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    2. 行業研究
      我國生物基及可降解塑料發展研究
      發布時間:2021/11/23 00:00      來源:中國化學纖維工業協會      分享:

      文 | 林世東 杜國強 顧君 杜芳 杜紅立 竇娟 袁野 萬雷

       

      2020年,黨中央、國務院高度重視塑料污染治理工作,將制定“白色污染”綜合治理方案列為重點改革任務。中央全面深化改革委員會第十次會議審議通過,由國家發展改革委、生態環境部印發的《關于進一步加強塑料污染治理的意見》(以下簡稱《意見》),對進一步加強塑料污染治理工作作出部署。要求有序禁止、限制部分塑料制品的生產、銷售和使用,積極推廣可循環易回收可降解替代產品,增加綠色產品供給,規范塑料廢棄物回收利用,建立健全各環節管理制度,有力有序有效治理塑料污染,努力建設美麗中國。

      《意見》規定到2020年,率先在部分地區、部分領域禁止、限制部分塑料制品的生產、銷售和使用。到2022年,一次性塑料制品消費量明顯減少,替代產品得到推廣,塑料廢棄物資源化能源化利用比例大幅提升;在塑料污染問題突出領域和電商、快遞、外賣等新興領域,形成一批可復制、可推廣的塑料減量和綠色物流模式。到2025年,塑料制品生產、流通、消費和回收處置等環節的管理制度基本建立,多元共治體系基本形成,替代產品開發應用水平進一步提升,重點城市塑料垃圾填埋量大幅降低,塑料污染得到有效控制。

       

      我國生物基及降解塑料發展現狀

       

      2019年我國生物塑料產能約80萬噸,產能占到了全球產能的約35%。生物降解塑料產能約30萬噸,占到了全球產能的30%。其中聚乳酸(PLA)塑料產能約5萬噸,聚己二酸/對苯二甲酸丁二酯(PBAT)、聚丁二酸丁二醇酯(PBS)塑料10~12萬噸,聚羥基脂肪酸酯(PHA)1.5萬噸,聚甲基乙撐碳酸酯(PPC)3.5萬噸,其他約10萬噸。目前我國生物基塑料處于世界領先水平,東華大學朱美芳院士在報告中指出,在所有的非石油基可降解材料中,PLA具有良好的熔融加工性能,優異的力學性能,而被認為是迄今為止最具有市場潛力的可生物降解材料,在塑料膜、纖維方面均取得了良好的應用。在生物塑料的主要品種中,浙江海正生物材料股份有限公司、安徽豐原集團有限公司初步具備PLA量產技術。另外PBAT材料生產企業中,較大企業有金暉兆隆高新科技有限公司、金發科技股份有限公司等。根據公開資料整理,近期規劃的PBAT投產項目中,金發科技股份有限公司和山東瑞豐高分子材料股份有限公司分別均規劃6萬噸產能,中糧生物科技股份有限公司和浙江華峰氨綸股份有限公司分別均規劃30萬噸,彤程新材料集團股份有限公司和萬華化學集團股份有限公司分別規劃了10萬噸6萬噸規劃產能。

      聚乙醇酸(PGA)作為一種理想的完全生物降解材料,可在1~3個月內完全降解,無毒無害,最終降解產物是二氧化碳和水,在國內煤制乙二醇產能迅速釋放的情況下,PGA作為煤制乙二醇良好的應用產品,為化解煤制乙二醇產能提供了一條出路。

       

      對生物基塑料及生物可降解塑料的誤區

       

      目前公眾對生物基塑料和生物可降解塑料還存在一定的誤區,如將生物基塑料等同于生物降解塑料,將可降解塑料等同于可完全生物降解塑料,將可工業堆肥塑料等同于可在自然環境下生物降解塑料。

      生物基塑料是源自植物或其他生物材質的塑料。生物降解塑料是可以完全降解為自然界中存在的物質的塑料??缮锝到獾亩x不包括具體的分解時間長度或具體的環境條件??啥逊仕芰显谑芸貤l件下分解,變成可使用的無毒土壤改良劑,其降解時間長度與其他可堆肥材料相當??啥逊仕芰蠈儆谏锝到馑芰?,是生物降解塑料的一個子集,其在受控條件下分解成可用的土壤改良劑,將通過工業堆肥或厭氧消化收集和處理的生物降解塑料稱為可堆肥塑料。塑料的減少和再利用應優先于可堆肥塑料,并且不可將可堆肥塑料替代回收率高的塑料。

       

      我國可降解塑料的發展戰略機遇

       

      中國日益嚴重的環保壓力

      隨著塑料制品消費量不斷增加,每年廢棄塑料量也在不斷增長,據估計,到2050年,全世界將有120億噸的廢棄塑料被放置于垃圾填埋場或散落在自然環境中,這些廢棄塑料中約50%屬于一次性塑料制品,包括包裝物、農膜和其他一次性消費品等,由于難以降解和不易回收,對環境造成的危害極大,其中每年有115~250萬噸廢塑料進入海洋,這些塑料不但污染海洋環境,更危害生物安全,引起全球的關注。中國是塑料產品生產和消費大國,外賣及快餐等消費帶來的塑料制品難以回收,對中國造成的環保壓力巨大。

      隨著《關于進一步加強塑料污染治理的意見》出臺,2025年,國家將對塑料制品在生產、流通消費和回收處置等環節建立嚴格的管理制度,根據預測,到2025年,我國可降解塑料年消費量達到238萬噸,產生經濟效益477億元,市場空間巨大??山到馑芰系纳a企業需要抓住國家限塑的窗口時期,盡快提升技術水平和產能,滿足消費者需求。

       

      生物基及可降解塑料的優良特性

      生物基材料及可降解塑料由于其綠色、環境友好、資源節約的特點,正逐步引領當代世界科技創新和經濟發展。同時其可以替代石油基高分子材料,從而緩解人類目前面臨的能源危機和環境危機等困境。

      作為生物基塑料的最大應用,生物可降解地膜作為近年來的研究熱點之一,不僅具備了普通塑料膜的增溫保墑功能,而且在一定的時間后會在自然狀態下完全分解,不影響作物的生長,是解決農田白色污染的有效途徑。目前生物降解膜已在馬鈴薯、棉花、玉米等多種大田作物上應用,同時一些研究還表明,適當的可降解塑料能促進植物的生長,如陜西科技大學李成濤博士認為:低分子量的PBS對青菜和生菜的發芽、根長、苗長及葉綠素的合成有一定的促進。生物降解沙袋用在沙漠地區固沙使用,能有效地解決傳統沙袋不易回收問題,在內蒙古、青海等干旱、半干旱地區推廣使用,取得了顯著的經濟效益。

       

      國際國內 “雙循環” 格局下的必然選擇

      我國高達70%以上的石油進口依存度,以及每年6 000多萬噸的化學纖維及1億噸的塑料制品,均是中國石油產品的最大使用產品。國際國內“雙循環”格局下,如何利用我國的生物資源、新型生物基纖維及生物基塑料制品替代傳統石油基高分子化學成為了首選。

      我國發展比較成熟的聚乳酸纖維,完全采用生物原料制備,具有較高的強度、良好的生物相容性和生物降解性。后道工序可以對纖維采用紡黏法及熔噴法成網,也可以水刺、針刺等方法制成各種非織造產品,在醫衛產品等一次性產品上使用,利用其降解特性解決這類產品帶來的“白色污染”問題。生物基纖維作為替代石油基產品的應用之一,在未來纖維市場中會占有一席之地。

       

      可降解塑料的發展存在的問題

       

      生物基及可降解塑料的生命周期

      生物基及可降解塑料同樣面臨著使用壽命有限及回收再利用的挑戰。并且在大多數情況下,與化石基塑料一樣,生物基塑料也有可能成為塑料污染。但是如果進行適當的制備,它們可能會比化石基塑料更具有環境優勢。因為它們的總體氣候足跡仍然取決于塑料產品的整個生命周期,包括報廢管理。并非不加選擇地支持所有生物基纖維,因為這些材料的環境優勢取決于所使用的特定原料和隨后的產品生命周期。

       

      生物基及可降解塑料與現在的回收體系不兼容

      部分生物塑料與現有的回收鏈兼容,在沒有嚴格區分及分揀的情況下,生物基塑料會污染現有的塑料回收體系。例如PLA會污染聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)的機械回收鏈,但生物PET或生物聚酰胺(PA)的具有生物基單體與石油基材料聚合的生物塑料,可以在不改變技術或機械的情況下與常規塑料一起回收,將它們與現有塑料一起在回收設施中循環處理。但是與所有材料一樣,生物塑料必須與適當的收集程序和基礎設施配對,以成功進行回收或堆肥。

       

      生物基及可降解塑料成本較高

      目前,生物基及生物可降解塑料的成本較高。根據公開資料整理,當前聚乙烯(PE)材質塑料每噸產品價格在8 800~12 000元/噸,聚丙烯(PP)材質塑料每噸成本在6 700~8 500元/噸。
      但是,PLA材質塑料價格在16 000~
      30 000元/噸,PBAT塑料價格在21 000~
      25 000萬元/噸,3-羥基丁酸酯和3-羥基戊酸酯的共聚物(PHBV)塑料價格在30 000元/噸左右,是常規塑料的2~3倍。以生物地膜為例,新疆地區每年約使用25萬噸地膜,假如全部更換為生物地膜的話,每噸成本增加2萬元,新疆地區的地膜支出將增加50億元。

       

      生物基及可降解塑料的發展方向

       

      繼續推進供給側結構性改革

      中國塑料加工繼續深化改革開放,行業供給側結構性改革成效顯著,創新活力空前。在科研機構、企業的共同推進下,生物基塑料能逐步在原高性能工程塑料、高性能樹脂基復合材料、耐高溫特種絕緣材料、涂料、耐高溫高效功能膜領域取得應用進展。

      繼續推動生物基及可降解塑料在直接食品包裝材料如保鮮膜、塑料購物袋、連卷袋、一次性餐具上的應用,推動快遞、郵政裝訂膠帶行業使用生物基及生物可降解塑料,推動生物基材料及降解塑料行業標準及關鍵技術標準的制定,推動產業規?;a與應用,擴大生物基及可降解塑料的供應。

       

      提升產品品質及功能促進消費升級

      生物基高分子材料的發展方向是使其具有和現有材料相同或者優于現有材料的性能,設計及合成能夠滿足生物基材料的高性能化和功能化要求的生物基單體,是拓展生物基高分子材料應用,并提升對石油基塑料競爭優勢的關鍵問題。大連理工大學蹇錫高院士引進生物基芳香雜環單體,分別制備具有耐高溫等特性的塑料,對制備高性能生物基塑料并推廣應用具有重要作用。

      以技術進步為基礎的供給能力的提升將使生物基塑料及可降解塑料下游制品更多可能性,供給與需求更好的匹配也將更能滿足個性化、多樣化、功能化等終端產品需求,從而進一步增加生物基及可降解塑料消費量。

       

      更加重視海外消費市場

      全球化從來不是一個國家或個人的意志選擇,是市場這只“無形的手”在歷史的進程中必然的道路。區域性的分工協作已經不同以往。未來的全球化可能是不限于與洲際、大陸板塊緊密相連的地理位置鏈接,工業互聯網的建設讓世界的溝通更加便捷。

      歐洲等國家對環保有著嚴格要求,生物基塑料等產品在歐盟市場的潛力巨大。據預測從2018年到2025年,每年的生物基塑料的需求量將保持3.6%的增長。目前生物產業在歐洲發展中也存在障礙,如生產成本,但也有很大的機遇,一些環保的政策措施可能會增加生物基產品的消費量。

       

      政策建議

       

      加強對塑料治理的監管

      由于塑料制品消費者和消費環節比較分散,很難對消費者進行監管,監管的重點一是源頭治理,加大生產環節的監管力度;二是加大對商戶的監管,加大違法成本;三是通過稅收、補助等手段,使商戶愿意使用塑料替代品。

      首先從政府治理能力較強、經濟基礎較好、群眾認識水平較高、塑料廢棄物回收措施健全及監管制度完善的大中城市推進生物制品的使用。其次這些城市也是不可降解塑料購物袋、一次性塑料刀叉等制品消費集中區域,在這些地方開始實施推進扎實減塑的政策,有利于快速實現成效。同時這些地域消費者的消費能力較強,也利于政府及企業推廣塑料替代品,也有利于監管部門總結禁塑經驗和模式,在全國更大范圍內推廣。

       

      加強正面宣傳及引導

      個人消費是生物基及可降解塑料使用的主力軍,每個人消費行為的改變最終能讓產業發生巨變,個人對于生物基及可降解塑料資源的認知,以及塑料對環境危害和管理的認知都缺乏專業性,需要更多的組織行業專業與非政府組織、教育機構的交流和活動。一是加強正面引導,讓廣大民眾成為積極使用綠色制品的新潮流和新時尚;二是加強對塑料廢棄物對環境、海洋、動物及人類自身危害的宣傳,形成減少塑料制品的使用,就是愛社會、愛自己的情懷;三是社區政府可以對使用塑料替代品的典型事件、企業及個人加大挖掘,宣傳減少塑料制品使用的方法,樹立典型和榜樣,引導消費者正確消費。

       

      加強分選技術及裝備的研究及堆肥等場所的建設

      需要采用正確的方式或場所處理廢棄的生物基及可降解塑料,才能實現生物基及可降解塑料的特性,需要對生物基及可降解塑料進行正確分揀,避免流入常規塑料的循環再利用體系。一是需要加大分揀技術及裝備的研究。國內設備廠商分揀裝備的自動化程度和分揀成功率也在逐年提升,最常用的分揀手段是利用塑料的差異進行分類分選,采用振動、氣流及液流分選。光分選技術是根據廣電傳感器分析材料的可見光、紅外線、紫外線及其他范圍的光譜,識別材料進行分揀。二是需要加大堆肥等場所的建設。需利用綠色信貸、綠色制造等手段,加大政策扶持力度,創新支持分選技術及裝備的研究,在堆肥等場所的建設的企業在減費降稅、貸款貼息、上市綠色通道等政策支持,并在用地、用電、用水等方面給與傾斜,加大財政補貼力度。

      (參考文獻略)

       


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