1、生物降解地膜行业概况
塑料作为现代工业最重要的基础材料之一，为推动人类社会进步和人民生活水平提高奠定了坚实的物质基础，对人类的生产和生活产生了重大的影响。塑料以其独特的优点成为信息、能源、工业、农业、交通运输乃至航空航天和海洋开发等国民经济各重要领域不可或缺的材料，渗透到人类衣食住行的方方面面。然而传统的石油基不可降解塑料在促进人类社会进步的同时，亦对生态环境造成了巨大的破坏。由不可降解塑料导致的“白色污染”、水污染、大气污染等已经成为全球范围内迫切需要解决的难题。因此，可降解塑料势必成为塑料行业发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、水降解塑料四大类，其中以生物降解塑料的研究最为深入，应用最为广泛。
生物降解塑料是一类由自然界存在的微生物如细菌、霉菌（真菌）和藻类的作用而引起降解的塑料。理想的生物降解塑料是一种具有优良的使用性能、废弃后可被环境中的微生物完全分解、最终被无机化成为自然界中碳素循环的一个组成部分的高分子材料。除可自然降解外，生物降解塑料还具有原料可再生、对肌体适应性强等优点，使其可以广泛应用于包括环保、食品容器和包装、农林业、医学、纺织、电子、汽车等领域。因此，生物降解塑料有着巨大的市场需求和广阔的市场前景。
（1）生物降解塑料行业发展状况
从原料来源的角度，目前主流的生物降解塑料分为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类。
①天然基可生物降解塑料
天然基可生物降解塑料以淀粉基降解塑料为主，目前国内大多数降解塑料的生产企业都生产这类降解塑料。这类降解塑料通过聚烯烃和淀粉进行聚合，能够节约部分化石资源，也能够减少 20%-40%的二氧化碳排放。在降解性能方面，淀粉能够被降解，但聚烯烃却不能被降解。聚烯烃将以微小的颗粒继续留存在自然界中，继续对生态环境造成危害，所以国际降解塑料的领先企业已经逐渐放弃
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单体合成的高聚物为基所制造的可生物降解塑料。这类塑料目前主要包括聚乳酸（PLA）和聚羟基烷酸酯
（PHA）两大类。
聚乳酸（PLA）是一种新型的生物降解材料，使用可再生的植物资源（如玉米）所提出的淀粉原料制成。淀粉原料经由发酵过程制成乳酸，再通过化学合成转换成聚乳酸。其具有良好的生物可降解性，使用后能被自然界中微生物完全降解，最终生成二氧化碳和水，不污染环境，这对保护环境非常有利，是公认的环境友好型材料。
然而，工业中实际生产聚乳酸的工艺流程却比化学反应复杂的多，如何增加聚乳酸的分子量，以获得更优异的物理性能是聚乳酸塑料生产商共同面对的问题。其中，拥有世界最大聚乳酸产能的 NatureWorks 公司采用两步法制备聚乳酸，这一方法的核心是使乳酸生成环状二聚体丙交酯，再开环缩聚成聚乳酸。我国海正集团与中科院共同研制的聚乳酸生产技术也与此相似，主要过程是原料经微生物发酵制得乳酸后，再经过精制、脱水低聚、高温裂解，最后聚合成聚乳酸。日本在真空下使用溶剂使聚乳酸直接脱水缩聚方面进行了大量的研究，但目前尚没有产业化。
聚烃基脂肪酸脂（PHA）是由很多细菌合成的一种细胞内聚酯，具有生物可降解性、生物相容性等许多优良性能，在生物医学材料、组织工程材料、缓释材料、电学材料以及包装材料等方面将发挥其重要的作用。其中最常见的有聚 3-羟基丁酸酯（PHB）、聚羟基戊酸酯（PHV）、聚 3-羟基丁酸酯（PHB）和聚羟基戊酸酯（PHV）的共聚物（PHBV）。通过共聚物（PHBV）可以改善聚 3-羟基丁酸酯（PHB），因其结晶度高、较脆的弱点，提高了其机械性能，另外耐热性、耐水性也好。由于价格高目前主要还是应用在医学和其他要求高的领域。
根据北京普华有策信息咨询有限公司发布的《2017-2024年中国生物降解地膜行业市场前景预测研究报告》显示
③化石基生物降解塑料
石油基生物降解塑料是指以石化产业链中所生产的单体通过聚合所制造的可生物降解塑料。这类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），聚已内酯（PCL）和聚丁二醇丁二酸-对苯二酸盐（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经缩合聚合合成而得，密度1.26g/cm，熔点 114℃，根据分子量的高低和分子量分布的不同，结晶度在30%-45%之间。树脂呈乳白色，无嗅无味，易被自然界的多种微生物或动植物体内的酶分解、代谢，最终分解为二氧化碳和水，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）的生产成本和物理性能受其制造工艺的影响非常大。目前主要有两种方法进行聚丁二酸丁二醇酯（PBS）的生产：其一为扩链法，主要分酯化，缩聚和扩链三个步骤，使用这种方法生产 PBS 在扩链的过程中，需要与扩链剂（如二异氰酸酯）反应，这类扩链剂多数是对人体有害的，所以以扩链法生产的聚丁二酸丁二醇酯（PBS）不适用于需要符合卫生要求的用途。其二为一步法，在高效聚合作用催化剂的作用下，将丁二醇（BDO）与丁二酸缩聚，直接生产高分子量的聚丁二酸丁二醇酯（PBS）。这种方法对工艺控制的要求较高。聚丁二酸丁二醇酯（PBS）的性能指标介于聚乙烯和聚丙烯之间，产品的主要技术指标以亿帆鑫富药业股份有限公司的聚丁二酸丁二醇酯（PBS）为例，检测标准采用国标 GB/T1040-92。
在生物降解性方面，根据 ISO14855 国际标准检测金发科技的降解塑料产品，在可控堆肥条件下，6 周后塑料需氧生物降解性测定的降解率>60%，8 周基本可以完全降解。而在常规室温储存条件下（23℃，50%相对湿度），在 15 个月内，拉伸性能保持在 95%左右（纵横向差异不大），2 年后性能衰减为初始的 85%。
B、聚己内酯（PCL）
聚己内酯（PCL）是在催化剂作用下，对己内酯进行正、负离子及络合型开环聚合而得到的高分子聚合物，其均聚物具有良好的降解性。其结晶度约为 45％左右，外观特征很像中密度聚乙烯，乳白色具有蜡质感，它的玻璃化温度约为零下 60℃，熔点约为 60℃，粘度很低，具有很好的热塑性和加工性，可以挤出、注塑、拉丝吹膜等成型加工；其断裂伸长率和弹性模量介于低密度聚乙烯（LDPE）与高密度聚乙烯（HDPE）之间。
（2）可降解地膜行业发展状况
随着塑料工业的发展，农用塑料地膜在 20 世纪中叶开始应用。1955 年日本首先应用于草莓生产，并进行推广。20 世纪 60 年代初，法国、意大利、美国等国家开始在蔬菜、草莓、咖啡、烟草、瓜类、棉花等作物生产上应用，均获得良好效果。
我国自 1978 年从日本引进塑料农用地膜覆盖技术以来，地膜覆盖技术在国内农业生产中得到了迅速推广，极大地提高了我国农作物产量，应用领域从最初的棉花、蔬菜，发展到花生、瓜果、甜菜、水稻、旱稻、小麦、玉米等农作物。近三十年来，我国地膜覆盖面积和使用量一直位居世界第一，全国农用地膜覆盖面积 3 亿亩；新疆地膜覆盖面积 4,700 万亩并且呈逐年上升趋势。传统地膜多为 PE（聚乙烯）制成，自然条件下很难降解，在土壤中可以残存长达 100-200 年。传统地膜使用后，总有 20％左右的残膜无法回收，日积月累，使土壤环境恶化，土壤含水量下降，削弱抗旱能力，引起次生盐渍化，板结且肥力下降，影响作物生长发育，导致减产；同时对环境也造成了极大的危害。而且废膜的回收，费时废工，在劳动力成本持续上升的情况下，对使用地膜的农户效益造成不利的影响。
据农业部调查，目前中国地膜残留量一般在 60-90kg/hm 2 ，最高达 165kg/hm 2 。研究表明，土壤中残膜含量 58.5kg/hm 2 时，使玉米减产 11％~23％，小麦减产9％～16％，大豆减产 5.5％～9％，蔬菜减产 14.6％~59.2％。
目前解决残膜污染的方法主要依靠人工捡膜。以新疆为例，每年 11 月中旬棉田截杆后人工捡膜；11 月下旬进行冬翻，部分残膜进入土壤；3 月下旬播种前机器搂膜；4 月上旬由于机器搂膜不能搂净小片残膜，播种前要人工捡膜，总计人工捡膜费用约 70-100 元/亩。由于新疆地广人稀，农业机械化程度高，劳动力短缺，依靠这种人工回收地膜的传统做法，投入巨大且不能从根本上解决白色污染问题。
此外，石油能源紧缺引起地膜生产原料丙烯酸等上涨，使得地膜价格和可持续发展问题日益突出。以上诸多原因，可生物降解地膜的研究和推广在国内外引起了极大的关注。
在可降解塑料材料开发基础上，为充分利用地膜的保湿、增温、除草、机械化作业和增产作用，并消除塑料地膜带来的农田地力下降、农作物产量逐年下降和环境污染等不良影响，日本、美国、意大利、法国和德国、加拿大等发达国家于上个世纪末相继着手研究可降解地膜。按照降级机理和破坏形式可分为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础上，添加具有生物降解特性的生物降解促进剂、加工助剂等。其机理是，在传统地膜的基础上，添加光敏剂、淀粉等成分，以促进地膜降解，包括：市面上常见的光降解地膜、光/生物降解地膜等。这些地膜中由于基地膜中含有大量的塑料成分，使用后，能把地膜降解成小碎片和小颗粒，但更小的塑料碎片和颗粒不能降解。短期内对作物生长不会有太明显的负面影响，但随着使用时间的延长，土壤中塑料碎片和颗粒逐渐增加，难以清除，可能带来比使用塑料地膜更严重的污染，不利于农业的可持续发展。
②完全生物降解地膜是由能被微生物完全分解的物质组成的薄膜，包括：全植物降解地膜、微生物合成型生物降解地膜和化学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：日本研究开发的纸地膜、麻地膜。纸地膜可被土壤微生物完全降解，没有污染，但易破损，不易机械化铺膜，同时价格较贵是传统地膜 4 倍以上，目前在生产上使用量较少。20 世纪末，日本研制出农用麻地膜，主要以纸浆和麻纤维为原料，韧性大大增强，提高了机械化铺设的效率。但日本麻纤维缺乏，价格较高，难以大量推广应用。美国和意大利等公司宣称研制成功淀粉质量分数在 90-100%的全淀粉塑料，产品能 1 年内完全生物降解而无污染。国内高校也见有用淀粉或其他一些天然高分子物质如纤维素、果胶、蛋白质、海藻酸钠等制成的复合完全生物降解塑料材料，但这些均未有进一步应用推广。
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机物为碳源，通过发酵得到生物降解塑料原料而生产的地膜。国内外都有相关研究的报导中，聚烃基烷酸脂及其共聚物的相关材料是研究的热点。由于通过微生物发酵法合成的聚酯生物降解材料因制备条件苛刻、工艺复杂，导致价格太高，限制了作为地膜的使用。
聚乳酸（PLA）地膜是一种新型的生物降解材料地膜，它使用可再生的植物资源（如玉米）所提出的淀粉原料制成。淀粉原料经由发酵过程制成乳酸，再通过化学合成转换成聚乳酸。其具有良好的生物可降解性，使用后能被自然界中微生物完全降解，最终生成二氧化碳和水，不污染环境，这对保护环境非常有利。但是，工业实际生产聚乳酸的工艺流程却比化学反应式复杂的多：如何增加聚乳酸的分子量，以获得更优异的物理性能是聚乳酸塑料生产商共同面对的问题。因此，目前尚没有产业化。
C、化学合成型生物降解地膜
随着可降解塑料材料的发展，聚丁二酸丁二醇酯(PBS)、聚丁二酸-己二酸丁二醇酯(PBSA)，聚已内酯(PCL)和聚丁二醇丁二酸-对苯二酸盐(PBAT)等产品良好的降解性，为可降解地膜的提供了更广的选择。
2、生物降解地膜行业季节性、周期性特点
（1）行业季节性
生物降解地膜行业具有明显的季节性，这主要是由各类农产品生产的周期所决定的。一般在每年 10 月至 12 月是生物降解地膜生产的前期准备阶段，在次年的 1 月至 3 月份进入生产旺季，3 月至 4 月底进入出货期。5 月份以后，农作物的播种已经结束，进入了生产淡季，开始对部分机器进行改造检修。
（2）行业周期性
行业周期性方面，传统聚乙烯地膜行业是自 80 年代初引入中国，已有近 30年，但是由于传统聚乙烯地膜在土壤中 200 年无法降解，给土壤、环境带来了极大的危害，“白色污染”已严重威胁到我国的农业可持续发展。生物降解农用地膜是解决“白色污染”的唯一有效途径。对于生物降解材料的需求十分紧迫。生物降解农用地膜行业是发展历史较短的行业，目前大多企业处于试验阶段，未真正解决控制降解速率这一技术瓶颈，目前国内部分企业已可科学的做到产品“一区一配方，降解速率可控”的效果。日益增加的消费者压力和日趋严格的法规，将刺激北美、欧洲和亚洲市场对生物降解型塑料的需求，近年来，全球对非降解塑料袋频亮红灯，各国开始实施强有力的措施，特别是欧洲和美国。这两个地区既是全球最重要的塑料袋消费国，也是世界塑料袋进口大国。他们通过立法限制使用非降解塑料，这势必会给生物降解塑料行业带来巨大的发展机遇和广阔市场。
3、生物降解地膜行业上下游
生物降解地膜是橡胶和塑料制品业的一个重要分类，其上游行业主要是生产二元酸、二元醇等原料的制造企业。下游行业主要是全国各地使用生物降解地膜的农业生产者，产品广泛应用于棉花、玉米、番茄等作物。中国是全球塑料制品生产和消费大国，生物降解塑料的研发、生产与应用对塑料产业的可持续发展具有重要意义。
4、生物降解地膜行业壁垒较高
（1）技术壁垒
可降解农用地膜生产技术涉及多学科交叉运用。国内专业从事可降解农用地膜研究、教学的院校较少。同时，由于可降解农用地膜的生产工艺要求苛刻，客户对产品的个性化需求显著。通过理论研究与长期生产实践相结合，才形成了公司系统的可降解农用地膜的研发与生产体系，并取得了一系列国家专利成果。 行业的新进入者很难在短时间内形成可降解农用地膜技术体系。
原料的配方、品种与质量，加工设备的自动化程度和模具的控制精度，以及检测设备和手段的先进性，检测标准和技术规范的科学性直接影响塑料薄膜的性能和质量。塑料薄膜加工生产组织复杂，要求较高的工艺条件，对生产过程中原料的加工温度等工艺操作要求极为严格，需要经过相当长时间的实践和经验积累才能保持较高的产品合格率和成品率。
（2）品牌与渠道壁垒
可降解农用地膜的品牌是影响客户选购的重要因素。品牌厂家代表着能为客户提供质量优异的产品和完善的售后服务。行业内企业，历经多年的研发与生产，具有一定的知名度，树立起了品牌形象，已积累了一批忠实的客户。形成了稳定的营销渠道，并具有一定的规模优势。这些优势又进一步加快了公司在技术创新、渠道拓展等方面的步伐。相比较而言，行业的潜在进入者、新进入者，不可能在短时间内建立起品牌优势，加上生产规模较小，技术研发力较弱。随着市场竞争的加剧，市场资源将进一步向公司集中，公司的品牌优势、渠道优势将更加显著。
品牌价值是一个企业核心价值的体现，品牌综合体现了企业产品质量、研发水平、营销网络及销售服务、管理等因素，知名品牌的创立和形成需要经过企业长期的投入和积累。由于塑料管道广泛应用于棉花、玉米、番茄等作物，与国家生产、社会运行和人们的生活息息相关，越来越多的消费者更关注塑料薄膜产品的品牌和质量。新进入者需要更大投入才能创立新品牌和突破市场已有品牌形成的壁垒。
（3）人才壁垒
由于本行业的交叉学科属性，本行业的技术人员也需要交叉的专业学习和实践经验的积累。从事可降解农用地膜行业研发与生产需同时掌握多方面的专业知识，需具备极强的动手操作能力，专业技术分工合理的研发团队对生产商十分重要。目前，从事可降解农用地膜行业的管理人才、技术人才、销售人才缺乏，高端人才奇缺，大部分该类人才靠企业在经营实践中培养，培养时间较长。新进入者难以在短期内组建精通可降解农用地膜的整个人才团队。
5、生物降解地膜行业发展趋势
塑料产品的应用遍及农业、工业和服务业三大产业的方方面面，从农田地膜到购物袋，从工业包装膜到一次性餐具和卫生用品，中国已取代美国成为全球最大的塑料制品生产国和消费国。从农业方面来讲，目前新疆耕地面积约 4700 万亩，是我国地膜覆盖面积最大的省区，地膜年使用量约 42 万吨,市场值约 70 亿元。从快消品行业来看，新疆每天对塑料袋的使用量超过 6000 万只，每年约 3 万吨，市场替代价值约为 8 亿元。加上工业包装膜、医疗用品、一次性卫生用品等塑料产品，预计可替代市场超过 220亿元。未来，可降解高分子产品向 3D 打印、仿生器官、汽车、航天等领域扩展，市场前景非常广阔。但是农田残膜和生活垃圾带来的塑料污染正侵蚀着人类的生存环境和生命健康，“垃圾围城”日趋严重，遏制“白色污染”刻不容缓。
2008 年，国务院下发《关于限制生产销售使用塑料购物袋的通知》，在全国范围内禁止生产销售使用超薄塑料袋，并实行塑料袋有偿使用制度。2015 年，吉林省正式实施“禁塑令”，规定全省范围内禁止生产、销售不可降解塑料购物袋、塑料餐具，成为全国第一个全面禁塑地区。在政策的驱动下，我国生物可降解塑料迎来高速发展时期，多条生物降解塑料新建生产线建设和投产。
截止 2017 年，我国生物可降解塑料产能在 5 万吨左右，主要的生物降解塑料生产企业有金发科技股份有限公司、安庆和兴化工有限责任公司、浙江杭州鑫富药业有限公司等。
生物降解塑料主要应用于包装、纤维、农业、医疗等领域，其中在包装行业的应用最为广泛。2016年中国生物降解塑料在包装领域的应用约占市场总量的 77.3%，而其中食品包装需求又占生物降解塑料包装市场的 75%以上的份额，尤其是近几年随着网络外卖行业的迅速扩张，食品包装行业对生物可降解塑料的需求量进一步扩大。
从全球范围内来看，生物降解塑料最主要的需求来自欧洲，主要原因是欧洲国家对完全生物降解塑料的使用具备最强大的政策支持。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 PE 购物袋；法国、西班牙，于 2013 年 1 月1 日全面禁售 PE 购物袋；德国，生产与销售生物降解塑料者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等等。近年以来欧洲各大超市对于完全生物降解塑料购物的采购激增，导致严重的供应不足。
目前，我国是全球唯一可以生产所有生物可降解塑料产品种类的国家，各个品种的产品研究也处于世界前列，而且近年来产能扩张迅速。
未来，随着生物降解塑料技术的不断提升，政府不断加大在治理“白色污染”等环境保护问题上的政策支持和宣传力度，以及全社会对生物降解塑料产品的逐渐认可，行业发展将会步入快速发展通道。
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