绿色需求加速生物基材料产业化进程

■ 中国化工信息咨询部   周杨

      生物基材料是指以可再生资源为原料，通过生物合成、生物加工、生物炼制过程获得的生物质合成材料、生物质再生材料和基础化工原料，是现代生物制造产业发展的重点，也是社会经济绿色增长的重大产业方向。其规模化发展与应用，将降低化工材料工业对化石资源的依赖，有利于环境改善与经济协调发展，对于加快培育战略性新兴产业、促进我国石油化工材料转型升级、推动绿色经济增长、促进农工融合与城镇化建设具有重大意义。

抢滩生物基产品市场，

       产业化初具规模

　　目前，各国对发展生物基材料在有效利用生物质资源、节能减排和保护环境方面的作用都有较为充分的了解，并开始积极推动和促进生物基合成材料的发展。与此同时，巴斯夫、埃克森美孚、三星、道达尔等化工领域的一些国际著名企业也在积极抢滩生物基产品市场，推动生物基材料的商业化进程。

　　在政策支持和企业引领的带动下，经过多年的研究与发展，全球生物基材料的发展已经逐步进入大规模实际应用和产业化阶段。当前，化纤、橡胶、尼龙及许多大宗的传统石油化工产品不断被来自可再生碳原料的生物基产品所替代。以农林生物质为原料转化制造的生物塑料、节能保温材料、木塑复合材料、热固性树脂材料、功能高分子材料等生物基材料，和生物基单体化合物、生物基助剂、表面活性剂等生物基大宗精细化学品正快速发展，产品经济性正在逐步增强。预计到2021年全球生物基塑料市场将增长至58亿美元，经济收益与当前相比将增长两倍。其中，欧洲的生物基塑料消费将占全球1/3，亚太地区和南美洲由于占据生物质资源优势，在政府的支持下市场销售额也将大幅增长。

技术发展初现格局，

      主体格局或将生变

　　经过“十二五”期间的发展，我国工业生物技术发展已具备一定的产业格局，在生物基材料方面，我国的聚羟基脂肪酸酯（PHA）、聚乳酸（PLA）、丁二酸丁二醇共聚物（PBS）、二氧化碳共聚物（PPC）和淀粉基材料及其单体的生产技术在近年都取得长足发展。2015年，我国生物基材料与关键单体的年产能约为600万吨，形成环渤海、长三角、珠三角三个产业集群。　

      1．生物基材料单体

　　随着合成生物学等技术的进步，生物基材料单体的合成技术不断创新，成本不断下降，材料的性能不断提升，对传统石化材料的竞争力不断增强。近年来，我国在1,3-丙二醇（1,3-PDO）、1,4-丁二醇（1,4-BDO）等重要单体的合成方面都有较为抢眼的表现。

　　2013年，我国具有完全自主知识产权的生物法PDO项目在张家港华美生物材料有限公司成功投产，打破了美国企业在这一领域的长期垄断，这是我国首次有机会掌握特种聚合物上游原材料的核心技术和自主知识产权。

　　近几年中国大陆地区BDO产能呈现阶梯式增长趋势，“十二五”规划的五年中，年增长率基本保持在30%以上。2014年我国BDO产能约有150万吨，其中新增产能约45万吨，产能过剩的现象已逐步凸显。2015年，我国1,4-丁二醇总产能约200万吨，其中新增项目共计46万吨，2015年全国装置总体开工率的平均水平不到五成，年产量约70万吨。

　　2. 生物基聚合物

　　近年来，我国生物基聚合物产业发展迅猛，关键技术突破不断出现，产品种类快速增加，产品经济性逐步增强，显示了强劲的发展势头。2015年我国生物基聚合物产能约为40万吨。 　　

　　淀粉基塑料是国内目前技术最成熟、产业化规模最大、市场占有率最高的一种生物降解塑料，也是我国生物基聚合物产品的主要产品类型。产品出口日本、韩国、马来西亚、澳大利亚、美国和欧盟各国。

　　聚乳酸（PLA）是全球应用最广的可降解生物基塑料，据预测，2020年之前世界聚乳酸需求量将达到1000万吨，这为乳酸行业提供了良好的发展空间。目前我国PLA产能达到2.5万~5.0万吨，有望在未来3~5年内成为聚乳酸生产及加工大国。

　　聚羟基脂肪酸酯（PHA）是目前最有发展前景的生物基塑料之一，其性能优良但生产工艺较复杂，目前仍处于市场起步阶段。目前已经实现工业化生产的有PHB（聚羟基丁酸）和PHBV（羟基丁酸-羟基戊酸共聚物）等。我国具有雄厚的发酵产业基础， PHA产业化种类和产量都处于国际领先地位。随着下游应用的逐渐拓展，PHA未来的市场潜力巨大。

　　聚丁二酸丁二醇酯（PBS）已成为可推广应用的完全生物降解塑料的热点材料之一。2013年6月，山东汇盈公司采用中国科学院一步法聚合专利技术建设的2万吨PBS装置正式投产，形成了2.5万吨PBS的产能，成为当时全球最大的PBS生产基地。

　　此外，近年来，聚己内酯（PCL）、二氧化碳共聚物（PPC）等新型生物聚合物迅速发展，正在改变以变性淀粉塑料为主体的生物基材料产业格局。

高性能绿色需求渐升，

       生物基材料走俏

      1． 生物基橡胶

      橡胶原材料大部分以化石能源为原料，通过对生物橡胶的开发利用，可以减少橡胶行业对石化资源的依赖，从而最终降低行业对环境造成的影响，实现循环经济和生态可持续发展。目前，全球生物基橡胶的开发都已经取得了一定的进展。我国也加快通过政策的配合，倡导利用生物质资源生成合成橡胶，鼓励新技术的开发并加快实用化进程。

      2． 生物基纤维

　　受石油短缺、环境问题的影响，美国、欧盟、日本等传统化纤生产强国早已逐渐退出常规化纤生产，来源于可再生生物质的生物基纤维成为化纤工业新的增长点，引领了新的消费趋势。生物基化学纤维在性能上具备对常规化学纤维的广泛替代性，已应用于纺织、医用材料、卫生防护、航天军工等领域，具有巨大的市场潜力。

　　近年来，我国生物基化学纤维及其原料得到大力发展，尤其是纤维加工及应用市场成熟，壳聚糖纤维、PDT纤维、生物蛋白纤维、竹浆和麻浆纤维等品种已经达到国际领先水平；PTT纤维、PBT纤维、聚乳酸（PLA）纤维等纤维加工具有国际水平，应用市场日趋成熟；Lyocell纤维、PHBV与PLA共混纤维、海藻纤维等市场应用广泛，纤维生产正处于产业化突破关键阶段。我国丰富的生物质原料资源储量也为生物基纤维的开发点亮绿灯。

　　中国化学纤维工业协会生物基化学纤维及原料专业委员会秘书长李增俊表示，“十三五”化纤工业发展的重点任务就是生物基纤维，到2020年，我国将力争实现多种新型生物基纤维及原料技术的国产化，实现生物基原料产量77万吨，生物基纤维106万吨。

　　3. 生物基塑料

　　生物基塑料指以淀粉等天然物质为基础在微生物作用下生成的塑料，有可再生性，十分环保。近年来，全球生物塑料市场快速增长，年均增速达8%～10%，预计到2020年市场规模将达到100亿美元。虽然生物基塑料应用中，包装材料仍将占主导市场地位，但是在汽车和电子行业的新应用正在迅猛增长。此外，生物塑料不仅对环境友好，其对肌体的适应性也非常好，有望用于生产可被肌体吸收的术后缝合线等医用产品。

　　预计，到2025年，亚洲将是生物塑料市场的领导者，约占32%的市场份额，其次是欧洲占到31%，美国占28%。主要将得益于生物塑料技术性能的改进，技术创新将拓展在汽车、医疗和电子行业的应用。

　　4． 生物基涂料

　　从涂料配方中消除VOCs 和对空气有害的污染物已经成为行业的头等大事，除了减少对化石能源的依赖性这一明显的优点外，许多生物基涂料通过降低VOCs 以及自身100%的可再利用，在可持续性方面有很大的贡献。

　　屋面材料的生物基替代品正迅速增加，包括树脂、溶剂、表面活性剂、生物杀虫剂、填料和沥青等。用生物基材料来替代石化材料可以有以下好处：低VOCs；低毒性；容易生物降解；提高性能，改善环境寿命周期；较高的闪点和沸点。此外，对使用者更健康更安全；有利于环境；提高国家能源的安全，降低对进口石油的依赖。

　　目前生物基涂料发展除了受到防水等性能方面的挑战外，还不断地受到各种因素的影响，如规模生产的可测量性、各种生物材料组成和新陈代谢的复杂性。因此，行业中领先的制造商将继续将产品朝环保、高性能和节能方向更进一步发展。

　　5． 生物基胶粘剂

　　随着人们对自身身体健康和环保意识的增强，广大消费者一直期待无醛环保胶粘剂替代传统含大量有甲醛的胶粘剂。生物基无醛胶粘剂就是以生物质资源为主要原料，以工业用水为分散介质制成的胶粘剂，主要用于人造板木材加工行业，是一种新型的绿色环保胶粘剂。

　　生物基无醛胶粘剂是相对于目前国内市场上人造板以化工物质为原料的三醛胶，即脲醛胶、酚醛胶、三聚氰胺醛胶而言的。这三种胶都是人造板甲醛含量超标的最主要来源。生物基无醛胶粘剂完全不同于市场上常见三醛胶，主要以大豆、玉米、淀粉等植物资源为原料材，不含甲醛和苯酚等有害物质，从原料源头上解决胶粘剂的甲醛危害问题。

　　绿色、低碳、环保代表着全球胶粘剂的发展方向与趋势，新型生物基无醛胶粘剂，具有绿色、环保、循环经济特点，将成为产业升级提升品质的市场主流产品，促进行业的进步和健康发展。

　　我国生物基材料发展目前仍处于初级阶段，虽取得了一定进展，但是在生物基材料产业总体的规模和水平上仍与发达国家存在较大的差距，生产成本居高不下,市场竞争力较差。此外，考虑到我国粮食战略安全，导致很难大量生产以粮食作物、油料作物、糖料作物为原材料的生物基材料。加之低油价的冲击使得我国实施生物基材料重大工程面临瓶颈。

　　因此，推动生物基材料产业的创新发展、规模化发展，突破发展瓶颈，促进产业链协调发展，大幅提高经济竞争力与规模化应用水平，是发展我国生物基材料产业的主要任务。在       表 1   2015年国内部分生物基聚合物产能概况      吨

　　     名称                      生产公司                           产能

　　淀粉基塑料  武汉华丽环保科技有限公司    70000

　　    深圳市虹彩新材料科技有限公司    20000

　　    苏州汉丰新材料股份有限公司  35000

　　    江苏龙骏环保实业发展有限公司    20000

　　    南京比澳格环保材料有限公司  50000

　　    广东上九生物降解塑料有限公司    10000

　　    浙江华发生态科技有限公司    10000

　　PHA 宁波天安生物材料有限公司    10000

　　    天津国韵生物材料有限公司    10000

　　    深圳市意可曼科技有限公司    5000

　　PBS 山东汇盈新材料科技有限公司  25000

　　    广州金发科技有限公司    30000

　　    山西金晖兆隆高新科技有限公司    25000

　　    浙江杭州亿帆鑫富药业股份有限公司    10000

　　    新疆蓝山屯河化工股份有限公司    5000

　　    安徽安庆和兴化工公司    10000

　　    深圳光华伟业股份有限公司    1000

　　PCL 深圳市光华伟业实业有限公司  百吨级别

　　    深圳市易生新材料有限公司    百吨级别

　　PPC 内蒙古蒙西高新技术集团公司  3000

　　    江苏中科金隆化工股份有限公司    万吨级别

　　    河南天冠集团    万吨级别

　　PLA 浙江海正生物材料股份有限公司    15000

　　    江苏宿迁允友成公司  10000

　　    深圳市光华伟业（孝感）实业有限公司  1000

　　    江苏九鼎新材料股份有限公司  5000

　　    上海同杰良生物材料有限公司  1000

　　    常熟市长江化纤有限公司  1000不久的将来，代表着环保、健康的生物基材料必将为广大消费者所认知和接受。