非粮生物基材料产业分析

非粮生物基材料产业分析 一、 生物基材料的背景 生物基材料，是指利用生物质为原料和经由生物制造得到的材料，包括以生物质为原料和经由生物合成、生物加工、生物炼制过程制备得到的生物醇、有机酸、烷烃、烯烃等基础生物基化学品和糖工程产品，也包括生物基聚合物、生物基塑料、生物基化学纤维、生物基橡胶、生物基涂料、生物基材料助剂、生物基复合材料、及各类生物基材料制得的制品。 生物基材料是我国战略性新兴产业、被纳入《中国制造2025》新材料领域，近些年，发展迅猛，关键技术不断突破，产品种类速增，产品经济性增强，正在成为产业投资的热点，显示出强劲的发展势头。标准的制定，将规范生物基材料的定义、术语和标识，是生物基材料标准体系的重要组成部分，将极大地推动生物基材料的发展。 二、 生物基材料产业特征 （一）绿色环保性 传统基础能源对生态环境的破坏已经严重影响到社会的可持续发展，随着国际范围内对生态环保的重视，人们对生物基新材料的研究逐渐深入。生物基新材料具有绿色、环境友好、资源节约等特点，是全球未来发展的一大重点。 （二）技术前沿性 中国制造2025中，生物基新材料和纳米材料等被一同纳入新材料前沿研究领域。 （三）市场成长性 随着社会对环保事业的愈加重视，对白色垃圾的防治措施更加严格，生物基新材料的市场前景非常好。目前全球生物基化学品和高分子材料年产量在5000万吨左右，近年来，中国生物基新材料行业正以每年20%以上的速度增长，产品种类和市场不断扩大，逐步走向工业规模化和产业化阶段。 三、 非粮生物基材料的发展目标 到2025年，非粮生物基材料产业基本形成自主创新能力强、产品体系不断丰富、绿色循环低碳的创新发展生态，非粮生物质原料利用和应用技术基本成熟，部分非粮生物基产品竞争力与化石基产品相当，高质量、可持续的供给和消费体系初步建立。 （一）创新发展非粮生物基材料 高效工业菌种与酶蛋白元件不断丰富，非粮生物质利用共性技术取得突破，大规模糖化（基于非粮生物质生产五碳糖或六碳糖，下同）技术基本成熟，产学研用协同创新体系更加高效完善。 （二）非粮生物的示范引领 基于非粮生物质的糖化生产线规模达到万吨（折干五碳糖或六碳糖，下同）/年，乳酸生产线规模达到十万吨级，戊二胺、聚羟基脂肪酸酯规模达到万吨级。 （三）非粮生物的应用拓展 丰富基于非粮生物质的乳酸、戊二胺、聚羟基脂肪酸酯等生物基化学品及聚合物品种，稳定提高聚合物加工性能，在塑料制品、纺织纤维等领域规模化应用。 （四）生物基材料的生态培育 形成5家左右具有核心竞争力、特色鲜明、发展优势突出的骨干企业，建成3—5个生物基材料产业集群，产业发展生态不断优化。 四、 生物基材料发展趋势 （一）生物基材料替代化石原料需求将持续增加 近年来传统石化、化工生产活动对化石资源持续消耗，人类活动对于化石资源依赖问题与日俱增，同时全球气候变暖、环境污染加剧日益成为社会高度关注问题。由于传统的经济发展主要依靠的是化石原料，但随着时代发展，不可再生化石资源储量逐渐减少，传统的经济发展模式已经不适应新时代发展要求。未来包括中国在内的主要经济体将以生态化、绿色化以及资源可回收为发展原则，实现绿色低碳、可持续发展目标。基于如今低碳经济的大环境下，与化石原料相比，生物基材料主要来源于谷物、豆科、秸秆、竹木粉等可再生生物质，能够大幅减少二氧化碳排放和环境污染，同时有效缓解化石资源枯竭压力。在其绿色低碳、环境友好、资源节约等优势特点下，生物基材料将逐渐成为我国经济发展和科技创新的又一新兴主导产业。在国家政策利好和资金支持力度加大的驱动下，我国生物基材料生产工艺水平不断提升、产品种类更加丰富，产业化关键技术不断取得创新突破，如今生物基材料已经广泛应用于生物医用材料、包装材料、服装、家居、工业、一次性用品等行业。未来我国生物基材料产业迎来迅猛发展，生物基材料将在更多领域实现应用覆盖，我国生物基材料对化石原料的替代率将持续提升。 （二）非粮生物基材料成为行业重点发展方向 发展非粮生物基材料，在满足人民群众物质和能源需求的同时，既能减少对石油、煤炭等化石能源开采和消耗，还能降低二氧化碳排放，同时避免与人争粮、与粮争地的困局，是石化工业实现绿色转型的有效路径。《方案》要求到2025年，非粮生物基材料产业基本形成自主创新能力强、产品体系不断丰富、绿色循环低碳的创新发展生态，非粮生物质原料利用和应用技术基本成熟，部分非粮生物基产品竞争力与化石基产品相当，高质量、可持续的供给和消费体系初步建立。国家的政策引导、财政金融支持、完善行业机制等多重举措将助力我国非粮生物基材料产业加快创新发展，非粮生物基材料成为我国生物基材料行业的重点发展方向。 五、 生物基材料所面临的问题 （一）未能和石油基材料直接竞争 现阶段PLA和PHA等环境友好材料属于新兴的材料产业，在价格方面，聚丙稀的价格低于1美元／公斤，而一些最便宜的生物可降解塑料的价格也需要3~6美元／公斤，因而还不能与大量生产的以石油工业为基础的塑料材料进行直接的竞争。高成本由多种因素造成的。首先在生产环节上，大规模工业化技术还不成熟、生产成本还需大幅降低，加工技术水平还不能使产品性能满足需要和加工成本仍居高不下。决定微生物合成PHA费用居高不下的主要因素之一是底物，即用于生产PHA的原料。 事实上，单独生产PHA，底物的成本占到总成本的28%~50％。在这方面，我国科学家们选择奶制品工业的乳清、糖蜜、废水、活性污泥、造纸工业的纤维素水解物、植物油和动物脂肪的废脂以及生物柴油副产物等工农业废弃物为原料用于PHA的微生物发酵合成。虽然取得了一定的研究成果，PHA研究的整体水平已不再在发达国家之下，但仍然需要加大基础研究科研投入和资助力度，在选择便宜可再生的原料用于PHA合成、提高原料转化率以及发现新型PHA等方面进行创新。 此外，从PHA到最终制品还需要很复杂的加工工艺，首先，在PHA原料基础上，添加增塑剂、干性剂或其他混料，成为粒料（compound）；再将粒料转变成膜、片、板、纤维等材料；最终将材料加工成终端制品。这类后续研究70%集中在粒料阶段，也会延续到终端制品阶段。在国外，产业分工明确，专门从事后续应用研究的企业会跟进，在中国却缺少专门从事基础原料应用研究的公司。虽然越来越多的企业意识到了生物基材料的重要性，但由于研发力量和资源的限制，它们大都是重复文献或专利中报道过的工作，很难产生创新性的成果。因此，应着重关注产学研的结合。我国是世界最大的发酵大国，有大量的发酵能力，不需要重新建设新的发酵设备，就能形成规模生产。直接应用原有生产线生产，必须提供参数、加工工艺以及生产设备的调整办法。这些问题的解决，有赖于科研机构、产业界等的通力合作，相互配合。 为了扶植这个新兴工业的发展，可以通过整合国内研发和产业化力量，加快一至两种有自主知识产权的新材料的产业化。唯有实现可再生资源的利用，我国经济的发展才能实现可持续性。在石油供应成为问题之前，我国必须建立用可持续发展的方式获得材料的技术储备。 （二）还未成为真正的产业 生物法合成新型生物基材料已经成为一个新材料生产、开发和应用的方向，该领域的研究充分体现了多领域、跨行业的现代科技产业特点，生物基材料将在人类的环境保护、医药保健等方面发挥重要作用。技术本身不能适应市场，工程化薄弱，技术要素与管理要素脱节，资金投入不足。当然这也与科研成果尚未给企业带来较好的经济效益，损害企业的投资积极性密不可分。要解决这个问题，改变我国生物材料依赖进口的状况，需要科研部门和产业机构更好的相互信任与合作。 随着有关部门和研究机构对PHA的研究和开发工作重视程度的提高，我国将产生越来越多的生产和应用知识产权。由于PHA材料的结构和功能的多样性，PHA将能适应各种不同的应用要求，特别是PHA的生产符合可持续发展的要求，有可能成为一个大的支柱产业。我国高达40%的石油依赖程度，以及接近2000万吨的塑料制品消耗量造成的白色污染都在呼唤着生物基材料的迅速发展。可以预见，未来几年以可再生资源为基础的生物基材料将迎来发展的大好时机。 六、 非粮生物基材料的基本原则 （一）坚持创新驱动非粮生物，示范引领 聚焦高效工业菌种和酶蛋白元件培育构建、非粮生物质转化、高效提纯浓缩等关键平台技术，开展典型技术及模式示范应用，构建自主可控、安全高效的产业链供应链。 （二）坚持系统推进生物基材料，融合发展 推动生物基材料与传统化工产业体系耦合发展，与多领域强化融合赋能，提升供给质量、丰富供给种类、培育创建品牌，增强市场综合竞争力。 （三）坚持生物基材料绿色低碳，国际合作 重视生物基材料全产业链的环境友好性，推动发展循环经济，降低碳排放，积极融入全球产业链供应链，鼓励优势产品积极参与国际竞争。