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生物降解塑料在低碳进程中大有可为
2021年20期 发行日期:2021-10-18
作者:■ 中国合成树脂协会会长 郑垲

塑料在低碳进程中大有可为


  近年来,我国塑料产量和用量均居世界第一,绝大部分品种已经实现了国产化,并逐步走向领先。即便未来在建设生态文明的进程中,塑料仍然是材料领域的主导产业。这是许多科学家经过研究分析得出的结果,绝不是简单一个“禁”字就能解决的。

  事实上,塑料以其独有的优势正在推动着各行各业向前发展,对社会做出了巨大贡献。麦肯锡《温室气体减排的革新——以生命周期量化评估化学工业碳减排》分析报告认为,化工产品实现的碳减排,超出碳排放2倍;到2023年,随着技术进步和社会重视,这个比例会提高到4:1,而塑料在其中的贡献率高达40%以上。

  在实现低碳社会进程中,塑料将会有更加突出的表现。生产塑料是同等量钢和铝能耗的1/4和1/8;加工PVC管能耗只是铸铁管的30%;塑料大棚不但可以抑制土壤盐碱化、节水40%,还可以提高产量并降低成本;汽车轻量化既能减少油耗、降低成本,还能提高舒适性、增加安全性。在建筑行业,塑料可以改善居住环境,降低建筑自重,并且减少50%的热量损耗;LED照明比白炽灯节能90%以上;风电叶片实现的碳减排,是其制造过程中碳排量的120倍。特别是随着生物基材塑料的深入开发与市场的不断拓展,塑料将为碳中和、碳减排做出巨大贡献。

  可以预见的是,未来优先发展的一定是那些对生态环境污染小、资源利用率高、可降解和可循环利用的塑料品种,并且塑料在制造、使用、废弃,直到再生利用的全生命周期中,将始终与环境具有协调和共存性。

生物降解塑料逐渐走向前台

  在加强塑料污染治理的大趋势下,生物降解塑料正逐渐走向前台,并将在相当长一段时期内快速发展。特别是在包装用薄膜、一次性塑料袋、一次性餐具和农膜等领域有望实现大规模应用。据国信证券分析,在上述4个领域,可降解塑料的最高替代率为31%,需求空间在1019万吨,其中包装膜潜在空间864万吨、一次性塑料袋61万吨、一次性餐具17万吨、地膜77万吨。当然,替代应当是一个循序渐进的过程,如果操之过急,容易引发问题。

  欧洲生物塑料协会最新市场数据显示,目前全球生物降解塑料的产能约为131万吨/年,品种主要包括:聚乳酸(PLA)25万吨/年,聚丁二酸丁二酯(PBS)10万吨/年,聚已二酸/对苯二甲酸丁二酯(PBAT)15万吨/年,聚丙撑碳酸酯(PPC)3.5万吨/年,聚己内酯(PCL)1万吨/年,其他均为淀粉基及光氧降解塑料。并认为西欧国家是主要消费市场,需求量约占全球总消费量的55%。预计全球消费量将从2018年的91.2万吨增加到2023年的约128.8万吨。

  中国生物降解塑料在“十三五”期间就得到了快速发展,未来的产量和市场规模将呈现更加快速增长的势头。我国是全球唯一一个5种生物降解树脂都能生产的国家。产量由2012年的28万吨,猛增至2018年的65万吨,复合增长率高达12.78%;市场规模由2012年的25.12亿元增至2018年的50.4亿元,增长了2倍多。随着环境污染治理政策的实施,国内生物可降解塑料的产能和用量都将出现翻番。虽然国内生物降解塑料增长很快,但仍处于发展的初期阶段,市场规模小,技术与成本仍有大量优化空间。市场需求能否在短期内快速增长,还主要取决于政府环保政策的推进力度,并要视监督执行的情况。近几年,在中央治理政策意见的指导下,各地方政府根据各自情况制定了地方层面的限塑政策。多数省份完全依照中央的政策执行;有一些省份则按照当地的特殊情况进行了调整,提出了个性化的政策,并配套相应的建议措施;也有省份对政策进行了精简化处理,政策执行细则还不明确;而部分省份则提高了标准,以更高标准执行限塑令,体现了当地政府对限塑令的重视。国家发改委关于进一步加强塑料污染治理意见详见表1。


  在欧洲,欧盟议会也颁布了一次性塑料指令(SUPD)指导文件。该指令从2021年7月3日起实行,明令所有欧盟成员国禁止在市场中投放所规定的9种一次性塑料制品,包括棉签棒;餐具(叉、刀、勺、筷);盘子;吸管;饮料搅拌器;附在气球上和支撑气球的气球棒;由发泡聚苯乙烯制成的食品容器(用于盛装下列食品:即刻消费,无论是现场售卖还是外卖;无需任何准备即可食用;快餐或其他可及时食用的食品容器,但盛装食品的饮料容器、盘子、包装和包装废物除外);由发泡聚苯乙烯制成的饮料容器,包括盖子;由发泡聚苯乙烯制成的饮料杯,包括盖子。该指令还规定,一次性塑料制品可以由多种塑料制成,包括某些天然聚合物,以及用改性的天然聚合物制造的塑料,或用生物基、化石或合成起始物质生产的塑料。非天然存在的生物降解塑料也是塑料,同样被禁止用于这9种一次性塑料产品,不论其来源是生物质还是可以随着时间推移进行生物降解的材料。5月31日,欧盟再次颁布《一次性塑料产品指南》,明确了用改性天然聚合物制造的塑料,或由生物基、化石或合成起始物质制造的塑料,如果不是天然存在的,均纳入指令管辖范围。由此得知,欧盟委员会已经明确生物降解塑料制作的一次性制品也在指令禁止范围。

  根据IHS发布的数据,2018年全球塑料主要应用领域为包装行业,市场占比达40%;而全球塑料污染也主要来源于包装领域,占比高达59%。塑料包装不仅是白色污染的主要来源,还具有一次性、难回收、对性能要求不高和对杂质含量要求高等特点,因此回收率和回收价值都不高。

  据Science统计,作为全球制造基地,中国的包装及废弃塑料量居全球第一,占比达28%。这种情况引起了各方关注,如今中国的废塑料污染问题已经影响到了国计民生,不治理,塑料行业就无法继续发展。随着治理的呼声日益高涨,国内生物降解塑料产业,特别是用于包装的降解塑料,将进入快速发展轨道。

  从市场层面分析,对降解塑料接受程度来说,目前性能不是瓶颈,成本才是制约替代传统塑料的主要因素。除了淀粉基塑料之外,生物降解塑料的售价普遍为传统塑料的2~4倍,甚至更高。由于供应极度紧张,PLA的价格已从1.9万元/吨升到4.8万元/吨。生产地膜用的PBAT价格比聚乙烯高出150%,密度高30%,地膜厚度高20%,总体价格是普通聚乙烯地膜的3.5倍。对成本和性能敏感的领域而言,传统塑料在体量、价格和综合性能上仍然保持着优势。而降解塑料目前能替代的只是那些政策驱动下、对价格不敏感的传统塑料领域,但真正降解塑料要去拓展的,是一次性低端的目标市场,这将是绝对的挑战。

生物降解塑料发展应四轮驱动


  目前中国生物降解树脂供不应求,尤其是聚乳酸(PLA)树脂,国产加上进口都满足不了市场需求的一半,所以价格飞涨。但也应看到,生物降解材料自身性能与加工性能都亟待提高,改性降解塑料还需做大量工作,此外,价格必须满足下游市场的可接受限度。因此,中国合成树脂协会生物降解树脂分会提出,在“十四五”期间,我国应合理扩大产能、实现供需平衡;提高材料性能、完善产品标准;规范市场秩序、降低产品价格;拓展目标市场、减少一次性塑料制品造成的环境污染。

  对于PLA树脂,需要加大政策扶植力度,补齐我国生物降解树脂合成的短板;支持已有几家PLA合成企业做大做强,迅速提升树脂产量;不断提升PLA质量,缓解目前紧张的市场短缺局面;支持丙交酯提升质量和扩大产量,重点扶植几个主流研发和生产企业,力争将丙交酯中左旋含量提高到99.5%以上。

  鉴于PLA供需矛盾暂时不会缓解,建议可以扩大聚乙醇酸(PGA)树脂产能,以作为PLA短缺的有效补充。另外,PGA自身的力学性能很好,接近特种工程塑料聚醚砜(PES)的性能,具有自身独特的应用领域,这方面也需要开展深入的研究与探索。

  目前我国聚已内酯(PCL)的生产技术以及产品质量已经接近或达到国外水平,并在低温3D打印应用领域有所突破。PCL还可以作为其他生物降解树脂的相容剂和改性剂,用量会随着PLA和PBAT市场的迅速提升而增加,预计2025年产能可达到9万吨/年。

  “十四五”期间,我国聚碳酸亚丙酯(PPC)合成技术将会有重大突破,特别是引入的芳香单体共聚技术日趋成熟,PPC性能明显提高。未来高性能PPC的用量将大幅增加,或将达到63万吨/年。

  对利用厨余垃圾作原料的聚羟基脂肪酸酯(PHA)树脂而言,“下一代工业生物技术”能使其生产更加稳定,质量更加可靠,预计“十四五”期间产能有望超过20万吨/年。

  关于PBS类树脂,考虑到国内PBS类树脂合成技术日臻成熟,产量和技术水平居于世界前列,会出现一波投资热潮。但超出预期的是,目前宣布计划投入的聚合装置产能总和已超过1000万吨/年。即便从2021年开始限制了不可降解塑料购物袋的使用,PBAT的需求量也不可能达到如此地步。因此建议在目前目标市场并不明确、回收及处理设施尚不完善的情况下,政府在整体布局和项目建设上要进行总量控制,防止因重复建设而导致未来PBS类产品出现严重过剩的局面。

  对于“十四五”期间生物降解塑料行业的发展,需持谨慎乐观的态度。建议政府在出台了降解塑料使用端的政策后,也相应出台生产端政策,以引导生物降解树脂行业的规范、有序、快速、健康发展。因为与欧美国家不完全一样,中国市场受政策面影响极大,没有政策推动,靠企业和消费者自觉接受,恐难实现。另外,降解塑料回收利用问题也需要解决,不可能用完就扔。再有,垃圾回收如不能完全分类,降解塑料的应用也会受到很大限制。现在大家一窝蜂上马生物降解塑料,还都是一体化布局,但不知道是否做过风险评估?将来一旦实施生产者责任延伸制度,企业将很难应对回收问题。

使用可降解塑料不等同于降低环境影响

  北京石油化工学院与自然资源保护协会于2020年12月联合发布的《中国塑料的环境足迹评估》报告显示,塑料工业目前消耗全球8%的石油,碳排放约占全球总碳排放的4%。塑料给全球造成了严重的环境污染,控制塑料消费势在必行。报告认为,如果能把易回收的塑料100%回收,“十四五”期间中国家庭塑料消费量可在2017年的基础上减少10%;加上减少焚烧,可节省原油2500万吨,并产生507亿元社会效益。该报告指出,使用可降解塑料并不等同于降低环境影响。我国大中城市垃圾处理多以焚烧为主,所以推广可降解塑料,也许既不能减少石油资源的消耗,也不能降低对环境的影响。

  换言之,塑料的制造加工和用后处理方式,才决定着碳排放的大小。从制作过程来看,可降解塑料不见得完全是用可再生的生物资源制得,它也可能来自石油基。从使用后处理方式看,采用填埋还是焚烧,决定了碳排放量大小,继而决定其环境影响。如果都是以焚烧方式处置,或许石油基的可降解塑料比不可降解塑料更不环保。而根本的解决方法,还是推动塑料的再生利用,从开环的线性模式走向闭环的循环模式。并设法提高塑料的重复利用与循环性能,实现减量发展与平衡发展。目前资源的循环利用,已经上升为国家战略;将来从工业文明跨向生态文明,同样也是治理与疏导并举,走循环发展的道路。


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