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2018-2019年1月全球及中國聚乳酸行業發展現狀及未來聚乳酸產業分析[圖]

2019年10月25日 14:30:09字號:T|T

    一、聚乳酸(PLA)應用最廣,聚酯類(PBAT/PBS)發展潛力巨大

    目前商業化的生物降解塑料有聚乳酸(PLA)、聚羥基脂肪酸酯(PHA)、聚丁二酸丁二醇酯(PBS)、聚丁二酸-己二酸丁二醇酯(PBSA)、聚對苯二甲酸-己二酸丁二醇酯(PBAT)等,其中PLA目前應用最為廣泛,PBAT應用前景最為突出。

    1、聚乳酸(PLA)行業發展情況分析

    聚乳酸系乳酸單體經脫水縮聚所形成的高分子聚合物,是一種典型的合成類可完全生物降解材料,由于其具有可靠的生物安全性、生物可降解性、環境友好性、良好的力學性能及易于加工成形等優點,在生物醫用高分子、紡織行業、農用地膜和包裝等行業具有廣闊的應用前景。

    聚乳酸(PLA)又稱聚丙交酯,是以乳酸為單體脫水聚合生成,目前是產業化最成熟、產量最大、應用最廣泛、價格最低的生物基和生物降解塑料。乳酸可以用玉米、木薯、秸稈等可再生生物質作為原料,來源廣泛且可再生。PLA使用后可以堆肥降解成CO2和水,實現在自然界中的循環。

聚乳酸生物降解塑料特點

優點
具體描述
原料來源豐富,安全性強
玉米、木薯、高粱等都可以生產聚乳酸,而這些農作物均可人工大面積種植,此外秸稈、稻草等農作物或植物根莖葉也可以作為原料。焚燒時不會釋放出氮化物、硫化物等有毒氣體,安全性強。
具有良好的生物相容性和生物可降解性
聚乳酸具有生物活性,降解產物可被生物體吸收,是理想的生物醫用材料。聚乳酸埋在土壤中在大自然微生物的作用下6-12個月就可以發生降解,變成乳酸最終成為二氧化碳和水,可謂真正的環境友好材料。具有優異的抗菌性能聚乳酸是唯一具有優良抑菌及抗霉特性的生物降解塑料。
機械性能,透明性,透氣透氧性優異
聚乳酸塑料還有可直接采用通用塑料設備進行擠出、注射、拉伸、紡絲、吹塑等加工成型,如制成的纖維物理性能接近錦綸和滌綸,透氣性和手感卻好于滌綸。生產能耗低聚乳酸的生產能耗只相當于傳統石化產品的20%~50%,產生的二氧化碳氣體則只為50%。

數據來源:公開資料整理

    相關報告:智研咨詢發布的《2019-2025年中國聚乳酸行業市場現狀分析及投資前景預測報告

    目前聚乳酸合成主要有2種方法。

    一步法:乳酸直接脫水縮聚。該法優點在于單體轉化率較高,工藝簡單,不需要經過中間體的純化,因而成本較低,主要問題是產物的分子量及其分布難以控制,不易得到高分子量的聚合物。目前國內僅使用同濟大學技術的同杰良公司采用一步法制聚乳酸。

    PLA一步法制備

數據來源:公開資料整理

    兩步法:乳酸生成丙交酯,再開環聚合制得聚乳酸。該方法可以得到分子量和微觀結構均可調的聚乳酸,但丙交酯開環聚合法要經過丙交酯純化的步驟,生產流程長,成本較高。目前聚乳酸的生產主要采用丙交酯開環聚合工藝

    PLA兩步法制備

數據來源:公開資料整理

    聚乳酸的自降解以水解為主要形式,通常不需要特殊水解酶,降解產物可參加體內循環,最終以二氧化碳和水的形式排出體外,對環境不產生污染。聚乳酸屬脂肪族熱塑性高分子材料,其力學性能主要受其結晶度的影響,和聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚苯乙烯(PS)等性能相當,可有效替代石油基高分子材料。聚乳酸具有良好的加工性能,可采用注塑、熱塑、擠出成型、吹膜成型、發泡成型等方式加工。

    我國政府在2007年12月發布了《關于限制生產銷售使用塑料購物袋的通知》,規定自2008年6月1日起在全國范圍內禁止生產、銷售、使用厚度小于0.025毫米的塑料購物袋,且實行塑料購物袋有償使用制度。2015年4月修訂的《中華人民共和國固體廢物污染環境防治法》規定:國家鼓勵科研、生產單位研究、生產易回收利用、易處置或者在環境中可降解的薄膜覆蓋物和商品包裝物;使用農用薄膜的單位和個人,應當采取回收利用等措施,防止或者減少農用薄膜對環境的污染。2018年4月,黨中央、國務院出臺《關于支持海南全面深化改革開放的指導意見》,全面禁止在海南生產、銷售和使用一次性不可降解塑料袋、塑料餐具,加快推進快遞業綠色包裝應用。

    通過環保立法來限制或禁止一次性塑料制品的使用已成為越來越多的國家或地方政府的共識,也將有利于推動乳酸及聚乳酸行業的持續、穩定、健康發展。

    目前全球聚乳酸產能超過50萬噸/年。美國NatureWorks公司是全球最大的聚乳酸生產企業,年產能達18萬噸,占據了全球30%以上的聚乳酸產能。聚乳酸的生產在我國目前仍屬起步發展階段,江蘇允友成年產5萬噸聚乳酸生產線是目前國內最大的聚乳酸生產線。

    2018年6月,豐原集團年產10萬噸聚乳酸項目于安徽固鎮縣奠基,目前固鎮豐原生物產業基地玉米--乳酸--丙交酯--聚乳酸的全產業鏈加工線正在建設中。2019年3月,通遼經濟技術開發區與豐原集團簽約“百萬噸級生物新材料聚乳酸”項目,該項目總投資120億元,計劃分三期建設,一期項目投資50億元,年產30萬噸聚乳酸,計劃2019年開工建設,2021年建成投產。全部建成后形成年加工轉化玉米350萬噸、年產150萬噸乳酸、100萬噸聚乳酸及其他生物技術產品,并配套建設30萬千瓦熱電項目。

    國外聚乳酸項目產能情況

數據來源:公開資料整理

    國內聚乳酸項目產能情況

數據來源:公開資料整理

    目前全球除生產聚乳酸以外,乳酸市場需求量約為40萬噸,生產企業主要集中在美國、中國、泰國、西歐、中南美等地,近70%的廠商采用微生物發酵法進行生產。Corbion-Purac和Cargil公司是全球前二大的乳酸制造企業,產能合計達到38萬噸,約占全球總產能的50%,中國生產的乳酸約占42%的市場份額。金丹科技是國內乳酸及其衍生產品生產的龍頭企業,具備L-乳酸年產能10.5萬噸,乳酸鹽年產能2.3萬噸。行業內近些年陸續出現新進入者,主要原因是看好乳酸及其衍生品丙交酯、聚乳酸在可降解生物新材料領域的廣闊市場前景。

    國外乳酸主要生產企業產能情況

數據來源:公開資料整理

    國內乳酸主要生產企業

數據來源:公開資料整理

    聚乳酸開發陸續被列入“九五”、“十五”、“863”、“973”、“火炬計劃”、“十一五”、“中國制造2015”和《國家中長期科學科技發展規劃》重點科研攻關項目。

    甚至在國家的“十三五”生物產業發展規劃中提到,到“十三五”末,生物基聚酯、生物基聚氨酯、生物基尼龍和生物基增塑劑的年產能分別達到15萬噸、20萬噸、5萬噸和20萬噸;在10個城市形成示范應用對石油基日用塑料制品的替代率達到50%左右;在生物基農用地膜推廣10萬畝以上(1畝=666.67m2);形成一批生物基纖維新產品。生物基材料產業成為綠色與低碳經濟增長的亮點,為我國經濟社會可持續發展做出實質性貢獻。

    2、聚己二酸、對苯二甲酸/丁二醇酯共聚物(PBAT)行業發展情況分析

    PBAT是聚己二酸、對苯二甲酸/丁二醇酯共聚物,具有良好的生物降解性,兼具聚己二酸丁二醇酯(PBA)和聚對苯二甲酸丁二醇酯(PBT)的特性,熱穩定性好、力學性能優良,廣泛應用于包裝(包括食品包裝、化妝品盒、藥品盒)、餐具、一次性醫療用品,農用薄膜等領域。

    PBAT結構式

數據來源:公開資料整理

    PBAT和主要可降解塑料的性能對比

項目
淀粉基塑料
PLA
PHA
PBS/PBSA
PBAT
耐熱性能
較低
較高
成膜性能
較好
較好
較好
良好
硬度
較低
較低
力學強度
適中
較高
耐水解性能
適中
透明性
價格
較低
較高
較高

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    全球PBAT產能最大的公司為BASF,目前產能為7.4萬噸/年。我國PBAT材料產業化發展速度快,行業內企業集中度高。目前金發科技每年產能為3萬噸、金暉兆隆每年產能為2萬噸、匯盈新材料有限公司每年產能為2.5萬噸,藍山屯河每年產能為0.5萬噸,3萬噸/年生產線正在建設中。目前全球PBAT市場需求旺盛,由于PBAT價格較高,國內產品主要用于出口。隨著歐洲市場的需求量的逐步增加,未來幾年國內PBAT材料的產能有望逐步提升。

    全球PBAT主要生產裝置產能

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    國內PBAT原材料條件良好,支撐PBAT快速發展

    PTA方面,2018年國內PTA年產能為5129萬噸,產量約為4041萬噸,開工率為78.8%,其下游需求略低于產量,國內已實現完全自己,目前行業生產能力過剩,PTA的價格也處于歷史低位,相對于2018年末的1020美元/噸,現在價格僅655美元/噸。1,4-丁二醇(BDO)方面,2018年我國產能為188萬噸,產量為140萬噸,自2015年以來BDO幾乎沒有新增產能投放,2018年開工率已經處于歷史高位,但依然不到75%,目前行業同樣產能過剩。乙二酸方面,2018年我國己二酸產能256萬噸,產量146萬噸,自2012年以來,乙二酸的開工率始終維持在50%上下,同樣處于產能嚴重過剩狀態。PBAT的發展有助于改善上游產業產能過剩的問題。

    2011-2018年我國1,4-丁二醇產能、產量和開工率

數據來源:公開資料整理

    1,4丁二醇價格和價差(元/噸

數據來源:公開資料整理

    2011-2018年我國己二酸產能、產量和開工率

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    己二酸價格和價差(元/噸)

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    2009-2018年我國PTA產能、產量和開工率

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    PTA價格和價差(元/噸)

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    我國PBAT的生產工藝條件也較為成熟。PBAT的生產裝置與PBT、PET及PBS的生產裝置在聚合反應、真空系統、熔體輸送、處理系統、熱媒系統等方面存在諸多相似,工程轉化的互通性良好。目前國內50萬t/aPET裝置已經實現國產化,高黏度聚合反應器等關鍵設備均可在國內制造,大型聚合設備的制造、檢驗及施工安裝也已有成熟的經驗和程序,可為PBAT產業化提供借鑒。此外,由于PBAT材料的分子熱穩定性高、降解速度低以及分子空間大,可以與其它分子共混;同時分子鏈具有良好的柔性,因此PBAT材料向柔性發展,側重于多品種切換,市場表現良好,特別是作為生物降解地膜的專用料方面表現突出,是公認的最具前景的生物降解材料。

    3、聚羥基脂肪酸酯(PHA)行業發展情況分析

    PHA是一種新型的可完全生物降解的熱塑性塑料,其大多數單體為鏈長3~14個碳原子的3-羥基脂肪酸,具有生物相容性、生物可降解性、壓電性以及良好的使用與加工性能,其基本性能與聚丙烯相似,可在傳統塑料加工機械上進行拉絲、模壓、熱注塑加工成型,可代替絕大部分石油基塑料原料,與聚乳酸(PLA)等其它生物降解材料相比,PHA結構多元化,通過改變菌種、給料、發酵過程可以很方便地改變PHA的組成,而組成結構多樣性帶來的性能多樣化使其在應用中具有明顯的優勢。PHA可廣泛應用于農業、環保、生物化工、微電材料、能源、醫藥、醫用材料等領域。目前可以工業化生產出的PHA產品包括聚羥基丁酸酯(PHB)、聚羥基戊酸酯(PHV)、聚羥基丁酸戊酸酯(PHBV)等。

    PHA的生物合成法主要利用微生物的自身代謝來合成產物,主要有微生物發酵法,包括野生菌法和重組工程菌法,其次還有轉基因植物法和活性污泥法等。目前微生物發酵法研究最為廣泛,并且隨著合成生物學和形態學工程等基因操作手段與藍水生物技術的整合應用有利于推進PHA的產業化進程;而轉基因植物法和活性污泥法雖然有利于降低發酵成本,但是產率低以及提純困難嚴重制約PHA的大規模生產應用。

    我國對PHA的研究雖然起步較晚,但目前是世界上生產PHA品種最多、產量最大的國家。其中,天津國韻能夠每年生產10000噸PHA;廣東江門生物技術開發中心與清華大學合作,首次在國內外成功實現了第三代生物塑料聚3-羥基丁酸-3-羥基己酸酯(PHBHHx)的工業化生產。

    PHA主要生產企業及產能

數據來源:公開資料整理

    二、聚乳酸將成為乳酸第一大應用領域

    2018年全球乳酸市場(包含乳酸鹽、酯及聚乳酸)消費量約為51.8萬噸,未來五年以5.6%的復合增速增長。目前全球市場需求以L-乳酸為主,純D-乳酸全球市場需求僅約2000噸,除聚乳酸應用外主要用于生產農藥殺蟲劑、除草劑等。

    目前,全球乳酸生產企業主要集中在美國、中國、泰國、西歐、中南美及日本等,近70%的廠商采用微生物發酵法進行生產。科碧恩-普拉克公司在美國、泰國、西歐等都建有乳酸生產工廠,其生產的乳酸約占全球50%-60%的市場份額,中國生產的乳酸約占30%的市場份額,其余地區的制造商市場份額約占10%。

    目前乳酸的下游應用中,用于食品飲料領域的乳酸在2018年占整體市場的46.40%,其次為應用于聚乳酸市場占比約為37.60%。預計未來幾年,隨著聚乳酸市場需求快速增長,聚乳酸將超過食品和飲料行業成為乳酸的第一大應用領域。

    2018-2023年全球乳酸行業消費量變化預測

數據來源:公開資料整理

    目前,乳酸作為聚合單體用于生產聚乳酸的應用占乳酸整體應用領域的比例達37.60%,作為環境友好型生物基可降解材料,未來隨著塑料、包裝、紡織、農用地膜及現代醫藥材料等新興應用領域需求的快速增長,預計至2023年全球乳酸需求中用于生產聚乳酸的消費占比將上升至44.30%。

    2018-2023年全球乳酸行業消費量結構變化預測

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    2018年全球乳酸的產量約為52.0萬噸,表觀消費量為51.80萬噸。北美是世界上最大的乳酸消費市場,年乳酸消費量為23.35萬噸,占世界乳酸消費量的45.08%,該市場乳酸主要的用途為生產聚乳酸,其次為食品和飲料的應用。

    亞洲作為世界第二大乳酸消費市場,年乳酸消費量為14.33萬噸,傳統的食品和飲料應用仍是驅動乳酸消費增長的主要動力,工業和聚乳酸的生產也占據一定的消費比例。

    在世界的其他地區,乳酸的消費主要應用于食品和飲料領域,其中西歐乳酸年消費量為8.96萬噸。隨著聚乳酸生產線的投產建設,美國、中國和其他亞洲地區的乳酸消費將快速增長。在其他地區,由于乳酸消費量的增長主要由食品飲料行業驅動,乳酸的消費增長速度將保持自然增速。

    三、未來聚乳酸產業發展方向

    聚乳酸是一種很好的生物基產品,在塑料、纖維方面都有很好的應用前景。經過多年的研發,我國聚乳酸已經形成萬噸級的規模,聚乳酸長絲、短絲都有產業化,產品已進入市場,后道應用也正在進行。但是與化纖產品相比,聚乳酸的規模化、產業化還不夠。此外,與聚酯纖維的高性價比和高市場接受度相比,聚乳酸纖維雖有優點,但耐溫性差、染色性差等缺點不容忽視,在技術、工程、裝備等方面還需系統的產業攻關,市場接受度也有待提高。因此在放量時,需要考慮其成本和市場接受度,可以先把目標放低一點,將基礎工作做扎實,待產品有需求、市場真正接受后,再向百萬噸的目標進發。

    聚乳酸纖維是一種非常具有發展前景的生物基纖維。豐原集團通過打通從乳酸、聚乳酸到纖維、服裝的全產業鏈,對聚乳酸纖維的發展做出了巨大貢獻,尤其是開發秸稈纖維素作為聚乳酸的原材料,拓寬了聚乳酸的原料領域,進一步提升了聚乳酸纖維的競爭力。她還表示,發展聚乳酸產業要有耐心,做好精細化布局,考慮到技術、成本、質量、知識產權、品牌推廣等方方面面,以保持產業高質量發展。

    在環保壓力日益嚴重的形勢下,尋找可替代塑料基產品的材料尤為重要,而生物基聚乳酸材料則是一種非常理想的替代品。豐原集團開發的生物基聚乳酸材料能夠在性能與成本上做到優勢,這對于聚乳酸產業的發展具有重要推動作用。

    聚乳酸產業的發展還有很長的路要走,一方面要通過產學研合作,進一步加強基礎研究;另一方面要以市場為導向,拓寬聚乳酸的應用領域,提升聚乳酸產品的附加值。

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