生物降解材料：前景、多元化应用和案例实践

2022-02-18 18:11

导读：从生物降解材料的生态效益来看，生物降解材料不仅可以大幅减少废弃塑料对环境造成的影响，同时也是实现资源循环和利用的有效载体；从生物降解材料的经济效益来看，生物降解材料包含PLA、PBS、PBAT、PPC、PCL、PGA、PHA等多个细分材料，每一种材料都拥有不同的特性，并且通过改性处理后，又能够有效应用在生物医疗、卫生健康、纺织纤维、汽车制造、农业生产、3D打印、建筑涂料等多个领域，彰显了其巨大的市场前景和潜力。前瞻产业研究院长期跟踪着生物降解材料产业的发展和动态，并且在全国重点区域接受了多个咨询项目，并且根据实际项目，给予政府和企业提供了行之有效的解决建议。

一、未来的材料之星——生物降解材料

1．生物降解塑料应用市场巨大，引导产业快速发展

生物降解材料领域方兴未艾，有广阔的市场空间。生物降解塑料是生物降解材料现阶段最明显，也是体量最大的一个应用场景，其主要用于对传统非可降解塑料的替代，以此来解决传统塑料所产生的“白色污染”问题。可以说，生物降解材料不仅可以大幅减少废弃塑料对环境造成的影响，同时也是实现资源循环和利用的有效载体。

图1：生物降解塑料的降解过程

资料来源：Nova Institute前瞻产业研究院

2．生物降解材料应用广泛，潜在市场巨大

生物降解材料的应用领域非常广泛，还能够在生物医疗、卫生健康、纺织纤维、汽车制造、农业生产、3D打印、建筑涂料等多个领域实现更好的应用，彰显出巨大的市场潜力和发展前景，可以说生物降解材料是新时代下的“工业味精”。

从Nova Institute数据中得知，目前从全球产能来看，生物降解材料的产能是要大于非生物降解材料的产能的，并且随着时间的推移，今后新增的产能将会集中在生物降解材料上，而并非传统的非降解材料上，前景十分广阔。

图2：2020年全球生物降解材料及应用分布情况

资料来源：Nova Institute 前瞻产业研究院

从应用领域来看，目前生物降解材料应用在多个领域，其中包括软包装、硬包装、消费品、纺织业、农业、园艺、建筑业、涂料、电子等领域，其中应用体量最大的领域仍然是包装行业，其中生物降解材料占据了47％的市场份额。

图3：2020年全球生物降解材料及应用分布情况

资料来源：Nova Institute 前瞻产业研究院

二、生物降解材料的多元化发展

目前生物降解材料根据原料来源可将其分为生物基和石油基两类。生物基塑料的基本原料是可再生的天然生物质资源如淀粉（如玉米、土豆等）、植物秸秆、甲壳素等，生物基可降解塑料包括聚乳酸（PLA）、聚羟基脂肪酸酯类聚合物（PHAs）、全淀粉基、纤维素等。

石油基塑料则是以石油石化产品为单体形成的，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／对苯二甲酸丁二醇（PBAT））、二氧化碳共聚物（PPC）、聚己内酯（PCL）、聚乙醇酸（PGA）等。

由于不同材料具有不同的特性，因此不同材料也能够对应着不同的应用领域。目前在我国市场上形成工业化规模生产，并占据较大市场份额的主要为PBAT、PBS、PLA等。PPC、PCL、PGA、PHA等用作功能型材料。

表1：不同材料的特点以及应用领域

产品	PLA	PBS	PBAT	PPC	PCL	PGA	LDPE
玻璃化温度	高	低	低	较低	低	适中	低
熔点	高	适中	适中	高	低	高	适中
断裂强度	适中	适中	适中	适中	低	高	适中
断裂伸长率	差	适中	高	高	高	一般	适中
水汽阻隔性	一般	未知	差	高	一般	高	高
氧气阻隔性	一般	未知	差	高	未知	高	差
降解速率	适中	快	适中	适中	慢	超快	不
应用领域	一般塑料如薄膜、饭盒等一次性用品、纺织、3D打印、生物医疗等领域	包装、餐具、化妆品瓶及药品瓶、一次性医疗用品、农用薄膜、农药及化肥缓释材料等		食品包装、医用材料、胶黏剂以及工程塑料等	油气开采（桥塞、压裂球等）、手术缝合线、骨钉等医疗领域及膜、包装材料、一次性用品等领域	塑形材料、玩具、外科缝合线、骨钉、长效药物的控制释放载体等	农膜、包装膜、电线电缆、管材、涂层制品等

资料来源：CNKI 前瞻产业研究院

其中，PLA和PBAT／PBS产业化程度最高，所覆盖的应用领域相对较广，下游的应用能够对于原材料进行有效支撑，国内外重点企业纷纷在这些领域实现了布局。

而PPC、PCL、PGA、PHA等为代表的新兴生物降解材料，由于产业应用规模难以支撑、产业化重点问题难以解决、产业化成本过高等多方面原因，暂未在全球范围内形成较大的产能。

图4：2019年国内外生物降解塑料产能情况

资料来源：IMS Market CNKI 前瞻产业研究院

从全国来看，PGA、PCL、PHA和PPC的产能远远低于PLA和PBS／PBAT材料，从重点企业以及发展现状来看，目前这四类新型材料具有发展前景，但目前各类产品的产业化仍然存在一定的问题。

图5：目前四大新型生物降解材料发展情况

三、生物降解材料产业的案例实践

对于生物降解材料产业而言，我们一直在跟踪这个新兴产业的发展现状、发展问题以及发展趋势，并且也在全国多个区域接触到了相关的产业咨询项目，在实践中我们结合自身产业研究能力和成熟经验，为部分区域的政府和企业提供了行之有效的解决建议。

案例连接：云南临沧工业园区（高新区）产业发展规划

临沧工业园位于云南省临沧市临翔区，临沧工业园区始建于2004年，经过10余年的发展，于2017年获批省级高新技术产业开发区。目前，临沧高新区是《云南省新型工业化重点产业发展规划纲要》重点建设的30个园区之一，也是省重点培育的50个百亿园区之一。2019年，国务院批复同意临沧市建设国家可持续发展议程创新示范区，临沧以“边疆多民族欠发达地区创新驱动发展”为主题，重点针对特色资源转化能力弱等瓶颈问题，探索跨越式发展新思路。

图6：临沧工业园区特色生物资源转化组团示意图

前瞻产业研究院结合市场趋势、当地生物多样化的资源优势、临沧并不具有优势的交通现状、其他产业的关联性以及国家可持续发展议程创新示范区所带来的创新资源优势等内容，重点讨论了生物集材料PLA在塑料包装、保险包装、农业应用领域的发展以及其他生物基材料（例如PHA）在医疗卫生健康等领域的前瞻布局应用，构筑了两大核心发展方向，并且围绕产业各阶段的发展诉求，为其提供了产业发展思路、发展路径、重点科研院所对接、重点招商资源导入等服务。

来源：前瞻产业研究院

原文标题 : 生物降解材料：前景、多元化应用和案例实践