从技术角度探讨可降解塑料未来发展方向

  • 2020-08-28
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我国可降解塑料产业起步较早,产品品类较全,对传统塑料的替代性较强。我国可降解塑料产业与西方发达国家差距并不大,部分产品性能也能够赶上甚至超越欧美国家标准。本文通过解读当前可降解塑料的主要生产工艺,对未来产业的发展方向进行探讨。

摘要:我国可降解塑料产业起步较早,产品品类较全,对传统塑料的替代性较强。我国可降解塑料产业与西方发达国家差距并不大,部分产品性能也能够赶上甚至超越欧美国家标准。本文通过解读当前可降解塑料的主要生产工艺,对未来产业的发展方向进行探讨。

我国可降解塑料产品品类齐全,包括淀粉基塑料、PBS(包括PBAT和PBSA)、PLA、PHA和PCL。由于淀粉基塑料存在降解残留和不可完全分子化降解等问题,在美国、亚洲等后发市场并未获得认可,本文后续不再对其进行分析。

我国可降解塑料品成本较高 替代进程阻碍大

随着政府对塑料污染的重视程度不断提升,我国可降解塑料产业迎来快速发展,各类产品较为齐全。但我国可降解塑料产业分布较为分散,难以形成规模效应,同时由于前期政策执行不及预期,致使产能利用率较低,企业投入研发的意愿较低。这导致我国可降解塑料的生产成本较高,对市场化替代传统塑料形成较大阻碍。

表1 2019年国内可降解塑料和聚乙烯塑料的价格对比

(资料来源:金智创新行业研究中心整理)

从上表中的统计数据可知,除了淀粉基塑料外,其他可降解塑料的平均售价均为传统塑料的1.67~8.4倍。在对于成本和性能敏感的领域,传统塑料在体量、价格和综合性能上仍然保持着优势,可降解塑料的替代难度较大。目前,我国可降解塑料主要替代的是一类政策驱动下的,对价格敏感度相对较低的传统塑料领域。

PLA和PBAT成本相对较低 有望成为未来产业主流产品

PLA是以乳酸为主要原料聚合得到的聚合物。目前聚乳酸的生产主要通过对玉米、薯类、甜菜等农作物进行深加工,得到塘渣,经过发酵、萃取、离心、离子交换、浓缩等工艺生成交酯,然后通过开环聚合工艺将交酯脱水生成低聚合物,最后经过干燥、沉淀等工序制得聚乳酸。

 

图1 PLA生产流程

(资料来源:金智创新行业研究中心整理)

PLA在生物降解塑料中具有相对较低的成本。根据统计数据,2019年我国PLA每吨的成本为14554元/吨,相较于其他品类的可降解塑料来说,有一定的成本优势。从PLA的成本构成来看,原材料单耗为10301元/吨,占PLA成本总额的70.78%,未来有望通过技术进步降低原材料成本,从而推动PLA价格下行。

表2 PLA成本构成

 

(资料来源:金智创新行业研究中心整理)

PBAT一般以脂肪族酸、丁二醇为原料,经石化途径或生物发酵等方式制造。PBAT成本较PLA更低:一方面,PBAT的上游原材料是煤和石油提炼的丁二醇和丁二酸,价格相对低廉;另一方面,我国石化行业发展多年,化学成分提纯有多年的技术积累,成本相对较低。

图2 PBAT生产流程

(资料来源:金智创新行业研究中心整理)

从PBAT的成本构成来看,原材料单耗为8993元/吨,占PBAT总成本的比重为71.88%。未来可以通过先进技术的突破推动PBAT单耗成本的下降,目前有技术以PBAT为基料,以质量分数50%表面改性的碳酸钙为填充物,可制备出具有较好吹膜性能的可降解高填充复合物,大幅降低了PBAT的单耗成本。

表3 PBAT的成本构成

 

(资料来源:金智创新行业研究中心整理)

PLA和PBAT性能较好,成本在当前各类可降解塑料中相对较低,经济替代性较好,行业发展潜力巨大。PLA透明性好,具有良好的生物相容性,可用于生产日用塑料制品,薄膜,医用产品包装等;PBAT由较好的稳定性和力学性能,可用于生产一次性日用品、包装材料、农用薄膜等领域。二者使用后都能被自然界中的微生物完全降解,将有望成为未来主流的可降解塑料产品。

PHA性能优异 未来应用空间有望进一步拓展

PHAs类可降解塑料是多种微生物合成的细胞内聚酯,在生物体内主要是以碳源储存体存在,具备类似于合成塑料的物化特性及合成塑料所不具备的生物可降解性、生物相容性、光学活性、压电性、气体相隔性等许多优秀性能。

 

图3. PHA生产流程

(资料来源:金智创新行业研究中心整理)

PHA在众多的可降解塑料中,可降解方式是最特别的,产品性能表现也十分优异。PHA可以在生物体内完全降解成β-羟基丁酸、二氧化碳和水。但PHA目前生产技术尚不成熟,单耗成本过高,因而单吨售价普遍较高。2019年PHA单吨售价为4万元/吨,为普通塑料的4.8倍,PLA的2.5倍,PBAT的2.86倍。

由于生产成本过高,因而PHA的应用范围相对有限,目前仅应用于人造骨钉、药物载体、人造血管、缝合线等医用植入材料高附加值领域,未来随着生产技术的进步,PHA的应用领域有望拓宽至农用地膜、日常塑料等领域。

结语

总体来看,产品性能并不是我国可降解塑料发展的瓶颈,制造成本才是决定可降解塑料能否市场化替代传统塑料的关键因素。在我国可降解塑料的主要品类中,PLA、PBAT凭借优异的性能和相对较低的成本,未来有望成为市场的主流产品,是可降解塑料产业发展的重要方向。此外,PHA性能表现优异,但目前制造成本太高,应用范围有限,未来随着生产工艺的成熟,其应用空间有望进一步拓宽。

 

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