當(dāng)前，塑料污染防治是國(guó)際社會(huì)共同面臨的重大環(huán)境挑戰(zhàn)。我國(guó)于2020年1月發(fā)布《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)塑料污染治理的意見(jiàn)》，“可降解塑料”作為塑料制品替代方案之一被多次提及。
可降解塑料是指在使用過(guò)程中能夠被自然分解的塑料。在政策法規(guī)的推動(dòng)下，我國(guó)可降解塑料產(chǎn)業(yè)未來(lái)將呈現(xiàn)快速發(fā)展的趨勢(shì)，同時(shí)也面臨概念模糊、性價(jià)比不高、環(huán)境友好不確定性等問(wèn)題，需要盡快加強(qiáng)關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)、推動(dòng)末端處理設(shè)施建設(shè)、健全相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和評(píng)價(jià)體系。
可降解塑料發(fā)展主要?dú)v經(jīng)三個(gè)階段
第一階段是興起于20世紀(jì)50年代的光降解塑料，由于其偽降解性，已被全球明令禁用。
第二階段是在20世紀(jì)90年代應(yīng)用的破壞性生物降解塑料，即在傳統(tǒng)塑料中加入淀粉、小麥等天然物質(zhì)，由于其不可完全降解且使塑料整體性能受損，也被禁用。
第三階段是近十年興起的生物降解塑料，主要是指在自然界條件下（如土壤、沙土、海水等），或特定條件下（如堆肥化條件、厭氧消化條件或水性培養(yǎng)液等），由微生物作用（如細(xì)菌、霉菌、真菌和藻類等）引起降解，并最終完全變成二氧化碳、水、甲烷或礦化無(wú)機(jī)鹽的塑料。可降解塑料根據(jù)原料來(lái)源可分為三類：生物基可降解塑料，主要有聚乳酸（PLA）、聚羥基脂肪酸酯（PHA）等；石油基可降解塑料，主要有二元酸二元醇共聚酯系列（PBS，PBAT，PBSA）等；煤基可降解塑料，主要有聚乙醇酸（PGA）。
我國(guó)可降解塑料產(chǎn)銷量增速明顯提升
我國(guó)可降解塑料產(chǎn)業(yè)受政策驅(qū)動(dòng)發(fā)展迅速。2019年以前，我國(guó)可降解塑料的產(chǎn)量和銷量增長(zhǎng)速度均較緩慢。2020年以來(lái)，受“禁塑令”“雙碳”等政策驅(qū)動(dòng)，我國(guó)可降解塑料產(chǎn)量和銷量增速明顯提升，2021年產(chǎn)量和銷量分別為30.2萬(wàn)噸和27.6萬(wàn)噸，均比上年增長(zhǎng)逾20%，在建擬建年產(chǎn)能超400萬(wàn)噸。
PLA和PBAT是我國(guó)主流的兩類可降解塑料產(chǎn)品。PLA和PBAT因具有良好的力學(xué)性能、生物相容性和可降解性，是產(chǎn)業(yè)發(fā)展較快的兩類可降解塑料，而PHA因其突出的生物溶解性能在醫(yī)療市場(chǎng)上具有不可替代的作用，也是備受行業(yè)關(guān)注的可降解材料。其中，PLA具備較高的硬度和高透明性，是理想的透明容器、管材制造原料，但耐水解性能不佳；PBAT性能接近傳統(tǒng)石油基塑料，具備較好的延展性和斷裂伸長(zhǎng)率，成膜性能突出；PHA具備良好的降解能力，不要求工業(yè)堆肥等苛刻條件。綜合來(lái)看，PBAT、PLA等性能與普通的日用消費(fèi)級(jí)塑料比較接近。
不同的可降解塑料降解方式及速率存在明顯差異。鑒于合成原料、材料結(jié)構(gòu)不同，不同類別的可降解塑料在不同的環(huán)境條件下降解方式和速率存在明顯差異，比如PLA、PBAT等無(wú)法在自然條件下實(shí)現(xiàn)快速降解，需要在工業(yè)堆肥條件下進(jìn)行降解。因此，堆肥廠等后端處理設(shè)施的普及程度將直接影響可降解塑料的環(huán)保性，進(jìn)而影響材料的使用前景。
產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的同時(shí)仍面臨較多挑戰(zhàn)
我國(guó)可降解塑料產(chǎn)業(yè)在快速發(fā)展的過(guò)程中仍面臨生產(chǎn)成本高、應(yīng)用領(lǐng)域受限、不具備成熟回收體系及規(guī)模化降解設(shè)施等難題。
PBAT產(chǎn)能驟增導(dǎo)致原料價(jià)格上漲。PBAT生產(chǎn)工藝較為成熟，是目前產(chǎn)能增加最快的可降解塑料品種，僅2022～2023年擬投產(chǎn)的PBAT項(xiàng)目就逾20個(gè)，產(chǎn)能逾120萬(wàn)噸/年。雖然原料端對(duì)苯二甲酸（PTA）、己二酸相對(duì)充裕，但1,4-丁二醇（BDO）（原主要用于氨綸的聚四氫呋喃生產(chǎn)）需求量驟增，導(dǎo)致價(jià)格上漲，致PBAT生產(chǎn)成本大幅提高。
PLA的原料仍主要依賴進(jìn)口。PLA生產(chǎn)技術(shù)壁壘高，丙交酯開(kāi)環(huán)聚合法是主流合成路線，其中丙交酯生產(chǎn)提純是“卡脖子”技術(shù)，其難點(diǎn)在于預(yù)聚過(guò)程中聚合度控制、反應(yīng)產(chǎn)物的分離、丙交酯化學(xué)和光學(xué)純度與收率的平衡。目前僅美國(guó)、荷蘭和中國(guó)浙江的3家企業(yè)實(shí)現(xiàn)了該技術(shù)突破。但浙江企業(yè)的技術(shù)尚未工業(yè)化，國(guó)內(nèi)PLA生產(chǎn)的中間原料仍主要依賴進(jìn)口。
PHA微生物合成工藝綜合成本高。PHA合成包括菌種篩選、代謝路徑改造、發(fā)酵和分離等步驟，其中工程菌株的構(gòu)建決定了合成轉(zhuǎn)化率及成本。目前，PHA成本為普通塑料的4.8倍、PBAT的2.8倍，經(jīng)濟(jì)性亟待提升。
產(chǎn)能或?qū)⒚媾R過(guò)剩。目前市場(chǎng)上已有的可降解塑料品種、性價(jià)比仍很難與傳統(tǒng)塑料相媲美，導(dǎo)致可降解塑料的應(yīng)用范圍受限。另外，按照《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)塑料污染治理的意見(jiàn)》中要求的禁止、限制部分塑料制品的生產(chǎn)、銷售和使用來(lái)推算，400萬(wàn)噸/年的可降解塑料產(chǎn)能如按計(jì)劃投產(chǎn)，將超出未來(lái)政策最嚴(yán)要求可降解塑料用量，“十四五”末將面臨產(chǎn)能過(guò)剩的問(wèn)題。
完全降解的占比低。當(dāng)前，多數(shù)可降解塑料的降解性是基于工業(yè)堆肥集中處理或特定的溫度、濕度及菌類等條件，目前尚不具備對(duì)廢棄可降解塑料有效收集的條件及規(guī)模化降解的設(shè)施。清華大學(xué)循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)研究中心的調(diào)研數(shù)據(jù)顯示，目前我國(guó)近97%可降解塑料仍使用焚燒與填埋的處理方式，流入環(huán)境的占比約3%，只有不到0.01%的占比最終進(jìn)入工業(yè)堆肥與厭氧消化的發(fā)酵降解階段。
相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和評(píng)價(jià)體系不完善。我國(guó)開(kāi)展可降解塑料標(biāo)準(zhǔn)化的研究相對(duì)較晚，雖然目前已出臺(tái)20余項(xiàng)可降解塑料的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，但仍存在產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)要求具有差異、PGA等可降解塑料新品種的標(biāo)準(zhǔn)缺失、缺少成熟的可降解塑料認(rèn)證體系等問(wèn)題。
政企發(fā)力推動(dòng)行業(yè)持續(xù)健康發(fā)展
未來(lái)，我國(guó)可降解塑料市場(chǎng)將面臨巨大的機(jī)遇和挑戰(zhàn)，需要企業(yè)不斷加強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新和市場(chǎng)推廣，同時(shí)政府也需要加大政策支持力度，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)持續(xù)、健康發(fā)展。
審慎上馬項(xiàng)目。目前國(guó)內(nèi)可降解塑料行業(yè)發(fā)展主要依賴政策驅(qū)動(dòng)，環(huán)境安全性和可控性仍不確定。建議深入開(kāi)展項(xiàng)目可行性論證，全產(chǎn)業(yè)鏈、多維度科學(xué)評(píng)估，合理布局產(chǎn)能，避免造成投資浪費(fèi)。
加強(qiáng)關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)。縱觀可降解塑料全生命周期，各環(huán)節(jié)仍存在諸多問(wèn)題。建議充分發(fā)揮企業(yè)創(chuàng)新主體的作用，聯(lián)合高校、科研機(jī)構(gòu)開(kāi)展相關(guān)技術(shù)攻關(guān)。一是開(kāi)發(fā)且不斷優(yōu)化具有壁壘性的新工藝和新技術(shù)方法，以PLA為例，突破高純丙交酯等關(guān)鍵“卡脖子”技術(shù)，解決替代進(jìn)口問(wèn)題；二是開(kāi)展產(chǎn)品改性、加工技術(shù)攻關(guān)，拓寬成果轉(zhuǎn)化應(yīng)用范圍；三是進(jìn)一步研究可降解塑料的分解速率、分解徹底性，以及降解過(guò)程和機(jī)理，開(kāi)發(fā)可控制降解速率的技術(shù)，促進(jìn)可降解塑料產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。
推進(jìn)可降解塑料末端處理設(shè)施建設(shè)。可降解塑料廢棄后只有進(jìn)入堆肥或厭氧發(fā)酵才可發(fā)揮其環(huán)保優(yōu)勢(shì)，建議在回收端設(shè)立單獨(dú)的可降解塑料分類標(biāo)志，加強(qiáng)對(duì)可降解塑料相關(guān)知識(shí)的科普和宣傳，引導(dǎo)消費(fèi)者將可降解塑料垃圾與傳統(tǒng)塑料進(jìn)行區(qū)分回收。在處理端為現(xiàn)有垃圾回收處理設(shè)施增設(shè)針對(duì)PLA、PBAT等可降解規(guī)模化工業(yè)堆肥處理設(shè)施，增強(qiáng)對(duì)可降解塑料的無(wú)害化處置能力。
建立健全可降解塑料標(biāo)準(zhǔn)和評(píng)價(jià)體系。完善的標(biāo)準(zhǔn)和評(píng)價(jià)體系是產(chǎn)業(yè)規(guī)范發(fā)展的基礎(chǔ)。建議由行業(yè)協(xié)會(huì)牽頭，組織行業(yè)內(nèi)龍頭企業(yè)依托現(xiàn)有工作基礎(chǔ)，共同制修訂更加全面的可降解塑料政策和標(biāo)準(zhǔn)。另外，在現(xiàn)有《可降解塑料制品的分類與標(biāo)識(shí)規(guī)范指南》的基礎(chǔ)上，持續(xù)完善統(tǒng)一標(biāo)識(shí)和檢測(cè)要求相關(guān)內(nèi)容，搭建可降解塑料溯源平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)可降解塑料全生命周期可追溯，并將其作為可降解塑料環(huán)境友好型的評(píng)價(jià)指標(biāo)之一，推動(dòng)可降解塑料產(chǎn)業(yè)規(guī)范健康發(fā)展。
全球主要經(jīng)濟(jì)體對(duì)可降解塑料態(tài)度
據(jù)聯(lián)合國(guó)環(huán)保署統(tǒng)計(jì)，全球已有67個(gè)國(guó)家和地區(qū)出臺(tái)了禁止或限制使用一次性塑料制品的政策法規(guī)。可降解塑料受到廣泛關(guān)注的同時(shí)，其環(huán)境安全性的質(zhì)疑聲不斷，各國(guó)對(duì)可降解塑料的態(tài)度不一。
歐盟：對(duì)可降解塑料持保守態(tài)度。歐盟在2021年5月發(fā)布的《一次性塑料制品指南》中規(guī)定，2021年7月3日起全面禁止在市場(chǎng)中投放包括餐具、吸管、棉簽、發(fā)泡容器在內(nèi)的9種一次性塑料制品，其中明確指出禁用以改性的天然聚合物制造的塑料，或用生物基、化石基或起始物質(zhì)不是自然產(chǎn)生的合成塑料為原料的一次性制品，可降解塑料也在禁用范圍內(nèi)。預(yù)計(jì)歐盟將于2027年7月對(duì)該指令進(jìn)行再次評(píng)估。
美國(guó)：強(qiáng)調(diào)對(duì)可降解塑料末端處置的研究。2023年4月，美國(guó)發(fā)布首個(gè)《塑料污染防治國(guó)家戰(zhàn)略》，提出通過(guò)減少、回收利用廢塑料和收集水源中的廢塑料，實(shí)現(xiàn)“到2040年消除陸地來(lái)源的塑料和其他廢物排放到環(huán)境中”的目標(biāo)。其中，針對(duì)可降解塑料，明確指出需要加強(qiáng)研究可降解塑料對(duì)環(huán)境的影響，確保經(jīng)認(rèn)證的可降解塑料可實(shí)現(xiàn)完全分解。此外，還明確降解所需的基礎(chǔ)設(shè)施需求，增強(qiáng)美國(guó)境內(nèi)對(duì)可降解塑料的降解能力。
中國(guó)：加強(qiáng)引導(dǎo)可降解塑料產(chǎn)業(yè)有序發(fā)展。2020年以來(lái)，我國(guó)先后發(fā)布《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)塑料污染治理的意見(jiàn)》《“十四五”循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃》，將可降解塑料列入塑料污染治理中的塑料替代路線。2021年9月國(guó)家發(fā)展改革委發(fā)布《“十四五”塑料污染治理行動(dòng)方案》，提出應(yīng)充分考慮可降解塑料制品等全生命周期資源環(huán)境影響，強(qiáng)調(diào)科學(xué)評(píng)估其環(huán)境安全性和可控性，引導(dǎo)產(chǎn)業(yè)合理布局，防止產(chǎn)能盲目擴(kuò)張。
企業(yè)實(shí)踐
北化院PBST專用催化劑制備技術(shù)取得進(jìn)展
本報(bào)訊 近日，北化院PBST（生物可降解共聚酯）專用催化劑制備技術(shù)取得進(jìn)展。科研團(tuán)隊(duì)積極優(yōu)化催化劑生產(chǎn)工藝流程，編制完成催化劑開(kāi)車生產(chǎn)預(yù)案，并制定催化劑分析檢測(cè)方法及出廠標(biāo)準(zhǔn)。
PBST是北化院自主研發(fā)的一種新型生物可降解材料能夠廣泛用于一次性日用品、包裝材料、塑料袋、農(nóng)用薄膜等領(lǐng)域。北化院擁有PBST從原料、聚合工藝、材料加工應(yīng)用到分析表征的完整技術(shù)研發(fā)鏈和價(jià)值鏈。
目前，PBST技術(shù)已落地海南煉化，正在進(jìn)行6萬(wàn)噸/年裝置建設(shè)，這也是中國(guó)石化首個(gè)可降解材料的“十條龍”項(xiàng)目。該裝置運(yùn)行的核心——PBST專用催化劑已完成工藝包審查，并開(kāi)始進(jìn)行催化劑裝置建設(shè)和改造。4月，PBST專用催化劑完成了試生產(chǎn)，成功打通“合成-洗滌-分離-烘干-粉碎-包裝”的生產(chǎn)流程，批量制備了催化劑產(chǎn)品，經(jīng)過(guò)聚合表征評(píng)價(jià)，完全滿足PBST聚合生產(chǎn)要求。PBST專用催化劑將于10月正式生產(chǎn)，為海南煉化6萬(wàn)噸/年P(guān)BST裝置順利開(kāi)車并穩(wěn)定生產(chǎn)提供保障。
上海院聚乙醇酸材料破除高端領(lǐng)域應(yīng)用瓶頸
本報(bào)訊 生物降解塑料是指在特定條件下可以完全分解為二氧化碳和水的材料，可以顯著減少傳統(tǒng)不可降解塑料帶來(lái)的環(huán)境污染。中國(guó)石化以煤為原料，以低成本生產(chǎn)聚乙醇酸（PGA）為目標(biāo)，布局了年產(chǎn)能50萬(wàn)噸的貴州能化PGA項(xiàng)目，擬利用煤炭資源生產(chǎn)比市場(chǎng)上聚乳酸等生物降解塑料價(jià)格更低的新材料。
然而，PGA加工性差、貨架期短、韌性差等技術(shù)難題限制了其應(yīng)用。為此，上海院PGA改性加工團(tuán)隊(duì)從分子拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)基礎(chǔ)研究創(chuàng)新出發(fā)，通過(guò)低成本連續(xù)熔體聚合和化學(xué)改性路線，開(kāi)發(fā)三大類高性能新型PGA，拓寬其在高端領(lǐng)域的應(yīng)用。
創(chuàng)制新型超高分子量梳狀PGA拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，利用分子間多位點(diǎn)纏繞機(jī)制顯著提高其熔體強(qiáng)度，解決了普通PGA不能直接吹膜加工的行業(yè)難題，首次實(shí)現(xiàn)在高端多層阻隔包裝材料中的應(yīng)用；創(chuàng)制分子量及嵌段結(jié)構(gòu)精確可控的新型PGA嵌段共聚物，能夠改善PGA共混材料的相容性，顯著提高制品的使用性能；開(kāi)發(fā)“一步法”接枝聚合技術(shù)，高效制備接枝PGA，解決了現(xiàn)有技術(shù)存在的溫度高、接枝效率低等問(wèn)題。
未來(lái)，上海院PGA團(tuán)隊(duì)將持續(xù)推進(jìn)高性能PGA材料開(kāi)發(fā)，不斷推動(dòng)生物降解材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展。
大連院生物可降解材料單體技術(shù)獲技術(shù)許可
本報(bào)訊 近日，大連院聚丁二酸丁二醇酯（PBS）的類聚酯單體1,4-丁二醇（BDO）和丁二酸成套技術(shù)實(shí)現(xiàn)首次技術(shù)許可。
一直以來(lái)，生物可降解材料關(guān)鍵單體合成技術(shù)因技術(shù)壁壘較高，在相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)被國(guó)外專利商壟斷。2020年，國(guó)家頒布“禁塑令”，可降解材料發(fā)展迎來(lái)高峰期。科研院所和高校等單位加快關(guān)鍵單體合成技術(shù)研發(fā)進(jìn)程，雖取得一定突破，但在關(guān)鍵工藝、設(shè)備及材料成本上，與國(guó)外技術(shù)相比仍有差距。
大連院聚焦關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn)，以開(kāi)發(fā)高收率、低成本、自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的關(guān)鍵單體合成技術(shù)為出發(fā)點(diǎn)，開(kāi)發(fā)新型酯化工藝的BDO成套技術(shù)、高選擇性加氫工藝的丁二酸成套技術(shù)，均已實(shí)現(xiàn)技術(shù)許可。聚乳酸（PLA）單體丙交酯合成技術(shù)已完成小試、模試到中試的逐級(jí)放大，正在開(kāi)展萬(wàn)噸級(jí)工藝包編制工作。
（中國(guó)石油天然氣股份有限公司石油化工研究院戰(zhàn)略與信息研究室付凱妹 王紅秋）
