运鸿CTI欲250亿打造全降解生产线,盘点那些可降解为二氧化碳和水的“绿色”塑料

塑料小屋 2023-09-05
2880 字丨阅读本文需 7 分钟

8月28日,纳斯达克上市公司运鸿CTI(Nasdaq:CTIB)拟增发20亿股,该笔筹集的资金主要用于收购运鸿环保科技公司(以下简称“运鸿环保”),并在全球范围内建立绿色环保产业园,用于实现其在全球绿色环保领域的新布局。该提案已于当天在公司股东会议上通过。同时,大会还通过了将公司名称“运鸿CTI”变更为“运鸿绿色CTI有限公司”的提案。

运鸿环保在全生物降解材料技术研发中拥有完整的自主知识产权,其突破性技术不仅打破了国外对全降解材料核心中间产物丙交酯技术的封锁,还采用了全新的有机肽催化工艺,试图实现“乳酸-丙交酯”产业链完整打通,形成全生物降解材料产业化、集群化发展。运鸿环保科技计划在未来五年内逐步投产全降解生产线,预计年产量可达200万吨,这一投产计划将使国内同类材料的产能得到倍增。

1、追求“可降解”:可降解为二氧化碳和水的“绿色”塑料

2019年,中国石化成为首家加入终止塑料废弃物联盟(AEPW)的中国大陆企业,加大投入研发拥有自主知识产权的可降解塑料,目前,常见的可降解材料有PGA、PLA、PBST、PBAT等,而这些材料中都有中国石化努力的身影。

PLA:新型可再生、生物质全降解材料

PLA(聚乳酸)是目前最广泛、投入研究应用最多的可降解材料,以玉米、秸秆等生物质为原料,是典型的可再生、生物全降解高分子材料,具有良好的机械性能、物理性能和生物相容性,可广泛应用于膜袋包装、一次性餐具、3D打印材料、医疗辅助器材等众多领域。

丙交酯是PLA的关键原料,目前,丙交酯合成技术是整个PLA产业链的关键“卡脖子”环节,其技术壁垒高、投资费用大、成本高。

中石化(大连)石油化工研究院从2014年开始丙交酯技术研发工作,经过近十年攻关,解决了影响丙交酯技术规模化应用的关键技术及工程难题,形成了具有自主知识产权的丙交酯合成技术,完成了技术中试,打通了全流程,验证了自主研发工艺和关键设备的可行性,研制出满足各项指标的丙交酯产品,可用于下游纤维级PLA合成,当前,正在进行万吨级丙交酯合成工艺包开发。

PGA:自然环境下即可降解

PGA(聚乙醇酸)作为重要的可降解高分子,是一种单元碳数最少、降解速度最快的脂肪族聚酯类高分子材料。与其他可降解塑料相比,PGA在自然环境下就可降解为二氧化碳和水,甚至在海水中也可以得到有效分解。PGA除了应用于各类饮料和防腐食品包装,在医疗可吸收手术缝合线、农业地膜、油气开采等高端领域也具有广阔的应用空间。

为加快PGA的研究攻关,上海石油化工研究院成立4个工作小组,内外部联合攻关。在PGA合成领域,上海院建有PGA模试装置一套,于2019年打通乙醇酸-乙交酯-PGA的模试全流程,自制PGA各项性能达到了进口医用级PGA的要求,并经下游厂家试用成功制备出手术缝合线样品,相关性能达到企业要求。目前,该院已完成工艺包编制,正在开展PGA中试装置建设。

此外,2021年7月6日,中国石化贵州50万吨/年PGA项目一期20万吨/年工程开工,建成后将大力推进可降解塑料下游应用加工产业的发展。

PBS:可实现塑料制品100%生物降解

在众多可降解材料品类中,PBS(聚丁二酸丁二醇酯)系列聚酯由于其成膜性好、耐热性高、力学强度高、耐水解性高,且可实现100%生物降解等特点,是包装、餐具、化妆品瓶及药品瓶、一次性医疗用品、农用薄膜等一次性塑料制品的最佳替代品。

丁二酸,又称琥珀酸,是PBS系列可降解材料的重要合成原料,广泛应用于合成可降解塑料、食品、医药、香料、油漆、电镀、表面活性剂、润滑剂、弹性体等领域。

目前,丁二酸成熟制备工艺主要有电解法和生物发酵法,存在成本高、产量小等问题,无法满足我国现有可降解市场对丁二酸的原料需求,成为制约PBS发展的主要因素之一。另一工艺为顺酐加氢、水解工艺,相较于前者,成本低、更为环保,但因技术难度大,目前尚未有工业化装置。

自2009年开始,中国石化着力开展顺酐加氢制丁二酸方面的技术研发工作,经过十几年的科研攻关,2021年,由大连院开发、上海工程公司研发的国内首套“10万吨/年顺酐加氢水解制丁二酸工艺包”,北化院自主研发的“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”,接连通过中国石化科技部审查。至此,中国石化解决了生物可降解材料关键原料问题,进而形成该领域完整技术研发链和价值链。

PBST:力学性能、生物降解性优异

PBST(聚对苯二甲酸丁二醇酯共聚丁二酸丁二醇酯)具有较好的热稳定性、力学性能和生物降解性,能够广泛用于一次性日用品、包装材料、塑料袋、农用薄膜等领域,是解决塑料“白色污染”问题的重要途径。

北化院从2004年初开始以稀土化合物作为催化剂进行PBST的聚合研究,先后完成不同装置规模的小试、模试、中试和工业生产装置的聚合试验。同时,依据对PBST的分子结构设计,开发了形状记忆材料、室温塑型骨折固定材料、3D打印线材等。该技术目前已经落地海南炼化,正在进行6万吨/年装置建设,预计2023年底实现装置中交,该套装置为国内外首套PBST专用连续聚合装置。

此外,2019年2月28日,仪征化纤生物可降解材料PBST(产品牌号TS159)在万吨级装置上实现工业化生产。

PBAT:热稳定性、加工性能好

生物可降解PBAT(己二酸丁二醇酯和对苯二甲酸丁二醇酯聚合物)是一种半结晶型聚合物,熔点在120摄氏度以下,具有良好的延展性、断裂伸长率、冲击性,以及优异的生物降解性,最大的优点是热稳定性好、加工性能好。除了应用于农膜生产,通常与PLA(聚丙交酯)等共混改性制成终端产品,还可用于塑料包装薄膜、一次性用具、医用材料等领域。

仪征化纤是国内生物可降解塑料的领跑者,是目前中国石化唯一生产PBAT的企业。

2022年4月,仪征化纤成功生产出高品质低熔融指数的生物可降解材料PBAT,用其生产的后期制品强度更高,更加结实耐用。产品品质达到了国内领先水平,得到了国内高端用户认可,PBAT熔融指数可以实现自由调控,满足不同用户的需求。

PBSA:熔点低、结晶快、流动性高

PBSA(聚丁二酸丁二醇酯共聚己二酸丁二醇酯)由丁二酸、1,4-丁二醇(BDO)、己二酸(AA)共聚而成,可以通过添加碳酸钙和淀粉降低成本。与PBST、PBAT相比,具有熔点低、结晶快、流动性高等特点,可用于生产3D打印线材、热粘合纤维、医用材料、膜袋类等产品。

在PBAT、PBST的工业化生产基础上,2020年10月27日,仪征化纤生物降解塑料产品再添新成员。历时数年,他们攻关的PBSA在万吨级装置上实现了工业化生产, 采用国内独有工艺技术,工艺路线国际领先。

2、餐饮外卖为可降解塑料主要市场

总体来看,可降解塑料目前主要应用于餐饮外卖、生物医疗以及农业等领域。餐饮方面,国家在餐饮外卖领域的限塑禁塑政策为可降解材料带来了广阔的应用空间。2022年全国餐饮外卖市场总订单量突破180亿笔,中国餐饮外卖市场订单规模在疫情的影响下仍实现了逆势增长,达到9417亿元。

2020年中国外卖可降解塑料包装市场规模只有2亿元。2021年1月,全国范围内的不可降解一次性塑料吸管已被全面取代。随着国家政策的渐进推动和可降解材料行业的不断发展,餐饮外卖行业的包装袋、包装盒采用可降解材料是必然之势。随着国家产业聚集需求以及可降解材料的产能提升,预计到2025年外卖包装市场规模有望达到495亿元。根据测算,2022年一次性塑料餐具领域可降解塑料市场空间约为15万吨,2025年将接近35万吨,年均复合增速达到32.6%。

农膜方面,2020年9月我国实施《农用薄膜管理办法》,其中明确提出“鼓励和支持生产、使用全生物降解农用薄膜”。2022年2月,《中共中央国务院关于全面推进乡村振兴加快农业农村现代化的意见》中央一号文件发布,其中提到了加强可降解农膜研发推广。2021年可降解地膜的试验及使用量约为1.2万吨,占地膜总使用量的1%。目前可降解农膜仍处于试验改进技术阶段,主要劣势在于其性能问题和性价比较低。可降解农膜当前的技术水平无法满足全国各地不同的自然条件,在各地应用的效果差异较大,从部分地区推广到全国推广尚需一段时间。预计到2025年,农膜产能扩大,成本下降,可降解农膜的渗透率可达15%。

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