面的年使用量约10000t。

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(七):二氧化碳共聚物

一种正在研究的新型合成材料,以二氧化碳为单体原料在双金属配位PBM型催化剂作用下,被活化到较高的程度时,与环氧化物发生共聚反应,生成脂肪族聚碳酸酯(PPC),经过后处理,就得到二氧化碳树脂材料。

国外,最早研究二氧化碳共聚物的国家主要为日本和美国,但一直没有工业化生产。国内内蒙古蒙西集团公司采用长春应用化学研究所的技术,已建成年产3000吨二氧化碳/环氧化合物共聚物树脂的装置,产品主要应用在包装和医用材料上。

四、生物可降解材料市场前景

生物降解材料领域方兴未艾,有广阔的市场空间。从生态效益来看,不仅可以大幅减少废弃塑料对环境造成的影响,同时也是实现资源循环和利用的有效载体;从经济效益来看,生物降解材料包含PLA、PBS、PBAT、PPC、PCL、PGA、PHA等多个细分材料,每一种材料都拥有不同的特性,并且通过改性处理后,又能够有效应用在生物医疗、卫生健康、纺织纤维、汽车制造、农业生产、3D打印、建筑涂料等多个领域,彰显了其巨大的市场前景和潜力。可以说生物降解材料是新时代下的“工业味精”。

(一)潜在市场巨大

生物降解材料的应用领域非常广泛,还能够在生物医疗、卫生健康、纺织纤维、汽车制造、农业生产、3D打印、建筑涂料等多个领域实现更好的应用,彰显出巨大的市场潜力和发展前景。目前从全球产能来看,生物降解材料产能是要大于非生物降解材料产能的,并且随着时间的推移,今后新增的产能将会集中在生物降解材料上,而并非传统的非降解材料上,前景十分广阔。

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图 2020年全球生物降解材料及应用分布情况

从应用领域看,目前生物降解材料应用在多个领域,其中包括软包装、硬包装、消费品、纺织业、农业、园艺、建筑业、涂料、电子等领域,其中应用体量最大的领域仍然是包装行业,其中生物降解材料占据了47%的市场份额。

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图 2020年全球生物降解材料及应用分布情况

(二)多元化发展

目前生物降解材料根据原料来源可将其分为生物基和石油基两类。生物基塑料的基本原料是可再生的天然生物质资源如淀粉(如玉米、土豆等)、植物秸秆、甲壳素等,生物基可降解塑料包括聚乳酸(PLA)、聚羟基脂肪酸酯类聚合物(PHAs)、全淀粉基、纤维素等。

石油基塑料则是以石油石化产品为单体形成的,石油基可降解塑料包括二元酸二元醇共聚酯系列(聚丁二酸丁二醇酯(PBS)、聚己二酸/对苯二甲酸丁二醇(PBAT))、二氧化碳共聚物(PPC)、聚己内酯(PCL)、聚乙醇酸(PGA)等。

由于不同材料具有不同的特性,因此不同材料也能够对应着不同的应用领域。目前在我国市场上形成工业化规模生产,并占据较大市场份额的主要为PBAT、PBS、PLA等。PPC、PCL、PGA、PHA等用作功能型材料。

表 不同材料的特点以及应用领域

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资料来源:CNKI、前瞻产业研究院,山西金融发展研究院

其中,PLA和PBAT/PBS产业化程度最高,所覆盖的应用领域相对较广,下游的应用能够对于原材料进行有效支撑,国内外重点企业纷纷在这些领域实现了布局。

而PPC、PCL、PGA、PHA等为代表的新兴生物降解材料,由于产业应用规模难以支撑、产业化重点问题难以解决、产业化成本过高等多方面原因,暂未在全球范围内形成较大的产能。

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图 2019年国内外生物降解塑料产能情况

从全国来看,PGA、PCL、PHA和PPC的产能远远低于PLA和PBS/PBAT材料,从重点企业以及发展现状来看,目前这四类新型材料具有发展前景。

表 四大新型生物降解材料发展情况

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资料来源:IMS Market、CNKI、前瞻产业研究院,山西金融发展研究院

(三)推动快递包装绿色化

近年来,我国快递业务量稳居世界第一,快递包装问题也给环境保护带来一定压力。2020年,我国快递包装废物总量已超1000万吨。2021年,我国快递年业务量首次超过1000亿件,快递包装废弃物还将持续增加。进一步推动快递包装绿色化,变得更加紧迫。

面对这种形势,我国对快递包装的绿色治理也在不断深入。从快递运单电子化到包装减量化,从推广可循环包装产品到加强可循环快递包装基础设施建设等,我国快递包装标准化、绿色化、循环化水平明显提升,正在积极探索规模化取代传统包装的路径。

2020年,国家发展改革委、国家邮政局等八部门《关于加快推进快递包装绿色转型的意见》,提出推进快递包装“绿色革命”,明确了2022年和2025年可循环快递包装应用的量化目标。不久前,国家发展改革委、商务部和国家邮政局联合下发通知(《关于组织开展可循环快递包装规模化应用试点的通知》),决定于2022年1月至2023年12月组织开展可循环快递包装规模化应用试点。

实现可循环快递包装的规模化应用,确实是当务之急。还原到消费场景就会发现,海量快递中可循环包装难觅身影,主动使用的商家仍为少数。有调查报告显示,67.1%的消费者表示未接触过可循环快递包装,不了解也未见过专门的回收网点,一些可循环包装甚至被作为生活垃圾直接丢弃。

围绕包装如何“绿起来”,快递行业已探索出一套技术路径。只不过,无论是回收利用,还是使用环保材料代替,都存在不易克服的成本问题。据统计,如果全部改用可生物降解塑料包装袋、环保胶带,按照2020年业务量计算,全行业将增加187.9亿元成本,占全国快递服务企业业务收入的2.1%左右。有分析认为,使用快递循环箱暂时也没有成本优势,还有附加的社会成本:快递小哥来去匆匆,缺乏时间和意愿承担回收任务,消费者认知水平不同,配合度参差不齐。

推动快递包装绿色转型,需要全链条发力,从各个环节降本增效。比如,引导寄递企业围绕绿色包装等重点领域加强科技创新,从源头上降低成本;也可以在减少回收难度上下功夫,比如,国家邮政局正探索构建邮件快件包装物回收“逆向物流”模式。还应加强政策引导,对绿色包装生产、绿色快递物流和配送体系建设、专业化智能化回收设施建设等项目,在资金、信贷、债券等方面给予支持,促进包装减量和绿色循环的新模式、新业态发展。

五、生物可降解材料发展现状及问题

(一)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。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%。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。

(二)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。

六、生物可降解材料发展建议

(一)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。

(二)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。

(三)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。

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