生物基产品市场规模将超8000亿美元！

导读

生物基新材料是21世纪我国战略性新兴产业的重要一员。当前常见的生物基新材料包括淀粉基新材料、纳米纤维素、生物基全降解塑料、木质素等。据预测，未来10年，生物基产品可至少取代现在20%的石化产品，形成超过8000亿美元的市场规模。但性能相对不足、原料成本高仍是目前限制生物基新材料大规模生产、应用和市场化推广的主要原因。

生物基新材料是指利用可再生生物质资源为原料，通过生物、化学、物理等手段制得的一类新型生物质材料，主要包括生物基塑料、生物质功能高分子材料等，具有绿色环保、环境友好、低碳可再生以及易生物降解等特性和独特的生物相容性和安全性，可广泛应用于包装、服装、食品、医疗等领域。由于绿色、环境友好、资源节约等特点，生物基新材料正逐步成为引领当代世界科技创新和经济发展的一个新的主导产业，是21世纪我国战略性新材料产业的重要组成部分，也是当下世界各国材料产业发展的热点。

常见的5类生物基新材料

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淀粉基新材料

淀粉是一种取之不尽用之不竭的天然资源。目前，以淀粉为原料，经物理、化学、生物处理，改变其天然性质，增加其功能特性，制得的淀粉衍生物已达2000多种，广泛应用于食品、造纸、化工、制药等行业。其中有不少是淀粉基功能材料，如：具有增强、助留特性的纸基功能材料，具有吸附功能的多孔淀粉，可作为药物传输载体的磁性淀粉微球，替代脲醛树脂的环保型淀粉基胶黏剂，以及淀粉基生物降解塑料等。淀粉基新材料是目前技术最成熟、产业化规模最大、市场占有率最高、消费量最大的生物基材料，年总产能达80万~100万吨，年产量约40万吨，未来这一市场将进一步扩大。

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纳米纤维素

纳米纤维素(CNF、CNC、MFC），是天然纤维经过物理、生物、化学等方法制得的纳米级纤维素产品，直径100nm以下，长度几百纳米到几百微米，兼具纤维素可降解、可再生、生物相容的特点和纳米材料大比表面积、高强度的优点。纳米纤维素不仅具有可降解、可再生、无毒等纤维素的性质，还具有小尺寸效应、量子效应、表面效应和宏观量子隧道效应等纳米材料的特点，未来有望取代金属和塑料；被视为“后碳纤维时代”的新材料。

国际上，美国、日本、加拿大、芬兰、瑞典、挪威等国竞相开发出该种材料，商业化生产已从小型实验室规模逐渐发展到一定的工业化规模，一些主要的CNF制造商生产能力已超过2000kg/d。国内从事纳米纤维素研究的科研机构和大学众多，其中华南理工大学与杭州市化工研究院等单位承担的国家“十三五”重点研发计划项目已在杭化院国家造纸化学品工程技术研究中心建成100kg/d CNF中试线。

纳米纤维素资源丰富，可广泛应用于造纸、全降解生物质基功能材料、汽车轻量化、个人护理、食品医药、废水净化、水泥建筑等领域。在涂料、油漆、油墨、染料等领域中的应用，日本Green Science Alliance与Frontier公司共同开发了CNF和PLA复合制成的瓶类制品，这种瓶制品可以完全生物降解；Dunlop公司推出了含CNF的轮胎新品“Eva Save Next III”，这种轮胎不仅可以降低油耗还能有效改善抓地性能。

根据相关研究报道，到2024年，纳米纤维素市场将超过10亿美元。随着石油煤炭等化石资源储量的不断下降，石油化工原料的价格不断上涨；加上各国对环境污染问题的日益重视，纳米纤维素作为一种新型的生物材料，蕴藏着无限商机和广阔的发展前景。

3

生物基全降解塑料

生物基全降解塑料是指以生物质原料制成的塑料，具有低碳排放、循环再生、可降解等特点，是替代传统石油基塑料、解决“白色污染”的有效手段。据欧洲生物塑料协会市场数据显示，2018年全球生物基全降解塑料产能约110万吨。

01 | 聚乳酸（PLA）

PLA是以淀粉为原料经发酵得到乳酸单体，再经聚合制得的一种生物基可降解材料，具有无毒、无刺激性、生物相容性良好、强度高、可塑性好等特点，被认为是最有发展前途的可生物降解高分子材料，备受国内外关注。

PLA具有与传统石油基塑料相媲美的良好物理性能，可广泛应用于一次性餐具、食品包装、纤维、个人护理用品、注塑制件等领域。主要生产厂家包括美国Natureworks公司（15万吨/年）、Corbion-Total公司（7.5万吨/年）、中国海正公司（1.5万吨/年，在建5万吨/年生产线）等。

随着全球范围内限塑相关政策的出台，越来越多的企业加入到PLA产业当中，据统计，截至2019年底，国内已有山东同邦、山东泓达生物、浙江友诚控股等多个拟新建聚乳酸项目，如果发展顺利，未来几年聚乳酸规模将超过百万吨，冲击千亿级市场。

02 | 二元酸二元醇共聚物（PBS、PBAT、PBSA）

聚丁二酸丁二醇酯（PBS）由丁二酸和丁二醇聚合制得，其原料丁二酸可由农作物生物发酵获得，PBS及其制品废弃物在泥土或者水中能够很快降解，是一种生态可循环的高分子合成材料。PBS具有较好的力学性能、耐热性能，可应用于一次性制品、医疗、包装等领域。

03 | 聚羟基脂肪酸类材料（PHA）

PHA是微生物发酵合成的一种聚酯，是一类新型生物塑料。PHA的材料学性质与传统塑料聚丙烯类似，能被微生物完全降解，且具有优良的生物相容性、气体阻隔性等，在生物医疗材料、电学材料、包装材料等方面应用前景广阔。

04 | 二氧化碳基塑料（PPC）

PPC是以CO2为单体与环氧化合物通过共聚的方式制备的高分子聚合物，有利于减轻CO2温室效应，减少对石油原料的消耗。PPC具有无毒、阻气、透明、弹性好等特点，在土壤中可完全降解，并被植物吸收利用。中科院长春应化所已突破关键技术与企业合作在内蒙古建成3000吨／年生产线。

05 | 聚己内酯(PCL)

PCL是由ε-己内酯开环聚合制得的线性脂肪族聚酯材料，具有热稳定性较好、分解温度较高、力学性能优异、可完全生物降解等特点，对减少塑料垃圾、减轻白色污染有着重要作用。PCL还可用作生物医用材料，如可用作体内植入材料以及药物控释材料，已经获得美国FDA的批准。

06 | 聚乙烯醇(PVA)

PVA是一种高阻隔性可降解高分子材料，广泛用作绿色包装材料。用PVA制成的薄膜透明度高，透光率高，柔软不带静电，具有粘合性强，耐磨性好、抗拉、抗压、抗冲击、耐蚀性高等特点。其薄膜抗应力开裂、抗老化、耐热、无毒无味，对气体、有机化学试剂蒸气的透过率极低，具有优良的气密性和保香保鲜性能，综合性能优异。

4

木质素

木质素是一种芳香族聚合物，是自然界第二大天然高分子材料，具有可再生、可降解、无毒等特点，且成本低廉，被广泛用于生物吸附材料、生物药物缓释材料、生物发酵载体等生物化工领域。木质素及其改性产品在橡胶中可用作增强剂、偶联剂、防老剂、阻燃剂等。

5

其他生物基新材料

其他生物基新材料包括生物基纤维（PTT纤维、竹纤维等）、生物基不可降解塑料（Bio-PE、Bio-PA等）、蛋白质材料、壳聚糖等。

高性能低成本生物基新材料汇聚全球目光

在当今低碳、环保、循环经济大形势下，大力发展生物基新材料具有重要的现实意义和社会价值，根据经济合作与发展组织预测，未来十年，生物基产品可至少取代现在20%的石化产品，形成超过8000亿美元的市场规模。

目前，全球各国政府纷纷大力推动生物基新材料产业的发展，据调查显示，全球至少已经有67个国家和地区对一次性塑料袋采取措施，使用生物基全降解材料是解决一次性塑料废弃物污染问题的有效手段。我国吉林省早在2015年就已经实行禁塑，禁止生产和销售一次性不可降解塑料制品；海南省从2019年开始分产品、有步骤推动禁塑，到2025年全面禁塑；2019年，国家发改委将生物能源与生物基化学品及材料列入2019国家鼓励类产业；今年年初国家发改委和生态环境部联合出台《关于进一步加强塑料污染治理的意见》，生物基全降解材料将发挥越来越重要的作用。

同时，越来越多的科学家和企业加入到生物基新材料产业发展的行列中，研究和开发高性能低成本的生物基新材料。

芬兰Stora Enso公司投资900万欧元建立工厂，将植物糖转化为可再生的单体2,5-呋喃二羧酸（FDCA），用于生产PEF材料。PEF具有优异的阻隔性、机械性和耐热性能，是良好的包装材料；芬兰UPM公司将PLA与纤维素复合制作3D打印材料已进入商业开发阶段；

三井化学株式会社与Kaisei Inc.合作开展一项开发商业规模生物基聚丙烯（Bio-PP）的项目，计划最快在2024年商业化，以减少温室气体二氧化碳的排放；嘉士伯集团在100%生物基全降解的“纸”啤酒瓶领域取得重大进展，日前推出2款100%可回收并来源具可持续性的木纤维制成的啤酒瓶原型瓶；韩国化学技术研究所（KRICT）利用山梨醇和纳米纤维素开发了一种生物基聚碳酸酯，其机械强度达93MPa，是迄今为止现有碳酸酯的最高值，同时具有优异的光学特性和良好的生物安全性，可应用于医疗行业；陶氏化学与UPM生物燃料公司使用可再生石脑油（UPM Bio Verno）生产生物基聚乙烯（Bio-PE），用于食品包装等包装应用，最大程度地减少石化资源的使用；万华化学开发出生物基TPU系列产品，可显著减少石油基原料用量、能耗和温室气体的排放，目前主要用于注塑和薄膜领域；华南理工大学邱学青教授团队利用木质素制备了高强度、高韧性具有热塑性能的聚氨酯弹性体，与商品聚氨酯弹性体对比具有显著优势；德国弗劳恩霍夫化学技术研究所

通过将PLA和碳纤维的复合，开发出高强度的复合材料，该材料可应用于体育、汽车、医疗等领域。

随着更多的目光汇聚到生物基新材料产业，生物基新材料产业正处于一个高速发展的阶段，在食品、医疗、包装、个人护理等领域发挥越来越重要的作用，但性能相对不足、原料成本高仍是目前限制生物基新材料大规模生产、应用和市场化推广的主要原因，提高生物基材料的性能、降低材料成本、开发功能化的特性是未来的研究重点。

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