世界可降解塑料的应用现状和发展前景

世界可降解塑料的应用现状和发展前景

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一、可降解塑料世界发展现状与前景

可降解塑料一般分为光降解塑料、生物降解塑料、光和生物降解塑料、水降解塑料四大类。其中，生物降解塑料随着现代生物技术的发展越来越受到重视，成为国际上研究开发的热点。传统塑料如聚乙烯等降解性能和生物相容性差，造成了严重的“白色污染”。而羰基生物降解塑料可定义为含有可降解添加剂的石油基塑料。

目前在生物基材料中，发展最快的是生物基塑料。这种极具发展潜力的材料可望在许多应用领域替代传统聚合物。

近年来，石油资源的日益紧缺，导致塑料原料价格飞涨。尤其是随着可持续发展战略的深入人心，解决塑料材料与环保的协调发展问题愈加凸显。

1. 美日欧钟情于推广生物塑料

美国：美国Freedonia集团于发布预测报告，认为在今后几年美国对生物可降解塑料的需求将以年率15%的速度增长，这将使其需求量从2008年4.0亿磅增长到2012年7.2亿磅，届时市场价值将达8.45亿美元。据称，不断上涨的原油价格使生物可降解塑料应用升温，生物可降解塑料来自于可再生资源如谷物，与石油基常规树脂相比，成本更具竞争性。该报告指出，淀粉基塑料的需求将以年率16.8%的速度增长，将达到2012年2.93亿磅。

奥巴马抑制温室气体排放的绿色新政正在助推基于可再生资源的聚合物应用，这将有助于提高美国生物聚合物的需求。分析人士指出，即使经济状况不佳，大量用户仍都愿意购买环境友好的产品。美国业已提出新的能源和环境法案预计将包括排放交易法规或碳税，这使人们更加重视环境。与传统的塑料相比，生物聚合物将更受青睐。

日本：近年来，日本政府大力推广生物塑料，这类外观和普通塑料差别不大却有益环境的塑料有望成为解决白色污染的途径之一。日本政府为推进生物塑料等可再生资源的使用出台了《生物技术战略大纲》和《生物质日本综合战略》，

其中提到，扩大生物塑料的使用是一项重要课题。《生物技术战略大纲》设定的政策目标是，到2010年，20％的塑料要用可再生资源制造。

欧洲：美国咨询公司弗若斯特沙利文(Frost & Sullivan)2008年12月发布《欧洲生物塑料市场》研究报告，报告认为欧洲的生物塑料市场正处于新兴发展期，即使在全球金融危机暴发之际，利用可再生的生物塑料代替石油生产塑料仍是政府和企业关注的焦点。

从近年的价格比较来看，随着PLA和淀粉基聚合物生产规模的扩大，价格已呈现下降趋势，在未来几年，欧洲PLA和淀粉基聚合物的产量会继续增加，所以它们的价格仍将下降。

世界各国为了减少固体废弃物，推进可生物降解塑料的应用，纷纷出台了鼓励应用生物降解塑料制品的相关政策。比如，德国传统塑料征收Green Dot抛置费，而有OK Compost等降解证明的则可申请免税或减税,对传统塑料回收重复使用也给予免税优惠。此外，比利时、荷兰、意大利、美国、日本也都制订了有利于推广降解塑料的相关政策。

2. 生物塑料的优势与前景

生物塑料可以不同程度的进行生物降解，它为世界指明了一条不再依靠石油生产塑料的道路。而且生物塑料具有价格优势、良好的环保性能、原料可再生等市场优势。

生物降解塑料由于具有良好的降解性，主要用作食物软硬包装材料，这也是现阶段其最大的应用领域。但是由于生物降解塑料还未实现量产，要替代所有传统塑料包装并不现实。客户更重视成本效益。当前生物降解塑料公司都在努力寻找一种令该材料能够发挥最佳效果的使用方法，如延长产品的货架寿命等，以开拓其应用领域。

除了用作包装材料，人们还在设法将生物降解塑料应用于高价值和高性能工程，这类应用潜力较大。目前杜邦公司、阿科玛公司等已经涉足该领域。另外值得一提的是PLA，该产品性能改进后已越来越多地应用于汽车和电子产品市场。此外，天然纤维增强塑料在汽车饰中的应用越来越多，下一步将在客车部增加生

物降解塑料的用量。2010年全球汽车行业消耗工程塑料约1900万吨，生物塑料在汽车行业的应用潜力巨大。

塑料在电子电气市场也拥有巨大的应用潜力。除了手机制造商正越来越多地在手机外壳上使用PLA之外，可生物降解塑料还将扩大用于其他电子产品。

农业公司是当前生物降解塑料市场上最成功的公司，因为他们能获得低成本的原料。作为市场先驱者之一，嘉吉公司已从生物降解塑料业务中获得了可观的经济效益。这些农业公司的传统优势不是销售塑料，现在它们正在积极寻求同化工企业进行销售方面的合作，以扩大目标客户的覆盖围。此外，帝斯曼等化工公司出于丰富产品线的考虑，也不断在其产品系列中引入生物降解塑料品种。

生物质聚合物不是石油等化石资源，而是采用以植物等可再生资源为出发物资的生物工艺制得的聚合物材料，从成为地球温暖化原因的大气中二氧化碳的减少、依赖石油的社会摆脱观点考虑，是引人注目的材料。近年来，采取天然高分子的化学转换、由从可再生资源的单体化学合成制得的生物质聚合物和以从可再生资源制造的有机化合物为碳源开发微生物产生的生物质聚合物。在这些生物质聚酯当中，聚乳酸和微生物产生聚酯，因为是热可塑性高分子，一直作为最容易的材料期待实用化。

能耗低：普通塑料如聚乙烯、聚丙烯等合成树脂以不可再生的石油资源为原料，且生产过程要消耗大量能源。以聚乙烯的合成为例，目前发达国家普遍采用管式法生产，生产每吨聚乙烯的物耗、能耗为：乙烯1.008吨，电力800千瓦时，蒸汽1吨，冷却水120立方米，氮气5立方米。生物降解塑料是以可再生资源为主要原料，源于农作物，是节能环保型原料。在我国目前年消耗4000万吨塑料中，如果其中的1/3用淀粉降解塑料替代，则可减少原油消耗至少1000万吨。按上述聚乙烯合成能耗计算，则可省电80亿千瓦时。根据全国能源消费总量与CO

2

排放总量估算两者的转换指标值，计算出生产每千瓦时电消耗0.4千克标准

煤，排放1千克CO

2，则全国每年累计节能可达320万吨标准煤，相应减少CO

2

排放量800万吨，另外还可节省大量水资源。用生物降解塑料大量替代通用塑料，仅原料合成节省的能耗就相当可观。由此可见，生物降解塑料节能潜力巨大。

此外，生物降解塑料的加工温度通常比普通塑料低。以淀粉基降解塑料为例，由于在较高温度下易急剧降解, 因此以淀粉为基材的降解塑料加工温度通常在

150℃以下，而一般聚烯烃塑料的加工温度多在200℃左右，以此计算，相同产

量的生物降解塑料的加工能耗明显低于普通塑料。

节约石油资源：生物降解塑料可部分或完全替代通用塑料，达到减少合成树脂用量、节约石油资源的目的，从而降低塑料对石油资源的依赖。目前全球年消费塑料达2.4亿吨，年增长4%左右，如果其中的1/3用生物降解塑料替代，节省的石油资源及由此减少的污染排放等带来的经济效益不可估量。因此，生物降解塑料对石油的替代作用，可以在很大程度上保障中国能源安全，同时保障环境安全。

低碳经济：生物降解材料在推行低碳经济方面将发挥重要作用。日益严重的石油资源短缺、环境污染等问题，迫切需要寻找到利用可再生资源、可降解材料逐步替代石油塑料的有效途径，低碳经济的发展将给生物降解材料带来新的发展机遇，生物降解材料市场的需求将呈爆炸式增长。

节能减排、环境友好：生物降解塑料不仅在生产过程中有节能减排效果，而且在使用过程也具有环境友好的特征。普通聚烯烃塑料的合成会排放大量CO

2

等尾气及污染物，而塑料制品大量使用，尤其是农用薄膜和包装材料又造成了日益严重的白色污染。而生物降解塑料则不然，其原料来源是可以再生的农作物，农

作物在生长过程过光合作用可以吸收CO

2

放出氧气，其制品废弃物可以在掩埋堆

肥条件下完全降解成水和CO

2

，无污染物产生。我国已成功开发的新型降解塑料

——CO

2塑料，是以工业废弃CO

2

和烃为原料共聚而成，其中CO

2

含量为31%~50%。

与普通塑料相比，CO

2塑料不仅利用工业废气CO

2

变废为宝，有效减少温室效应，

而且对烃及上游原料石油的消耗也大大减少。近年来，用转基因植物生产生物降解塑料的研究已经取得很大进展。随着重组DNA技术的发展，未来用转基因植物生产生物降解塑料的商业化，必将促进生物降解塑料的广泛应用，进一步节约石油资源，减轻环境压力。因此，生物降解塑料产业规模不断扩大的过程，其实就是CO

2

减排的过程，可逐渐消除困扰全世界多年的温室效应和白色污染两大难题，促进人类、经济与环境和谐发展。

随着PLA等可生物降解塑料材料的应运而生，在原有聚乙烯等传统不可降解塑料制品中加入适量PLA等生物材料制成的塑料制品，既可部分实现生物降解，

原有的力学性能又没有明显的改变。这一技术突破为解决废旧塑料制品污染找到了一条新途径，也为塑料价值链带来了新机遇。

生物塑料和普通塑料共混使用，在日本已经比较普遍。如丰田汽车公司的塑料零部件中，30%使用了可生物降解塑料，70%为传统塑料。这样既提高了塑料部件的可降解程度，成本增加又不是很大，市场接受起来也相对容易一些。日本处理塑料垃圾采用焚烧的方式，部分使用生物塑料无疑减少了二氧化碳的排放量，对环境更加友好。若以填埋方式处理废旧塑料，这种部分降解塑料制品中仍存在不可降解的部分，其对环境的影响将因生物塑料和普通塑料共混比例的不同而变化。

人们环保意识的提高让生产商看到了生物降解塑料在包装市场的机会。杜邦、嘉吉、巴斯夫等知名化学品生产商纷纷以并购、合资的方式进入该市场。鉴于目前消费者对生物降解塑料的认知度不高，未来还需要大力培育市场，引导消费者。生物降解塑料是一种新型包装材料，塑料与包装生产商需要联合起来宣传并引导消费者接受这种环保材料。

巴西最大的石化公司Braskem于2010年9月底已使位于巴西Triunfo的20万吨/年‘绿色’乙烯装置投入运转，这是世界上基于甘蔗衍生的乙醇生产乙烯的第一套装置。该乙烯供应给Braskem公司位于Triunfo的高密度聚乙烯（HDPE）和线性低密度聚乙烯（LLDPE）切换式装置。生产产品的大多数用于出口，该装置产量超过80%已出售到海外。‘绿色’等级产品可用于制取HDPE薄膜、HDPE 吹塑、HDPE注塑和LLDPE薄膜。其客户包括Johnson & Johnson、Procter & Gamble 和丰田公司。Braskem公司也决定将采用甘蔗衍生的乙醇建设10万吨/年聚丙烯（PP）装置，定于2013年投运。

另外，Braskem公司与诺维信公司于2009年12月签约，组建研究合作伙伴开发甘蔗衍生PP的生产工艺，为期5年的计划将进行酶菌株的开发，此后，Braskem公司将使该工艺推向商业化。‘绿色’PP技术将用于建设PP装置，不基于乙醇，但来自于甘蔗。当今，PP主要由石油衍生而来，但是Braskem公司与诺维信公司将开发绿色替代方案，这将基于诺维信公司核心的发酵技术和Braskem公司在化学技术与热塑性塑料方面的经验。合作伙伴将推进生物基经济，使糖成为“新的油”。诺维信公司计划于2014年底使该技术实现实用化。

3. 各国公司加快投身生物塑料研犮与应用

3.1. 美国

美国塑料混配物生产商普力万公司全球生物聚合物部指出：尽管不同产品和市场存在较大差异，但从整体上看，这一市场仍将以二位数速率增长。当今这一增长速度与可混配和可生物降解生物聚合物相维系。生物聚合物现占普力万公司总销售额小于1%，但公司将发展新产品，继续扩大其所占的份额。生物聚合物是普力万公司的策略增长平台之一，因为它符合公司的可持续发展战略。普力万公司将大力发展现有的生物聚合物，如PLA（聚乳酸）、PHBV（聚-3-羟基丁酸戊酸共聚酯）和淀粉混配物，以及有高含量生物衍生物的工程热塑性塑料和热塑性弹性体。

最近，美国嘉吉旗下的NatureWorks公司用100%可再生植物资源为原料生产的英吉尔天然塑料及纤维，在生产工艺上取得了重大突破。

NatureWorks公司看好生物塑料应用前景，其应用将包括软包装和硬包装以及食品器具、饮料包装、纺织品、无纺布和不断增长的耐用塑料市场。

2009年5月，NatureWorks公司也在美国布拉斯加州Blair生产装置增设了设备，使生物塑料生产能力翻了一番，达到了140吨/年。

杜邦公司推出可再生包装聚合物材料，这种称为Biomax TPS的材料为可再生来源的热塑性淀粉制造，应用于包装行业，含有85%~90%的可再生成分，适宜于制作热成型托盘和物品、注模部件和容器。

美国从事生物科学的Metabolix公司与其合作伙伴ADM公司的生物塑料合资企业Telles公司也在美国爱荷华州Clinton建设第一套生产Telles公司Mirel 生物塑料产品的装置，这套5万吨/年生产装置于2009年12月建成。

美国亚什兰公司于2010年1月宣布，由亚什兰高性能材料部门研发的Envirez生物树脂已被加拿大玻璃纤维船舶生产商Campion Marine公司大批量应用，将有数百艘由Envirez树脂制造的船舶下水。

可口可乐公司2009年5月中旬宣布，推出PlantBottle品牌新的100%循环回收塑料瓶。这种瓶子部分原料来自甘蔗和糖蜜。