生物基及可降解塑膠材料介紹

可降解行業從業，從現在歐盟關於塑料循環經濟看來，歐盟近期政策主要提倡的思路是鼓勵循環再生塑料的使用，延長塑料的使用生命週期。從市場方面看，歐美市場關於塑料環保的使用邏輯按先後順序是：

1、recycle材料

2、生物基材料

3、可降解材料 - 其中可降解材料中更看重的是海洋降解。

根據歐盟環保署定義：(1)生物基（bio-based）塑膠指生產所使用的（部分）原物料來自生物質（biomass），例如糖、澱粉或植物材質等，而非以石油為原料。(2)生物可分解（biodegradable）塑膠則指特殊環境下，塑膠可被生物自然分解，然分解所需的條件與時間不一。

以上分類並非互斥，用生物質做成的塑膠並不保證能被生物分解；生物可分解塑膠也可以以石油作為原料。

除了上述之外，還有工業可堆肥塑膠（Industrially compostable plastic）、家庭可堆肥塑膠（Home compostable plastics）、氧化式可降解塑膠（Oxo-degradable plastics）等各式類別。

生物基不可生物降解塑料是指一類塑料，其原材料部分或全部來自於生物質。這些塑料雖然是由可再生資源製成，但並不一定能夠自然降解。是否可降解取決於分子的化學結構，而與它如何被製成無關。舉例來說：

生物基塑料：這些塑料的原材料來自可再生資源，例如玉米、甘蔗、纖維素、魚皮、瓜子殼等生物質材料。但即使是100%生物基塑料，也不一定具備生物降解性。例如，PET（聚對苯二甲酸乙二醇酯）可以由生物合成而不可被生物降解，而PLA（聚乳酸）既可以由生物合成又可以被生物降解。因此，生物基塑料主要解決了產品原料問題。

生物降解塑料：這些塑料在微生物的作用下可以自然分解。生物降解是一個化學過程，指環境中的微生物在沒有人工添加劑的條件下，將物質轉化為水、二氧化碳和其他堆肥材料等天然物質。生物降解的過程主要由環境條件（例如溫度或位置）、材料性質或應用等因素決定。PLA、PHA、PBS等都屬於生物降解塑料。這類塑料在產品壽命結束後有利於廢棄物的管理，減少“白色污染”。

生物基塑料和生物降解塑料比較表格

生物基塑料是指部分或全部由可再生生物原料（如植物、微生物）而非化石燃料（如石油）生產的塑料。這些塑料利用生物原料如玉米糖、甘蔗、植物油、纖維素等作為原料，通過化學或生物工藝轉化為塑料。生物基塑料的種類繁多，包括但不限於以下幾種：

1. 聚乳酸（PLA）

最常見的生物基塑料之一，由玉米糖或其他植物糖發酵產生的乳酸聚合而成。PLA廣泛應用於包裝、一次性餐具、紡織品等。

2. 生物基聚乙烯（Bio-PE）

使用由甘蔗等作物提煉的乙醇作為原料，通過脫水制乙烯再聚合得到。與傳統的聚乙烯相比，生物基聚乙烯的化學結構相同，但原料來源於可再生資源。

3. 生物基聚對苯二甲酸乙二醇酯（Bio-PET）

部分或全部使用生物基原料（如甘蔗提煉的乙醇）代替化石原料生產的PET。用途包括製造塑料瓶和包裝材料。

4. 生物基聚丙烯（Bio-PP）

類似於Bio-PE和Bio-PET，生物基聚丙烯使用可再生資源作為原料生產聚丙烯，用於包裝、汽車部件等多種應用。

5. 聚羥基烷酸酯（PHA）

由微生物通過發酵過程直接生產的一類生物降解塑料。PHA可以完全生物降解，適用於包裝、農業薄膜和生物醫用材料等。

6. 生物基尼龍（Bio-Nylon）

使用生物基原料（如蓖麻油）代替部分石化原料生產的尼龍，用於紡織和工程塑料等領域。

這些生物基塑料提供了減少對化石燃料依賴、降低溫室氣體排放等環境益處，但它們的生產和應用仍需考慮原料的可持續獲取、生命週期內的環境影響等因素。隨著技術進步和市場需求的增長，更多種類的生物基塑料正被開發和商業化。

生物降解塑料是指能夠被自然界的微生物，如細菌、真菌和藻類，在一定條件下分解為水、二氧化碳或甲烷以及生物質的塑料。這類塑料可以來自可再生生物資源（生物基）或化石燃料。生物降解塑料的種類眾多，下面是一些常見的例子：

1. 聚乳酸（PLA）

• 由可再生資源（如玉米糖）通過發酵過程產生的乳酸製成。PLA是最廣泛使用的生物降解塑料之一，適用於包裝材料、一次性餐具、紡織品等。

2. 聚羥基烷酸酯（PHA）

• 由微生物在特定營養條件下自然生產的一類聚酯。PHA完全可生物降解，並且在多種環境中都能分解，包括海洋。

3. 聚丁二酸丁二醇酯（PBAT）

• 是一種合成的、完全生物降解的塑料，常用於製作可生物降解的購物袋和農用薄膜。PBAT通常與其他生物降解塑料如PLA或澱粉混合使用，以提高其機械性能和降解速度。

4. 聚己內酯（PCL）

• 是一種合成生物降解聚酯，通過開環聚合己內酯單體制得。PCL的生物降解速度較慢，但可以通過與其他更易生物降解的材料混合來改善。

5. 澱粉基塑料

• 澱粉基塑料是指主要由自然界廣泛存在的天然聚合物——澱粉製成的塑料。澱粉基塑料通常需要與其他生物降解聚合物（如PLA或PBAT）混合，以提高其加工性和物理性能。

6. 聚乙烯醇（PVOH, PVA）

• 是一種水溶性塑料，可以在水環境中快速降解。PVOH常用於製作水溶性包裝袋，如洗衣粉包裝袋。

生物降解塑料的使用減少了傳統塑料在環境中的積累，有助於緩解塑料污染問題。然而，它們的生物降解性能依賴於特定的環境條件，如溫度、濕度和微生物活性，因此在實際應用中需要謹慎考慮這些因素。此外，生物降解塑料的生產和使用也應考慮其生命週期內的環境影響，包括原料的可持續性、生產過程中的能源消耗和最終產品的處理方式。

不同材料降解方式及速率對比

為了有效分解PBS、PLA和澱粉基塑料，厭氧堆肥條件需要將溫度控制在50至60°C之間，並搭配紫外線、熱鹼等前處理。此外，需要兩個月以上的反應時間才能使這些塑料有效分解。因此，厭氧堆肥條件被用來測試這些生物可分解塑料在特定環境下的分解效率。

可降解塑料材料的降解條件對比

PBAT、PLA、PGA的中國市場現況

預計到2025年，中國可降解塑料的需求量將達到300萬噸，但屆時，中國可降解塑料產能將超過500萬噸/年，其中僅PBAT新增規劃產能就超過300萬噸/年，其次來自PLA和PGA的新增產能。

PLA是生物基塑料和生物降解產品領域的一個重要子行業。作為一種理想的綠色環保高分子塑料，PLA已成為生物降解塑料中的主要產品。但PLA短期產能難以迅速擴大以滿足需求的增長。困擾中國PLA產業發展的首要問題是PLA中間產品丙交酯的合成技術。安徽豐原和浙江海正已逐步打通乳酸-丙交酯-聚乳酸產業鏈且實現規模化生產，開發出較成熟的套工藝生產設備。目前，外採丙交酯生產PLA的完全成本超過2萬元/噸，而掌握了丙交酯合成技術的完全成本約1.5萬元/噸。不過中國玉米等農作物經濟價值高，隨著全球糧食危機來襲，從成本經濟性和原料可獲得性角度來看，PLA行業短期而言難以放大。

PGA是一種理想的完全生物降解塑料，具有微生物降解和水降解的特點，根據其分子量和降解環境的不同可以在1~6個月內完全降解，無毒無害，最終降解產物是二氧化碳和水，除了能滿足工業堆肥要求，還可以達到家庭堆肥、土壤降解及海洋環境降解的要求。國內已有數家企業經由煤制乙二醇的重要中間產品草酸二甲酯(DMO)往下生產PGA。雖然在乙二醇市場低迷的情況下，企業可以從乙二醇轉產PGA，PGA的完全成本至少也要在1.2萬/噸以上，這還不包括對乙二醇裝置停車的損失。從乙二醇轉產PGA將會閒置乙二醇生產裝置，對應的折舊利息成本不算小數，但如果從煤頭開始新建PGA則裝置投資較大，同時也會面臨煤價走高的風險。而PGA發展路徑和煤制乙二醇何其相似，從5萬噸產能慢慢放大到20萬噸、100萬噸，但產能放大和滿足需求的高品質是需要經過較長時間來檢驗的。

PBAT由於顯示出良好的拉伸強度、韌性、延展性和耐熱性，是目前市場上應用最好的降解塑料之一，也是中國未來最大的可降解塑料供應來源。中國PBAT消費主要用於生產含澱粉的化合物，或與PLA混合。該化合物有助於大大提高成品的撕裂強度和伸長率，同時不影響後期加工。這些化合物可以降低產品本，同時仍保持其可生物降解和可堆肥的特性，被進一步加工成購物袋、卷裝垃圾袋、電子產品包裝袋、食品包裝袋和地膜。

近期各大企業紛紛上馬PBAT，如華魯恆升3萬噸/年PBAT、東華天業40萬噸/年PBAT、東方盛虹18萬噸/年PBAT、永榮控股50萬噸/年PBAT、陝煤集團12萬噸/年PBAT、華誼新材料30萬噸/年PBAT······規劃的PBAT產能超過300萬噸。

PBAT由BDO和PTA以及己二酸AA合成，從原料的可獲得性和成本來看，BDO是最為關鍵的原料。若原料均以2022年5月20日外採市場價來算，生產1噸PBAT需要0.54噸的1,4丁二醇BDO(22,250元/噸)，0.4噸的己二酸AA(11,650元/噸)，0.37噸的PTA(6,710元/噸)，PBAT的完全成本超過2.2萬元/噸，而PBAT的市場價格約2.15萬元/噸，對於純粹依靠外採的企業而言是虧損的狀態。

從生產成本來看，BDO在三種原料中成本佔比63%，佔PBAT收入比為56%。由於己二酸和PTA均屬於大類產品，且行業產能大、生產利潤微薄，可依託外採滿足原料需求，但對於BDO而言，如果完全依賴外採，生產企業將無盈利可言。隨著PBAT產能不斷放大，市場競爭加劇，PBAT價格出現或下行，但BDO受PBAT和傳統下游氨綸的需求拉動，價格或有進一步上行的可能，對於無BDO配套的PBAT而言，將面臨持續虧損的困境。