来来来，这边看，超8000亿美元的生物基市场你要不要

一直以来错误的观点

我们一直以来倡导的可“生物降解”的塑料，也许并不如我们所想的那样对环境有益。

星巴克、麦当劳等将塑料吸管换为纸吸管或是钢吸管，也许减少的塑料垃圾微不足道。

除非，你真能把写有“环保”的布质购物袋反复利用上千次，否则它们对环境的危害甚至比塑料袋更大。换句话说，我们很多对塑料和环境的观点都存在谬误，而这可能阻碍我们缓解全球变暖问题。

英国媒体《旁观者》（The Spectator）前瞻性地且正确地将围绕一次性塑料袋和吸管的争议称为“道德恐慌”。这种“恐慌”促使餐厅采用可生物降解材料制成的餐具。公众认为就算把这些东西扔在森林或海洋中也是十分安全的，因为微生物会将它们分解为雏菊或海马生长的养分。

但事实并非如此。在欧美地区，生物降解的技术标准主要依据的是工业堆肥法。在这个方法中，塑料袋或塑料瓶会被丢进堆肥罐内，在其中放入一些微生物，将温度提升到50~60℃。如果在180天内，超过90%的材料被分解为二氧化碳等产物，那这种材料将能被称为“可生物降解材料”或“堆肥材料”。

换句话说，可生物降解材料是一些特意设计的材料，可以在寿命周期结束后，将其中的碳释放到大气中。更糟糕的是，如果可降解材料被缺氧填埋，而不是堆肥处理，它们会被厌氧菌分解成甲烷，造成的温室效应是二氧化碳的34~86倍。而如果它们被丢入海洋中，在充分降解为微小碎片之前，它们也会导致很多海洋生物窒息。

在全球范围内，我们生产了数量巨大（年产量3.8亿吨）的塑料，而且几乎全部使用石油化工原料。因此，可以理解为什么很多消费者仍坚持着上世纪80年代的观点，坚持塑料经过工程改造后可以回归自然。而现实是，有大约60%的塑料制品被堆积在填埋场地下，或是作为垃圾污染环境。

根据气象学家的观点，这未必不是好事。当然，如此多的塑料垃圾会对陆地和海洋生态，带来很大的危害。但不能忽视的是，我们对于塑料的需求愈发庞大。例如，塑料可以替代组成汽车和飞机的沉重材料，降低油耗。而最关键的是，塑料可以作为一种人造的碳沉降器。如果最终，我们不可避免地会将所有的碳释放到空气中，与其通过汽车的发动机排放，还不如保存在寿命长达400年的可乐瓶中。

如果我们想缓解地球危机，就应该停止对塑料生物降解的研究，而转为投资生物基塑料的研发。植物利用光合作用将水和二氧化碳转化糖分、淀粉和纤维素，而这些都可以用来制造塑料。聚乳酸就是其中之一，它可以通过堆肥降解，但只能算是实现了碳中和。在这一领域中，最令人激动的是聚焦于非生物降解塑料，如聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）的研究。

联合国气候变化政府间专家委员会（IPCC）指出，为了将全球变暖带来的升温控制在高于前工业时代1.5℃的范围之内，在2050年之前，我们必须从大气中除去上千亿吨的二氧化碳。如果从2020年起，全世界能使用不能生物降解的生物基塑料，在随后30年里，被固化的碳可能会超过100亿吨，这会是一个良好的开端。因此，如何看待塑料，我们还需要更加灵活的思考。

什么是生物塑料、生物基塑料生物可降解塑料？

欧洲生物塑料 （European Bioplastics Association）将生物塑料定义为生物基塑料和生物可降解塑料，或两者兼而有之。

生物基塑料能扭转人们对塑料的坏印象吗？

汉诺威莱布尼兹大学IKK Institute for Plastics and Circular Economy的负责人Hans-Josef Endres探讨了塑料给人的 “坏印象”，并表示生物基塑料有可能会扭转这个形象。

在2019年10月于德国杜塞尔多夫举办的K 2019展会上，德国机械设备制造业联合会（VDMA）中来自德国、奥地利、瑞士和法国的超过230名成员将把重点放在循环经济和闭环概念上。

问：塑料的形象很负面，生物基塑料有可能改变人们的态度吗？

Endres：生物基塑料可以扭转这种印象，因为它在原材料和废弃处理上具备优势。塑料的负面形象不仅是因为它与石化行业相关，还因为它难以分解不易被腐坏。从产品的角度来看，这是一个优势，但从废弃物的角度来看这就变成了缺点。事实上生物基塑料的情况没有好到哪去。另一方面，石化塑料的负面形象已经深入人心，并延伸至生物基塑料，哪怕它可以用来堆肥并且可回收，消费者们并没有区别看待这两者。

问：但是生物基塑料会因为消耗食物资源而受到批评，不是吗？

Endres：这个评断太笼统了。温室效应同样消耗了大量的土地，而可再生原料也被应用于能源领域。此外，当我们谈及生物基塑料的原料，我们不只是指食物，还包含绵、橡胶或油布和其他逐渐增加的农业废弃物。不过我们先不管这些，如果你每年要生产3.5亿吨全部由生物基材料制成的塑料，你仅需要用到5%的可用土地。

问：现在有了生物基塑料和可生物降解的塑料，哪个更好一些？

问“如果生物基塑料无法生物降解，那为什么还要进行生产呢？

Endres：有人可能会问，可以用石化原料去生产塑料那为什么还要用生物基材料呢？主要的好处在于减少二氧化碳。所有的塑料在使用完毕后最终都会被被烧掉或者用于堆肥。生物基塑料是气候中和的，就如同植物一样，它们在生命周期中吸收的二氧化碳量和在燃烧或分解时所产生的相同。另外，塑料的需求正在增加，很快我们不只需要5%的原油，而可能是10%的原油来生产塑料。因此，没有塑料工业的话矿物油工业会更轻松。目前，塑料仍然需要石化原料。

问：现在生物基塑料的重点研究方向在哪里？

Endres：一个主流的研究领域是所谓的生物基非降解塑料 (drop-ins）的发展，这些生物基塑料在结构上与石化产品相同，例如生物乙醇制成的聚乙烯和PET。技术上来说，它们提供了与传统塑料相同的性能，但从生态上讲它们更好，因为它们是生物基的，这意味着可再生。

常见的生物基材料主要是

PBS/PBAT

PBS/PBAT的合成方法有直接酯化法、酯交换法和扩链反应。直接酯化法是工业上应用最广的生产方法，首先在较低的温度下将丁二酸与过量的丁二醇进行酯化反应；然后在高温、高真空以及催化剂的作用下缩聚得到PBS。开发高效的催化剂、提高分子量、减少副反应是直接酯化方法的重要研究内容。酯交换法使用丁二酸二甲酯与等量的丁二醇在高温、高真空以及催化剂的作用下，进行酯交换反应并脱除甲醇。扩链反应则是为了进一步提高产物的分子量，使扩链剂的活性基团与聚酯的端羟基反应。

PBS/PBAT聚合方程式

日本三菱化学和昭和高分子公司是最早工业化生产PBS的厂家。三菱公司产能大约为1万吨左右。德国 BASF 公司是目前国际上最大的 PBAT制造商，脂肪族芳香族无规共聚酯PBAT（Ecoflex）已实现年产8万吨。 国内研究PBS/PBAT的单位主要有中科院理化所工程塑料国家工程研究中心、清华大学等，生产企业方面，杭州鑫富药业股份有限公司年产PBS 2.3万吨；广东金发科技控股公司的PBSA 完全生物降解塑料生产线产能达3万吨；山东汇盈新材料公司年产2.5万吨PBS/PBAT；新疆蓝山屯河聚酯有限公司拥有年产5000 吨生产装置；金晖兆隆年产2万吨生物降解塑料（PBS/PBAT）产品。

聚乳酸

聚乳酸又称聚丙交酯，其原料为乳酸或其衍生物乳酸酯。乳酸的聚合可分为两种：直接合成法和间接合成法。直接合成法也称一步法，由乳酸直接脱水缩合，但目前还没有可靠的工艺制备高分子量的聚乳酸产品。目前实现了规模生产的聚乳酸工艺都是间接法，即丙交酯开环聚合：首先，乳酸分子间发生酯化反应合成乳酸寡聚体，然后高温裂解得到丙交酯；第二步是丙交酯在一定条件下开环聚合得到聚乳酸。间接法得到的聚乳酸分子量高、分子量分布窄、生产工艺易控制，是工业上常用的生产方法。

目前全球聚乳酸年生产能力约24万吨。美国 Natureworks公司于2001年建立了年生产能力达14万吨的聚乳酸装置，是 目前全球最大的聚乳酸生产企业，也是全球聚乳酸的最主要供应商。科比恩与道达尔在泰国的合资公司Total Corbion于2018年12月正式投产，聚乳酸年产能为7万吨。

我国聚乳酸目前实现产业化的单位有中科院长春应用化学所与浙江海正生物材料有限公司，已经实现15000吨的生产能力，并在建生产线产能5 万吨；安徽丰原公司3000吨的中试装置已经投入运行，中粮集团5000吨、江苏允有成公司10000吨的生产线已经可以批量化生产。正在进行中试的单位有上海同杰良生物材料有限公司、江苏九鼎集团等。

2015年，浙江海正立项启动了5万吨聚乳酸项目，将形成聚乳酸产能6.5万吨。九江科院生物化工有限公司2017年首期千吨级工程建成投产，二期万吨级高性能聚乳酸及改性生物降解材料生产线正在建设中。2018年8月，吉林中粮生物万吨级聚乳酸装置试车成功，并开始筹划建设年产10万吨聚乳酸项目。2018年，金丹生物新材料采用南京大学首创的有机胍催化定向聚合生产丙交酯和聚乳酸的工艺技术，于河南建成“1万吨L-丙交酯联产1000吨聚L-乳酸”连续化生产装置，预计2020年扩建规模至10万~15万吨。无锡南大绿色环境友好材料技术研究院有限公司计划开展10万吨聚L-乳酸连续化生产装置的设计与建设。2018年上半年，恒天长江建成国际上第一条万吨聚乳酸连续聚合熔融直纺纤维及制品生产线。2019年3月，通辽经济技术开发区与丰原集团签约“百万吨级生物新材料聚乳酸”项目，一期项目投资50亿元，年产 30万吨聚乳酸，计划2021年建成投产。

聚羟基烷酸酯( PHA)

PHA是聚羟基脂肪酸酯类材料的总称，大多数单体是链长为3～14个碳原子的３-羟基脂肪酸，侧链是高度可变的饱和或不饱和、支链或直链、脂肪族或芳香族的基团。PHA可以是同一种脂肪酸的均聚物，也可以是不同脂肪酸的共聚物。目前产业化品种已有4代。

第一代产品的典型代表为均聚物聚3-羟基丁酸酯（PHB）。该材料脆性大，很难大规模应用。为了改善加工性能，人们又研发了第二代产品聚 3-羟基丁酸酯/3-羟基戊酸酯共聚物（PHBV)、第三代产品 3-羟基丁酸酯/3-羟基己酸酯共聚物（PHBHHx)以及第四代产品聚3-羟基丁酸酯/4-羟基丁酸酯共聚物（P34HB)。

二氧化碳共聚物脂肪族聚碳酸酯( PPC)

国外最早研究PPC的是日本和美国，但一直没有实现工业化生产。我国于1985年由国家自然科学基金开始立项研究，目前主要研究单位有长春应用化学研究所，中科院广州化学研究所，中山大学等。

内蒙古蒙西集团公司采用长春应用化学研究所的技术，利用水泥生产过程中产生的二氧化碳，已建成年产3000 吨PPC的装置。中国海洋石油总公司和中科院长春应化所合作，在海南东方化工城兴建了3000吨二氧化碳共聚物可降解塑料装置。浙江台州邦丰塑料有限公司从2010 年6月开始利用长春应化所的专利技术，在浙江温岭市建设3 万吨二氧化碳基塑料生产线。河南天冠集团有限公司以自主知识产权的二氧化碳捕获技术和成套装备技术，建成了千吨级PPC工业化生产线。江苏中科金龙化工股份有限公司已建成年产2.2 万吨二氧化碳基聚碳酸亚丙酯多元醇生产线。

近些年，欧美加大了在生物基材料上的投资力度。

Avantium，这家总部位于荷兰阿姆斯特丹的生物化学公司，首创出一款全新的生物聚酯——PEF，最终宣布将开始建设一个产能为5万吨/年的样板厂，来生产PEF的前体——FDCA。这份宣告令人意外之处在于：新的样板厂将与德国化工巨头巴斯夫投资共建，选址于巴斯夫在比利时安特卫普的一体化生产基地。两家公司称，这样做的目的是打造全球领先的FDCA和PEF工厂。这款材料潜力巨大，如果成功，现在在使用的PET瓶可能会被淘汰——尽管PEF还将面对PTF带来的竞争压力。PTF也是一款创新型生物聚酯，相比PET，其阻气性得到了极大的改善。杜邦工业生命科学和阿彻丹尼尔斯米德兰公司携手开发了一款基于果糖的呋喃二羧基甲酯(FDME)，加上杜邦的专利产品——生物丙二醇，来生产这款新型生物聚酯。

PBS生物塑料

PTTMCC作为PTT和三菱化学的合资公司，正在开建全球首个生物聚丁烯琥珀酸盐(PBS)工厂，预计将于2017年开始运行。作为聚乙烯的可降解替代产品，生物PBS可在土壤中自然分解成水和二氧化碳，不需要堆肥设施，而且与纤维高度兼容，可轻易穿透进入气孔，附着在纤维周围。加上其耐热性高达100℃，对于铜版纸包装、阻隔性包装、咖啡胶囊、纤维和注塑成型应用而言是一种理想材料。

“我们能做好，”他说道，“我们现在能用蒸汽裂解装置来裂解可再生烃类。”

温室气体并非一无是处

2016年也是CO2正式加入可持续性原料榜单的一年。福特汽车公司(迪尔伯恩，美国密歇根州)成为首家采用CO2为原料，生产和测试新型泡沫塑料和塑料零部件的汽车制造商。

位于纽约的Novomer公司该利用制造厂排出的CO2来生产创新型泡沫塑料。通过一个转化系统，Novomer生产出一种可以按配方制造成不同材料的聚合物，包括泡沫塑料和很容易就能回收的塑料。福特表示，如果这种新型泡沫塑料跟所预期的一样，可能在五年之内就会出现在福特汽车上，比如座椅和引擎盖下，每年可少用6亿磅石油。

今年6月，德国科思创位于多尔马根的全球首个CO2聚合物商业性生产工厂正式启动。该工厂采用CO2中的碳成分来制造一种新型的多元醇，这种多元醇是聚氨酯泡沫塑料的核心构成成分。本月初该公司交付了首批基于CO2的产品，标志着新工厂生产的正式开始。

说到温室气体，聚乳酸生产商NatureWorks也在调查利用其第三代原料甲烷生产Ingeo聚乳酸的可能性。该公司投资100万美元在美国总部明尼苏达州建立新的实验室，将甲烷转化为乳酸(Ingeo聚乳酸的基础材料)的发酵工艺实现商业化。这是一场冒险，但这不仅对NatueWorks的原料多样化很有战略意义，一旦成功，将会收获一个结构简单，成本低廉的Ingeo生产平台，开启极具价格竞争力的聚乳酸市场。在今年NatureWorks的“根植创新”活动中，其CEO Marc Verbruggen预言“如果我们成功了，没有人会再建一家利用蔗糖作为原料的工厂。”

令Natureworks欣喜的是，今年，另一家聚乳酸生产商也进入了市场。Verbruggen说道：“客户也希望市场上不止一家供应商，竞争将使我们成长。”位于荷兰的公司Corbion在今年发布其聚乳酸系列产品，包括标准聚乳酸和创新型高抗热聚乳酸树脂。有趣的是，Corbion也宣布其正在寻找不同于第一代粮食作物的原料，称正在研究第二代解决方案，比如不可食用的生物量。

Corbion还透露，其正与法国道达尔合作，在Corbion泰国生产基地建立一家年产能为7.5万吨的聚乳酸聚合工厂，现有的丙交酯(聚乳酸单体)生产装置也将设立在新工厂中。Corbion将为聚乳酸和丙交酯的生产提供所需的乳酸。

跟生物塑料说再见

遗憾的是，在2016年有一家较有名气的生物塑料公司退出了这个市场。PHA制造商Metabolix(沃本，美国马萨诸塞州)在7月宣布其生物聚合物业务和法人组织裁掉近45个岗位，并将“出售其生物聚合物业务资产”。“这是一次规模很大的重组，很遗憾，但是为了公司更好的发展，必须这么做。” Metabolix总裁兼CEO Joseph Shaulson说道。

前景如何？

与塑料大行业全球接近4亿吨的产能相比，生物塑料作为新兴行业其产能依然较小，潜力无限。

根据研究统计，全球生物塑料产能占整个塑料行业份额的小于1%，约为210万吨。其中生物基不可降解塑料占~57%，可降解塑料~43%。

据预测，未来10年，生物基产品可至少取代现在20%的石化产品，形成超过8000亿美元的市场规模。

在PBAT方面，BASF、Eastman和Mitsubishi Chemical 是全球当之无愧的领导者。而NatrueWorks和Total-Corbion作为老牌的PLA供应商，其产能占据全球PLA产能2/3以上。具体见下图：

中国市场规模估计及趋势

中国近年来愈发关注传统塑料的污染治理情况，2020年1月，发改委、生态环境部出台《进一步加强塑料污染治理的意见，可视为新版“限塑令”，将从政策层面将生物塑料行业推向新的阶段，未来前景可期。当前行业发展的主要驱动因素有：

内部因素：由于技术逐步成熟，生物塑料的性能近年来大幅提升，部分材料如PLA与传统塑料相比差距明显缩小，逐步引起下游客户的关注

外部因素：主要来自于政府部门的政策推动，消费者日益增长的环保意识以及品牌商（如消费品、汽车、零售行业公司等）逐步提升的企业社会责任

根据模型估计及业内的专家调研，中国2019年生物塑料整体市场规模约为20万吨，2019-2025预计年复合增长率 CAGR~10%，预计2025年达到~38万吨。其增长受相关行业法规和核心技术影响较大，其中：

PBAT/PBS：随着政府在农业中推广和减少使用非生物塑料覆盖物，PBAT/PBS需求强劲，其他应用包括运输袋和垃圾箱衬垫等

PLA：在丙交酯短缺的问题得到解决之前（主要由于供应商Corbion与Total成立合资公司自己生产PLA），中国PLA的需求可能会受到供给侧的影响而放缓

PHA：其研究在中国非常活跃，将会有更多的公司实现商业化从而带动细分领域增长

欧洲的市场趋势

根据欧洲生物塑料 近期发布的数据，生物塑料市场将会增长。至2021年，预设产能将从2016年的420万吨升至近610万吨。生物塑料是一个正在成长的新型行业，在向生物基循环经济的转变过程中起着关键作用。然而，该组织说道：“尽管有很多优势，但数据显示全球生物塑料行业的整体增长速度有所放缓，一方面是因为油价走低，另一方面，政府对生物经济的支持力度不够。”

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