面对日趋严重的塑料废弃物污染问题,欧、美、日等发达国家和地区近年来相继制定和出台了诸多政策法规,通过局部禁用、限用、强制收集以及收取污染税等措施限制塑料的使用。我国今年发布了新版限塑令——《关于进一步加强塑料污染治理的意见》,以 2020 年、2022 年、2025年为时间节点,明确规定了控制塑料污染的禁限范围,构建起覆盖生产、流通消费和末端处置全生命周期的政策体系。11 月 10 日,北京推出了“史上最严”的“限塑”措施,据不完全统计,全国已有 20多个省份颁布了关于治理塑料污染的实施方案,限塑政策在全国大范围铺开的同时,可降解塑料受到空前关注。
可降解塑料是指在自然界如土壤和/沙土等条件,和/或特定条件下(如堆肥化条件下或厌氧 消化条件下或水性培养液中),由自然界存在的微生物作用引起降解,并最终完全降解变成二氧化碳或/和甲烷、水及其所含元素的矿化无机盐以及新的生物质。2019 年全球可降解塑料需求量为 92万吨,仅占塑料总消费量的 0.25%。目前来看,可降解塑料产业发展尚处于探索阶段,工艺技术、产品种类、标准制定、生产成本、下游应用以及末端处置等方面还需做大量工作。
可降解塑料按照原料来源可分为生物基可降解塑料及石油基可降解塑料两大类。生物基可降解塑料主要为天然材料直接加工、微生物发酵或微生物与化学物质合成得到的塑料,代表性产品主要有聚乳酸(PLA),聚羟基烷酸酯(PHA)等。石油基可降解塑料是指以化学合成方法将单体聚合而得的塑料,如聚对苯二甲酸-己二酸丁二酯(PBAT)、聚丁二酸丁二醇酯(PBS)、二氧化碳共聚物(PPC)、聚乙醇酸(PGA)等。2019 年全球可降解塑料产能 117.4 万吨,主要分布在中国、西欧和北美, 其中中国占全球产能约 69.8%,居世界之首。
近年来,受环保政策法规的推动,中国可降解塑料发展迅速,2019 年我国可降解塑料产能达到 82 万吨,同比增长 13.9%,产量为 72 万吨左右,同比增长 11%。当前及未来 5 年,可降解塑料仍处于快速扩张期,据不完全统计,已有 36 家公司宣布了在建或拟建可降解塑料项目计划,新增产能合计440.5 万吨,其中 PLA 和 PBAT 系列材料占比超过 80%。中国将成为全球可降解塑料产能增长的主要驱动力。
市场需求现状受《巴塞尔公约》修订(将废塑料纳入管控范围)的通过,以及各国“限塑令”“禁塑令”等相关法律法规密集出台,2019 年全球可降解塑料需求量激增,超过 90 万吨。其中淀粉复合材料占比最大, 达到 38%,PLA 与 PBAT 分别排第二、第三,二者合计占比接近 50%。淀粉属于天然材料,但性能缺陷明显,使用范围受限,难以大规模应用。PLA 具有独特的硬度与透明度,PBAT 在软质材料中最具成本优势,这两种材料或将成为未来可降解塑料中发展最快的品种。此外,PHA 因具有良好的生物相容性,可用于医疗等高端用途,虽目前占比较小,但是其发展潜力不容忽视。
中国可降解塑料需求量从 2015 年的 32 万吨增长到 2019 年的 52 万吨,年均增速为 12.3%。随着《关于进一步加强塑料污染治理的意见》颁布实施,中国可降解塑料市场需求增速将会进一步提升。食品包装、餐具、袋子和农膜市场是可降解塑料需求增长的主要动力。中国每年约消耗购物袋 400 万吨、农膜 246 万吨、外卖包装 260 万吨,且随着快递、外卖业务的快速发展,塑料需求持 续增长。将相关法规的执行力度分为高低两种情景,预计未来 5年中国可降解塑料需求量90万 -300万吨左右,如果规划的产能如期投产,届时国内产能不仅可以满足我国需求,而且还需寻求出口等途径消耗过剩产能。
可降解塑料中 PLA、PBAT 的生产较为成熟,且产能占比居于前列。PLA 生产技术主要有生物合成一步法和生物-化学合成两步法(生物质→乳酸→PLA)。目前两步法工艺路线占主流,美国嘉吉公司下属的 NatureWorks 为全球最大的聚乳酸生产企业,产能为15万吨/年。我国自主两步法 PLA工艺路线尚未实现工业化,所需核心原料高纯度丙交酯依赖进口,生产成本较高,已成为国内聚乳酸产业发展的瓶颈。
石油基可降解塑料 PBAT 的生产技术主要有直接酯化法和酯交换法。直接醋化法合成 PBAT 主要是以己二酸(AA)、对苯二甲酸(PTA)、丁二醇(BDO)为原料,在催化剂的条件下直接进行酯化、缩聚反应而制得。酯交法合成 PBAT 主要是以聚己二酸丁二醇酯(PBA)、PTA、BDO 为原料,在催化剂作用下,先进行酯化反应或者酯交换反应生成对苯二甲酸丁二醇酯预聚体(BT),再与PBA进行酯交换熔融缩聚而制得。目前直接酯化法是主流工艺,巴斯夫公司的直接酯化法在国外市场占有率最大。
国内进行 PBAT 研究的主要有中科院理化技术研究所、中科院化学所、清华大学、江南大学等。中科院理化所研发出了成本低、力学性能高,生物安全性良好的 PBAT 产品,形成具有自主知识产权的工艺包及成套生产及应用专利技术,目前已授权鑫富药业、汇盈新材料、金晖兆隆新材料和悦泰生物新材料等公司进行 PBAT 材料的生产。中科院化学研究所不断进行技术整合、工艺设计、结构调整,目前也掌握了稳定的 PBAT 生产工艺,并通过中国塑料加工工业协会、全国农业技术推广服务中心组织的完全生物降解地膜农田试验。此外,中国石化仪征化纤公司和蓝山屯河公司也通过自主研发,实现了 PBAT 材料的工业化生产。
随着中国环保政策的不断收紧以及人们环保意识的日益增强,可降解塑料受到广泛关注,但目前仍处于初级阶段,在发展过程中依然存在一些问题和风险。
目前,市场上已有的可降解塑料品种综合性能还存在这样或那样的不足。现有技术还不能生产出使用性能优异、降解性能可控的可降解塑料,以 PBAT 为例,力学性能、耐氧化性能等均不及传统塑料。这限制了可降解塑料的应用范围,也将制约可降解塑料产业的发展。
目前,由于可降解塑料的组分构成、生产工艺更为复杂,且原材料利用率、产能利用率、技术水平等均较低,生产成本高,约是传统塑料的 2~3 倍。若无政策补贴,短期内难以盈利。另外,可降解塑料的末端处置成本也更高,由于不同种类、不同用途的可降解塑料降解速率和降解条件不同, 因此对于废弃可降解塑料的回收和分拣环节要求更为复杂和苛刻,这也是可降解塑料产业发展的难题之一。
目前陆续出台的“限塑令”多以意见或通知的形式下达,在法律强制力上仍与法规存在差距。此外,仍未出台限制用量增长最快的外卖、快递等行业一次性不可降解塑料使用的具体措施,相关政策法规仍有待健全,执行力度有待加强。在行业标准方面,对于不同用途的可生物降解塑料的配方,目前国内还没有统一的标准或者行业、团体标准。配方标准缺失或者滞后将对末端处置带来不利影响,制约可降解塑料行业可持续发展。
目前可降解塑料行业发展主要依赖政策驱动,据不完全统计,未来 5 年已有 440 万吨的产能建设计划,产能增速已远超需求增速,行业发展亟须规范。建议发改委等行业主管部门加强规划引导,各企业根据自身实际情况理性对待,深入开展项目可行性论证,避免一拥而上。
绿色低碳发展为可降解塑料发展提供了空间和机遇,政策执行力度、相关鼓励、监管措施的制定和落实以及行业标准的规范是可降解塑料健康发展的重点。为此,建议相关部门完善相关政策法规、行业标准,加强监管,提倡绿色消费,促进行业可持续健康发展。
目前,可降解塑料行业在政策扶持下进入快速发展期,但受到技术尚不成熟、生产成本高等因素制约。建议国家和行业层面尽快制定可降解塑料科技发展战略,进行研发布局,力争突破核心技术和降低成本,形成可与传统塑料相媲美的可降解塑料系列产品成套技术。