在新版“限塑令”压力之下，生物可降解塑料迎来发展风口，部分以化石原料（煤、石油、天然气）制备系列低成本生物可降解材料单体的新技术也不断发展。当前，生物可降解材料单体在制备方面存在哪些问题？未来，生物可降解材料的发展方向有何趋势？近日，陕西延长西大先进技术研究院副院长、西北大学研究生导师杨东元接受了本刊的独家专访。
降解材料面临的挑战
【CCN】目前，我国在生物可降解材料单体制备方面存在哪些挑战？
【杨东元】目前来讲，我国生物可降解材料产业不是由供给端向产品端推动的一个产业，而是由需求端倒逼供给端发展。这也说明目前我国的生物可降解材料行业并没有做好充分的技术及产业链准备，去替代原来常规的聚乙烯、聚丙烯、聚酯等，而是在被政策及人民群众的需求下倒逼的。在这样的一个前提下，便相应地出现了一些问题。
第一，目前生物可降解材料的种类还仅局限于化石原料基的聚丁二酸丁二醇酯（PBS）、聚对苯二甲酸-己二酸丁二醇酯（PBAT）和生物基的聚乳酸（PLA）等，种类还不够丰富，而且产能严重受限。因为在政策正式发布之前，大家都在持观望心态，不会盲目投产和布局，这也导致了部分产品产能不足和价格飞涨。
实际上，生物可降解材料与传统材料的主要应用场景并不是一个“你死我活”的过程，而是一个相互包容的过程，这两者的应用领域是很明确的。在未来5~10年，生物可降解材料的主要应用领域是地膜、食品包材及与人体相关的一些包附材料等，而传统材料主要应用于管材、型材、白色电器的一些外壳、汽车外壳等。对于生物可降解材料，其要求相当明确：一是价格要低廉，因为一旦其价格比传统材料贵，那么在市场中将无法做到自主性替代；二是生物安全性要好；三是能够大规模地可获取、可利用。所以，未来生物可降解材料的发展方向也要基于这三项要求。
【CCN】企业和科研院所如何应对这种挑战？
【杨东元】我国的生物可降解材料研究在2020年以前都是单兵作战，大家所投入的研发力量相对来说还是很不足的，尤其是在基础研究方面与国外的差距很大。我国的科研院所应该拿出一部分精力对生物可降解材料从源头进行梳理，梳理出哪些单体是廉价易得的，哪些单体聚合后具备一定的优良性能。另外，我国在聚合方面的研发能力还比较弱。建议相关企业和科研院所加强基础研究，同时在后端的改进聚合方面下足功夫，潜心把以上问题研究透彻，争取开发出一些性能优良、安全可靠、原料易得、成本低廉、能够大规模制备的新型可生物降解材料。
【CCN】与化石基生物可降解材料相比，生物质生物可降解材料存在哪些问题？
【杨东元】目前，以生物质来生产生物可降解材料仍具有几个突出问题：首先，原料的成本较高，无论是发酵法还是酶解法，基本上利用的都是生物质中的糖类物质，成本较高，木质素及纤维素的利用还需要技术的进步；其次，生物质有个最大的问题，就是季节性较强，生物质材料收集相对来说较为困难，因为需要从各个分散点将其汇集起来，还涉及质量标准的控制、产品品质的保证等一系列问题。现阶段，相关企业和科研院所可以把目光放在以大宗、易得、可获得的化石原料为基础，制备一些可降解单体，再以单体进行聚合，得到生物可降解材料。
面对以上这些挑战，我也想呼吁一下：企业和高校科研院所要结合起来，在做基础研究时可以天马行空，但是在做应用研究时，一定要和原料、市场及企业发展情况紧密结合，如此才能更快地把科研成果转化为生产力。另外，在做技术研究、选择材料应用场景时，也要更多地听取需求端的意见，以指导进一步的研究。
以煤为原料制备生物可降解材料单体的进展
【CCN】未来几年，您带领的研究团队在生物可降解材料方面还将有哪些新的研究？
【杨东元】我个人的研究团队主要是做有机小分子转化的，几项相关技术都处于实验室向中试阶段转化。目前，在化石原料基生物可降解材料单体研究方面，我们主要聚焦以下三个研究方向。
一是先利用煤基乙醇高选择性脱氢制乙醛技术，通过开发新型单分散高稳定性铜基催化剂，实现高选择性、长寿命乙醇脱氢制乙醛过程。纯乙醛成本可降至4000元/吨，该技术刚刚通过中试考核及现场标定，目前正在积极推进工业化试验。利用低成本的煤基乙醛+CO直接羰基化制乳酸及乙醛氢甲酰化制乳酸技术，这两项技术目前已完成实验室研究，正在推进中试试验。与传统2.5吨玉米发酵生产1吨乳酸技术相比，该技术利用廉价煤化工乙醛原料，做到大规模低成本DL乳酸单体的制备，有望将DL-乳酸的成本降低至6000元/吨左右，原料成本优势明显；同时实现原子利用的绿色催化过程，三废排放与发酵法相比大幅度降低，是一种未来可大规模廉价生产PLA聚合物的煤化工路线。
二是与复旦大学涂涛教授合作利用乙二醇高选择性制DL-乳酸技术，开发适用于纳米级多孔有机交联聚合物催化剂专用纳米金属膜反应器，实现连续化催化剂反应分离流程，目前已完成中试试验。该技术路线给予煤化工大量生产的低成本乙二醇及甲醇，通过分子间脱氢缩合制备乳酸，可进一步降低乳酸制备成本，扩宽原料来源。
三是乙醛+醋酸甲酯缩合制β-羟丁酸甲酯（PHB）技术，通过煤制乙醛、煤制醋酸甲酯进行固定床气固反应，实现PHB选择性＞80%，乙醛单程转化率＞45%。该技术利用煤化工廉价乙醛及醋酸甲酯为原料，吨原料成本仅4000元，远低于发酵法制备PHB，且具有原子利用率高、三废排放低的优势，可进一步促进PHB聚合物产业的发展。
【CCN】除了成本之外，功能属性、生物安全性应引起关注，您的团队还关注生物可降解材料的哪些方面？
【杨东元】未来，生物可降解材料将向生物安全性材料进化。可降解材料需要满足三项特征：一是亲和人体，从生物可降解环境友好迈向生物可吸收；二是融为一体，从千百年自然降解回归迈向小时级代谢；三是智能材料，从固化材料理化特性迈向可调控、可修复。我们也将围绕以上特征，结合自身的特点和优势，做一些尝试性工作，例如我们课题组已经开展了合成气制氨基酸（甘氨酸、肌氨酸等），以及利用低成本氨基酸制生物可食用、可代谢多肽类聚合物食品包装材料，开发出了新型耐高温生物可降解尼龙PA44等。未来，我们希望能在智能高分子材料的大规模制备方面做进一步的研究，也热烈欢迎国内外的优秀学者、科研院所的合作交流。