1、生物降解地膜行業概況
塑料作為現代工業最重要的基礎材料之一，為推動人類社會進步和人民生活水平提高奠定了堅實的物質基礎，對人類的生產和生活產生了重大的影響。塑料以其獨特的優點成為信息、能源、工業、農業、交通運輸乃至航空航天和海洋開發等國民經濟各重要領域不可或缺的材料，滲透到人類衣食住行的方方面面。然而傳統的石油基不可降解塑料在促進人類社會進步的同時，亦對生態環境造成了巨大的破壞。由不可降解塑料導致的“白色汙染”、水汙染、大氣汙染等已經成為全球範圍內迫切需要解決的難題。因此，可降解塑料勢必成為塑料行業發展的潮流和主要方向。目前可降解塑料主要包括生物降解塑料、光降解塑料、光和生物降解塑料、水降解塑料四大類，其中以生物降解塑料的研究最為深入，應用最為廣泛。
生物降解塑料是一類由自然界存在的微生物如細菌、黴菌（真菌）和藻類的作用而引起降解的塑料。理想的生物降解塑料是一種具有優良的使用性能、廢棄後可被環境中的微生物完全分解、最終被無機化成為自然界中碳素循環的一個組成部分的高分子材料。除可自然降解外，生物降解塑料還具有原料可再生、對肌體適應性強等優點，使其可以廣泛應用於包括環保、食品容器和包裝、農林業、醫學、紡織、電子、汽車等領域。因此，生物降解塑料有著巨大的市場需求和廣闊的市場前景。
（1）生物降解塑料行業發展狀況
從原料來源的角度，目前主流的生物降解塑料分為天然基可生物降解塑料，石油基可生物降解塑料和生物基可生物降解塑料等三類。
①天然基可生物降解塑料
天然基可生物降解塑料以澱粉基降解塑料為主，目前國內大多數降解塑料的生產企業都生產這類降解塑料。這類降解塑料通過聚烯烴和澱粉進行聚合，能夠節約部分化石資源，也能夠減少 20%-40%的二氧化碳排放。在降解性能方面，澱粉能夠被降解，但聚烯烴卻不能被降解。聚烯烴將以微小的顆粒繼續留存在自然界中，繼續對生態環境造成危害，所以國際降解塑料的領先企業已經逐漸放棄
②生物基可生物降解塑料
生物基可生物降解塑料是指以天然高聚物或天然單體合成的高聚物為基所製造的可生物降解塑料。這類塑料目前主要包括聚乳酸（PLA）和聚羥基烷酸酯
（PHA）兩大類。
聚乳酸（PLA）是一種新型的生物降解材料，使用可再生的植物資源（如玉米）所提出的澱粉原料製成。澱粉原料經由發酵過程製成乳酸，再通過化學合成轉換成聚乳酸。其具有良好的生物可降解性，使用後能被自然界中微生物完全降解，最終生成二氧化碳和水，不汙染環境，這對保護環境非常有利，是公認的環境友好型材料。
然而，工業中實際生產聚乳酸的工藝流程卻比化學反應複雜的多，如何增加聚乳酸的分子量，以獲得更優異的物理性能是聚乳酸塑料生產商共同面對的問題。其中，擁有世界最大聚乳酸產能的 NatureWorks 公司採用兩步法制備聚乳酸，這一方法的核心是使乳酸生成環狀二聚體丙交酯，再開環縮聚成聚乳酸。我國海正集團與中科院共同研製的聚乳酸生產技術也與此相似，主要過程是原料經微生物發酵製得乳酸後，再經過精製、脫水低聚、高溫裂解，最後聚合成聚乳酸。日本在真空下使用溶劑使聚乳酸直接脫水縮聚方面進行了大量的研究，但目前尚沒有產業化。
聚烴基脂肪酸脂（PHA）是由很多細菌合成的一種細胞內聚酯，具有生物可降解性、生物相容性等許多優良性能，在生物醫學材料、組織工程材料、緩釋材料、電學材料以及包裝材料等方面將發揮其重要的作用。其中最常見的有聚 3-羥基丁酸酯（PHB）、聚羥基戊酸酯（PHV）、聚 3-羥基丁酸酯（PHB）和聚羥基戊酸酯（PHV）的共聚物（PHBV）。通過共聚物（PHBV）可以改善聚 3-羥基丁酸酯（PHB），因其結晶度高、較脆的弱點，提高了其機械性能，另外耐熱性、耐水性也好。由於價格高目前主要還是應用在醫學和其他要求高的領域。
根據北京普華有策信息諮詢有限公司發佈的《2017-2024年中國生物降解地膜行業市場前景預測研究報告》顯示
③化石基生物降解塑料
石油基生物降解塑料是指以石化產業鏈中所生產的單體通過聚合所製造的可生物降解塑料。這類塑料目前主要包括聚丁二酸丁二醇酯(PBS)、聚丁二酸-己二酸丁二醇酯（PBSA），聚已內酯（PCL）和聚丁二醇丁二酸-對苯二酸鹽（PBAT）等。
A、聚丁二酸丁二醇酯（PBS）
聚丁二酸丁二醇酯（PBS）是由丁二酸和丁二醇經縮合聚合合成而得，密度1.26g/cm，熔點 114℃，根據分子量的高低和分子量分佈的不同，結晶度在30%-45%之間。樹脂呈乳白色，無嗅無味，易被自然界的多種微生物或動植物體內的酶分解、代謝，最終分解為二氧化碳和水，是典型的可完全生物降解聚合物材料。
聚丁二酸丁二醇酯（PBS）的生產成本和物理性能受其製造工藝的影響非常大。目前主要有兩種方法進行聚丁二酸丁二醇酯（PBS）的生產：其一為擴鏈法，主要分酯化，縮聚和擴鏈三個步驟，使用這種方法生產 PBS 在擴鏈的過程中，需要與擴鏈劑（如二異氰酸酯）反應，這類擴鏈劑多數是對人體有害的，所以以擴鏈法生產的聚丁二酸丁二醇酯（PBS）不適用於需要符合衛生要求的用途。其二為一步法，在高效聚合作用催化劑的作用下，將丁二醇（BDO）與丁二酸縮聚，直接生產高分子量的聚丁二酸丁二醇酯（PBS）。這種方法對工藝控制的要求較高。聚丁二酸丁二醇酯（PBS）的性能指標介於聚乙烯和聚丙烯之間，產品的主要技術指標以億帆鑫富藥業股份有限公司的聚丁二酸丁二醇酯（PBS）為例，檢測標準採用國標 GB/T1040-92。
在生物降解性方面，根據 ISO14855 國際標準檢測金髮科技的降解塑料產品，在可控堆肥條件下，6 周後塑料需氧生物降解性測定的降解率>60%，8 周基本可以完全降解。而在常規室溫儲存條件下（23℃，50%相對溼度），在 15 個月內，拉伸性能保持在 95%左右（縱橫向差異不大），2 年後性能衰減為初始的 85%。
B、聚己內酯（PCL）
聚己內酯（PCL）是在催化劑作用下，對己內酯進行正、負離子及絡合型開環聚合而得到的高分子聚合物，其均聚物具有良好的降解性。其結晶度約為 45％左右，外觀特徵很像中密度聚乙烯，乳白色具有蠟質感，它的玻璃化溫度約為零下 60℃，熔點約為 60℃，粘度很低，具有很好的熱塑性和加工性，可以擠出、注塑、拉絲吹膜等成型加工；其斷裂伸長率和彈性模量介於低密度聚乙烯（LDPE）與高密度聚乙烯（HDPE）之間。
（2）可降解地膜行業發展狀況
隨著塑料工業的發展，農用塑料地膜在 20 世紀中葉開始應用。1955 年日本首先應用於草莓生產，並進行推廣。20 世紀 60 年代初，法國、意大利、美國等國家開始在蔬菜、草莓、咖啡、菸草、瓜類、棉花等作物生產上應用，均獲得良好效果。
我國自 1978 年從日本引進塑料農用地膜覆蓋技術以來，地膜覆蓋技術在國內農業生產中得到了迅速推廣，極大地提高了我國農作物產量，應用領域從最初的棉花、蔬菜，發展到花生、瓜果、甜菜、水稻、旱稻、小麥、玉米等農作物。近三十年來，我國地膜覆蓋面積和使用量一直位居世界第一，全國農用地膜覆蓋面積 3 億畝；新疆地膜覆蓋面積 4,700 萬畝並且呈逐年上升趨勢。傳統地膜多為 PE（聚乙烯）製成，自然條件下很難降解，在土壤中可以殘存長達 100-200 年。傳統地膜使用後，總有 20％左右的殘膜無法回收，日積月累，使土壤環境惡化，土壤含水量下降，削弱抗旱能力，引起次生鹽漬化，板結且肥力下降，影響作物生長髮育，導致減產；同時對環境也造成了極大的危害。而且廢膜的回收，費時廢工，在勞動力成本持續上升的情況下，對使用地膜的農戶效益造成不利的影響。
據農業部調查，目前中國地膜殘留量一般在 60-90kg/hm 2 ，最高達 165kg/hm 2 。研究表明，土壤中殘膜含量 58.5kg/hm 2 時，使玉米減產 11％~23％，小麥減產9％～16％，大豆減產 5.5％～9％，蔬菜減產 14.6％~59.2％。
目前解決殘膜汙染的方法主要依靠人工撿膜。以新疆為例，每年 11 月中旬棉田截杆後人工撿膜；11 月下旬進行冬翻，部分殘膜進入土壤；3 月下旬播種前機器摟膜；4 月上旬由於機器摟膜不能摟淨小片殘膜，播種前要人工撿膜，總計人工撿膜費用約 70-100 元/畝。由於新疆地廣人稀，農業機械化程度高，勞動力短缺，依靠這種人工回收地膜的傳統做法，投入巨大且不能從根本上解決白色汙染問題。
此外，石油能源緊缺引起地膜生產原料丙烯酸等上漲，使得地膜價格和可持續發展問題日益突出。以上諸多原因，可生物降解地膜的研究和推廣在國內外引起了極大的關注。
在可降解塑料材料開發基礎上，為充分利用地膜的保溼、增溫、除草、機械化作業和增產作用，並消除塑料地膜帶來的農田地力下降、農作物產量逐年下降和環境汙染等不良影響，日本、美國、意大利、法國和德國、加拿大等發達國家於上個世紀末相繼著手研究可降解地膜。按照降級機理和破壞形式可分為添加型生物降解地膜和完全生物降解地膜。
①添加型生物降解地膜，是指在不具有生物降解特性的通用塑料基礎上，添加具有生物降解特性的生物降解促進劑、加工助劑等。其機理是，在傳統地膜的基礎上，添加光敏劑、澱粉等成分，以促進地膜降解，包括：市面上常見的光降解地膜、光/生物降解地膜等。這些地膜中由於基地膜中含有大量的塑料成分，使用後，能把地膜降解成小碎片和小顆粒，但更小的塑料碎片和顆粒不能降解。短期內對作物生長不會有太明顯的負面影響，但隨著使用時間的延長，土壤中塑料碎片和顆粒逐漸增加，難以清除，可能帶來比使用塑料地膜更嚴重的汙染，不利於農業的可持續發展。
②完全生物降解地膜是由能被微生物完全分解的物質組成的薄膜，包括：全植物降解地膜、微生物合成型生物降解地膜和化學合成型生物降解地膜。
A、全植物降解地膜原理是：地膜使用材料全部由植物中提取。如：日本研究開發的紙地膜、麻地膜。紙地膜可被土壤微生物完全降解，沒有汙染，但易破損，不易機械化鋪膜，同時價格較貴是傳統地膜 4 倍以上，目前在生產上使用量較少。20 世紀末，日本研製出農用麻地膜，主要以紙漿和麻纖維為原料，韌性大大增強，提高了機械化鋪設的效率。但日本麻纖維缺乏，價格較高，難以大量推廣應用。美國和意大利等公司宣稱研製成功澱粉質量分數在 90-100%的全澱粉塑料，產品能 1 年內完全生物降解而無汙染。國內高校也見有用澱粉或其他一些天然高分子物質如纖維素、果膠、蛋白質、海藻酸鈉等製成的複合完全生物降解塑料材料，但這些均未有進一步應用推廣。
B、微生物合成型降解地膜
微生物合成型完全降解地膜是指以有機物為碳源，通過發酵得到生物降解塑料原料而生產的地膜。國內外都有相關研究的報導中，聚烴基烷酸脂及其共聚物的相關材料是研究的熱點。由於通過微生物發酵法合成的聚酯生物降解材料因製備條件苛刻、工藝複雜，導致價格太高，限制了作為地膜的使用。
聚乳酸（PLA）地膜是一種新型的生物降解材料地膜，它使用可再生的植物資源（如玉米）所提出的澱粉原料製成。澱粉原料經由發酵過程製成乳酸，再通過化學合成轉換成聚乳酸。其具有良好的生物可降解性，使用後能被自然界中微生物完全降解，最終生成二氧化碳和水，不汙染環境，這對保護環境非常有利。但是，工業實際生產聚乳酸的工藝流程卻比化學反應式複雜的多：如何增加聚乳酸的分子量，以獲得更優異的物理性能是聚乳酸塑料生產商共同面對的問題。因此，目前尚沒有產業化。
C、化學合成型生物降解地膜
隨著可降解塑料材料的發展，聚丁二酸丁二醇酯(PBS)、聚丁二酸-己二酸丁二醇酯(PBSA)，聚已內酯(PCL)和聚丁二醇丁二酸-對苯二酸鹽(PBAT)等產品良好的降解性，為可降解地膜的提供了更廣的選擇。
2、生物降解地膜行業季節性、週期性特點
（1）行業季節性
生物降解地膜行業具有明顯的季節性，這主要是由各類農產品生產的週期所決定的。一般在每年 10 月至 12 月是生物降解地膜生產的前期準備階段，在次年的 1 月至 3 月份進入生產旺季，3 月至 4 月底進入出貨期。5 月份以後，農作物的播種已經結束，進入了生產淡季，開始對部分機器進行改造檢修。
（2）行業週期性
行業週期性方面，傳統聚乙烯地膜行業是自 80 年代初引入中國，已有近 30年，但是由於傳統聚乙烯地膜在土壤中 200 年無法降解，給土壤、環境帶來了極大的危害，“白色汙染”已嚴重威脅到我國的農業可持續發展。生物降解農用地膜是解決“白色汙染”的唯一有效途徑。對於生物降解材料的需求十分緊迫。生物降解農用地膜行業是發展歷史較短的行業，目前大多企業處於試驗階段，未真正解決控制降解速率這一技術瓶頸，目前國內部分企業已可科學的做到產品“一區一配方，降解速率可控”的效果。日益增加的消費者壓力和日趨嚴格的法規，將刺激北美、歐洲和亞洲市場對生物降解型塑料的需求，近年來，全球對非降解塑料袋頻亮紅燈，各國開始實施強有力的措施，特別是歐洲和美國。這兩個地區既是全球最重要的塑料袋消費國，也是世界塑料袋進口大國。他們通過立法限制使用非降解塑料，這勢必會給生物降解塑料行業帶來巨大的發展機遇和廣闊市場。
3、生物降解地膜行業上下游
生物降解地膜是橡膠和塑料製品業的一個重要分類，其上游行業主要是生產二元酸、二元醇等原料的製造企業。下游行業主要是全國各地使用生物降解地膜的農業生產者，產品廣泛應用於棉花、玉米、番茄等作物。中國是全球塑料製品生產和消費大國，生物降解塑料的研發、生產與應用對塑料產業的可持續發展具有重要意義。
4、生物降解地膜行業壁壘較高
（1）技術壁壘
可降解農用地膜生產技術涉及多學科交叉運用。國內專業從事可降解農用地膜研究、教學的院校較少。同時，由於可降解農用地膜的生產工藝要求苛刻，客戶對產品的個性化需求顯著。通過理論研究與長期生產實踐相結合，才形成了公司系統的可降解農用地膜的研發與生產體系，並取得了一系列國家專利成果。 行業的新進入者很難在短時間內形成可降解農用地膜技術體系。
原料的配方、品種與質量，加工設備的自動化程度和模具的控制精度，以及檢測設備和手段的先進性，檢測標準和技術規範的科學性直接影響塑料薄膜的性能和質量。塑料薄膜加工生產組織複雜，要求較高的工藝條件，對生產過程中原料的加工溫度等工藝操作要求極為嚴格，需要經過相當長時間的實踐和經驗積累才能保持較高的產品合格率和成品率。
（2）品牌與渠道壁壘
可降解農用地膜的品牌是影響客戶選購的重要因素。品牌廠家代表著能為客戶提供質量優異的產品和完善的售後服務。行業內企業，歷經多年的研發與生產，具有一定的知名度，樹立起了品牌形象，已積累了一批忠實的客戶。形成了穩定的營銷渠道，並具有一定的規模優勢。這些優勢又進一步加快了公司在技術創新、渠道拓展等方面的步伐。相比較而言，行業的潛在進入者、新進入者，不可能在短時間內建立起品牌優勢，加上生產規模較小，技術研發力較弱。隨著市場競爭的加劇，市場資源將進一步向公司集中，公司的品牌優勢、渠道優勢將更加顯著。
品牌價值是一個企業核心價值的體現，品牌綜合體現了企業產品質量、研發水平、營銷網絡及銷售服務、管理等因素，知名品牌的創立和形成需要經過企業長期的投入和積累。由於塑料管道廣泛應用於棉花、玉米、番茄等作物，與國家生產、社會運行和人們的生活息息相關，越來越多的消費者更關注塑料薄膜產品的品牌和質量。新進入者需要更大投入才能創立新品牌和突破市場已有品牌形成的壁壘。
（3）人才壁壘
由於本行業的交叉學科屬性，本行業的技術人員也需要交叉的專業學習和實踐經驗的積累。從事可降解農用地膜行業研發與生產需同時掌握多方面的專業知識，需具備極強的動手操作能力，專業技術分工合理的研發團隊對生產商十分重要。目前，從事可降解農用地膜行業的管理人才、技術人才、銷售人才缺乏，高端人才奇缺，大部分該類人才靠企業在經營實踐中培養，培養時間較長。新進入者難以在短期內組建精通可降解農用地膜的整個人才團隊。
5、生物降解地膜行業發展趨勢
塑料產品的應用遍及農業、工業和服務業三大產業的方方面面，從農田地膜到購物袋，從工業包裝膜到一次性餐具和衛生用品，中國已取代美國成為全球最大的塑料製品生產國和消費國。從農業方面來講，目前新疆耕地面積約 4700 萬畝，是我國地膜覆蓋面積最大的省區，地膜年使用量約 42 萬噸,市場值約 70 億元。從快消品行業來看，新疆每天對塑料袋的使用量超過 6000 萬隻，每年約 3 萬噸，市場替代價值約為 8 億元。加上工業包裝膜、醫療用品、一次性衛生用品等塑料產品，預計可替代市場超過 220億元。未來，可降解高分子產品向 3D 打印、仿生器官、汽車、航天等領域擴展，市場前景非常廣闊。但是農田殘膜和生活垃圾帶來的塑料汙染正侵蝕著人類的生存環境和生命健康，“垃圾圍城”日趨嚴重，遏制“白色汙染”刻不容緩。
2008 年，國務院下發《關於限制生產銷售使用塑料購物袋的通知》，在全國範圍內禁止生產銷售使用超薄塑料袋，並實行塑料袋有償使用制度。2015 年，吉林省正式實施“禁塑令”，規定全省範圍內禁止生產、銷售不可降解塑料購物袋、塑料餐具，成為全國第一個全面禁塑地區。在政策的驅動下，我國生物可降解塑料迎來高速發展時期，多條生物降解塑料新建生產線建設和投產。
截止 2017 年，我國生物可降解塑料產能在 5 萬噸左右，主要的生物降解塑料生產企業有金髮科技股份有限公司、安慶和興化工有限責任公司、浙江杭州鑫富藥業有限公司等。
生物降解塑料主要應用於包裝、纖維、農業、醫療等領域，其中在包裝行業的應用最為廣泛。2016年中國生物降解塑料在包裝領域的應用約佔市場總量的 77.3%，而其中食品包裝需求又佔生物降解塑料包裝市場的 75%以上的份額，尤其是近幾年隨著網絡外賣行業的迅速擴張，食品包裝行業對生物可降解塑料的需求量進一步擴大。
從全球範圍內來看，生物降解塑料最主要的需求來自歐洲，主要原因是歐洲國家對完全生物降解塑料的使用具備最強大的政策支持。歐盟有機垃圾填埋指令要求成員國在 2016 年減少有機垃圾填埋量到1995 年的 35%；意大利從 2011 年 1 月 1 日起超市全面禁售 PE 購物袋；法國、西班牙，於 2013 年 1 月1 日全面禁售 PE 購物袋；德國，生產與銷售生物降解塑料者能豁免回收義務及稅收；2011 年 5 月 24 日，歐盟籌劃對全歐洲實施禁塑令，在 2012 年起禁用非生物降解塑料袋等等。近年以來歐洲各大超市對於完全生物降解塑料購物的採購激增，導致嚴重的供應不足。
目前，我國是全球唯一可以生產所有生物可降解塑料產品種類的國家，各個品種的產品研究也處於世界前列，而且近年來產能擴張迅速。
未來，隨著生物降解塑料技術的不斷提升，政府不斷加大在治理“白色汙染”等環境保護問題上的政策支持和宣傳力度，以及全社會對生物降解塑料產品的逐漸認可，行業發展將會步入快速發展通道。
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