中国塑协专家委员会
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前言
塑料污染是仅次于气候变化的全球第二大环境焦点问题。全球逐步达成“限塑禁塑”共识，通过塑料减量化、循环使用、回收利用、绿色替代等方式，解决塑料污染危机，具体如图1所示。生物可降解塑料作为塑料替代中的一种，可以代替传统塑料制品在一次性、难回收、易泄露场景中应用，有效缓解废弃塑料制品及包装物污染和残留地膜污染等问题，得到全球广泛关注。我国是塑料生产和消费大国。据国家统计局数据显示，2023年国内塑料制品产量超过7 488.5万吨，同比增长3.0%，废塑料产生量6200万吨左右。其中，一次性塑料产品如塑料袋、农膜、饮料瓶，年废弃量超过2000万吨，成为造成塑料污染的主要来源。国家相关部门相继出台《关于进一步加强塑料污染治理的意见》《关于扎实推进塑料污染治理工作的通知》等政策，限制非生物降解一次性塑料制品的使用，在一定程度上推动了可降解塑料的项目投资建设与产品开发应用。
图1 塑料污染治理的主要原则
根据2020年中国轻工业联合会《可降解塑料制品的分类与标识规范指南》（中轻联综合［2020］284号文），可降解塑料通常是指生物可降解塑料（以下统称可降解塑料），即在自然界条件和/或特定条件（如堆肥化、厌氧消化）下，由自然界存在的微生物作用引起降解，并最终完全降解成为二氧化碳和/或甲烷、水、矿化无机盐、生物质的塑料。目前可降解塑料制品在餐具、购物袋、快递包装等领域已实现对传统塑料的部分替代。据统计，2021年我国生物降解塑料制品销售收入占比最高的为一次性购物袋，占比高达71.3%，其次为一次性餐具和快递包装，分别占比21.5%和4.8%。未来随着社会对可降解塑料接受度持续提高，以及其高附加值应用领域的拓展，可降解塑料将渗透到更多的下游领域，包括农膜、医用材料等，助力绿色可持续发展。但目前可降解塑料产业仍面临成本高、加工与制品性能差、检测标准规范缺乏和末端处理设施不完善等问题。开展可降解塑料调研与研究，分析产业与技术瓶颈，提出可降解塑料发展建议，对于践行国家绿色发展战略、支撑石化企业绿色转型升级、推进可降解塑料科学发展具有重要的意义。
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可降解塑料性能及全生命周期分析
可降解塑料根据原料来源不同可分为生物基和化石基两类。生物基可降解塑料主要包括聚乳酸（PLA）、聚羟基脂肪酸酯类聚合物（PHAs）等；化石基可降解塑料包括二元酸二元醇共聚酯系列聚丁二酸丁二醇酯（PBS）、聚己二酸⁃对苯二甲酸丁二醇酯（PBAT），以及二氧化碳共聚物（PPC）、聚己内酯（PCL）、聚乙醇酸（PGA）等。
可降解塑料性能各不相同，应用场景存在差异，但主要是替代传统塑料聚乙烯、聚丙烯等在一次性、难回收、易泄漏的场景中应用。典型的几种可降解塑料PGA、PLA、PBAT和PBS的性能指标如表1所示。PBAT的性能与低密度聚乙烯（PE⁃LD）相似，因此在农用薄膜和包装等通用领域具有广阔的应用前景。PLA和PGA不仅可用于通用领域，还因具有优异的生物相容性可用于高端医用领域。通过改性加工，可进一步拓宽可降解塑料应用场景，在纺织、建筑材料、电子电器材料等也具有一定发展空间，产业链示意图如图2所示。
表1 不同可降解塑料的性能指标
图2 可降解塑料产业链示意图
可降解塑料需满足一定条件才能发生降解，且降解速率会受到氧气、湿度、温度、微生物等环境的影响，其中温度和微生物是最关键因素。降解过程主要分为两个阶段：（a）自然分解的塑料块与微生物分泌的酶结合，将高分子链水解成小分子量化合物。（b）小分子化合物在微生物作用下最终转化成CO2、H2O。按照降解环境不同，可降解塑料可分为可土壤降解塑料、可堆肥降解塑料、海洋环境降解塑料、淡水环境降解塑料等。不同降解环境的具体条件及可降解塑料类型如表2所示。
表2 不同降解环境中的降解条件及塑料类型
由表2可知，大部分可降解塑料在工业堆肥条件下都可降解，全球评价标准和认证体系趋于成熟。通常可堆肥降解塑料需满足：有机物成分（挥发性固体含量）应≥51%；崩解率≥90%；相对生物分解率应≥90%，材料中组分≥1%的有机成分的绝对生物分解率应≥60%；重金属含量、生态毒性满足标准中的具体规定。但在淡水、海水等条件下，PLA、PBAT/PBST基本不降解，大面积使用仍存在垃圾失控问题。PHA、PGA虽然能够在海水中降解，但由于海水情况比较复杂，且目前国内外可海水降解塑料的评价及认证体系尚不健全，即使得到可海水降解塑料产品的认证，仍需评估真实环境下制品的降解行为，因为这对于制品使用后实现预期降解十分重要。
可降解塑料推广的初衷是通过生物处置法处理废弃制品实现零污染。但目前由于国内垃圾分类体系不完善，可降解塑料更多的混入生活垃圾中被焚烧或填埋（占比96.77%），3.10%泄漏在环境中，仅0.01%进入工业堆肥和厌氧发酵，无法发挥其生物降解优势。因此，针对可降解塑料开展全生命周期环境影响研究，能够量化可降解塑料环保优势，更科学的推动可降解塑料产业发展。
根据2022年中国石化和清华大学联合发布《可降解塑料的环境影响评价与政策支撑研究项目报告》数据显示，在生产环节中，能耗方面PBAT>PP≈PE⁃LD>PET>PLA；碳排放方面，PBAT>PET>PE⁃LD≈PLA>PP，其中PBAT碳排放是PP的5倍；综合环境影响方面，PBAT综合环境影响显著高于PP、PE⁃LD，主要因为PBAT生产流程较长，中间产物较多，PLA略优于PP、PE。在末端处理环节，以PLA为例，直接填埋造成的环境影响最大，其次为焚烧处理，工业堆肥与厌氧发酵影响最小。因此可以看出，可降解塑料的环境友好性主要是基于材料的可降解属性，如果选择了不当的末端处理方式，可降解塑料产生的环境影响甚至大于传统塑料。在环境泄露风险最大的地膜领域，研究表明，塑料碎片、添加剂等有可能会对土壤产生一定负面影响，仍需反复进行生态毒理研究才能正确评估代谢物和残留物的环境影响。
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国内外可降解塑料产业及技术现状
当前，发展绿色可循环经济已成全球共识，主要举措包括减少塑料用量尤其是限制一次性塑料制品使用，加强塑料回收促进资源循环利用，发展生物基塑料降低化石资源消耗，支持可降解塑料实现绿色替代等。在使用可降解材料代替传统塑料方面，欧美等国的探索时间较早。美国、意大利、法国等欧美国家于2011年前后就陆续出台了“限塑禁塑”政策，出台时间早，政策力度较强；此外，这些国家逐步完善了堆肥设施等生物降解塑料的配套设施，为生物降解塑料的大规模应用提供了基础建设支持，其中荷兰和德国是在推行堆肥设施方面最为领先的国家，分别有95%和60%的包括厨余垃圾在内的家庭垃圾进入到工业堆肥场处理。
自2021年起，欧盟对于可降解塑料的政策发生转向，5月31日欧盟委员会出台《一次性塑料制品指南》（SUP指南），禁止包括氧化降解塑料、可生物降解塑料和可堆肥塑料在一次性塑料制品中的使用，同时提出在2027年对指令再次进行审查。2022年11月30日，欧盟委员会公布《包装和包装废弃物指令》（PPW指令），要求到2030年，所有包装必须可回收或可重复使用。对生物降解塑料、可堆肥塑料的应用限制在茶叶包、过滤式咖啡包和胶囊、轻质塑料购物袋、水果和蔬菜贴纸这5种产品。2023年11月22日，欧盟议会批准了该指令的修改版报告，坚持减量原则，并设立了减少塑料包装的确切目标：2030年减少10%，2035年减少15%，2040年减少20%。以上两大指令的颁布意味着欧盟将拥抱减塑、循环、回收再利用的理念，这将极大地限制相关生物塑料公司在扩大产能方面的布局。2023年科碧恩原计划在法国Grandpuits的10万吨PLA项目宣布取消。2023年9月4日，联合国公布了《塑料条约零草案》，总体也将以塑料的减量使用、重复使用和回收再生作为主要解决方案。
我国将塑料污染的全链条治理列入经济建设重点行动当中，推动构建循环经济体系，遵循减量化、回收利用、可降解替代并重的发展模式。有别于国外全面禁一次性塑料制品的举措，我国禁塑主要针对不可降解塑的一次性塑料制品，支持可降解塑料在一次性制品领域的替代应用。《污染治理和节能减碳中央预算内投资转向管理办法》中明确提出国家将为生物降解塑料的研发、制造与应用提供经费支持。河南、吉林、海南等地方政府也集中出台了配套政策和实施条例，大力支持可降解塑料的研发、生产和使用，积极推进可降解塑料对传统塑料的替代进程。在政策推动下，国内可降解塑料技术研发、产业化进程加快，产能快速扩张，产业发展呈现过热状态。与此同时，可降解塑料受成本性能限制，部分应用领域推广不力，导致下游需求不及预期，行业发展困境逐步显现。为引导行业健康发展，政策层面细化塑料绿色发展要求，2021年《“十四五”塑料污染治理的行动方案》明确指出，要加强塑料回收，聚焦完善国内可降解塑料标准体系，科学有序推广可降解塑料，加快我国绿色低碳发展进程，从而为可降解塑料产业的迅猛发展降温。
可降解塑料产业的政策导向性特征明显。在我国不断完善的顶层政策架构的指导下，目前正逐步向地方和行业下沉，以增加政策的落地性和可执行性。2023年，快递物流成为重点关注行业。国家连续出台了一系列政策推动快递包装行业的转型。4月，上海和黑龙江邮政管理局率先发布绿色低碳发展实施建议；5月后，内蒙古、广东、重庆也陆续推出相关政策推动快递物流行业的塑料污染治理。预计快递物流将成为2024年可降解塑料需求增长的主要驱动力之一，可降解塑料需求量将保持稳定上升。
欧盟侧重塑料回收的政策倾向也影响了其对于全球可降解塑料产业的增长预期。自2022年起，欧洲生物塑料协会（EUBP）就开始调低全球可降解塑料产能增长预期。根据该机构在2023年发布的报告显示，2022年全球可降解塑料产能为86.4万吨/年，较2022年报告中的预测数据减少了27余万吨/年，较2021年减少近300余万吨/年。预计2027年产能为364.4万吨/年，如图3所示。
图3 2021—2027年全球可降解塑料产能及预测
笔者团队长期跟踪国内可降解塑料市场，并对全球市场进行了深入洞察与分析研究。一方面，在政策、资本力量推动下，国内可降解塑料产业经历了2020—2022年的爆发式增长，但后续因产品性价比优势不明显、标准不明确、市场需求不及预期，以及堆肥处理难实现等原因，导致行业发展受限，目前已步入市场冷静期，未来发展也将面临一系列的不确定性。另一方面，全球可降解塑料产业链向中国转移、聚集的趋势已十分明显。截至2023年，我国实际已建成的可降解塑料产能达157万吨/年；预计到2025年，中国将成为全球最主要的可降解塑料生产国和供应国、产能达200万吨/年；随着中国产能增长，全球产能2025年将达350万吨/年，2027年达400万吨/年。产品主要以PBAT类（包括PBS、PBSA等）为主，占比超60%，其次为PLA占比约20%，其他类可降解塑料还有待发展。
可降解塑料需求增长也主要集中在亚洲，高端应用领域发展前景看好。2022年全球可降解塑料市场需求量约49.5万吨，乐观预计2025年达131万吨，产品主要用于包装袋、餐具、吸管、农用地膜等通用领域，具体如图4所示。其中，包装仍是最大应用领域，PBAT类占据主流，PLA位居其次。预计到2025年PBAT类用量将达到60万吨/年，PLA类用量达到50万吨/年。欧洲由于推崇塑料循环再生对于可降解的消费量占比将逐步缩小，北美地区的需求基本保持稳定，亚洲地区需求增长较快，中国将是亚洲市场的消费主力，预计2025年国内需求约80万吨，产品以PBAT和PLA为主。
图4 全球可降解塑料需求情况
可降解塑料行业在全球范围内经过了几十年的发展历程，形成了较为完整的产业链，包括从上游生产企业到中游改性和下游终端工厂等相关行业周边。行业目前处于向上发展阶段，未形成行业垄断，相关企业产品和价格竞争激烈。国内外主要的可降解塑料企业及产能情况如表3~5所示。
表3 国内外主要聚乳酸生产企业产能及规划
表4 国内外主要二元酸二元醇共聚酯生产企业及产能情况
表5 国内外其他主要可降解塑料生产企业及产能情况
生物基以PLA、PHA产品为代表，主要原料来源为可再生生物质资源，具有绿色可持续、碳足迹较低等产品特性，但生产过程中需要用到菌种发酵等生物技术，技术壁垒较高。目前PLA已经实现产业化，主要通过丙交酯开环聚合法（即由乳酸先生成丙交酯，然后再开环聚合成聚乳酸，又称二步法）生产，具体反应如图5所示。技术难点是高纯度丙交酯的合成，浙江海正和安徽丰原相继突破了关键中间体丙交酯合成及纯化技术，打通了乳酸到PLA的生产流程，其中丰原集团还掌握了玉米发酵制乳酸技术，可实现从生物质到聚乳酸的全流程技术覆盖。国内主要的PLA技术商及其技术路线如表6所示。未来PLA产品技术发展方向聚焦在中间体丙交酯的合成及纯化工艺，以及秸秆、甘蔗渣等非粮基废弃生物质原料转化技术。
图5 聚乳酸两步法反应示意图
表6 国内外PLA主要技术商及技术路线
PHA是羟基脂肪酸酯的总称，包括多种产品，如聚羟基丁酸酯（PHB）、聚羟基戊酸酯（PHBV）、聚（3⁃羟基丁酸酯⁃co⁃3⁃羟基己酸酯）（PHBHHx）和聚（3⁃羟基丁酸酯⁃co⁃4⁃羟基丁酸酯）（P34HB）等，工业生产主要采用微生物发酵法，产能规模较小，为保证菌种生存条件往往需增加设备投资，能耗较高，且分离提纯难度大，技术关键是菌种筛选、连续化生产工艺开发，以及产物分离提纯。国内主要的PHA技术商及其技术路线如表7所示。近年来，嗜极端微生物，特别是嗜盐单胞菌属已成为量产PHA和降低成本的后起之秀。清华大学陈国强教授开发的基于嗜极端微生物的下一代工业生物技术（简称NGIB）荣获2023年度国际代谢工程奖，成为克服当前工业技术瓶颈最具竞争力的方法之一。
表7 国内外PHA主要技术商及技术路线
化石基包括PBAT/PBST系列聚酯、PGA、PPC、PCL产品，主要原料来自石油、煤等。PBAT/PBST系列聚酯是当前发展最成熟、工业化程度最高的石油基可降解塑料。以PBAT为例，主要以己二酸（AA）、对苯二甲酸（PTA）、丁二醇（BDO）为原料，通过直接酯化或酯交换法合成。直接酯化法是指AA、PTA、BDO原料在催化剂作用下直接进行酯化和缩聚反应。酯交换法主要是以聚己二酸丁二醇酯（PBA）、PTA、BDO为原料，在催化剂作用下，先进行酯化反应或者酯交换反应生成对苯二甲酸丁二醇酯预聚体（BT），再与PBA进行酯交换熔融缩聚而制得。目前实现工业化的生产技术均采用直接酯化法工艺。
国外PBAT工艺发展较早，BASF公司于1998年推出可降解塑料PBAT（ecoflex）后迅速推广。我国PBAT生产技术起步较晚，主要研发机构包括中国科学院理化技术研究所（简称中科院理化所）、清华大学、聚友化工、仪征化纤等。其中，聚友化工于2012年建成投产国内第一条万吨级PBAT生产线，国内PBAT装置的市场占有率超过90%。
国内主要的PBAT技术商及其技术路线如表8所示。
表8 国内外PBAT主要技术商及技术路线
PGA合成方法与PLA类似，也分为乙醇酸直接缩聚法（一步法）和乙交酯开环聚合法（两步法）。与一步法相比，两步法能够获得高分子量PGA，因此得到广泛应用，主要工艺流程是乙醇酸先通过缩聚⁃解聚制备粗乙交酯，再经过精制环节制备高纯乙交酯单体，乙交酯经过开环聚合得到PGA。PGA生产技术壁垒较高，技术难点包括高纯度单体乙交酯的制备、PGA稳定化制备技术及其加工应用技术。2016年，浦景化工自主研发的合成气制PGA技术完成了百吨级中试，打破了国外PGA技术垄断。至此，我国加快了PGA产业化进程。2024年5月5日，国能榆林化工5万吨/年PGA示范装置经消缺技改后，再次实现全流程连续开车。国内外主要的PGA技术商及其技术路线如表9所示。
表9 国内外PGA主要技术商及技术路线
PPC是一种由二氧化碳和环氧丙烷共聚制成的脂肪族聚碳酸酯，在双碳背景下备受关注，但PPC材料本身热力学性能差、加工难度大，使得应用领域受限，市场规模较小。国内主要的研究单位有中科院长春应用化学研究所、中科院广州化学研究所、中山大学等，具体如表10所示。中山大学孟跃中教授团队以环氧丙烷、苯酐、二氧化碳为原料，采用本体聚合工艺开发了PPC⁃P产品。与PPC相比，显著提高了力学性能、耐热性、高阻隔性能。未来需要进一步开发高效催化体系，改进聚合工艺，合成超高分子量PPC，并通过改性技术提高材料的热力学性能和加工性能。随着市场需求升级以及环保监管日益严格，PPC可降解塑料市场发展前景较好。
表10 国内外PPC主要技术路线
PCL是通过ε⁃己内酯单体在催化剂作用下经开环聚合制备的有机高分子，通过控制聚合条件，可以获得不同分子量的产品，具体反应如图6所示。催化剂的选择至关重要，不同的种类和用量往往会直接影响单体的转化率、聚合时间，以及聚合物的分子量和分子量分布。目前已报道的己内酯开环聚合催化体系主要包括金属配合物催化剂、有机催化剂、酶催化剂三类。其中，配位聚合物催化剂具有结构稳定且结构可调的优势，并且已得到广泛深入的研究，但未来仍需进一步提高催化活性，同时开发更高效、选择性更好的新型催化剂。此外，ε⁃己内酯单体的合成过程尚存在安全控制、纯化阻聚以及提高收率等技术难题，规模化工艺开发难度较大。2023年底，湖南聚仁化工5万吨/年绿色生物降解材料己内酯一次试生产成功，成为我国在ε⁃己内酯产业化开发领域内的重要突破。
图6 PCL的聚合反应示意图
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我国可降解塑料行业发展瓶颈及发展建议
目前，我国已基本形成较完整的可降解塑料产业链，但仍存在产能扩张快、生产成本高、加工性能与制品性能差、标准和认证体系不健全、产业配套不完善等突出问题，具体体现在以下几个方面：
一是产能盲目扩张，产品竞争力差。在政策驱动下，我国可降解塑料产能布局已经处于阶段性过剩，整体行业开工率和各细分产品的行业开工率均未超过30%；尤其还存在着严重的结构性矛盾，即可降解塑料袋、餐盒具和吸管等主要可降解塑料制品在生命周期末端不会泄露进入环境，而是进入焚烧与填埋设施，导致这部分制品难以实现缓解塑料污染的目的。同时，与传统塑料相比，可降解塑料加工性能与制品性能较差，生产成本较高，通常是传统塑料的2~3倍，且不耐储存，货架期短，给企业生产和库存带来一定压力，导致目前可降解塑料应用范围受限，产品公众接受程度较低，市场推广难度较大，市场整体呈现供应过剩的局面。
二是相关标准和认证体系不完善，行业监管难度大。我国开展可降解塑料标准化的研究相对较晚，虽然已出台20余项可降解塑料的相关标准，但仍存在产品标准的技术要求具有差异、PGA等可降解塑料新品种标准缺失、缺少成熟的可降解塑料认证体系等问题，产品质量与品质参差不齐，不利于技术迭代升级和产品推广应用。调研发现，现阶段，一方面假冒伪劣产品冲击市场，另一方面被禁的一次性不可降解塑料袋等使用还比较普遍，监督执法部门在日常监管过程中，无法实时对制品的可降解性进行检测，行业监管难度大、效率低。
三是缺乏末端回收处理设施，全生命周期环境影响甚至大于传统塑料。可降解塑料制品一般需要工业堆肥条件下才能较快的发生完全降解，但相关末端配套建设缺少强制性政策约束。目前国内仅有少数堆肥企业，主要用于处理餐厨垃圾、厨余垃圾，无法消纳大量的塑料垃圾。同时，国内缺乏完善的垃圾分类⁃回收体系，导致大多数可降解塑料废弃物直接或与传统塑料混杂一起被焚烧、填埋，给生态环境带来巨大压力。即使进入工业堆肥设施，也存在与现有堆肥设施运行时间不一致的问题，无法满足材料完全降解的要求，还影响堆肥质量。此外，可降解地膜降解过程中产生碎片和加工过程引入的增塑剂对土壤产生的影响，也有待于进行长期试验才能得到相对客观的评价。
可降解塑料作为塑料替代中的一种，能够在一次性、难回收、易泄露等特定场景中在一定程度上缓解塑料污染的问题，但其发展将受到市场需求、产品性能与价格、产品标准与检测、废弃物回收及后处理等体系建设方面的限制。因此，为推进可降解塑料产业高质量发展，更好的落实“禁塑令”2025年目标，提出以下发展建议。
一是调整政策法规，引导行业健康发展。随着政策由大力支持转向科学推广，可降解塑料产业发展已步入市场冷静期。建议国家主管部委进一步调整完善相关政策，明确已禁止使用一次性不可降解塑料制品的替代物（含原料），防止通用级可降解产品产能盲目扩张。同时着力扩大国内需求，针对下游积极开展可降解塑料生产和销售的企业提供相应的财政奖补、税收优惠、金融支持等政策，鼓励企业加大系列产品开发与应用市场拓展，进一步提高市场竞争力。
二是加大科技创新力度，加快企业转型。针对已建装置，建议企业重点围绕低成本原料生产、装置柔性改造、制品加工改性等，开展关键共性技术、系列化产品开发技术、装备技术、工程技术等研究，不断提高装置利用率，提升产品质量与多样性，降低生产成本；同时建议联合国内外高校、研究机构以及上下游相关企业等，围绕可降解塑料新产品开发及加工应用等方面，前瞻部署一批战略性、储备性技术研发或软课题项目，为企业打造先发优势、实现可持续发展提供可供参考的技术路线图。
三是完善标准体系与检测认证制度，加强执法监督能力。建议国家标准化管理委员会强化可降解塑料及其制品相关的检测及评价标准编制或修订管理，推动标准与产业协同发展。引导相关行业协会及龙头企业，搭建可降解塑料溯源平台，实现对可降解塑料全生命周期可追溯，促进行业规范健康发展。持续优化监督执法流程与方式，不断提高执法监管水平，为维持良好市场生态提供保障。
四是细化应用场景，推进高端产品开发。加强可降解材料品种及其对应的综合影响与经济性评估，明确降解条件和处置方式，减少可降解材料应用场景滥用及低效应用开发，将可降解塑料制品的使用重点领域落实到直接环境泄露领域，如农业、渔业等。瞄准高端化、特色化发展定位，培育激发有潜能的消费领域，积极推进生物医药、人体介入等高端领域关键核心技术攻关和成果转化；深化海洋可降解塑料、生物基可降解塑料研究，助力绿色可持续发展。
五是加强宣传引导，打造全民参与氛围。通过宣传教育，提升公众对塑料污染危害的认识和参与塑料污染治理的意识，提倡合理消费，推动源头减量，自觉做好废弃塑料分类和投放。加大宣传可降解塑料分类标识，提高公众对可降解塑料的认知度和接受度，推动可降解塑料在日常生活中的使用。开展建设性舆论监督专题活动，营造全民共治的良好氛围。返回搜狐，查看更多