近年來，隨著限塑令的實(shí)施，生物可降解塑料成為熱門吸金地。怎樣使其成為解決塑料污染的良策？PHA、PBAT、PLA等不同種類的生物可降解塑料未來將呈現(xiàn)怎樣的發(fā)展趨勢(shì)？5月15—18日，由中國(guó)化工信息中心主辦的“2023制漿造紙工業(yè)和生物降解材料展覽會(huì)暨紙基材料與食品紙包裝展覽會(huì)、水處理化學(xué)品技術(shù)及應(yīng)用展覽會(huì)”（PAPER CHAIN+BDM EXPO）在昆山舉辦。
5月16日，展會(huì)同期舉辦的“BDM生物降解塑料產(chǎn)品與技術(shù)應(yīng)用論壇”上，來自生物降解塑料領(lǐng)域的大咖們對(duì)上述話題進(jìn)行了解讀。
總產(chǎn)能達(dá)170萬噸，三大領(lǐng)域需求看好
山東隆眾信息技術(shù)有限公司降解材料分析師翟秀皊指出，2022年降解行業(yè)總產(chǎn)能在170萬噸左右，國(guó)內(nèi)產(chǎn)能128.42萬噸，在全球總產(chǎn)能中占比76%，國(guó)外產(chǎn)能39.5萬噸，在全球總產(chǎn)能中占比24%。國(guó)內(nèi)外較成熟的產(chǎn)品以PBAT、PLA為主，其次是PBS。
降解行業(yè)主戰(zhàn)場(chǎng)在中國(guó)，PBAT產(chǎn)能82.6萬噸，占比高達(dá)63.4%，PLA產(chǎn)能在20萬噸，占比在15.3%。
2022年國(guó)內(nèi)降解塑料產(chǎn)量約24萬噸左右。其中PBAT產(chǎn)量最高，在15萬～16萬噸，占總產(chǎn)量的69%左右；其次是PLA，占比在25.4%。未來PBAT發(fā)展應(yīng)走降解、低成本、轉(zhuǎn)換路線 ，PLA應(yīng)走降解、低碳、環(huán)保、產(chǎn)品多元化路線。
預(yù)計(jì)2026年中國(guó)降解行業(yè)產(chǎn)能將達(dá)到近700萬噸，產(chǎn)量近160萬噸。目前限塑政策推動(dòng)不明顯，預(yù)計(jì)2023年降解行業(yè)處于一個(gè)逐漸恢復(fù)的狀態(tài)，下游對(duì)降解快遞袋、降解編織袋、降解地膜需求看好。
從中長(zhǎng)期來看，降解產(chǎn)品更加多元化，應(yīng)用領(lǐng)域更加廣泛，隨著環(huán)保政策的進(jìn)一步推進(jìn)，同時(shí)由“雙碳”目標(biāo)的引導(dǎo)，后期降解塑料行業(yè)存向好發(fā)展預(yù)期。
安徽豐原生物技術(shù)股份有限公司董事長(zhǎng)陳禮平介紹了豐原在生物可降解材料領(lǐng)域的發(fā)展情況。豐原集團(tuán)經(jīng)過20多年研發(fā)，在聚乳酸核心技術(shù)及下游應(yīng)用方面的持續(xù)改進(jìn)，現(xiàn)已全面掌握了從玉米（或秸稈）到乳酸，再到聚乳酸的發(fā)酵、提取、聚合技術(shù)及下游聚乳酸纖維和聚乳酸塑料制品的全產(chǎn)業(yè)鏈生產(chǎn)技術(shù)；同時(shí)已攻克生物基聚氨酯和生物基聚碳酸酯技術(shù)。
通過對(duì)淀粉質(zhì)原料生產(chǎn)聚乳酸技術(shù)的創(chuàng)新升級(jí)，聚乳酸生產(chǎn)成本大幅降低。同時(shí)豐原集團(tuán)已成功攻克了利用秸稈纖維素生產(chǎn)聚乳酸的技術(shù)，約2.5噸秸稈生產(chǎn)1噸混合糖+1.5噸高黃腐酸含量有機(jī)肥，該高效有機(jī)肥既是植物生長(zhǎng)劑，又是土壤改良劑，同時(shí)還能夠提升作物的品質(zhì)。
目前豐原已擁有國(guó)內(nèi)首條生產(chǎn)線5條，分別是：
3萬噸/年發(fā)酵蘋果酸項(xiàng)目; 1.5萬噸/年秸稈制糖項(xiàng)目；300噸/年賴氨酸異氰酸酯項(xiàng)目；10萬噸/年聚乳酸多元醇項(xiàng)目；3萬噸/年生物基聚氨酯項(xiàng)目；1萬噸/年生物基碳酸酯項(xiàng)目；1萬噸/年生物基聚碳酸酯項(xiàng)目；5萬噸/年生物基碳酸酯多元醇項(xiàng)目；6萬噸/年丙交酯與碳酸酯共聚物項(xiàng)目。
已擁有國(guó)內(nèi)首條生產(chǎn)線5條，分別是：
50萬噸/年乳酸、30萬噸/年聚乳酸項(xiàng)目；10萬噸/年生物基多元醇項(xiàng)目；3萬噸/年聚乳酸纖維項(xiàng)目；5000噸/年D-乳酸、3000噸/年聚D-乳酸項(xiàng)目；2萬噸/年聚乳酸片材項(xiàng)目。
郵政、快遞、電商行業(yè)一次性PP塑料編織袋使用量大，另外在市政工程、道路、園林乃至土石方工程施工中PP防塵網(wǎng)使用量大，環(huán)境污染嚴(yán)重，目前尚無理想的替代產(chǎn)品，而國(guó)家禁塑令對(duì)物流快遞業(yè)的包裝物要求是2025年全面淘汰傳統(tǒng)塑料編織袋。江蘇科技大學(xué)教授鄒俊團(tuán)隊(duì)研發(fā)了一款基于淀粉基全生物降解材料的可堆肥編織袋，該材料主要由PLA（聚乳酸）、PBAT(聚對(duì)苯二甲酸-己二酸丁二醇酯）、淀粉主成分組成。通過改性造粒，拉絲收卷，得到可堆肥的生物降解扁平絲，再將生物降解扁平絲分布在圓織機(jī)上，編織成所需款式的可堆肥生物降解編織袋。該編織袋在自然界微生物的作用下堆肥降解，并最終完全變成二氧化碳（CO2）或/和甲烷（CH4）、水（H2O），低碳環(huán)保，該產(chǎn)品解決了郵政快遞行業(yè)和土建工程問題的技術(shù)難題。
攻克PHA市場(chǎng)化難題
聚羥基脂肪酸酯（PHA）是一種微生物體內(nèi)的胞內(nèi)聚酯，可作為微生物的碳源和能源的貯藏性物質(zhì)。具有優(yōu)秀的生物可降解性、生物相容性、光學(xué)活性、壓電性、氣體相隔性等性能。
北京微構(gòu)工廠生物技術(shù)有限公司創(chuàng)新中心副總監(jiān)曹銘楷指出，PHA超過150種類型，當(dāng)前共有4種類型PHA實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化：
PHBV，兩種單體共聚：3HB（3-羥基丁酸）3HV（3-羥基戊酸）
PHBHHx，兩種單體共聚：3HB（3-羥基丁酸）3HHx（3-羥基己酸）
P3HB4HB，兩種單體共聚：3HB（3-羥基丁酸）4HB（4-羥基丁酸）
PHB，一種單體均聚：3HB（3-羥基丁酸）
可以通過調(diào)節(jié)單體比例調(diào)節(jié)各項(xiàng)性能。
PHA的阻隔性較好，可以媲美傳統(tǒng)塑料材料。在一些需要高阻隔性的應(yīng)用方向，添加部分PHA可能滿足阻隔性要求，比如地膜、咖啡膠囊、飲料包裝、化妝品包裝、食品包裝、藥品包裝等。此外，與其他材料互補(bǔ)，PHA能夠獲得更優(yōu)秀的性能：例如，與PLA共混，可提升水汽阻隔性能；與PLA共混，可提升纖維耐熱性和柔韌性；與PBAT共混，可調(diào)節(jié)地膜產(chǎn)品降解速度。
成本是制約全新材料PHA 規(guī)模化市場(chǎng)應(yīng)用的瓶頸，迫切需要發(fā)展全新生物制造技術(shù)，使PHA能與石油基材料（傳統(tǒng)塑料）競(jìng)爭(zhēng)。
在此背景下，下一代工業(yè)生物技術(shù)（NGIB）應(yīng)運(yùn)而生。可以利用極端微生物，為無滅菌規(guī)模化量產(chǎn)打下基礎(chǔ)。依托包括PHA在內(nèi)的合成生物學(xué)產(chǎn)品，微構(gòu)工場(chǎng)在醫(yī)療醫(yī)藥領(lǐng)域、化妝美容領(lǐng)域、衣物紡織品領(lǐng)域、可降解材料領(lǐng)域進(jìn)行了廣泛的布局。
高端應(yīng)用場(chǎng)景：醫(yī)療器械關(guān)鍵元件、人體植入材料（神經(jīng)導(dǎo)管、人工食管、醫(yī)用微球 等）。
中端應(yīng)用場(chǎng)景：3D打印材料、抑菌性纖維紡織品、隱形眼鏡、美容化妝品。
日常應(yīng)用場(chǎng)景：可降解材料（一次性餐盒、生物塑料吸管、包裝袋），及其他膜袋類應(yīng)用。
2022年10月，微構(gòu)工場(chǎng)位于北京的PHA智能示范線建成并試產(chǎn)成功，開始向市場(chǎng)穩(wěn)定供應(yīng)PHA原料產(chǎn)品，包括PHB和P34HB。
2022年11月，微構(gòu)工場(chǎng)完成了萬噸級(jí)產(chǎn)線的前期生產(chǎn)工藝驗(yàn)證，首批PHA產(chǎn)品問世，并為萬噸產(chǎn)線建設(shè)和大規(guī)模量產(chǎn)鋪平了道路。
微構(gòu)工場(chǎng)與安琪酵母進(jìn)行戰(zhàn)略合作，設(shè)立湖北微琪生物科技有限公司。項(xiàng)目位于湖北省宜昌市猇亭工業(yè)區(qū)，按當(dāng)前全球在建PHA產(chǎn)能預(yù)估，該項(xiàng)目建成后，將成為應(yīng)用了“下一代工業(yè)生物技術(shù)”的，全球最大的的PHA產(chǎn)線。
“可降解”需要特定條件
中國(guó)科學(xué)院海洋研究所研究員孫超岷認(rèn)為，對(duì)于生物可降解塑，多數(shù)人可能會(huì)認(rèn)為其丟棄后就會(huì)像水果一樣很快消失得無影無蹤。但事實(shí)上，很多生物可降解材料必須在陽光和高溫的作用下才能發(fā)生降解反應(yīng)。根據(jù)研究，生物可降解塑料的結(jié)構(gòu)使其難以在水中漂浮，并且在50℃以上的高溫下才會(huì)開始分解。這也意味著，除了特殊的工業(yè)處理手段之外，一般的陸地環(huán)境和海洋環(huán)境都不能使其分解。此外，這種材料的降解還需要一定的光照，填埋也很難成為合適的處理方式。可降解塑料在沒有專門分類與專業(yè)的回收處理的降解環(huán)境下，與普通傳統(tǒng)塑料帶來的危害無太大差別。
全降解也不意味著完全降解，國(guó)標(biāo)關(guān)于完全降解塑料的相對(duì)生物分解率在90%以上時(shí)，就可以被稱為“全降解”。未經(jīng)處理的可降解塑料不能解決海洋塑料污染問題。
中國(guó)石油化工循環(huán)經(jīng)濟(jì)研究院院長(zhǎng)張松臣指出，中國(guó)《“十四五”生物經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃》的出臺(tái)將促進(jìn)生物基化工品行業(yè)的發(fā)展提速。截至2022年，部分生物基的化工品已經(jīng)形成了一定的市場(chǎng)規(guī)模，乙醇、乳酸、1,3-丙二醇等生物基化學(xué)品都已成功實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化并在對(duì)應(yīng)市場(chǎng)中發(fā)揮重要作用。
在推動(dòng)“碳達(dá)峰和碳中和”的過程中，生物基路線制備化工產(chǎn)品是重要的“減碳”手段，更是二氧化碳循環(huán)利用的重要途徑。預(yù)計(jì)在未來10年的時(shí)間里，將有20%以上的傳統(tǒng)化石基化工產(chǎn)品被生物基化工品取代，截止2020年，該替代率只有不到5%。中國(guó)作為全球最大化工產(chǎn)品生產(chǎn)國(guó)和消費(fèi)國(guó)，未來10年生物基化工品的市場(chǎng)空間巨大，預(yù)計(jì)中國(guó)將有千億美元市場(chǎng)規(guī)模的生物基化工品對(duì)傳統(tǒng)化石基路線的產(chǎn)品進(jìn)行替代。
全國(guó)化工節(jié)能（減排）中心秘書長(zhǎng)張華指出，塑料廢物管理是當(dāng)前世界面臨的重要環(huán)境問題之一，厘清塑料包裝代謝機(jī)理，識(shí)別材料回收替代路徑，是推動(dòng)綠色低碳包裝、控制環(huán)境泄漏率的一個(gè)基礎(chǔ)性科學(xué)問題。塑料加工行業(yè)碳排放集中在樹脂原料生產(chǎn)和塑料制造階段，主要來自于凈購入電力和熱力產(chǎn)生的碳排放。其中樹脂原料生產(chǎn)階段產(chǎn)生的碳排放可占總排放的60%～70%，塑料制造階段占15%～30%。
塑料行業(yè)是我國(guó)高碳排放行業(yè)之一，目前塑料加工全行業(yè)應(yīng)對(duì)塑料污染的全鏈條治理能力相對(duì)不強(qiáng)，塑料產(chǎn)品全生命周期碳排放高，行業(yè)綠色發(fā)展受到制約。從塑料制品生產(chǎn)、流通、消費(fèi)到回收利用、末端處置全鏈條治理體系不夠健全，塑料廢棄物分類收集處理力度相對(duì)不強(qiáng)，資源化利用水平較低。張華建議塑料加工企業(yè)可建立溫室氣體管理體系，有助于企業(yè)摸清碳排放現(xiàn)狀，有針對(duì)性的降低企業(yè)或產(chǎn)品的碳排放水平；提高資源化利用水平，塑料廢棄物分類收集處理力度。
論壇上，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所研究員劉家磊對(duì)《CSTM生物降解地膜團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行了解讀，并舉行了參編單位授牌儀式。展覽會(huì)期間中國(guó)工程院院士、石河子大學(xué)教授陳學(xué)庚，俄羅斯自然科學(xué)院院士、杭州市化工研究院院長(zhǎng)姚獻(xiàn)平，江蘇省造紙行業(yè)協(xié)會(huì)副會(huì)長(zhǎng)李衛(wèi)等重要學(xué)者、專家和業(yè)內(nèi)優(yōu)秀企業(yè)家代表出席開幕式，在主辦方中國(guó)化工信息中心副總經(jīng)理高燕女士的陪同下，與會(huì)嘉賓共同參觀了安徽豐原、微構(gòu)工場(chǎng)、山西華陽、常州百利基等優(yōu)秀企業(yè)展臺(tái)。
