生物降解材料：前景、多元化應(yīng)用和案例實踐

導(dǎo)讀：從生物降解材料的生態(tài)效益來看，生物降解材料不僅可以大幅減少廢棄塑料對環(huán)境造成的影響，同時也是實現(xiàn)資源循環(huán)和利用的有效載體；從生物降解材料的經(jīng)濟(jì)效益來看，生物降解材料包含PLA、PBS、PBAT、PPC、PCL、PGA、PHA等多個細(xì)分材料，每一種材料都擁有不同的特性，并且通過改性處理后，又能夠有效應(yīng)用在生物醫(yī)療、衛(wèi)生健康、紡織纖維、汽車制造、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、3D打印、建筑涂料等多個領(lǐng)域，彰顯了其巨大的市場前景和潛力。前瞻產(chǎn)業(yè)研究院長期跟蹤著生物降解材料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和動態(tài)，并且在全國重點區(qū)域接受了多個咨詢項目，并且根據(jù)實際項目，給予政府和企業(yè)提供了行之有效的解決建議。

圖片來源：攝圖網(wǎng)

一、未來的材料之星——生物降解材料

1. 生物降解塑料應(yīng)用市場巨大，引導(dǎo)產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展

生物降解材料領(lǐng)域方興未艾，有廣闊的市場空間。生物降解塑料是生物降解材料現(xiàn)階段最明顯，也是體量最大的一個應(yīng)用場景，其主要用于對傳統(tǒng)非可降解塑料的替代，以此來解決傳統(tǒng)塑料所產(chǎn)生的“白色污染”問題?？梢哉f，生物降解材料不僅可以大幅減少廢棄塑料對環(huán)境造成的影響，同時也是實現(xiàn)資源循環(huán)和利用的有效載體。

圖1：生物降解塑料的降解過程

資料來源：Nova Institute前瞻產(chǎn)業(yè)研究院

2. 生物降解材料應(yīng)用廣泛，潛在市場巨大

生物降解材料的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，還能夠在生物醫(yī)療、衛(wèi)生健康、紡織纖維、汽車制造、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、3D打印、建筑涂料等多個領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)更好的應(yīng)用，彰顯出巨大的市場潛力和發(fā)展前景，可以說生物降解材料是新時代下的“工業(yè)味精”。

從Nova Institute數(shù)據(jù)中得知，目前從全球產(chǎn)能來看，生物降解材料的產(chǎn)能是要大于非生物降解材料的產(chǎn)能的，并且隨著時間的推移，今后新增的產(chǎn)能將會集中在生物降解材料上，而并非傳統(tǒng)的非降解材料上，前景十分廣闊。

圖2：2020年全球生物降解材料及應(yīng)用分布情況

資料來源：Nova Institute 前瞻產(chǎn)業(yè)研究院

從應(yīng)用領(lǐng)域來看，目前生物降解材料應(yīng)用在多個領(lǐng)域，其中包括軟包裝、硬包裝、消費品、紡織業(yè)、農(nóng)業(yè)、園藝、建筑業(yè)、涂料、電子等領(lǐng)域，其中應(yīng)用體量最大的領(lǐng)域仍然是包裝行業(yè)，其中生物降解材料占據(jù)了47%的市場份額。

圖3：2020年全球生物降解材料及應(yīng)用分布情況

資料來源：Nova Institute 前瞻產(chǎn)業(yè)研究院

二、生物降解材料的多元化發(fā)展

目前生物降解材料根據(jù)原料來源可將其分為生物基和石油基兩類。生物基塑料的基本原料是可再生的天然生物質(zhì)資源如淀粉（如玉米、土豆等）、植物秸稈、甲殼素等，生物基可降解塑料包括聚乳酸(PLA)、聚羥基脂肪酸酯類聚合物(PHAs)、全淀粉基、纖維素等。

石油基塑料則是以石油石化產(chǎn)品為單體形成的，石油基可降解塑料包括二元酸二元醇共聚酯系列(聚丁二酸丁二醇酯(PBS)、聚己二酸/對苯二甲酸丁二醇(PBAT))、二氧化碳共聚物(PPC)、聚己內(nèi)酯(PCL)、聚乙醇酸(PGA)等。

由于不同材料具有不同的特性，因此不同材料也能夠?qū)?yīng)著不同的應(yīng)用領(lǐng)域。目前在我國市場上形成工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)，并占據(jù)較大市場份額的主要為PBAT、PBS、PLA等。PPC、PCL、PGA、PHA等用作功能型材料。

表1：不同材料的特點以及應(yīng)用領(lǐng)域

資料來源：CNKI 前瞻產(chǎn)業(yè)研究院

其中，PLA和PBAT/PBS產(chǎn)業(yè)化程度最高，所覆蓋的應(yīng)用領(lǐng)域相對較廣，下游的應(yīng)用能夠?qū)τ谠牧线M(jìn)行有效支撐，國內(nèi)外重點企業(yè)紛紛在這些領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了布局。

而PPC、PCL、PGA、PHA等為代表的新興生物降解材料，由于產(chǎn)業(yè)應(yīng)用規(guī)模難以支撐、產(chǎn)業(yè)化重點問題難以解決、產(chǎn)業(yè)化成本過高等多方面原因，暫未在全球范圍內(nèi)形成較大的產(chǎn)能。

圖4：2019年國內(nèi)外生物降解塑料產(chǎn)能情況

資料來源：IMS Market CNKI 前瞻產(chǎn)業(yè)研究院

從全國來看，PGA、PCL、PHA和PPC的產(chǎn)能遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于PLA和PBS/PBAT材料，從重點企業(yè)以及發(fā)展現(xiàn)狀來看，目前這四類新型材料具有發(fā)展前景，但目前各類產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化仍然存在一定的問題。

圖5：目前四大新型生物降解材料發(fā)展情況

三、生物降解材料產(chǎn)業(yè)的案例實踐

對于生物降解材料產(chǎn)業(yè)而言，我們一直在跟蹤這個新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀、發(fā)展問題以及發(fā)展趨勢，并且也在全國多個區(qū)域接觸到了相關(guān)的產(chǎn)業(yè)咨詢項目，在實踐中我們結(jié)合自身產(chǎn)業(yè)研究能力和成熟經(jīng)驗，為部分區(qū)域的政府和企業(yè)提供了行之有效的解決建議。

案例連接：云南臨滄工業(yè)園區(qū)（高新區(qū)）產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃

臨滄工業(yè)園位于云南省臨滄市臨翔區(qū)，臨滄工業(yè)園區(qū)始建于2004年，經(jīng)過10余年的發(fā)展，于2017年獲批省級高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)。目前，臨滄高新區(qū)是《云南省新型工業(yè)化重點產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃綱要》重點建設(shè)的30個園區(qū)之一，也是省重點培育的50個百億園區(qū)之一。2019年，國務(wù)院批復(fù)同意臨滄市建設(shè)國家可持續(xù)發(fā)展議程創(chuàng)新示范區(qū)，臨滄以“邊疆多民族欠發(fā)達(dá)地區(qū)創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展”為主題，重點針對特色資源轉(zhuǎn)化能力弱等瓶頸問題，探索跨越式發(fā)展新思路。

圖6：臨滄工業(yè)園區(qū)特色生物資源轉(zhuǎn)化組團(tuán)示意圖

前瞻產(chǎn)業(yè)研究院結(jié)合市場趨勢、當(dāng)?shù)厣锒鄻踊馁Y源優(yōu)勢、臨滄并不具有優(yōu)勢的交通現(xiàn)狀、其他產(chǎn)業(yè)的關(guān)聯(lián)性以及國家可持續(xù)發(fā)展議程創(chuàng)新示范區(qū)所帶來的創(chuàng)新資源優(yōu)勢等內(nèi)容，重點討論了生物集材料PLA在塑料包裝、保險包裝、農(nóng)業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展以及其他生物基材料（例如PHA）在醫(yī)療衛(wèi)生健康等領(lǐng)域的前瞻布局應(yīng)用，構(gòu)筑了兩大核心發(fā)展方向，并且圍繞產(chǎn)業(yè)各階段的發(fā)展訴求，為其提供了產(chǎn)業(yè)發(fā)展思路、發(fā)展路徑、重點科研院所對接、重點招商資源導(dǎo)入等服務(wù)。