废秸秆里有个宝,后石油时代,聚乳酸能成为终结塑料的替代材料吗?

新材料科技 2023-04-03
3029 字丨阅读本文需 8 分钟

三年前的一场限塑令,让塑料吸管退出江湖,纸吸管风靡饮品店的时间也不长,如今走进奶茶店、咖啡馆,更加常见的吸管是“PLA”材质。PLA是什么?它的中文名是聚乳酸,也就是乳酸聚合形成的产物。生产它的原料,来自我们平时吃的玉米、木薯等粮食作物。

这意味着两件事:聚乳酸绿色、环保、可降解,但它的生产会导致“与人争粮”的粮食安全问题。聚乳酸大范围替代塑料制品,仍面临着可持续性的困境——解决方案,是寻找非粮食的原材料。

在宁波象山,我们有望看见聚乳酸以新的方式被生产出来:一条用小麦秸秆等农业废弃物制备聚乳酸的千吨级示范线正在加速建设中——它的建设者是浙江的一家科创企业,杭州德泓科技有限公司。

让非粮生物质材料制备乳酸、生产聚乳酸的技术走出实验室,投入产业化应用,德泓科技是全球第一个。

聚乳酸还可以被做成包装材料、纺织面料,或者被加工为组织工程支架、骨折内固定材料、手术缝合线等医疗用品,聚乳酸纺成的衣物,不仅抑菌、除螨,还具备阻燃功能,从原材料到成品,附加值能够提升10倍以上。

1、聚乳酸是环境友好型材料

众所周知,传统塑料是“白色污染”的主要来源。按照相关统计显示,全球塑料产量高达3.6亿吨以上,实现传统塑料材料向可降解塑料转化已经成为大势所趋。目前从技术条件和产业应用前景来看,生物基可降解塑料成为核心途径之一。因为生物基塑料以生物质来源材料为主,可以有效减少全球变暖,减缓化石资源的枯竭。而聚乳酸(PLA)作为一种环境友好型材料,是以乳酸为基础由人工合成,它具备生物基和可降解的特点,再加上其生产原料乳酸是一种天然有机酸,由糖通过发酵产生,降解产物是二氧化碳和水,因此相对于传统塑料更符合绿色低碳的发展需求。

从产业推广角度来说,聚乳酸也是大规模推广应用的可替代型绿色材料。一方面,它的材料性能和力学性能突出,强度、耐久度、模量等数据都接近传统塑料;另一方面,目前聚乳酸的生产工艺和经济效益已经得到市场检验。和其它类型的生物可降解材料相比,聚乳酸不仅生产工艺相对成熟,产能领先,而且有明显的成本优势,因此有利于多领域大规模推广。

和欧美发达国家相比,我国的聚乳酸产业发展起步相对较晚,但近年来发展迅猛,已经逐步跻身头部集团行列。特别是在核心技术研发和产能供应方面,我国不仅克服了“卡脖子”难题,也实现了国产化多领域突破。尤其是在丙交酯生产技术方面,目前海正生材(688203.SH)、金丹科技(300829.SZ)、中粮科技(000930.SZ)、丰原生物等公司先后实现了重大突破。目前聚乳酸行业竞争格局较好,产业链越来越完善,叠加一系列利好政策影响,聚乳酸新增投产正在持续提升。在应用市场方面,聚乳酸也开始被广泛应用于包装、农业、纤维纺织、医用和工程塑料等领域。

目前国内部分龙头企业已打通全产业链技术,使得生物基材料成本大幅下降,逐步实现商业化,并开始在部分领域补充及替代石油基产品。

2、生物基新材料,站上C位

大部分人或许对“生物基”这个词感到陌生,事实上,生物基材料早已经渗透到我们日常生活的方方面面。

乐高早在2020年就已经宣布,将在2030年之前放弃原始的石油基塑料,改用生物基材料制造儿童玩具。

奔驰、宝马、保时捷等汽车企业,也开始采用生物基塑料制备汽车零部件,蛋壳、大豆这些看起来与汽车毫不相关的东西,被引入汽车制造业。

今年年中,特步发布100%聚乳酸含量环保风衣。聚乳酸是一种新型的生物基材料,需要从玉米、秸秆等含有淀粉的农作物中发酵提取。11月,特步又推出了一款低碳概念环保跑鞋。至此,特步生物基材料从服饰渗透到了鞋履。

生物基材料这位材料领域的新晋“网红”所带来的影响力远远不止于此,在《中国制造2025计划》中,其就和纳米材料等被一同纳入新材料前沿研究领域。

事实上,生物基是以可再生生物质为原料,包括农作物,谷物、秸秆等,通过生物、化学以及物理等方法制造的新型材料。

以科创板上市公司凯赛生物为例,其用发酵法生产一种叫尼龙56的化纤便是一种生物基材料,生产1kg尼龙-56的碳排放量相比生产1kg尼龙-66(石油基),可减少4.31kg。

根据国际能源署发布的数据显示,2020年全球碳排放总量在306.9亿吨左右,远高于2010年以来的平均水平。中国碳排放量居于全球第一,高于北美和欧洲等国家,控制碳排放势在必行。

如今,站在双碳的战略高度上,生物基逐渐站上了明星风口,成为了实现碳中和目标的不二之选。

3、后石油时代,我们应该用什么样的材料?

随着生物法制备石油化工产品技术的突飞猛进,生物基新材料成为了显而易见的选择。麦肯锡曾预测70%的石油化学品,未来可以通过生物学手段生产。

生物技术的应用可降低工业过程能耗15-80%,原料消耗35%-75%,减少空气污染50%-90%,水污染33%-80%。

据经合组织(OECD)预计,全球有超过4万亿美元的产品由化工过程而来,在未来的10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。

目前生物基产品的生产方式主要有两种,第一种是大家熟知的合成生物基技术,通过构建相应的细胞工厂合成相应化合物,合成生物技术更适宜生产复杂分子结构的化合物。如特色原料药、添加剂、功能性分子等。

第二种是通过先进催化技术生产先进生物基材料,这种生产方式更加适宜大规模生产大宗基础化学品,如聚酯、纤维、锂电池隔膜、表面活性剂、薄膜、中间体、原料药等。

生物基新材料可以对标现有市场中应用的绝大多数石油基产品,对石油基形成了真正的“换代升级”。随着生物基新材料逐渐走入聚光灯下,善于捕捉趋势的资本也因此闻风而动。

此前还在消费、TMT等领域大展身手的投资者,正快速适应技术领域的变化,红杉资本、经纬中国、高瓴资本、碧桂园、美团等众多明星机构,纷纷入局生物基相关领域。

2021年7月,红杉资本领投合成生物技术公司恩和生物。沈南鹏曾表示:“我们应该相信科技创新的潜力,比如新能源领域、合成生物学、生物科技等领域。”

高瓴资本也在生物基赛道上积极落子。2022年1月10日,蓝晶微生物宣布完成B3轮融资,至此B系列融资总额已达15亿人民币。其中,高瓴创投在本轮融资中继续追加投资。

押注碳中和投资的君联资本,也在生物基领域抢先布局。去年2月,君联资本投资了从事呋喃类生物基材料设计和开发的初创企业中科国生;去年12月,中科国生又对外宣布完成近亿元Pre-A轮融资,君联资本作为老股东继续追加投资。

4、国内已涌现多个代表性企业

从产业定位来看,聚乳酸属于技术密集型产品,对装备制造、科学研究的要求很高,因此具有核心技术成果和成熟产业链的厂商将建立稳固的品牌壁垒,目前国内市场已经涌现出多个头部企业。

隶属中粮集团的中粮科技(000930.SZ)是国内玉米深加工龙头企业,其核心业务覆盖食品原料级配料、生物能源燃料以及生物可降解材料。其中,生物能源业务是企业第一大主营业务,在聚乳酸产业布局方面,中粮科技已打通丙交酯技术环节,按照其发展规划,企业将在吉林省建设3万吨/年产能的丙交酯生产线,项目预计在今年内投产。随着相关项目稳步推进,未来中粮科技将实现可降解材料全产业链加工,进一步扩大市场份额。

金丹科技(300829.SZ)作为乳酸行业A股企业,一直从事乳酸及乳酸盐类的生产与销售,其产品广泛应用于食饮、医药、化工、降解材料等产业领域。尤其是在聚乳酸产业领域,地处豫东平原的金丹科技坐拥玉米优势产区,原材料玉米资源丰富。近年来,企业围绕全产业链目标,正在布局产15万吨聚乳酸新材料项目,该项目去年9月已正式开工。目前,金丹科技已具备工业化生产合格丙交酯的能力,拥有500吨丙交酯和中试产线,在建1万吨丙交酯产线已开始试运行。

从现有相关企业的产业链布局来看,中科国生是唯一布局完整产业链的企业,已实现HMF连续化生产,同时突破了其他核心产品,诸如FDCA、THFDM等的规模化生产,并完成了下游衍生物在市场终端的测试,打通了从HMF到下游衍生物单体和终端产品的全技术链条。

当下,转向低碳经济已经成为全球共识,就目前来看,作为石油基材料的升级替代产品,生物基化学品及材料,将成为新的时代风口,我国生物基材料产业也逐渐朝着规模化和产业化方向发展,这片潜力巨大的新蓝海,参与者们将会在未来掀起更多的浪潮。

文章来源: 浙江日报,金融界,中国化工信息周刊

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