安琪再度跨界生物合成赛道:CO₂一步生成PLA,限塑令下搭上“绿色快车”

材料技术观察 2023-10-19
2265 字丨阅读本文需 6 分钟

10月16日,全球第二大酵母公司、国家重点高新技术企业安琪集团与拥有全球领先合成生物技术平台的上海肆芃科技有限公司于湖北宜昌正式举办了合资公司签约仪式,安琪集团董事长熊涛、肆芃科技董事长陶飞及宜昌市猇亭区招商局史浚喆等领导出席签约仪式。

此次合作是双方继2022年11月签署了“围绕生物基大宗产品生产、特殊菌种培育及合成生物学相关产品的开发与应用展开深入合作,打造国内外有影响力的负碳生物智造平台”的合作协议之后的再度联手。

早在2022年7月,安琪集团就与拥有世界领先合成生物技术的北京微构工场生物技术有限公司正式签署合作协议,双方将组建合资公司“微琪生物”,共同推动合成生物学技术产业化落地。

6月3日,这家合资企业在湖北合成生物产业园投建的年产3万吨PHA智能制造项目开工,该项目计划总投资10.5亿元,是利用中国自有知识产权的“下一代工业生物技术”建设全球最大的PHA产线,项目建成后将成为全球领先、中国规模最大、品类齐全的PHA生产基地。

1、新一代聚乳酸(PLA)合成技术

作为全球产量最大的生物降解材料之一,PLA目前在工业上规模化的生产工艺是利用中间体丙交酯进行开环聚合制得。

拓展阅读:一张图看懂地球可“食”塑料——PLA。

但此次和安琪集团签约的肆芃科技却拥有直接以CO₂为原料一步实现PLA的生物合成技术,该技术是由上海交通大学生命科学技术学院食品与环境生物技术团队(FEMlab)使用合成生物学技术开发,而肆芃科技的创始人也正是来自上海交大生命科学技术学院。

事实上,肆芃科技就与上海交大生命科学技术学院合作,开发了"细胞工厂"设计建构开源平台,面向合成生物"学术圈"提供细胞设计相关的实验数据,助力"细胞工厂"高效率进行细胞设计。

根据该企业的说法,新一代可降解塑料PLA的“负碳”生产技术不仅可解决塑料污染、PLA 生产的非粮原料替代问题,大幅降低了生产制造成本,还能在合成PLA的过程中直接捕获二氧化碳,助力“碳中和”“碳达峰”。

2、国内企业陆续完成技术突破,产能呈头部集中趋势

目前,绝大部分PLA企业均采用“两步法”工艺进行PLA的工业化生产。在该工艺路径下,部分已掌握“丙交酯—PLA”工段的企业,可以从外部采购的方式获取丙交酯以生产PLA,这也是2019年以前国内PLA企业获取原材料及进行生产的主要方式。当时,为国内PLA企业供应原材料丙交酯的主要企业为Total-Corbion PLA公司(以下简称“TCP”)及其股东Corbion公司。

Corbion公司是一家全球领先的乳酸及其衍生物制造企业,它于2008年开始在西班牙探索工业化丙交酯技术,于2011年起在泰国投产7.5万吨丙交酯生产线,经过多年摸索,直到2017年丙交酯量产技术才逐步完善。TCP的PLA生产线是在Corbion公司泰国乳酸工厂的基础上扩建而成,因此,在2017年TCP开始运营之初即具备了7.5万吨/年的丙交酯产能;但其“丙交酯—PLA”工段的生产线直至2018年12月才正式投产并开始PLA产能爬坡;因此,在2019年之前,TCP能够对外销售其自有PLA产线无法消化的丙交酯。而随着TCP完成PLA产能爬坡,其丙交酯与PLA的产能完全匹配,其生产的丙交酯需首先满足其自有PLA产线的需求。

在上述背景下,TCP开始停止对外销售丙交酯。除TCP外,美国NatureWorks公司也具备大规模量产丙交酯的能力,但其PLA产线建成间较早,其丙交酯也仅供其PLA生产线使用,不对外销售。因此,随着TCP不再对外销售丙交酯,全球范围内不再有丙交酯供应商能够满足大规模PLA生产的需求。

全球范围内的丙交酯断供状况对我国PLA企业产生了较大的影响,曾经依靠进口丙交酯的方式生产PLA的一批企业因无法获得关键原材料而停止生产PLA,而海正生材、丰原生物、中粮生物等公司加快研发丙交酯生产技术并相继公布研发成果——海正生材于2019年底完成了生产线改造,将主要原材料切换为乳酸,彻底摆脱了对外部采购丙交酯的依赖;丰原生物5万吨/年PLA产线于2020年8月正式投产。当前,国内PLA产能呈现头部集中的趋势。

目前,全球范围内完整掌握“两步法”生产工艺并实现规模化生产及销售的PLA企业主要有NatureWorks、TCP、海正生材、丰原生物四家企业。2021年,全球PLA产品年产能合计达50万吨/年,其中,国外企业产能累计31.55万吨/年,国内企业产能累计18.45万吨/年。从国外PLA产能分布来看,Natureworks、TCP与Synbra产能位居前三,产能分别为15万吨/年、10万吨/年与5万吨/年;从国内PLA产能分布来看,丰原生物、海正生材、中粮科技三家企业占据主要产能,分别为10万吨/年、3.45万吨/年(设计产能4.5万吨/年)、3万吨/年。

3、限塑需求将保证聚乳酸产业的高速发展

进入“十四五”阶段,我国政府推动可降解塑料渗透进一步上升的决心不变,支持改革力度更大,此次通则的推出,也进一步坚定了行业相关企业加大投入的决心。而从市场占有率来看,近年来可生物降解塑料是产能占比较高、增长较快的板块,已经成为降解塑料中的主流材料。在细分应用市场,聚乳酸的产能占比已经高达49.21%。虽然和欧洲与北美市场相比,我国所在的亚太地区的市场和产业规模方面还存在一定差距,但行业增速相当惊人,其中中国市场已经成为全球增长最快的市场之一。

从下游应用市场来看,可替代性塑料涵盖的细分市场涉及一次性塑料袋、快递包装、一次性餐具、农用塑料膜、一次性吸管等多个细分领域。预计到2025年,国内限塑令有关的可降解塑料市场空间将达到411万吨。这个庞大的增量市场,也为聚乳酸产业发展奠定了基础。

而从原料供应端来看,我国也具备规模化发展聚乳酸产业的先天条件。因为聚乳酸制造业对玉米秸秆的需求量很大。根据国家统计局数据显示:2015-2021 年期间,我国玉米产量均保持在2.5亿吨/年以上,全国秸秆回收率和综合使用率分别高达82%和84%。一般来说,生产1吨聚乳酸需要4吨玉米秸秆原料,稳定的原料端也将保证整个市场的良性运转。

最后,在政策方面,自2008年以来,从《关于限制生产销售使用塑料购物袋的通知》到“史上最严限塑令”《关于进一步加强塑料污 染治理的意见》,一系列政策的出台,让塑料制品领域“替”与“换”工作不断提速。以北京地区为例,2021年北京市塑料袋销量已经同比下降37%。可以说,发展生物可降解塑料及其系列产品是政策导向,具有积极社会价值与商业价值的聚乳酸产业,也将是限塑市场最好的替代产业之一。

文章来源: 化工新材料,中国化工信息周刊,览富财经网

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