2022年中国可降解材料市场研究报告

发布时间:2022-08-15 04:30:51 来源:BOB电竞体育平台 作者:BOB手机客户端

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  背景:新材料是现代科技发展之本,可降解塑料是新兴的塑料新材料。随着全球对改善环境的诉求越来越强烈,使用生物降解塑料被认为是根治一次性塑料“白色污染”最有效的解决方案。着眼于中国的双碳战略目标,生物基生物降解塑料全生命周期排放的温室气体总量较低。在此背景下,本报告深入研究可降解塑料行业现状。

  现状:从性能上看,PLA、PBAT、PHA等生物降解塑料性能接近普通塑料,为替代不可降解塑料创造了条件;从技术上看,PLA生产的中间原料丙交酯技术难以完全突破,限制产能释放,而PBAT国内生产工艺不受限于国外,产能快速扩张;从应用上看,可降解塑料主要应用在餐饮、医疗和农业等领域。根据艾瑞测算,至2025年,外卖包装、农膜和医疗领域将会释放可降解塑料需求494.8亿元、72.7亿元和0.172亿元。

  深思:长远来看,可降解塑料产业发展面临不确定性:一,可降解塑料的成本高于传统塑料,靠政策驱动的市场可持续性存在风险,产品的推广最终取决于产业降本提效的空间;二,国内掌握生物降解塑料技术的企业不多,而且在关键环节与国外企业相比仍有较大差异,若后续技术无法突破,存在产能无法按时释放的风险;三,多数可降解塑料的降解基于工业堆肥集中处理或特定的温度、湿度、菌类等条件,而实际在使用后,能否有效地收集可降解塑料并满足降解的环境条件还有待验证。现代科技的三大支柱

  评价环保材料并不仅在材料的使用阶段,应该涉及材料本身的全生命周期中。包括从原料开采、生产制造、运输物流、使用维护、回收利用及废物处理全流程中是否能够尽量减少对于大环境的污染,减少能源使用等。

  原料的来源和使用真正符合合理、绿色的资源消耗;制造环节中可以利用技术生产出友好于环境、人类的无污染产品;运输和使用的过程中材料符合生态健康、人类健康,以及最后环节的回收再利用和废物处理做到真正的回到自然中去良性循环,实现真正的全生命周期体系,切实解决白色污染问题。百年难解的-塑料

  未被回收处理的塑料袋、塑料瓶和塑料包装等各种塑料制品在被人类遗弃在陆地上或抛入海洋中后,将不可避免地对自然环境及野生动物生存造成严重损害。塑料制品被遗弃后在自然界中逐渐变得易碎并开始缓慢分解,这是由于太阳光照射、氧化、物理摩擦或动物啃食造成的。对不可降解塑料而言,其分解过程将永远持续进行。塑料碎片的尺寸因不断分解而变得非常细小,最终成为微塑料形态。

  微塑料物质无法降解。由于其尺寸极为细小,因此可能随着天气变化、动物啃食等原因发散至大自然的各个角落,即进入到水资源、土壤甚至飘散至空气中,在对自然环境造成直接污染的同时也会因野生动物及鱼类的摄入而影响动物的生存。科学研究证明深海鱼类的消化系统中发现有微塑料物质,而消化系统中的微塑料可能移动至肌肉组织中。一些体内存有微塑料物质的鱼类是常见的商业化渔捕对象,鱼类肌肉组织中的微塑料可能会被人类最终摄入体内。因此不可降解塑料制品不但对自然环境造成严重污染,还会以食物链移动的形式转而危害人类健康。常用可降解材料的性能对比

  淀粉基塑料机械性质较差且透明度低,是综合性能最低的可降解材料。PLA(聚乳酸)、PHA(聚羟基脂肪酸酯)、PBS(聚丁二酸丁二醇酯)、PBAT(聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯)等后发展的可生物降解塑料性能比淀粉基塑料更好。

  对不同的下游应用(膜、塑料袋、杯具等),要综合考量不同材料的耐热性、机械和加工性能。其中,模量对于材料的软硬影响较大。从制作硬质产品的需求出发,PLA具备较高的硬度和高透明性,是理想的透明容器、管材制造原料,但耐水解性能不佳;从制造软质产品的角度,PBAT兼具PBA(聚己二酸丁二醇酯)和PBT(聚对苯二甲酸丁二醇酯)的特性,性能接近传统石油基塑料,具备较好的延展性和断裂伸长率,成膜性能突出,PBS与其性能接近。PHA具备良好的降解能力,不要求工业堆肥等苛刻条件。综合来看,PBAT、PLA等的性能与普通的日用消费级塑料已经比较接近。可降解环境条件

  可降解材料并不能在自然界中形成天然闭环,只有满足一定的环境条件才能完全降解。根据外部环境因素进行区分,降解方式主要包括水降解、土降解和光降解,不同方式下的降解时间和条件不同,目前大多数可降解材料需要满足堆肥条件。生物降解材料降解环境现状分析

  鉴于原料、结构的不同,在不同的环境条件下不同的生物降解材料降解方式及速率存在差异,这影响环保全生命周期的循环实现及长短,进而影响未来不同材料的使用前景。

  根据有关研究显示,目前市售的一次性生物可降解塑料产品中83%是可堆肥降解塑料,需要在工业堆肥条件下进行降解,例如PLA、PBS等无法在自然条件下实现快速降解。但目前我国可降解材料处于起步阶段,堆肥厂等后端处理设施未普及,处理方式仍以填埋和焚烧为主,未实现有效循环。根据《中国统计年鉴2021》,2020年我国城市垃圾清运和处理采取卫生填埋、焚烧、其他三种方式,采取其他方式进行无害化处理的厂数有180座(14.0%),其他方式处理量占比约4.6%,可见我国堆肥处理能力低于4.6%。

  家庭堆肥可分散垃圾处理压力,但其相较于工业化堆肥,规模小、温度低,工业可堆肥降解塑料在家庭堆肥中不能保证降解。且具有空间需求,在较早鼓励家庭堆肥的德国,家庭堆肥多在私人花园进行,政府部门也对家庭堆肥最小面积作出要求,这在中国城市是难以大范围推广的。家庭堆肥亦存在卫生管理、堆肥原料选择等技术要求。

  不管是工业堆肥还是家庭堆肥,都需在降解前做好有效的分类,这对居民个人的相关知识储备、认知水平及社会有效的垃圾分类回收系统提出要求,目前我国这两项都有待改善。

  综上,生物降解材料的后端处理问题将阻碍其未来大范围推广,使得全生命周期循环效率低甚至无法实现。可降解材料的技术发展现状

  PLA与PBAT这两种可降解塑料的相关技术目前已经被部分国家所突破,为大规模投产和应用奠定了初步的技术基础。

  PLA生产壁垒高,主流合成路线—丙交酯开环聚合法目前只有美国Natureworks,荷兰Corbion和浙江海正三家企业突破,但浙江海正尚不具备丙交酯的产能,因而国内PLA生产的中间原料长期依赖进口,丙交酯技术难以完全突破限制产能释放。

  PBAT最为成熟的技术是德国BASF,国内研究机构及企业自主研发也是技术扩散的主要动力,目前国内生产工艺不受限于国外,甚至处于领先地位,因此产能得以快速扩张。但未来原料供应可能出现紧缺,企业控制成本的能力面临考验。“禁塑令”以来吸管的变化

  根据《关于进一步加强塑料污染治理的意见》,到2020年底,全国范围餐饮行业禁止使用不可降解一次性塑料吸管,商家由此开始广泛使用纸吸管,但消费者普遍反映纸吸管体验感差的问题,尤其在耐水性上并不适用于饮品行业。可降解、性能好的PLA吸管能够最大程度上满足政策和消费者的需求,成为越来越多的商家的选择。饮品巨头星巴克推出了独具特色的由PLA和咖啡渣制成的可生物降解吸管“渣渣管”,率先执行了政策的要求。可降解材料的应用概况

  政策出台推动可降解材料在下游的应用:在餐饮领域,全国范围禁止使用不可降解一次性塑料吸管,限制不可降解一次性塑料餐具的使用;在农业领域,禁止生产和销售厚度小于0.01毫米的聚乙烯农用地膜,鼓励研发生产使用生物降解薄膜;在医疗领域,重点发展全降解血管支架等高值医疗器械。

  性能改良推动可降解材料在下游的应用:PLA具有一定的耐菌性、阻燃性和抗紫外的能力,因此可用于医用绷带、一次性手术衣、医疗固定装置、室外装置物等方面;PBAT因其良好的延展性和断裂伸长率而具有较好的成膜性,易于吹膜,在包装领域和农业领域应用广泛,已用于一次性餐具、超市购物袋和地膜等。可降解塑料在生物医疗领域的应用

  可降解塑料在生物医疗领域主要用于一次性医药耗材和医用人体修复材料,以PLA、PHA、PCL为主。但是受限于技术、价格、面对特殊人群(病人)等因素,目前可降解塑料在生物医疗领域的应用远远没有食品、农膜等领域广泛。我国“十四五”规划纲要以及《中国制造2025》均提出重点发展全降解血管支架等高值医疗器械,未来可降解塑料在医疗领域的应用有望进一步扩大。

  目前可降解塑料在手术缝线方面的应用已经比较广泛;在植入式矫形器械产品方面,国外早在2010年就已有相关技术;在冠脉支架方面,2019年乐普医疗利用PLA研发的可降解冠脉支架在国内获批上市,是国内首批研发生产可降解支架的医疗器械公司,标志着我国该领域的研发创新达到国际先进水平。在此之后,山东华安可吸收冠脉支架获批上市,微创医疗可降解支架Firesorb已进入临床Ⅲ期。未来在生物医疗领域扩大应用方面,技术突破和价格问题仍是最大难点。可降解材料在生物医疗领域的市场规模

  2020年全球可降解塑料在生物医疗领域的市场规模为1.525亿元,占可降解塑料总市场规模的0.44%,中国生物医疗领域的市场规模为0.058亿元,占可降解塑料总市场规模的0.12%。2019年之前,中国生物医疗领域的市场规模非常低,2019年受国家政策推动,加上疫情影响,检测盒、试剂盒等一次性医药制品的使用迅速增加,2019-2022年市场规模迅速增加。短期内一次性医药制品增长潜能较大,从长期来看,植入式矫形器械当前虽增长缓慢,但已逐渐突破技术壁垒进入临床阶段,未来在量产后规模有望大幅提升。

  我国可降解塑料在生物医疗领域的市场规模和渗透率都远低于国外,但2019年国家批准乐普医疗、山东华安等企业生产骨钉、支架等, 2020年可降解塑料在骨科的渗透率迅速增长至50%。可降解材料在餐饮外卖领域的应用

  随着居民收入水平和消费意愿的增长和城镇化率的快速提升,餐饮外卖逐渐成为高频的日常刚需业务,国内用户规模与订单规模快速扩张。而国家在餐饮外卖领域持续加码的禁塑政策也给可降解材料带来了更为广阔的应用空间。

  2020年全国餐饮外卖市场总订单量达到171.2亿笔,在疫情的巨大冲击下仍然实现了7.5%的逆势增长;2016-2020年的CAGR为37.8% 。根据美团、阿里巴巴年度报告公布的用户订单量,我们整理得出了过去五年全国外卖订单量,结合增长趋势变化,考虑到近年来增速回落以及市场增长空间的有限性,我们以订单增速平均每年下降3.5%来预估2022-2025年的外卖订单量。

  《关于进一步加强塑料污染治理的意见》中提出:到2025年,地级以上城市餐饮外卖领域不可降解一次性塑料餐具消耗强度下降30%。结合国家政策导向和专家意见,我们给出了2021-2025年外卖包装袋和包装盒可降解材料的渗透率估计,并通过建立模型获得了可降解材料在餐饮外卖市场应用的市场规模。成本价根据可降解塑料袋和外卖盒的重量估计,可降解塑料袋0.2元/个,可降解外卖盒0.75元/个,由于技术、原料成本发展变化的不确定性,暂以不变成本估计市场规模。可降解材料在餐饮外卖领域的市场规模

  2021年前行业整体的可降解材料渗透率较低,主要受限于可降解材料的产能和成本问题。前期需要依靠政策推动,2020年1月国家发展和改革委员会发布了《关于进一步加强塑料污染治理的意见》,宣布到2020年底全国范围餐饮行业禁止使用不可降解一次性塑料吸管;到2025年,地级以上城市餐饮外卖领域不可降解一次性塑料餐具消耗强度下降30%。2020年下半年,美团外卖与31家降解类包装产品企业达成战略合作,供平台餐饮商户选择,进一步推广了外卖行业可降解材料的应用。

  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。

  得益于国家产业聚集需求,可降解材料的产能提升,2025年外卖包装袋市场规模有望达29.8亿元,同时可降解外卖包装盒市场规模可达465亿元。可降解材料在日常消费品中的应用

  可降解材料 PLA(聚乳酸)和 PBAT(聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯)可应用于日常消费品中。在上游,国内已有金发科技、金丹科技等企业已拥有或未来预计拥有PLA/PBAT产能。可降解塑料可应用于食品包装(食品袋、超市购物袋、快餐餐具)、快递包装(塑料包装袋、塑料胶带、一次性塑料编织袋)、化妆品/护肤品包装等多个日常消费领域中。在下游塑料包装行业中,部分头部企业,如永新股份、紫江集团等已着眼于研发生产可降解材料。可降解材料在农业领域的应用

  农用塑料薄膜作为设施农业中重要的生产资料,在促进农业增产和增收方面发挥了重要作用。已有研究表明,使用农膜可将种植作物生产率提升20%~50%。我国农膜使用量巨大且逐年不断增加,20多年来年使用量已增长近4倍,从1991年的64.2万吨增长到2017年的252.8万吨,农膜长期大量使用和缺乏有效的回收处理导致“白色污染”加剧。由于环保本身具有正外部性和公共产品的性质,农业部门主动进行投资的动力不足。但是,农膜的使用不仅会带来环境问题,还会影响经济效益。据统计,连续使用农膜2年以上的麦田,每公顷残留农膜碎片103.5kg,小麦减产约9%,连续使用5年的小麦田,每公顷残留农膜碎片达375kg,小麦减产26%。而可降解农膜最终降解的产物是二氧化碳和水,可从源头上治理农膜污染,保障作物产量,因此能够兼顾环保和经济利益,具有良好的应用前景。可降解材料在农业领域的市场规模

  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21日,《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,其中指出,加强可降解农膜研发推广。在三农问题中提出可降解农膜的研发和推广,说明了国家政策对绿色农业、环保农业发展的重视。

  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%,目前可降解农膜基本处于试验改进技术阶段,渗透率较低,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;同时农业生产成本空间小,可降解农膜的价格处于劣势,在成本居高不下的情况下很难提高替代率。

  根据中国塑协农膜专委会、国家农业部的研究,未来几年内可降解农膜的推广和应用仍需依靠政策补贴,预计到2025年产能扩大、成本下降,渗透率可达15%。从可降解材料的周期体系中看困境

  作为新材料,可降解材料目前在我国的制造、使用的发展之路尚处于起步阶段。研究过程中关注各个环节的发展阻碍有利于更加全面的了解整个材料环保周期体系,并且在将来的发展之路中逐一击破困境,实现真正的良性循环使用、绿色环保发展。可降解材料制造成本相较于塑料成本高

  如何判断一种材料是否为可降解?需要看三个指标:相对降解率、最终产生物及重金属含量。有一项不达标,严格意义上都不能算作可降解材料。目前的伪降解塑料主要有概念偷换和分解后残留两大类。产生大量伪降解塑料的主要原因是由于禁塑政策拉动可降解塑料国内需求的稳步增长,目前“禁塑令”仅在塑料吸管上进行全面禁止,国内可降解产能可以覆盖。未来可降解材料在全部餐饮用具上的逐步铺开使用,供需关系暂需逐渐匹配,但标准和监管欠缺。加上真正的-可降解材料价格高,商家受利益驱动,消费者识别能力较弱。

  目前最好的解决方案是制定统一强制性标准,对可降解塑料产品的生产及销售环节加强质量监管。虽然2020年已出台《可降解塑料制品的分类与标识规范指南》,但还需完善。可降解塑料在垃圾处理体系中的困境

  可降解塑料大多无法直接被自然存在的微生物完全降解而成为其他机体的营养,需要满足一定的降解条件(如堆肥)。而目前国内城市的垃圾分类体系尚未实现可降解塑料的单独处理,各种塑料均进入焚烧厂,失去了环保意义。

  处理塑料垃圾的方式有填埋,焚烧,回收和降解:对于可降解塑料,填埋、焚烧达不到降解条件,此时其与不可降解塑料并无区别,无法解决“白色污染”问题;与可再生塑料不同,目前可降解塑料的一次性应用导致其不适用于回收;可降解塑料大多都依赖堆肥降解,但是若将可降解塑料与湿垃圾一同进行堆肥处理,由于前者的降解速度慢于后者,拖累垃圾处理效率,而将可降解塑料单独堆肥处理又会成本过高。趋势一:技术进步和成本下降

  丙交酯技术突破利好PLA生产,产能释放推动成本下降趋势二:“三元悖论”的破局

  能源、材料与成本的选择存在冲突,技术突破有望解决困境趋势三:应用发展逐渐多元化

  产能、技术和成本三方的同步优化赋能可降解多样化应用趋势四:未来产能满足内需和出口

  中国可降解材料产能正在进入快速扩张期。根据我们对于52家企业在建或拟建产能进行统计,我国可降解材料产能将会在未来3-5年间达到459万吨(拟建),尤其是PLA的拟建产能大约可达300万吨,可以覆盖目前可降解材料在餐饮市场、农业地膜应用及医用场景下的需求。

  国外应用可降解材料的时间早于国内,在“禁塑令”颁布之前,我国可降解材料需求量小,企业的产能主要用来满足出口需求。“禁塑令”推进企业在建及拟建率激增,我国可降解材料市场将呈现国内消费和出口需求的二元格局。



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