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如何促进生物基材料产业发展？

新材料在线 · 公众号 · · 2024-12-20 00:01

正文

生物基材料（Bio-based Materials）是指利用 生物质为原料或经由生物制造得到原料，通过生物、化学、物理等手段制造的一类新型材料 ，其本质是把空气中二氧化碳间接地通过植物光合作用以及生物/化学/物理手段贡献人们衣食住行用的材料和能源，同时它区别于生物可降解材料、生物材料等概念。按照是否可降解、是否为聚合物、是否天然来源等不同标准，生物基材料可划分为多种类别（详见下表）。

这其中，生物基材料≠生物降解材料，生物基材料侧重强调原料来源为生物质（指通过光合作用而形成的各种有机体，包括所有动物、植物及微生物等生命体衍生得到的材料），它可能是可降解的、也可能是不可降解的，如生物基聚乙烯，主要采用蔗糖为原材料，但却无法进行生物降解，不属于生物降解材料；生物降解材料强调生物可降解性（即在微生物或堆肥作用下可被降解），它的原料可能来自生物质、也可能不是来自生物质，如地膜材料PBAT（即聚对苯二甲酸乙二醇酯，由己二酸(AA)、对苯二甲酸(PTA)和丁二醇(BDO)聚合而成)是可降解的（由于芳香族聚合物化学结构的特殊性在合适土壤中可以完全生物降解），但不属于生物基材料，因为其原料来自石油基材料。

生物基材料生态效益高，具有原料可再生、生产碳排放少、能源节约等优势，替代石油基材料的潜力较大。 石化工业已经走过百年历史，以石油为原料的现代化工生产了大量基础材料，支撑起现代工业经济发展。然而在全球石化能源危机、环境污染、“双碳”背景下，降低材料对石化资源依赖成为当务之急。生物基材料由于具有原料可再生、生产碳排放少、能源节约等显著优势（以塑料制造为例，以生物基材料作为原料制造每吨塑料排放二氧化碳0.6吨，而以石油基材料作为原料制造要排放3.1吨）且产品性能能够比肩同类石油基材料，已经展示出替代石油基材料的能量，正使其成为国际新材料产业发展的重要方向。全球经济合作与发展组织（ OECD ）发布的《面向2030生物经济施政纲领》战略报告预测，2030年全球将有大约5％的化学品和其他工业产品来自生物制造，其中20%的石化产品可由生物基产品替代。

产业链由上游生物质原料、中游生物基中间体（生物基单体、生物基平台化合物）及生物基材料产品制造、下游终端应用构成。 上游，生物质原料包括粮食作物（如谷类作物、薯类作物、豆类作物）、非粮生物质（如农作物秸秆、林业废弃物），并经加工后进一步生成植物油、木质素、纤维素、淀粉、多糖等原料。中游，通过将上游原料经过生物合成、生物加工、生物炼制过程获得生物醇、有机酸、烃、烯烃等生物基单体，及乳酸、丁二酸、糠醛、赖氨酸等生物基平台化合物，再通过聚合反应和加工过程获得生物基塑料、生物基化学纤维、生物基橡胶、生物基涂料等生物基材料产品。下游，则是生物基材料终端产品的应用领域，如生物基塑料产品在包装、消费品、纺织品是领域获得较好地应用，生物基化学纤维产品已广泛应用于时装、家居、户外及工业领域。

图：生物基材料产业链

产业规模不断扩大，目前国内生物基材料年产量700万吨、占全球产量的1/5。近年来，我国生物基材料领域功能菌株、蛋白元件等关键技术不断突破，产品种类逐渐增加，产业规模不断扩大，正从科研开发走向全面产业化规模应用，在塑料制品、纺织纤维、医药器械、涂料、农业物资、表面活性剂等方面得到广泛应用。根据中国石油和化学工业联合会生物化工与生物质能源专委会数据， 2021年我国生物基材料产量700万吨、产值超过1500亿元，产量占全球的20%、产值占国内化工行业总产值的2.3%。

生物基塑料、生物基化学纤维、生物基橡胶等细分赛道产业化水平居前列，已经诞生一批细分赛道领军赛手。由于政策支持及下游广泛应用场景驱动，我国聚乳酸（PLA）、聚羟基脂肪酸酯（PHA）、生物基聚酰胺（Bio-PA，俗称尼龙）等率先实现产业化，近年来生物基橡胶等也正在加快产业化进程，使得生物基塑料、生物基化学纤维、生物基橡胶等赛道实现规模化生产，产业化水平走在生物基材料各赛道前列。

这其中：聚乳酸（PLA）、聚羟基脂肪酸酯（PHA）是生物基塑料的代表之二，推动我国生物基塑料赛道快速发展 ，根据共研网数据，2021年我国生物基塑料产量99.3万吨，同比增长24.1%、占生物基材料产量的14.2%；诞生了海正生材、瑞丰PLA领军赛手，天安生物、国韵生物、蓝晶微生物等PHA领军赛手，其中海正生材是继美国之后全球第2家PLA达到千吨级生产能力厂家。

——生物基聚酰胺（Bio-PA）是生物基化学纤维最重要的品类之一，在纺织服装、特种材料、工程塑料、军事装备等领域得到广泛应用。由于国内在Bio-PA上游关键原材料长链二元酸（LCDA）生物法制备工艺上的突破，使我国Bio-PA实现弯道超车，带动生物基化学纤维的快速发展；诞生了凯赛生物、三联虹普等领军赛手，其中凯赛生物是全球生物法长链二元酸系列产品的主导供应商，2018年其生物法长碳链二元酸被评为国家制造业单项冠军产品。

——生物基可降解聚酯橡胶、官能化生物基衣康酸酯橡胶等生物基合成橡胶即将实现产业化。北京化工大学团队成功开发出生物基可降解聚酯橡胶、生物基衣康酸酯橡胶（实现从“0到1”，填补我国自有合成橡胶领域空白），2021年3月其生物基可降解聚酯橡胶材料完成千吨连续化中试试验、同年5月官能化生物基衣康酸酯橡胶实现工程化生产。目前京博中聚、玲珑轮胎等赛手正着力推进与该团队的商业化合作，已在京博中聚建成世界首条千吨级示范生产线，在玲珑轮胎工业化生产线上试制了生物基绿色轮胎。

本文利用iFinD金融数据终端，采用关键词“生物基材料”检索得到50家国内相关上市企业，据此分析国内生物基材料产业区域布局情况。从企业总部省级分布看，山东、广东、浙江、江苏、安徽5地数量居前三，合计达到35家，占比70%，拥有圣泉集团（山东）、兆新股份（广东）、家联科技（浙江）、世华科技（江苏）、华恒生物（安徽）等一批代表性企业。从企业总部区域分布看，长三角、环渤海、珠三角是主要分布地，其中长三角三省一市合计达到21家，占比42% ，其中上海拥有国家级制造业单项企业凯赛生物，该企业是全球长链二元酸的主导供应商。从企业产能分布看，近年来，山西、河南、广西、新疆等中西部地区因原料优势，成为不少企业制造产能布局地，如凯赛生物与山西（玉米高粱产地优势）合作打造“山西合成生物产业生态园区”项目，家联科技与广西（甘蔗产地优势）合作“年产十万吨环保餐饮具产业园项目”。

总体而言，我国生物基材料正处于科研开发走向产业化规模应用关键时期，在原材料成本、关键工艺技术、公共服务支撑、应用场景开拓等方面还与石油基产品具有较大差距，总体生产成本高于同类石油基产品30%以上，短期内难以撼动石油基产品主导地位。

发展动力加快由“政策驱动”向“市场驱动”转变。近年来，生物基材料下游市场应用场景不断拓展，生产成本逐步降低，国际国内系列环保型政策加快落地，消费需求不断扩大，带动生物基材料产业加快发展。前述OECD发布的《面向2030生物经济施政纲领》战略报告预测，2030年全球将有大约5％的化学品和其他工业产品来自生物制造，其中20%的石化产品可由生物基产品替代，市场提升空间近6000亿美元。我国《“十四五”生物经济发展规划》预测，未来十年35%的石油化工、煤化工产品可被生物制造产品替代。生物基材料下游应用领域不断壮大，将继续拉动我国生物基材料市场规模持续增长。

发展方向加快由“粮食原料”向“非粮原料”转变。我国生物化工的原料90%来自于玉米、小麦、稻谷等粮食作物，与民争粮、与畜争饲问题已经很突出。即便我国粮食连年丰收、供应充裕、市场稳定，若是继续基于粮食原料发展生物基材料，与民争粮、与畜争饲的矛盾风险将愈发突出，如凯赛生物在山西建设的年产4万吨二元酸生产厂一年可消耗高达240万吨玉米。2023年1月，工信部等六部门联合发布《加快非粮生物基材料创新发展三年行动方案》，提出要加快推进非粮生物质原料（农作物秸秆、林业废弃物、薪炭林、木本油料林、灌木林、有机生活垃圾、畜禽粪污、生活污水污泥等）利用和应用技术本成熟，非粮生物基材料成为生物基材料发展的重要转型方向。

传统石化企业加快由“单基产品”向“双基产品”转变。石油基材料已有上百年历史，随着“双碳”时代的到来，传统化工企业纷纷加速布局生物基材料领域，加快从原有的仅基于石化原料的石油基“单基”材料向“石油基材料+生物基材料”的“双基”材料产品体系转型。比如，恒逸石化开展生物基PTT弹性记忆性纤维系列产品研究与应用开发，目前已开发一套关键制备技术并实现产品稳定量产；万华化学2022年推出100%生物基原料制造的热塑性聚氨酯弹性体（TPU）产品，可用于鞋服、薄膜、消费电子、食品接触等领域；三联虹普除石油基材料技术之外，进一步打造以生物基聚酰胺为代表的新材料技术服务平台。

对地方促进生物基材料产业发展来说，需要把握我国生物基材料正处于科研开发走向产业化规模应用关键时期这一总体判断，当前仍要坚持“政府端+市场端”两端同时发力，加快找准赛道、培引赛手、构建生态，持续提升生物基材料产业技术创新、规模化集约化生产、市场化开拓能力，加快抢占生物基材料产业竞争制高点。

来源：国家新材料产业资源共享

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为全面梳理行业发展情况，生物降解材料研究院和TK生物基材料撰写了 《2024中国生物降解材料行业研究报告》 （分为上下册装订），该报告分为 12章，900页，全文65万字 ，内容包含 整体报告、PBAT报告、PBS报告、PLA报告、PHA报告、PPC报告、PGA报告、淀粉基报告、包装报告、检测、加工工艺 。

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《2024中国生物降解材料行业研究报告》 相较于2023年版本的报告，有如下改进：

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2. 新增PBAT、PLA、PPC、PHA、PGA生产成本和利润测算，进出口数据分析。

3. 新增和完善了各种产能数据库和企业经营情况，尤其上市公司及准备IPO的企业经营数据分析。

4. 新增和完善了各种生物降解塑料的制备工艺。

5. 新增改性配方，包括17个PBAT膜类配方，13个PLA餐具吸管配方、25个淀粉基配方。

6. 新增了1400家生物降解行业通讯录（合计3500家）。

7. 新增淀粉基塑料行业报告，新增了PBAT 生产工艺、PLA发泡和双拉和纤维工艺、PBT等章节。

8. 删减BDO行业报告，BDO报告单独成本。

该报告还附录了3500家降解行业通讯录。 本着为生物基与降解行业推广服务宗旨，创造平台的链接价值，报告囊括了 1447家 全国领先的合成厂家、改性厂家、降解终端制品厂家、助剂/填料/色母粒厂家、设备厂家、检测机构、贸易公司，还包括 993家 海南绿码白名单企业、 352家

如何促进生物基材料产业发展？

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