生物降解塑料行业深度研究

1 可降解塑料发展前景广阔

1.1 塑料造成白色污染，可降解塑料是未来发展趋势

塑料是指以大分子量合成树脂为主要组分，加入适当添加剂（如增塑剂、稳定剂、抗氧 化剂、阻燃剂、润滑剂、着色剂等），经加工成型的塑性（柔韧性）材料或固化交联形成的 刚性材料。2017 年，全球塑料产量达到 3.48 亿吨，2011-2017 年 CARG 为 3.8%。中国是 全球最大的塑料生产国与消费国，据卓创统计数据，我国塑料的表观消费量约 8000 万吨， 塑料制品的表观消费量约 6000 万吨。 2017 年我国塑料市场的规模约 2.4 万亿元，预计 2023 年将达到 3.3 万亿元，CAGR 为 5.1%。

塑料在给人们带来方便的同时，也带来极大的环境污染。20 世纪 50 年代以来，全球共 生产约 83 亿吨塑料，其中 63 亿吨已成为塑料垃圾。据世界环境日网站声明，目前每年仍有 超过 1 亿吨白色垃圾产生。由于塑料制品的原料―高分子树脂具有极强稳定性，在自然环境 状态下需几百年才能降解，降解过程不仅占用大量土地资源，也会对水体、空气造成污染， 白色垃圾污染问题已经引起各国的高度重视。

塑料按照降解方式可分为不可降解塑料和可降解塑料。可降解塑料是指各项性能可满足 使用要求，在保存期内性能不变，而使用后在自然环境条件下能降解成对环境无害物质的塑 料，也被称为可环境降解塑料。不可降解塑料则指无法或者很难通过微生物降解的塑料，它 们往往在自然界中经过上百年才能被缓慢降解。

1.2 可降解塑料历经三代发展，生物降解塑料优势显著

从上世纪60年代第一项可降解塑料专利的申请到上世纪90年代可降解塑料开始规模生 产，可降解塑料的研究和开发历经近六十年发展。从技术革新角度来看，可降解塑料的发展 经历以下三个阶段：

第一代降解塑料是淀粉改性塑料：这类可降解塑料是在传统单体聚合的过程中加入淀粉 等添加剂进行改性，使塑料在一般环境中可以裂解成微小的塑料片段。但这种降解方法并不 能将塑料完全降解，其剩余的塑料片段不仅难以回收，还会对生态环境造成与普通塑料同样 的危害。

第二代降解塑料是光热降解塑料：光降解塑料的主要降解机理是在光（通常为紫外线） 和热的作用下，高分子链中的某些光敏成分发挥作用，使高分子链断裂、分子量降低，从而 达到降解目的。但无论是哪种光降解塑料，其降解性都不完美，很大程度上受到温度、光照 强度等自然条件的约束，埋藏在地下的地膜甚至会由于没有光照而收效甚微或根本无法分解

第三代降解塑料是生物降解塑料：近 10 年来降解塑料的研发主要集中在生物降解塑料 方面，这类降解塑料的基料即可生物降解，可在细菌、真菌、藻类等自然界中普遍存在的一 些微生物的作用下，断裂高分子中的长链，从而达到降解目的。

2 生物降解塑料是完全绿色的可降解塑料

生物降解塑料指在自然界下通过微生物（如细菌、霉菌和藻类等）的生命活动就能引起 降解的塑料，其作用机理一般分为生物物理作用与生物化学作用。生物物理作用指随着附着 在材料表面微生物的不断增殖，高分子材料发生水解、电离、质子化等物理分解过程，生成 分子结构不变的低聚物碎片或单体；生物化学作用指在微生物分泌的酶等物质侵蚀下，聚合 物逐步断裂并氧化分解，或被微生物吸收作为呼吸作用原料，代谢成 CO2和 H2O 的过程。 理想的生物降解塑料是一种具有优良的使用性能、废弃后可被环境微生物完全分解、最终被 无机化而成为自然界中碳素循环的一个组成部分（CO2、H2O）的高分子材料。

生物降解塑料上游包括天然物质如淀粉、纤维素等，也包含石油化工产品如 PTA、1， 4-丁二醇、己二酸等。生物降解塑料的下游广泛应用于塑料包装、医疗、农业、汽车、电子 行业、日用品等领域。

2.1 生物降解塑料可分为生物基与石油基两类

根据塑料降解程度的不同，生物降解塑料可分为完全生物降解塑料和不完全生物降解塑 料（生物破坏性塑料）。不完全生物降解塑料是指在普通塑料（不可降解的塑料）中加入一 些可降解的生物物质，比如淀粉、纤维素、蛋白质等，但普通塑料部分仍不可降解；完全生 物降解塑料是指在堆肥条件下，通过微生物的作用，可在 180 天内转化成二氧化碳和水的降 解材料，其性能与普通塑料几乎相同，也被称为“绿色塑料”。完全生物降解塑料按制造工 艺不同，分为微生物合成降解塑料、化学合成降解塑料、天然高分子共混降解塑料；根据原 材料来源不同又可分为生物基生物降解塑料和石油基生物降解塑料。生物基可降解塑料包括 聚乳酸（PLA）、聚羟基烷酸酯（PHA）等；石油基生物降解塑料包括聚丁二酸丁二醇酯（PBS）、 聚己内酯（PCL）等。狭义上所称的生物降解塑料均为完全生物降解塑料。

2.2 聚乳酸（PLA）应用最广，聚酯类（PBAT/PBS）发展潜力巨 大

目前商业化的生物降解塑料有聚乳酸（PLA）、聚羟基脂肪酸酯（PHA）、聚丁二酸丁二 醇酯（PBS）、聚丁二酸-己二酸丁二醇酯（PBSA）、聚对苯二甲酸-己二酸丁二醇酯（PBAT） 等，其中 PLA 目前应用最为广泛，PBAT 应用前景最为突出。

2.2.1 聚乳酸（PLA）

聚乳酸（PLA）又称聚丙交酯，是以乳酸为单体脱水聚合生成，目前是产业化最成熟、 产量最大、应用最广泛、价格最低的生物基和生物降解塑料。乳酸可以用玉米、木薯、秸秆 等可再生生物质作为原料，来源广泛且可再生。PLA 使用后可以堆肥降解成 CO2 和水，实 现在自然界中的循环。

目前聚乳酸合成主要有 2 种方法。

一步法：乳酸直接脱水缩聚。该法优点在于单体转化率较高，工艺简单，不需要经过中 间体的纯化，因而成本较低，主要问题是产物的分子量及其分布难以控制，不易得到高分子 量的聚合物。目前国内仅使用同济大学技术的同杰良公司采用一步法制聚乳酸。

两步法：乳酸生成丙交酯，再开环聚合制得聚乳酸。该方法可以得到分子量和微观结构 均可调的聚乳酸，但丙交酯开环聚合法要经过丙交酯纯化的步骤，生产流程长，成本较高。 目前聚乳酸的生产主要采用丙交酯开环聚合工艺。

目前全球聚乳酸产能超过 50 万吨/年。美国 NatureWorks 公司是全球最大的聚乳酸生产 企业，年产能达 18 万吨，占据了全球 30%以上的聚乳酸产能。聚乳酸的生产在我国目前仍 属起步发展阶段，江苏允友成年产 5 万吨聚乳酸生产线是目前国内最大的聚乳酸生产线。

2018 年 6 月，丰原集团年产 10 万吨聚乳酸项目于安徽固镇县奠基，目前固镇丰原生物 产业基地玉米--乳酸--丙交酯--聚乳酸的全产业链加工线正在建设中。2019 年 3 月，通辽经 济技术开发区与丰原集团签约“百万吨级生物新材料聚乳酸”项目，该项目总投资 120 亿元， 计划分三期建设，一期项目投资 50 亿元，年产 30 万吨聚乳酸，计划 2019 年开工建设，2021 年建成投产。全部建成后形成年加工转化玉米 350 万吨、年产 150 万吨乳酸、100 万吨聚乳 酸及其他生物技术产品，并配套建设 30 万千瓦热电项目。

目前全球除生产聚乳酸以外，乳酸市场需求量约为 40 万吨，生产企业主要集中在美国、 中国、泰国、西欧、中南美等地，近 70%的厂商采用微生物发酵法进行生产。Corbion-Purac 和Cargil公司是全球前二大的乳酸制造企业，产能合计达到38万吨，约占全球总产能的50%， 中国生产的乳酸约占 42%的市场份额。金丹科技是国内乳酸及其衍生产品生产的龙头企业， 具备 L-乳酸年产能 10.5 万吨，乳酸盐年产能 2.3 万吨。行业内近些年陆续出现新进入者， 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领域的广阔市场前景。

聚乳酸开发陆续被列入“九五”、“十五”、“863”、“973”、“火炬计划”、“十一五”、“中 国制造 2015”和《国家中长期科学科技发展规划》重点科研攻关项目。甚至在国家的“十 三五”生物产业发展规划中提到,到“十三五”末，生物基聚酯、生物基聚氨酯、生物基尼龙 和生物基增塑剂的年产能分别达到 15 万吨、20 万吨、5 万吨和 20 万吨;在 10 个城市形成示 范应用对石油基日用塑料制品的替代率达到 50%左右；在生物基农用地膜推广 10 万亩以上 (1 亩=666.67m2)；形成一批生物基纤维新产品。生物基材料产业成为绿色与低碳经济增长的 亮点,为我国经济社会可持续发展做出实质性贡献。

2.2.2 聚己二酸、对苯二甲酸/丁二醇酯共聚物（PBAT）

PBAT 是聚己二酸、对苯二甲酸/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）和聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）的特性，热稳定性好、力学性能优良， 广泛应用于包装（包括食品包装、化妆品盒、药品盒）、餐具、一次性医疗用品，农用薄膜 等领域。

全球 PBAT 产能最大的公司为 BASF，目前产能为 7.4 万吨/年。我国 PBAT 材料产业化 发展速度快，行业内企业集中度高。目前金发科技每年产能为 3 万吨、金晖兆隆每年产能为 2 万吨、汇盈新材料有限公司每年产能为 2.5 万吨，蓝山屯河每年产能为 0.5 万吨，3 万吨/ 年生产线正在建设中。目前全球 PBAT 市场需求旺盛，由于 PBAT 价格较高，国内产品主要 用于出口。随着欧洲市场的需求量的逐步增加，未来几年国内 PBAT 材料的产能有望逐步提 升。

国内 PBAT 原材料条件良好，支撑 PBAT 快速发展

PTA方面，2018年国内PTA年产能为5129万吨，产量约为4041万吨，开工率为78.8%， 其下游需求略低于产量，国内已实现完全自己，目前行业生产能力过剩，PTA 的价格也处于 历史低位，相对于 2018 年末的 1020 美元/吨，现在价格仅 655 美元/吨。 1， 4-丁二醇（BDO） 方面，2018 年我国产能为 188 万吨，产量为 140 万吨，自 2015 年以来 BDO 几乎没有新增 产能投放，2018 年开工率已经处于历史高位，但依然不到 75%，目前行业同样产能过剩。 乙二酸方面，2018 年我国己二酸产能 256 万吨，产量 146 万吨，自 2012 年以来，乙二酸 的开工率始终维持在 50%上下，同样处于产能严重过剩状态。PBAT 的发展有助于改善上游 产业产能过剩的问题。

我国 PBAT 的生产工艺条件也较为成熟。PBAT 的生产装置与 PBT、PET 及 PBS 的生 产装置在聚合反应、真空系统、熔体输送、处理系统、热媒系统等方面存在诸多相似，工程 转化的互通性良好。目前国内 50 万 t/a PET 装置已经实现国产化，高黏度聚合反应器等关 键设备均可在国内制造，大型聚合设备的制造、检验及施工安装也已有成熟的经验和程序， 可为 PBAT 产业化提供借鉴。此外，由于 PBAT 材料的分子热稳定性高、降解速度低以及分 子空间大，可以与其它分子共混；同时分子链具有良好的柔性，因此 PBAT 材料向柔性发展， 侧重于多品种切换，市场表现良好，特别是作为生物降解地膜的专用料方面表现突出，是公 认的最具前景的生物降解材料。

2.2.3 聚羟基脂肪酸酯（PHA）

PHA 是一种新型的可完全生物降解的热塑性塑料，其大多数单体为链长 3~14 个碳原子 的 3-羟基脂肪酸，具有生物相容性、生物可降解性、压电性以及良好的使用与加工性能，其 基本性能与聚丙烯相似，可在传统塑料加工机械上进行拉丝、模压、热注塑加工成型，可代 替绝大部分石油基塑料原料，与聚乳酸(PLA)等其它生物降解材料相比，PHA 结构多元化， 通过改变菌种、给料、发酵过程可以很方便地改变 PHA 的组成，而组成结构多样性带来的 性能多样化使其在应用中具有明显的优势。PHA 可广泛应用于农业、环保、生物化工、微电 材料、能源、医药、医用材料等领域。目前可以工业化生产出的 PHA 产品包括聚羟基丁酸 酯（PHB）、聚羟基戊酸酯（PHV）、聚羟基丁酸戊酸酯（PHBV）等。

PHA 的生物合成法主要利用微生物的自身代谢来合成产物，主要有微生物发酵法，包括 野生菌法和重组工程菌法，其次还有转基因植物法和活性污泥法等。目前微生物发酵法研究 最为广泛，并且随着合成生物学和形态学工程等基因操作手段与蓝水生物技术的整合应用，有利于推进 PHA 的产业化进程；而转基因植物法和活性污泥法虽然有利于降低发酵成本， 但是产率低以及提纯困难严重制约 PHA 的大规模生产应用。

我国对 PHA 的研究虽然起步较晚，但目前是世界上生产 PHA 品种最多、产量最大的国 家。其中，天津国韵能够每年生产 10000 吨 PHA；广东江门生物技术开发中心与清华大学 合作，首次在国内外成功实现了第三代生物塑料聚 3-羟基丁酸-3-羟基己酸酯（PHBHHx）的 工业化生产。

3 受益于全球“限塑”“禁塑”，生物降解塑料需求增长迅 速，未来替代空间巨大

3.1 全球生物降解塑料需求增长迅速，欧洲市场需求最大

全球生物降解塑料需求量呈较快增长趋势。2014 年生物降解塑料需求 130 万吨，预计 到 2020 年将达到 322 万吨，年均增长率达到 16.7%。其中欧洲需求量最大，占比达 31%， 北美和中国占比分别为 28%和 20%。

欧洲生物降解塑料市场快速发展主要得益于欧洲相关法律法规支持。欧盟有机垃圾填埋 指令要求成员国在 2016 年减少有机垃圾填埋量到 1995 年的 35%；意大利从 2011 年 1 月 1 日起超市全面禁售非生物降解的塑料袋；法国、西班牙，于 2013 年 1 月 1 日全面禁售 PE 购物袋；德国，生产与销售者生物降解塑料能豁免回收义务及税收；2011 年 5 月 24 日，欧 盟筹划对全欧洲实施禁塑令，在 2012 年起禁用非生物降解塑料袋，2015 年，英国将对超市 每个购物袋开征 5 便士环保税。德国生产与销售生物降解材料能豁免回收义务及税收等等。

3.2 我国生物降解塑料处于发展初期，需求替代空间巨大

我国是全球唯一可以生产所有生物降解塑料产品的国家，近年来产能扩张迅速。2018 年我国生物降解塑料行业规模约 54.4 亿元，同比增长 21.1%。2018 年产量达 65 万吨，同 比增长 10.2%，其中完全生物降解塑料产量约 9.5 万吨，破坏性生物降解塑料产量约 55.5 万吨。

鉴于成本较高的原因，生物降解塑料在国内推广难度较大，我国生物降解塑料市场一直 处于供过于求的状态，大部分生产企业依托出口维持运营。尽管如此，2012-2018 年我国生 物降解塑料的需求量从 22 万吨增长至 45 万吨，年均复合增长 12.7%，依旧处于快速增长。 未来随着国内对于环保重视程度提高、相关法律法规出台颁布，生物降解塑料的发展前景值 得期待。

为进一步规范可降解塑料制品市场，近年来我国不断出台政策对包括生物降解塑料在内 的可降解产品进一步规范，一方面严厉打击不法商犯，另一方面加强对生产可降解塑料制品 企业的政策支持和财税支持。2004 年，全国人大通过了《可再生能源法（草案）》和《固体 废物污染环境防治法（修订）》，鼓励再生生物质能的利用和降解塑料推广应用，2008 年颁 发的"限塑"阶段，但鼓励有条件的地区探索"禁塑"，自 2014 年来，吉林省、河南南乐县、海 南省先后出台"禁塑令"，禁止生产、销售、使用不可降解的一次性制品。

3.3 生物降解塑料下游运用广泛，未来替代潜力巨大

3.3.1 包装行业替代潜力巨大

塑料包装材料除要求能满足市场对包装质量和数量等日益提高的要求外，其发展必须以 节省资源，用后易回收利用，易被环境降解为技术开发的出发点。目前全球已经有很多发达 国家制定了绿色包装的立法措施，这势必将促进生物降解塑料的使用。

我国是塑料包装生产大国，市场规模超过 2000 亿元，塑料包装在包装产业总产值中的 比例已超过 40%，塑料编织袋、复合软包装、塑料薄膜的年产量均列世界第一位。受益于购 物网络化的普及，2006-2018 年中国的快递业务量从 10 亿件增长至 500 亿件。根据国家邮 政局报告显示，2018 年全国快递业共消耗快递运单 507.1 亿件、编织袋约为 53 亿条、塑料 袋约为 245 亿个、封套 57 亿个、包装箱约为 143 亿个、胶带约为 430 亿米。按每个塑料编 织袋 100g、每个包装塑料袋 10g 测算，每年产生塑料垃圾约 80 万吨。国家和企业出台了一 系列的电子商务绿色包装相关办法，新《快递封装用品》标准中明确指出倡导使用生物降解 材料。

除我国政府和相关省市出台支持生物降解塑料的发展法律法规，一些企业内部也出台了 支持发展生物降解塑料的发展措施。2016 年 6 月，菜鸟网络宣布：联合 32 家中国及全球合 作伙伴启动菜鸟绿色联盟绿动计划。承诺到 2020 年替换 50%的包装材料，填充物为 100% 可降解绿色包材；通过使用新能源车辆、可回收材料，重复使用包装。建立包材回收体系等 举措。争取达到行业总体碳排放减少 362 万吨。2017 年 6 月，京东携手九大品牌商共同清 流计划。预计 2020 年，京东将减少供应链中一次性包装纸盒使用量 100 亿个；从品牌商到 供货商，实现 80%的商品包装耗材的可回收，单位商品包装重量减轻 25%；在用户端，50% 以上的塑料包装将使用可降解材料、100%物流包装使用可再生或可回收材料、100%物流包 装印刷采用环保印刷工艺。

3.3.2 受外卖行业迅速发展影响，一次性餐具使用量增速明显

我国外卖订单量近两年呈现井喷式增长，2018 年我国互联网餐饮外卖市场订单量达到 109.6 亿单，同比增长 96.8%。与此同时也带来了一次性餐具使用量的急速增加。一份外卖 的塑料包装材料包括塑料袋、塑料碗、塑料汤勺和塑料汤杯，目前基本都使用聚苯乙烯、聚 丙烯、聚氯乙烯等石油基高分子塑料。根据我们测算，单个塑料碗和塑料饭盒的重量基本在 40g-60g，环保组织“自然大学”调研发现，每份外卖平均消耗 3.27 个餐盒，大约产生 160g 塑料，按照 2018 年 110 亿外卖订单量计算，共消耗一次性餐具塑料约 176 万吨，考虑到外 卖订单数量的强劲增长，未来外卖产生的一次性塑料餐具数量将十分巨大。

随着一次性餐盒使用量的迅速上升，这一问题受到了人们越来越多的关注，2017 年 6 月，美团外卖、中国烹饪协会、中华环境保护基金会曾与多家餐饮外卖品牌共同发起《绿色 外卖行业公约（绿色十条）》，其中就有“推动使用绿色餐具”的相关内容。2017 年 10 月， 国家食品药品监督管理总局发布《网络餐饮服务食品安全监督管理办法》中也特别提到，鼓 励网络餐饮服务第三方平台提供者提供可降解的食品容器、餐具和包装材料。上述新办法自 2018 年 1 月 1 日起施行。目前生物降解材料成本较高，需要有政策和企业推动，外卖行业 类似快递行业，属于寡头竞争行业，有望充分利用政策和平台的优势对商家进行生物降解塑 料的推广。

3.3.3 传统 PE 农膜污染严重，农用薄膜行业替代空间广阔

地膜是农业生产的重要物质资料之一，地膜覆盖可以显著提高土壤温度、防止土壤水分 蒸发、提高肥效、保持土壤疏松、防治杂草、提高冠层下的光照均匀程度等，有效改善农作 物生长发育的“小气候”，使光、热、水和养分资源得到充分利用，促进种子萌发和作物生 长，其覆盖作物种类从经济作物至棉花、玉米、小麦等大田作物。目前我国适宜地膜覆盖的 耕地面积在 9 亿亩以上，地膜覆盖面积只有 3 亿亩，按每亩地地膜使用量 5 公斤估算，目前 地膜需求量在 150 万吨以上，若适宜耕地地膜全覆盖则对应年需求 450 万吨以上。传统农 用塑料地膜材料主要以聚乙烯（PE）薄膜为主，但 PE 膜在自然环境条件下难以降解，加之 缺乏有效的治理措施，废旧地膜在农田土壤中逐年增多，污染持续加剧。主要危害表现在残 膜阻碍土壤水分的渗透，降低土壤通透性；残膜与根系直接接触，阻碍根系伸展，影响作物 生长，引起作物减产。

生物降解地膜主要优点是地膜失去增温保墒等作用后，在微生物堆肥作用下经过不超过 180 天即可分解为 H20 和 CO2 等物质，从而可以防止残膜对农田土壤的污染。新疆是我国 最适宜使用农膜的省份。2014 年，金发科技与新疆生产建设兵团签订推广完全生物降解塑 料地膜的 3 年协议，新疆生产建设兵团的 14 万亩农田使用完全生物降解地膜。新疆维吾尔 自治区在 2016 年 5 月 1 日起实施《新疆维吾尔自治区农田地膜管理条例》，对农用地膜的厚 度等参数以及残膜治理都进行了严格的规定。

2015 年以来，农业部启动了“全国生物降解地膜评价试验”专项，在全国 13 个省区市 的 30 多个试验点，进行了 8 种农作物的生物降解地膜评价试验。3 年的试验结果显示，我 国生物降解材料和生物降解地膜研发都取得了很大进展，已从过去的跟跑世界先进水平进入 到与之并行的阶段。尤其是 PBAT 由于具有更优异的热稳定性、力学强度和成膜性，是传统 PE 地膜潜在的替代者，具有极大的应用前景和市场，有望为彻底解决农田地膜残留污染问 题提供一个新的突破口。

4 关注标的：金发科技（600143.SH）

公司是亚太最大的改性塑料生产企业，全球化工新材料龙头企业。目前，公司是全球化 工新材料行业产品种类最为齐全的企业之一，同时是亚太地区规模最大、产品种类最为齐全 的改性塑料生产企业。在完全生物降解塑料、特种工程塑料和碳纤维及复合材料板块，公司 产品技术及产品质量已达到国际先进水平。具备改性塑料产能 185 万吨/年、完全生物降解 塑料产能 4.1 万吨/年、特种工程塑料产能 2 万吨/年、碳纤维及复合材料产能 1.5 万吨/年。

公司完全生物降解塑料销量大增，未来市场空间仍然有望增长。2019 年上半年，公司 完全生物降解材料销量 2.1 万吨，同比增长 64.6%，接近去年全年销量。2019 年以来，全 球完全生物降解塑料市场继续迅猛增长。东南亚、南美、大洋洲等地均已开始规模使用完全 生物降解塑料替换聚乙烯袋。中国对外来塑料垃圾的限制禁令，对全球各地转换使用完全生 物降解袋也有明显的促进作用。

（报告来源：西南证券）

登陆未来智库www.vzkoo.com获取本报告及更多卓越报告。

（本文仅供参考，不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息，请参阅报告原文。）