减配一个充电器，减少一个胶带，就真的可以环保了吗？诚然，这是让环境持续改善的一小步，但是要跨出一大步，恐怕还是要从材料入手。今天，就给大家分享一下，能够有效助力“碳中和”战略的新材料——生物基材料。

何为生物基材料？

生物基材料很容易理解，是以谷物、豆科、秸秆、竹木粉等可再生生物质为原料，通过生物转化获得生物高分子材料或单体，然后进一步聚合形成的高分子材料，可以称得上是真正环保的新材料。

新材料意味着技术新颖，很多网友应该都会在意它的实际产量，能否满足市场所需呢？据悉，现在生物基材料已经有不俗的产量，当下生物基化学品和高分子材料产量在5000万吨左右。更值得一提的是，“中国制造2025”中，生物基材料和纳米材料等被一同纳入新材料前沿研究领域。

生物基材料，为什么说是真正环保的材料呢？只是因为它所使用的原料与尼龙不同吗？答案当然不是，生物基材料作为一种前沿技术产物，相较于传统材料，生物基材料有效减少了生产过程中的碳排放。例如，生产1kg尼龙-56碳排放量相比生产1kg尼龙-66减少了4.31kg，碳排放能够有效量化减少。

最关键的是降解的难题，大部分尼龙材料很难降解，需要长达几十年的降解，并且降解后产生的有害物质也非常多。而生物基材料废弃时，可经由燃烧或堆肥等生物降解法，转变为水和二氧化碳等无毒小分子，重新进入自然循环中，维护整个生态平衡，无需担心造成环境污染。长期来看，生物基材料与生物基产业会是发展趋势，这个项目如果推开的话，应该是对碳中和最大的贡献。要知道，生物基材料不仅对对碳中和目标实现具有重要意义，对使用玉米等粮食原料的经济效率也更高，自然充分被市场所认可和接受。

最关键的是，生物基材料是国内掌握的技术之一，不被垄断受限。国内有几家可以生产生物基材料的企业，甚至助凯赛生物的全球市占率达到80%，处于绝对龙头地位，不会被技术锁死，这也是我们切换到生物基材料的一个重要的新思路。

千亿蓝海生物基产业

据美国《生物质技术路线图》规划，2030 年生物基化学品将替代 25%有机化学品和 20%的石油燃料；据欧盟《工业生物技术远景规划》规划，2030 年生物基原料替代 6%-12%化工原料、30%-60%精细化学品由生物基制造。

欧美力推 2050 年实现碳中和，我国紧随其后，我国规划未来现代生物制造产业产值超1万亿元，生物基产品在全部化学品产量中的比重达到25%。随着三大经济体政策上的推进，全球碳减排进程开始加速。

环保与可持续发展，是当下及未来数十年少有的全球统一诉求。

在化石资源日益枯竭、CO2过度排放等造成的全球气候、环境危机背景下，转向低碳循环经济已成为全球共识，而生物基产业是其中重要一环。

以塑料为例，通过工程微生物改造可应用于生产PHA、PHB等多种材料。

据OECD预测，未来十年至少有20%的石化产品、约8000亿美元的石化产品可由生物基产品替代，目前替代率不到5%，缺口近6000亿美元。生物基化学品及材料代表着千亿规模新蓝海。

欧洲生物基市场发展概况

据 Nova Institute 研究，从技术角度来看，几乎所有由化石资源制成的工业材料都可以被生物基替代。近年来，生物精炼技术相关基因组学、蛋白组学、代谢组学及系统生物学等技术的进步共同构建了化学品及下游材料的生物合成网络。

欧洲生物经济存在先发优势，其中欧盟主导的RoadToBio项目规划了欧洲化学工业走向生物经济的路线图，以期实现多元化的生物基产品组合。

RoadToBio 项目对生物基产品进行了细分，形成了包括大宗化学品、溶剂、塑料用聚合物、化纤制品、油漆/涂料 /油墨/染料、表面活性剂、化妆品和个人护理产品、胶粘剂、润滑剂、增塑剂等多个下游细分领域。

根据当前的细分标准，欧盟生物基产品类别包括大宗化学品、塑料、溶剂、表面活性剂等 10 大类，其中大宗化学品和溶剂归属于基础化学品，表面活性剂、个人护理/化妆品、 胶黏剂、润滑剂及增塑剂则归属于精细化学品，油漆/涂料/油墨/染料、塑料及纤维制品归属于生物基聚合物。

2018 年欧盟市场生物基化学品及下游产量近 470 万吨，需求近 550 万吨，产值近 92 亿欧元，尤其是高端消费市场，其对生物基产品的需求非常旺盛。

在系列生物基产品中，表面活性剂、油漆/涂料/ 油墨/燃料、纤维制品及个人护理/化妆用品产量最大，这归功于欧盟市场的消费层次较高及对生物基油脂类化合物的大量需求。

由于区域内生产规模、以及生产技术方面的限制，现阶段生物基化学品的整体价格水平高于石油基，但随着产品品类趋于精细化，以及相关技术和生产工艺的普及与推广，其与石油基产品价格差距也将不断缩小。

随着生物合成技术的不断进步，部分生物基精细化学品（例如琥珀酸，PA56）的售价甚至已经开始低于对应的石化产品。

从当前的发展水平来看，欧洲市场的生物基化学品及下游渗透率仅达到 3%，但未来市场增长空间达 4 倍，全球市场规模有望破千亿。

根据JRC 提供的数据，2018 年欧盟相应子行业化学品总产量近 1.6 亿吨/年，生物基占比仅 为 3%，尤其是大宗化学品及塑料行业，总产量占比 77%，但生物基替代率仅有 0.7%。

从欧盟《工业生物技术的远景规划》中的内容来看，根据大宗化学品、塑料制品替代率达到 6%、以及精细化学品 替代率达到30%的最低目标来测算，到 2030 年生物基产品的产值可能将达到 370 亿欧元/年，相较于2018 年的92 亿欧元增长达到 4 倍之多。

另外，在2018-2025期间，在上述子行业的新增私人投资额度也有望达到 190 亿欧元，叠加近年来持续加码的欧盟生物经济专项计划投资，未来生物基产品替代率有很大的上行空间。

除了欧盟市场，美国和中国的生物经济战略也正在大力推行，假设市场体量与欧盟相当，未来全球生物基化学品及下游市场规模有望达到千亿欧元级别。

各国在生物基化学品下游赛道的布局

生物基化学品总产量近年来连续快速增长。据 IEA Bioenergy 估算，2019 年生物基化学品总产量近 1000 万吨/年（不包含燃料乙醇），2011 年至今年均复合增长率近 10%。

目前全球主要的大宗生物基化学品包括乙烯、乙二醇、丙二醇、甘油、丁二醇、乳酸、癸二酸等，生物合成技术已经产业化。

其中糖基化合物乙烯、乙二醇、丙二醇、乳酸、丁二醇、 琥珀酸、戊二胺等是下游生物基 PE、PLA、PET、PBS、PTT 及 PBAT 等的关键原料，油基化合物甘油、长链脂肪酸及脂肪酸则用于生物基 PHA、PA 及环氧树脂等材料的制备。

传统石化巨头几乎都在加紧布局生物基化学品带来的全新赛道领域。杜邦公司以 63 亿美元收购了食品营养及生物公司Danisco；拜耳与Ginkgo Bioworks 共同投资1亿美元创建Joyn Bio；日本的住友、三井、日本化药公司和三菱，韩国LG化工以及荷兰的DSM等寻找转型的巨头，英国石油公司（BP）、壳牌（Shell）、巴斯夫（BASF）、杜邦（Dupont）、陶氏化学（Dow Chemical）、 赢创（Evonik）、帝斯曼（DSM）等大型跨国石油化工巨头纷纷斥巨资投入生物化工产业。

大量新力量的涌入，加速了生物基化学品在新材料产业链中的一体化。

巴西Braskem 是世界领先的生物基烯烃、聚烯烃生产商，公司由可再生资源甘蔗乙醇生产乙烯，并于 2010 年向市场 推出绿色环保PE，现在 Braskem 全球共有 36 个生产基地分布在巴西、美国和德国等地。

Avantium 致力于开发和商业化下一代生物基化学品和塑料，主要业务和技术包括从植物性工 业糖中生产乙二醇 （MEG）、将植物性单糖（果糖）转化为各种化学品和塑料（如 PEF）、 将非食品植物原料转化为工业糖和木质素、通过电化学将 CO2转化为高价值化学品等。

乳酸是生物基化学品中占比较大的一块，主要用于下游可降解环保新材料 PLA 的生产，国外相关企业主要有荷兰 Corbion、比利时 Galactic 和美国 NatureWorks，其中 Corbion 生产乳酸和丙交酯，将之出售给荷兰 Synbra 等企业进一步生产 PLA 泡沫材料；NatureWorks 和 Galactic 是 PLA 的领军企业，后者还进行 PLA 材料的循环利用，将 PLA 产品进一步降解成乳酸。

我国的生物基化学品研究起步较晚，但在“十二五”国家科技支撑计划中，生物基材料和生物基化学品被列为研究核心，下游材料应用和商业模式的发展获得大力推动。

国内氨基酸龙头梅花生物，生物法二元酸领军企业凯赛生物、乳酸行业领跑者金丹科技等均是各子行业的佼佼者，做好化学品业务的同时积极布局下游生物基材料领域。

当前，国生物基行业上市公司有卓越新能（688196.SH）、梅花生物（600873.SH）、凯赛生物（688065.SH）、金丹科技（300829.SZ）、金发科技（600143.SH）等；非上市公司主要有蓝晶微生物、恩和生物和华恒生物（已过会）等。

 生物基塑料处于高速增长起点

生物基塑料是目前生物基化学品下游材料最主要的应用领域。

生物基塑料指的是生产原料全部或部分来源于生物质（玉米、甘蔗或纤维素等）的新型材料。根据能否被微生物（细菌、霉菌、藻类等）在一定条件下分解成小分子化合物，生物基塑料又分为可生物降解和不可生物降解塑料两类。

据 European Bioplastics 数据，生物基的聚羟基脂肪酸酯（PHA）、 聚乳酸（PLA）、聚丁二酸丁二醇酯（PBS）、己二酸/对苯二甲酸丁二醇酯（PBAT）及淀粉基塑料均为可生物降解塑料。

而生物基聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、对苯二甲酸丙二醇酯 （PTT）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、尼龙（PA）系列和聚乙烯呋喃酸酯（PEF）等均属于不可生物降解塑料。

生物基塑料产品有两个主要优点：

1）优秀的减排能力，生物塑料的 CO2 排放量只相当于传统塑料的20%；

2）部分塑料具有天然可生物降解性，不可降解的生物基塑料亦可回收再利用。

据European Bioplastics数据，2018 年全球生产塑料近 3.6 亿吨，而生物基塑料 2020 年产量近 211 万吨，占比不到 1%。近年来随着需求的增长，以及越来越多生物基聚合物、应用和产品的出现，生物塑料市场在不断增长。

据MarketsandMarkets预测，全球生物塑料及聚合物市场规模 2020 年预计为 105 亿美元，受各国政府产业扶持政策的推动，2025 年有望增 长至 279 亿美元，年均复合增长率将达到 21.7%。

全球前五大生物基塑料是淀粉基塑料（19%）、PLA（19%）、PA（12%）、PE（11%）、及 PTT（9%），PBAT（13%）占总产量近 80%。

欧洲是整个生物塑料行业的主要枢纽，是生物塑料发展相对成熟的地区，在生物塑料的研发上占有举足轻重的地位，是全球最大的行业市场。但欧洲生物塑料的市场增长率较低，2020 年产量占比 26%，低于亚太地区 46%。

亚太地区是新兴市场，作为主要生产中心，全球约 70%的注塑基础设施位于亚洲，因此市场增长速度最快。南北美洲合计 27%，且近年来产量同比有所增加，市场空间大，是未来生物塑 料推广的亮点区域。

生物基塑料主要应用于包装（硬包装、软包装）、纺织品、汽车和运输、消费品、农业和园艺、涂料和胶黏剂、建筑和施工、电子和电 器及其他行业。生物塑料由于具有较好的光泽度、良好的阻隔、抗电和印刷性能，适用于包装行业。因此，包装行业是生物塑料的最大应用领域，占生物塑料市场总量的约 47%，近 100 万吨。

总而言之，生物基材料的绿色生产、环境友好、资源节约等特点，已经快速成长的新兴产业。相较于传统材料，生物基材料有效减少了生产过程中的碳排放，会是一个更好的材料新路径。

文章来源： 科技左颜，生物基能源与材料