据统计,我国1990年的塑料制品产量仅为550万吨,到2019年全国塑料制品产量累计值已达8184万吨,同比增长3.91%,与此同时大量塑料制品使用废弃后,由于不当处理而带来的环境问题,成为了当前全球关注的热点。

  可降解塑料是指在规定的环境条件下,经过一段时间后,材料化学结构显著变化而损失某些性能、发生破碎的塑料,按照降解方式分,可降解塑料可以分为光降解塑料、光生物降解塑料、生物降解塑料以及水降解塑料,按照材料来源分,可以分成生物基塑料和石油基塑料。

  现阶段市场上提倡的生物降解塑料是全降解塑料,可以在土壤中完全降解,实现真正意义上的绿色环保,到现在为止,全球研发的生物降解塑料多达几十种,主要包括PLA(聚乳酸)、PHA(聚羟基烷酸酯)、PBS(聚丁二酸丁二醇酯)、PBAT(聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯)、PCL(聚己内酯)等合成这些材料的单体或者天然高分子材料等。生物降解塑料中游产品主要包括餐具、薄膜、膜纸、快递袋、服装、塑料胶带等。生物降解塑料下游主要应用于包装、农业、3D打印、现代医药、纺织业等。PLA、PBS、PBAT、PHA是生物降解材料未来的主要发展方向。在包装、纺织和农膜领域中,PLA和PBS消费量最大;在一些高附加值领域中,PHA在医用植入材料中使用广泛。

  经调研显示,2020年国内PBAT有效产能在28万吨,新疆蓝山屯河化工股份有限公司是以高分子材料制造和深加工为主业的国家级高科技化工新材料企业,拥有PBAT产能13万吨/年,居全球领先地位;金发科技拥有PBAT产能6万吨/年,于2011年投产;恒力石化子公司营口康辉石化于2020年12月25日宣布年产3.3万吨PBAT/PBS类生物可降解聚酯新材料项目一次性开车成功,顺利投产并产出合格产品,标志着恒力石化进军可降解塑料行业。从产能分布来看,西北地区新疆、山西、甘肃拥有18.3万吨/年产能,占比达50%以上,其次是国内两大巨头恒力石化布局的东北地区的3.3万吨/年产能和金发科技布局的华南地区6万吨/年产能,PBAT元产业布局主要集中在东北、西北地区。

  截止至目前,国内已有超过50家企业宣布进军PBAT产业,若在建及规划产能全部按计划释放,至2021年底,国内PBAT产能将新增60万吨,总产能达到89万吨。国内现宣布确定将于2022年投产的PBAT产能为306.4万吨,除此之外,还有62万吨在建产能未宣布最终投产时间,至2022年底至2023年,国内PBAT有效产能将达到400万吨以上。若国内已规划的产能全部按计划投产,届时,国内PBAT产能将达到1227.8万吨。其中,西北地区以697万吨/年占据国内56%的产能,其次是东北地区155万吨/年,其后依次是华北、华东、西南、华中和华南地区。PBAT规划产能主要集中在我国北方地区,三北地区占比达到72%。

  现阶段国内PBAT生产工艺主要为直接酯化法工艺,国内主要工艺供应商有:上海聚友化工有限公司、中国科学院理化技术研究所、中国纺织科学研究院、德国巴斯夫公司。巴斯夫公司“连续生产可生物降聚酯方法”申请专利后,国内只有上海彤程新材料集团股份有限公司被正式授予专利技术,可以采取此技术进行PBAT的生产。

  中国科学院理化技术研究所季钧晖教授研究的直接酯化法技术也与下游不少厂家建立了合作联系,但由于某些原因,双方皆不愿公开发表声明。中科院理化所的技术实际为国内最早的PBAT连续生产技术。上海聚友化工是PBAT、PBS等生物可降解聚酯聚合解决方案提供商,拥有“连续制备生物可降解塑料的设备及系统”专利,过去十多年来,聚友化工包揽了国内90%以上PBAT装置市场,80%的产能来自聚友化工的装置。中国纺织科学研究院有PBAT/PBST生产工艺包,为道恩股份及聚友化工在内的多家生产单位提供技术支持,包括中国石化北京化工研究院自主研发的PBST生产工艺,其原始工艺包由中纺院提供。

  第一类以新疆蓝山屯河为首的老牌聚酯生产企业,此类企业既存在或规划了上游原材料生产装置,又靠近下游终端消费市场。以新疆蓝山屯河为例,早在“限塑令”颁布之前,公司已经完成了PBAT/PBS类聚酯生产技术的原始积累,自身厂区内有BDO生产装置,配套的PBAT生产线增强了企业的产业链一体化水平,规避了原料价格的波动带来的成本增加。同时,新疆作为全国最大的农地膜消费地区,在“白色污染”和政策的带动下,企业基本完成了PBAT改性的技术升级,能够就地消化自身产能。这也是PBAT产能主要分布在西北地区的原因。同时,新疆、陕西地区现有BDO产能占据全国50%以上。

  第二类是以恒力、万华为首的大型炼化一体化生产企业。在大型炼化一体化企业不断上马的时代,恒力和万华在2021年双双实现了超高的盈利,在国家政策的指引下,开始大规模布局可降解产业链。恒力更是从原料端BDO,AA到PBAT/PBS全部舍友完整的规划,加深自身可降解产业链的一体化优势,在后期PBAT市场逐渐走向饱和之后仍保持自身竞争力。

  第三类则是相对小型的PBAT生产企业,本身并不是化工产品生产企业,但在国家“限塑令”的影响之下,看到了可降解行业带来的巨大利润,开始着力布局可降解企业。同时,这类企业除了受国家限塑令影响之外,没有布局上下游产业,生产原料主要靠外采,但基本仍存在一到两个进入该行业的契机。山东瑞丰高分子材料有限公司原本生产塑料助剂类产品,凭借与上海聚友公司的深入合作,具备了PBAT生产线的工艺技术,顺势投资规划可降解材料项目。山东斯源高分子材料有限公司,其母公司是从事环保机械类产品研究,高管中有长期在新疆工作的技术人员,具备技术积累了原料采购渠道,进而进入该行业。道恩集团则在2021年完成了资本的原始积累,进入2021年冲击下一个塑料行业可能的蓝海产品,其掌握稳定的下游改性甚至终端市场,具有强大的市场掌控力,对其产品的销售具有很强的信心。

  PLA产能主要集中于海外,国内企业正加快布局。现阶段国内PLA生产企业分散度较高,2020年国内PLA有效产能在13万吨左右,其中稳定生产的企业仅有寥寥几家。浙江海正作为国内PLA龙头企业,已初步克服PLA生产的技术壁垒,具有年产4.5万吨的能力;安徽丰源同样作为早期布局PLA产业的公司,现有1万吨/年产能;珠海万通1万吨/产能。吉林中粮也具有理论上3万吨/年产能。除此之外,河南金丹作为国内乳酸巨头,也已经初步掌握了PLA生产技术,将在2021年布局该产业。2021年国内计划新增PLA产能23万吨/左右,主要为现有企业扩能,海正计划新增1.5万吨,丰原10万吨,珠海万通3万吨,以及河南金丹5万吨,以上,至2021年,国内PLA产能可达38万吨。此外,海正、丰原和金丹在2022年后仍规划了更大的PLA布局,分别为6万吨、30万吨和5万吨,PLA产业的发展主要以这三至四家企业(浙江海正、安徽丰原、河南金丹、珠海万通)为中心向外发散,产能增长呈现一定的集中趋势。

  七十年代,PGA作为第一个可吸收性手术缝合线材料被应用于医学领域。进入新世纪,PGA开始应用于石油天然气开采行业中。近年来,随着塑料行业对生物可降解材料的倾向越来越强,塑料制品应用和包装应用市场增大了对可降解塑料的需求,同时也促进了PGA的市场需求。随着PGA潜在的市场用量越来越大,国内对PGA的研发力度也逐步加大,但现阶段国内市场还没有稳定供应的PGA生产装置,如今,中国煤制乙二醇行业的大发展,使草酸二甲酯(DMO)大规模生产PGA成为可行的工艺路线,国内规划产能将逐步开始释放,PGA将进入量产时代。

  为了打破国外技术垄断,上海浦景化工技术股份有限公司自2010年起,独立开发享有全部知识产权的“合成气制乙醇酸技术”,可制备出99.6%以上的高纯度乙醇酸晶体产品。2015年6月在内蒙古通辽实现工业化生产。2018年,其全资子公司——内蒙古浦景聚合材料科技有限公司,投资5.5亿元在九原区建厂,以神华包头煤化工有限责任公司的煤制合成气为原料,通过酯化、碳化、精馏、聚合等8道工序制作聚乙醇酸。2020年7月首个万吨级聚乙醇酸项目一期工程正式投入试生产,一期实现1500吨聚乙醇酸生产能力,等二期项目全部建成后,将达到1万吨聚乙醇酸生产规模。2021其母公司国家能源集团宣布于陕西省榆林市投建5万吨/年PGA项目。

  中国石化长城能源化工(贵州)有限公司50万吨/年聚乙醇酸(PGA)项目一期20万吨/年,预计2024年建成投产,投资1233160 万元;二期30万吨/年,预计2026年建成投产,投资1143607 万元。采用内蒙古浦景公司合成气制乙醇酸技术。

  目前中国是全球最大的塑料生产国与消费国,据卓创统计数据,国内塑料的表观消费量在8000万吨/年附近,塑料制品的表观消费量在6000万吨/年附近。禁塑令管控最严的几个塑料制品类为购物塑料袋,农用塑料薄膜,外卖包装袋,以及一次性餐具,吸管刀叉勺等。同时,由于生物可降解材料的性能原因,其替代的范围也主要集中在一次性用品领域,下游消费主要以一次性包装,包括外卖包装、快递包装袋、一次性餐具以及农用地膜为主。

  2020年PE的表观消费量是3680万吨,其中约53%用于薄膜类产品,由此计算薄膜类产品的消耗量为1950万吨。其中禁塑令管控最严的购物袋、农膜和外卖包装袋,国内一年消费超过900万吨,市场空间巨大。

  包装材料方面,可降解塑料制品可替代的两大领域为塑料购物袋和外卖、快递包装袋。据统计,2020年我国购物包装袋消费量为400万吨,外卖、快递包装袋消费量在260万吨以上,可降解替代空间十分巨大。

  2019年我国农用塑料薄膜用量达到240万吨,大规模的地膜使用为我国农业生产带来了巨大的效益,但薄型化成本降低的同时,带来了地膜使用后难以回收和“白色污染”。全国残膜平均100kg/公顷, 新疆地区平均265kg/公顷,最高达到597kg/公顷。10年地膜残留262kg/公顷,15年残留350kg/公顷;20年残留430kg/公顷。解决农田地膜残留,污染问题已刻不容缓。“限塑令”的颁布,为解决农地膜残留明确了依据,明晰了标准,同时也提升了监管。

  一次性塑料餐盒领域,近年来外卖交易规模不断增长,平均每单外卖会消耗3.27个一次性塑料餐盒/杯。除外卖领域,餐饮业也消费了大量打包餐盒。可降解塑料集中发力的外卖和快递领域下游需求仍保持较高增长,这将促进可降解塑料替代原有一次性塑料制品的市场得以扩大。根据行业发展情况,外卖用户规模不断扩张,外卖行业复合增长率23.7%;快递行业业务量增速放缓但是仍能保持在20%-25%左右。

  根据各省市禁塑限塑令政策推进比较保守的情况下量化估计2020年末,2022年,2025年三个重要节点可降解塑料替代率:2020年“部分地区部分领域”——5%;2022年“明显减少——15%;2025年“大幅降低”“进一步提升”——30%。若购物袋和农用薄膜消耗量保持稳定,外卖包装和一次性刀叉勺在产业扩张下刺激消费量以每年10%的增速下进行测算,在极为保守的假设条件下,预计在未来5年市场需求量分别达到80、116、154、240、332万吨。

  2020年以来,可降解材料迎来政策及资本双重风口,市场行情异常火爆。根据中国石化集团公司“一基两翼三新”战略及新材料开发推广工作安排,中石化所属各个单位开始广泛布局可降解材料项目。

  当前,中国石化正积极布局PBST产业化发展,着力打造中国石化生物可降解材料的新产业链。由北京化工研究院和中国纺织科学研究院合作开发的6万吨/年PBST生产装置工艺包于5月18日通过集团公司科技部审查,将据此开展工业生产装置工程设计。而针对PBST关键原料供应的“顺酐加氢催化剂及2万吨/年顺酐加氢制丁二酸成套技术工艺包”也于5月19日通过集团公司科技部审查,可为我国生物可降解聚酯材料大规模发展提供关键技术支撑。此次北化院和中纺院依托各自业务优势联合开发的“6万吨/年PBST生产装置工艺包”,工艺反应效率高、副反应少、产品质量优异、能耗低。项目开发出生物可降解膜袋料、注塑料、纤维料、发泡料等多种产品,支撑生物可降解材料推广与应用。随着生物可降解材料产业规模的提升,生产PBST的关键原料丁二酸市场产能不足、价格偏高等问题日渐突出,严重制约PBST的产业化发展。为破解这一困境,北化院基于烯烃选择加氢技术平台迅速成立联合攻关团队,于今年1月13日启动“2万吨/年顺酐加氢制丁二酸成套技术工艺包开发”院级关键核心技术攻关项目,由集团公司首席专家王国清担任项目长,带领科研团队针对PBST工业化中关键单体丁二酸的制备和分离等技术进行攻关。

  天津石化PBST项目,6月11日化工事业部召开项目可研评估会,天津分公司拟在化工部原动力站重油罐区位置,拆除现有建筑物,新建年产9万吨的PBST连续聚合装置。项目总投资5.45亿元,拟建设两条生产线吨/小时,同时副产0.765万吨/年四氢呋喃。具体原料需求量为:38700吨/年PTA,27450吨/年丁二酸及51750吨/年BDO。

  海南炼化6万吨/年PBST项目于2020年11月上报可行性研究报告,化工事业部于2021年召开1月27日论证会并论证通过,项目拟投资4.5亿元,建设两条生产线万吨/年,采用北化院自主研发PBST技术,计划于2022年春节后中交。

  湖北化肥5万吨/年PGA项目,集团公司可研论证已通过,现阶段已开始做基建规划和装置采购工作,条件具备之后即可开始动工建设,预计2022年底中交。

  贵州能化50万吨/年PGA项目,一起20万吨/年项目正在进行可行性论证,由于全球PGA需求量仅在万吨级别,专家组对此项目的可操作性仍在论证,但由于贵州省方面极力促成该项目,现阶段仍在积极推进。

  现阶段,虽然可降解产业发展十分迅速,中石化也在积极布局和建设,但在调研过程中,仍发现下游存在许多无法解决的问题。

  现阶段,无论可降解包装袋、可降解一次性农地膜还是可降解一次性餐盒,制品价格远高于不可降解制品。供应大型商超的可降解塑料袋,价格是普通一次性塑料袋的两倍及以上,达到2-3元/个。可降解农地膜由于机械性能差,覆膜环节难度增加,人工成本增加,同时密度较高,覆膜用量大幅增加,最终成本是普通地膜的三倍左右。较高的成本成为现阶段限制可降解材料推广的最重要的因素。

  由于材料本身的性质,即使经过改性的可降解材料的制品性能相较于其他塑料制品也较差,在成本提高的同时无法满足正常需要。

  除去简单的一次性制品,大部分塑料制品无法做到所有的材质都使用可降解材料,现阶段尤以纤维制品最为明显。根据下游用户反馈,现阶段应用PLA拉丝制备卫材的技术已经成熟,但无论纸尿裤还是医用女用卫生用品,仍需用到其他高分子材料,其他材料的不可降解性能使得该复合材质的产品不能完全降解,在所有材料都满足可降解的要求之前,大部分塑料制品的可降解推广仍存在技术壁垒。

  虽然国家出台了一系列限塑政策,对细节方面也做出了相应的规定,但在执行层面仍存在困难。首当其冲就是对可降解制品的检测,海南省是国内对限塑政策要求最为严格的地区,但在日常监管过程中,无法实时对制品可降解性进行检测是执法的最大瓶颈。众所周知,聚合物结构的检测需要使用红外光谱,但设备大且存在一定操作壁垒,导致无法对产品进行有效且实时的检测。

  手中的可降解塑料袋,应该投入哪一类垃圾分类的垃圾箱中?现阶段可降解塑料袋不能与有机物混合在一起,需要专门的人力物力来收集和分类。可降解塑料袋的降解过程和目前垃圾处理能力之间并不匹配。可降解制品的降解过程一般需要在50℃,55%湿度的条件下放置180天以上。若想加快降解速度,则需要加入不同的添加剂,这样一来,降解之后还是只有C/H元素吗?



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