一 世界发展现状与前景可降解塑料一般分为光降解塑料、生物降解塑料、光和生物降解塑料、水降解塑料四大类。其中，生物降解塑料随着现代生物技术的发展越来越受到重视，成为国际上研究开发的热点。传统塑料如聚乙烯等降解性能和生物相容性差，造成了严重的“白色污染”。而羰基生物降解塑料可定义为含有可降解添加剂的石油基塑料。 目前在生物基材料中，发展最快的是生物基塑料。这种极具发展潜力的材料可望在许多应用领域替代传统聚合物。 生物塑料由生物聚合物制取，它与烃类聚合物不同，生物聚合物可被微生物破解并用作堆肥。2008年2月，生物塑料被认定为清洁技术工业的亮点。 生物塑料是在微生物作用下生成的塑料，或者是以淀粉等天然物质为基础生产的塑料。大到电视机的支架、电脑框体，小到小摆件、厨房垃圾袋等，生物塑料的身影随处可觅。 生物塑料不仅对环境友好，其对肌体的适应性也非常好，可望用于生产可被肌体吸收的术后缝合线等医用产品。 近年来，石油资源的日益紧缺，导致塑料原料价格飞涨。尤其是随着可持续发展战略的深入人心，解决塑料材料与环保的协调发展问题愈加凸显。 从材料发展前景看，天然聚合物如PLA、淀粉混配物、PHBV和聚羟基丁酸酯（PHB）将主导生物塑料市场，现正在开发更多的生物树脂与传统聚合物的混配物。 随着可生物降解塑料技术的发展，聚乳酸（PLA）、生物聚酯等生物降解材料的逐渐成熟，将推进塑料制品可生物降解化，为减少废旧塑料制品带来的污染，并最终实现资源和环境的可持续性发展找到出路。 1. 美日欧钟情于推广生物塑料据美国从事市场研究的Freedonia集团的预测，美国对天然聚合物的需求年增长率为7.1%，将达到2012年17.5亿磅（80万吨），届时市场销售额达40亿美元。因为适用性扩大，以及一些聚合物如聚乳酸（PLA）的成本具有竞争性，为此在包装应用中将会有最大的发展机遇。Freedonia集团指出，淀物和发酵产品的需求将以二位数速率增长，将从2008年5.90亿美元增长到2012年11.25亿美元，这主要由于PLA、淀粉掺混物和透明质酸的适用性扩大以及生产技术改进所拉动。价格下降也将推动需求。PLA在包装领域将有很大增长，尤其在热成型容器方面。透明质酸的需求将由皮肤注射和成人整形外科治疗的强劲需求所拉动。对纤维素醚的需求占总市场比例虽将有下降，但其仍将以4.2%的年增速增长，将从2008年11.10亿美元增长到2012年13.50亿美元。甲基纤维素因其在建筑材料如胶泥、灰泥、水泥浆和黏土中广泛应用而占有一定优势。Freedonia集团预计，蛋白质基聚合物如胶原质的需求也很强劲，从2008年起其市场年增长率将为6.9%，将达到2012年市场价值6.05亿美元。 美国Freedonia集团于2008年底发布预测报告，认为在今后几年内美国对生物可降解塑料的需求将以年率15%的速度增长，这将使其需求量从2008年4.0亿磅增长到2012年7.2亿磅，届时市场价值将达8.45亿美元。据Freedonia集团公司分析，生物可降解塑料占美国2008年全部热塑性树脂需求量不到0.6%，但是如果其价格适中，则将面临很大的发展机遇。据称，不断上涨的原油价格使生物可降解塑料应用升温，生物可降解塑料来自于可再生资源如谷物，与石油基常规树脂相比，成本更具竞争性。然而，预计生物可降解塑料应用增长需使其价格应继续下降，另外，谷物价格的快速上涨也给生物可降解塑料价格的下降带来压力。该报告指出，淀粉基塑料的需求将以年率16.8%的速度增长，将达到2012年2.93亿磅。其发展来自于树脂混配物的改进以及一些应用领域的发展机遇，这些应用领域如复配的餐饮包装以及食品行业用托盘和餐具。因能力扩增和树脂性能改进而扩大应用，以及有更多加工商投入其中，聚乳酸（PLA）的需求年增长率为近20%。Freedonia集团公司预计，PLA在一些领域如热成型食品包装以及被褥和服装纤维方面面临良好的发展机遇。聚酯基生物可降解塑料的需求将以年率25%的速度快速增长，将达到2012年8000万磅。包装行业占2007年全部生物可降解塑料用量近3/4，到2012年将会有最快的应用增长。 奥巴马抑制温室气体排放的绿色新政正在助推基于可再生资源的聚合物应用，这将有助于提高美国生物聚合物的需求。分析人士指出，即使经济状况不佳，大量用户仍都愿意购买环境友好的产品。美国业已提出新的能源和环境法案预计将包括排放交易法规或碳税，这使人们更加重视环境。与传统的塑料相比，生物聚合物将更受青睐。 NatureWorks公司在内布拉斯加州Blair生产基于谷物的聚乳酸（PLA），主要用于包装领域，该公司现已被农业大公司嘉吉公司全部拥有，已使其Ingeo品牌的PLA生产能力翻了一番，达到了14万吨/年。PLA优于传统塑料的优势是其生产时温室气体排放极少，需用化石燃料也极少。此外，PLA使用最后处理方便，包括可化学循环回收和可用作堆肥。Ingeo品牌的PLA销售在2008年底曾受到经济衰退的影响，但截至2009年7月的几个月内需求已经回暖。PLA的价格现已与传统塑料相似。NatureWorks公司预计2010年北美的PLA需求增长率将回复到20%~30%。这意味着2013~2014年将需建设第二套装置。 NatureWorks公司也在开发从非食用生物质原料来生产生物聚合物，2009年7月已与Avantium公司签约合作协议，开发第二代生物聚合物。总部在荷兰的Avantium公司已开发出生物基燃料和塑料，该公司于2000年从壳牌公司剥离而组建。 另外，2009年6月，嘉吉公司通过收购日本帝人公司持有的50%股份而全资拥有NatureWorks公司。帝人公司于2007年起持有NatureWorks公司股份，当时嘉吉公司前合资企业伙伴陶氏化学公司放弃了这项业务。帝人公司正在重组其产品业务，致力于开发其专有的抗热PLA，应用于其汽车和电子产品核心市场。 近年来，日本政府大力推广生物塑料，这类外观和普通塑料差别不大却有益环境的塑料有望成为解决白色污染的途径之一。日本政府为推进生物塑料等可再生资源的使用出台了《生物技术战略大纲》和《生物质日本综合战略》，其中提到，扩大生物塑料的使用是一项重要课题。《生物技术战略大纲》设定的政策目标是，到2010年，20％的塑料要用可再生资源制造。 美国咨询公司弗若斯特沙利文(Frost & Sullivan)2008年12月发布《欧洲生物塑料市场》研究报告，报告认为欧洲的生物塑料市场正处于新兴发展期，即使在全球金融危机暴发之际，利用可再生的生物塑料代替石油生产塑料仍是政府和企业关注的焦点。 欧洲生物塑料在终端的应用将越来越广泛。目前，生物塑料主要应用在塑料袋、新鲜产品包装和农膜。生物塑料正在逐步替代低密度聚乙烯（LDPE）和高密度聚乙烯（HDPE），应用在塑料袋中。相比其他传统的塑料如聚乙烯（PE）、聚苯乙烯（PS）的终端市场渗透度，随着环保意识的提高，生物塑料的需求正在增加，潜在市场巨大。 从近年的价格比较来看，随着PLA和淀粉基聚合物生产规模的扩大，价格已呈现下降趋势，在未来几年内，欧洲PLA和淀粉基聚合物的产量会继续增加，所以它们的价格仍将下降。 世界各国为了减少固体废弃物，推进可生物降解塑料的应用，纷纷出台了鼓励应用生物降解塑料制品的相关政策。比如，德国传统塑料征收Green Dot抛置费，而有OK Compost等降解证明的则可申请免税或减税,对传统塑料回收重复使用也给予免税优惠。此外，比利时、荷兰、意大利、美国、日本也都制订了有利于推广降解塑料的相关政策。 2. 生物塑料的优势与前景生物塑料可以不同程度的进行生物降解，它为世界指明了一条不再依靠石油生产塑料的道路。而且生物塑料具有价格优势、良好的环保性能、原料可再生等市场优势。 生物降解塑料由于具有良好的降解性，主要用作食物软硬包装材料，这也是现阶段其最大的应用领域。但是由于生物降解塑料还未实现量产，要替代所有传统塑料包装并不现实。客户更重视成本效益。当前生物降解塑料公司都在努力寻找一种令该材料能够发挥最佳效果的使用方法，如延长产品的货架寿命等，以开拓其应用领域。 除了用作包装材料，人们还在设法将生物降解塑料应用于高价值和高性能工程，这类应用潜力较大。目前杜邦公司、阿科玛公司等已经涉足该领域。另外值得一提的是PLA，该产品性能改进后已越来越多地应用于汽车和电子产品市场。此外，天然纤维增强塑料在汽车内饰中的应用越来越多，下一步将在客车内部增加生物降解塑料的用量。2010年全球汽车行业消耗工程塑料约1900万吨，生物塑料在汽车行业的应用潜力巨大。 塑料在电子电气市场也拥有巨大的应用潜力。除了手机制造商正越来越多地在手机外壳上使用PLA之外，可生物降解塑料还将扩大用于其他电子产品。 农业公司是当前生物降解塑料市场上最成功的公司，因为他们能获得低成本的原料。作为市场先驱者之一，嘉吉公司已从生物降解塑料业务中获得了可观的经济效益。这些农业公司的传统优势不是销售塑料，现在它们正在积极寻求同化工企业进行销售方面的合作，以扩大目标客户的覆盖范围。此外，帝斯曼等化工公司出于丰富产品线的考虑，也不断在其产品系列中引入生物降解塑料品种。 生物质聚合物不是石油等化石资源，而是采用以植物等可再生资源为出发物资的生物工艺制得的聚合物材料，从成为地球温暖化原因的大气中二氧化碳的减少、依赖石油的社会摆脱观点考虑，是引人注目的材料。近年来，采取天然高分子的化学转换、由从可再生资源的单体化学合成制得的生物质聚合物和以从可再生资源制造的有机化合物为碳源开发微生物产生的生物质聚合物。在这些生物质聚酯当中，聚乳酸和微生物产生聚酯，因为是热可塑性高分子，一直作为最容易的材料期待实用化。 普通塑料如聚乙烯、聚丙烯等合成树脂以不可再生的石油资源为原料，且生产过程要消耗大量能源。以聚乙烯的合成为例，目前发达国家普遍采用管式法生产，生产每吨聚乙烯的物耗、能耗为：乙烯1.008吨，电力800千瓦时，蒸汽1吨，冷却水120立方米，氮气5立方米。国内聚乙烯生产与国外相比还有较大差距，物耗、能耗更高。而生物降解塑料是以可再生资源为主要原料，源于农作物，是节能环保型原料。在我国目前年消耗4000万吨塑料中，如果其中的1/3用淀粉降解塑料替代，则可减少原油消耗至少1000万吨。按上述聚乙烯合成能耗计算，则可省电80亿千瓦时。根据全国能源消费总量与CO2排放总量估算两者的转换指标值，计算出生产每千瓦时电消耗0.4千克标准煤，排放1千克CO2，则全国每年累计节能可达320万吨标准煤，相应减少CO2排放量800万吨，另外还可节省大量水资源。用生物降解塑料大量替代通用塑料，仅原料合成节省的能耗就相当可观。由此可见，生物降解塑料节能潜力巨大。 此外，生物降解塑料的加工温度通常比普通塑料低。以淀粉基降解塑料为例，由于在较高温度下易急剧降解, 因此以淀粉为基材的降解塑料加工温度通常在150℃以下，而一般聚烯烃塑料的加工温度多在200℃左右，以此计算，相同产量的生物降解塑料的加工能耗明显低于普通塑料。 生物降解塑料可部分或完全替代通用塑料，达到减少合成树脂用量、节约石油资源的目的，从而降低塑料对石油资源的依赖。目前全球年消费塑料达2.4亿吨，年增长4%左右，如果其中的1/3用生物降解塑料替代，节省的石油资源及由此减少的污染排放等带来的经济效益不可估量。因此，生物降解塑料对石油的替代作用，可以在很大程度上保障中国能源安全，同时保障环境安全。 生物降解材料在推行低碳经济方面将发挥重要作用。日益严重的石油资源短缺、环境污染等问题，迫切需要寻找到利用可再生资源、可降解材料逐步替代石油塑料的有效途径，低碳经济的发展将给生物降解材料带来新的发展机遇，生物降解材料市场的需求将呈!@#$%^&*式增长。 生物降解塑料不仅在生产过程中有节能减排效果，而且在使用过程也具有环境友好的特征。普通聚烯烃塑料的合成会排放大量CO2等尾气及污染物，而塑料制品大量使用，尤其是农用薄膜和包装材料又造成了日益严重的白色污染。而生物降解塑料则不然，其原料来源是可以再生的农作物，农作物在生长过程中通过光合作用可以吸收CO2放出氧气，其制品废弃物可以在掩埋堆肥条件下完全降解成水和CO2，无污染物产生。我国已成功开发的新型降解塑料——CO2塑料，是以工业废弃CO2和烃为原料共聚而成，其中CO2含量为31%~50%。与普通塑料相比，CO2塑料不仅利用工业废气CO2变废为宝，有效减少温室效应，而且对烃及上游原料石油的消耗也大大减少。近年来，用转基因植物生产生物降解塑料的研究已经取得很大进展。随着重组DNA技术的发展，未来用转基因植物生产生物降解塑料的商业化，必将促进生物降解塑料的广泛应用，进一步节约石油资源，减轻环境压力。因此，生物降解塑料产业规模不断扩大的过程，其实就是CO2减排的过程，可逐渐消除困扰全世界多年的温室效应和白色污染两大难题，促进人类、经济与环境和谐发展。 一次性处理的塑料瓶会引起环境问题。每年被处理的塑料瓶超过130亿只。美国IBM公司和斯坦福大学于2010年3月10日宣布，正在开发新型有机分子用作为催化剂（有机催化剂），以用于生产新型生物可降解、有生物适应性的塑料。这一前景已发表在美国化学学会杂志《Macromolecules》上。强调了使用有机分子作为聚合反应用催化剂的发展机遇和挑战。通过在合成聚合物化学中引入有机催化剂，科学家们在宽范围的聚合技术和单体型态上开发了验证的应用技术。多年研究的结果，这些开发可望引导出新的回收利用工艺，这一工艺有潜力可大大提高回收利用能力并使常规的PET聚酯和植物基塑料可重新利用。这一工作的重点在于开环聚合，这是利用金属氧化物或金属氢氧化物催化剂可实施的主要方法。而研究表明，有机催化剂显示出的活性可与大多数活性金属催化剂相媲美。 随着PLA等可生物降解塑料材料的应运而生，在原有聚乙烯等传统不可降解塑料制品中加入适量PLA等生物材料制成的塑料制品，既可部分实现生物降解，原有的力学性能又没有明显的改变。这一技术突破为解决废旧塑料制品污染找到了一条新途径，也为塑料价值链带来了新机遇。 生物塑料和普通塑料共混使用，在日本已经比较普遍。如丰田汽车公司的塑料零部件中，30%使用了可生物降解塑料，70%为传统塑料。这样既提高了塑料部件的可降解程度，成本增加又不是很大，市场接受起来也相对容易一些。日本处理塑料垃圾采用焚烧的方式，部分使用生物塑料无疑减少了二氧化碳的排放量，对环境更加友好。若以填埋方式处理废旧塑料，这种部分降解塑料制品中仍存在不可降解的部分，其对环境的影响将因生物塑料和普通塑料共混比例的不同而变化。 人们环保意识的提高让生产商看到了生物降解塑料在包装市场的机会。杜邦、嘉吉、巴斯夫等知名化学品生产商纷纷以并购、合资的方式进入该市场。鉴于目前消费者对生物降解塑料的认知度不高，未来还需要大力培育市场，引导消费者。生物降解塑料是一种新型包装材料，塑料与包装生产商需要联合起来宣传并引导消费者接受这种环保材料。 3. 各国公司加快投身生物塑料研犮与应用3.1. 美国美国塑料混配物生产商普力万公司全球生物聚合物部指出：尽管不同产品和市场存在较大差异，但从整体上看，这一市场仍将以二位数速率增长。当今这一增长速度与可混配和可生物降解生物聚合物相维系。生物聚合物现占普力万公司总销售额小于1%，但公司将发展新产品，继续扩大其所占的份额。生物聚合物是普力万公司的策略增长平台之一，因为它符合公司的可持续发展战略。普力万公司将大力发展现有的生物聚合物，如PLA（聚乳酸）、PHBV（聚-3-羟基丁酸戊酸共聚酯）和淀粉混配物，以及有高含量生物衍生物的工程热塑性塑料和热塑性弹性体。 美国普立万公司一直在为提高生物塑料的耐高温性能而努力。该公司推出了其开发的、改善了材料抗冲击性并可在100℃以上加工使用的可生物降解塑料技术。耐高温产品的推出，使生物塑料在家用塑料制品中大规模应用成为可能。普立万与全球领先的家居和办公室配件供应商合作推出了可生物降解的浴室配件。该产品采用了普立万开发的PHBV（聚羟基丁酸戊酸共聚酯）为基础的生物降解材料，让牙刷架、浴室盒、浴室杯、定量分配器、肥皂盒及浴桶等在保留原有设计和质量标准的情况下更加环保。 最近，美国嘉吉旗下的NatureWorks公司用100%可再生植物资源为原料生产的英吉尔天然塑料及纤维，在生产工艺上取得了重大突破。新产品比老产品的二氧化碳排放量减少60%，能源消耗也降低了30%。据NatureWorks的宣传材料称，该产品“既满足了市场对塑料和纤维产品兼具功能性及环保性的需求，也使公司在环保方面又向前迈进了一大步”。 NatureWorks公司看好生物塑料应用前景，其应用将包括软包装和硬包装以及食品器具、饮料包装、纺织品、无纺布和不断增长的耐用塑料市场。例如，美国快餐食品制造商Frito-Lay公司于2010年推出采用Ingeo生物塑料包装的快餐食品。 2009年5月，NatureWorks公司也在美国内布拉斯加州Blair生产装置增设了设备，使生物塑料生产能力翻了一番，达到了140吨/年。Blair生产装置也采用了新的生产工艺，进一步降低了装置的二氧化碳排放和能耗。 杜邦公司加快推销生物基聚合物，截至2009年5月底，该公司已使其高性能、源于可再生的工程聚合物几条生产线实现了商业化，这些可再生工程聚合物包括热塑性弹性体和树脂，以及应用于汽车和运动器械的长链尼龙。这些聚合物至少含有20%可再生材料，并且与完全石油化工基的材料相比，性能上相同或更好。客户用于替代使用，无需作出性能和环境上的改进。 杜邦公司推出可再生包装聚合物材料，这种称为Biomax TPS的材料为可再生来源的热塑性淀粉制造，应用于包装行业，含有85%~90%的可再生成分，适宜于制作热成型托盘和物品、注模部件和容器。Biomax PTT材料含有35%的可再生成分，适用于包装用途，用于注模容器、化装品包装和其他常用聚酯的替代部件。 美国从事生物科学的Metabolix公司与其合作伙伴ADM公司的生物塑料合资企业Telles公司也在美国爱荷华州Clinton建设第一套生产Telles公司Mirel生物塑料产品的装置，这套5万吨/年生产装置于2009年12月建成。 美国亚什兰公司于2010年1月宣布，由亚什兰高性能材料部门研发的Envirez生物树脂已被加拿大玻璃纤维船舶生产商Campion Marine公司大批量应用，将有数百艘由Envirez树脂制造的船舶下水。据介绍，Envirez树脂配方中使用了一定量的大豆油和由玉米所制得的乙醇，被称为来自可再生原料的新型树脂。亚什兰与Campion Marine公司2008年合作，建造了世界第一艘利用生物树脂的船舶。该船的测试数据不仅证明了Envirez树脂在高性能游艇船舶中的应用成功，同时表明应用该树脂造船每年可减少10万磅二氧化碳的排放量。据称，亚什兰生物树脂表现出来的杰出性能可满足造船的需要，它能提供更高的强度和延伸率，同时减少了对石油的依赖。它是同类原料中的首选，亚什兰将在所有船舶上应用这种材料。亚什兰高性能材料部门在全球不饱和聚酯树脂及乙烯基酯树脂市场上占有重要地位，可为客户提供胶衣、压敏胶、结构胶及金属铸造设计服务方面的先进技术。 可口可乐公司2009年5月中旬宣布，推出PlantBottle品牌新的100%循环回收塑料瓶。这种瓶子部分原料来自甘蔗和糖蜜。该公司2009年内率先在北美试推行这种新瓶子，于2010年大规模推广应用。可口可乐公司称，这种塑料瓶的原料中有30%以上的成分来自甘蔗和糖蜜提取物，其他为石油基聚乙烯。 2010年3月上旬，在瓶装水市场出现一种新的趋势，生物塑料瓶可百分之百来自植物制造，而不是近年出现的混合复合材料制成的瓶。新推出的经济矿泉水瓶（eco-bottles）来自于美国绿色星球矿泉水瓶（Green Planet Bottling）公司和Keystone 瓶装水公司。美国绿色星球矿泉水瓶公司的100%植物基瓶无毒且为碳中性，而常用的塑料瓶含有石油和双酚A成份。它们可再利用、循环利用并且可在80天内成为堆肥。绿色星球矿泉水瓶公司表示，每生产72瓶植物基瓶，可节约1加仑石油。这些矿泉水瓶生产时使用的能源和燃料也减少65%。绿色星球矿泉水瓶公司现有16.9盎司瓶，一升和12盎司瓶也已推出。 2.2. 西欧德国巴斯夫公司现在生产的生物塑料包括脂肪族-芳香族共聚酯Ecoflex，以及由Ecoflex和45%PLA组成的混合物Ecovio，两者采用受控的混配工艺可以完全生物降解。巴斯夫公司正在其路德维希港生产基地新建6万吨/年Ecoflex生产装置，该生产基地现生产1.4万吨/年生物塑料。Ecoflex开发于上世纪九十年代中期，而Ecovio开发于2006年。巴斯夫公司到2010年下半年，其在德国的上述二种生物塑料总能力达7.5万吨/年。公司在世界上也拥有许多Ecoflex合作开发项目。并拓展Ecovio技术应用于薄膜、模塑等产品。 荷兰帝斯曼公司是全球生命科学和材料科学公司，该公司于2010年4月16日宣布，已推出汽车行业用两款生物基高性能材料。帝斯曼的产品展现了生物基经济的魅力，该产品是PalapregECO P55-01，为汽车车身零部件用生物基树脂，这些车身零部件包括外部面板在内，另一款产品是EcoPaXX，为生物基高性能工程塑料。Palapreg ECO由55％可再生资源组成，是当今市场生物基含量最高的复合树脂材料。工业试验证明，帝斯曼的产品能达到高的可再生基材料含量，而不会使产品性能或生产速度有任何减小。EcoPaXX是高性能的聚酰胺，它将高熔点（约250℃）、低吸湿性和优良的耐各种化学物质性能优点组合在一起。该材料约70％基于可再生资源蓖麻油的构筑基块。2009年，帝斯曼公司从汽车和运输部门获得其总的净销售额7％。帝斯曼工程塑料分部和帝斯曼复合树脂分部是该公司高性能材料的二个集群部门，可为汽车行业提供减轻重量、提高性能和提高燃油效率的各种解决方案。帝斯曼致力于发展高效能、可持续的材料作为其业务内涵，为全球生物基经济的发展作出重要贡献。这两款产品ECO P55-01 和EcoPaXX目前正在由汽车行业包括MCR在内的几家客户进行最后核准。Palapreg ECO P55-01已被用于世界第一次零排放赛车冠军赛Formula Zero竞赛的小型赛车车身制作，并已获得一级方程式比赛协会（FIA）的批准。 2.3. 日本日本三菱化学公司也加快生产生物可降解和无碳排塑料，包装是应用的初期目标，2007~2009年已生产了超过6000吨，未来将进一步增产。 日本东丽公司与昭和公司合作开发的以PLA和纤维素为主要成分的PLA生物塑料耐热温度已经达到150℃，美国伊士曼公司和日本昭和高分子公司推出的生物法聚丁二酸丁二酯已经可以作为家用电器和电子仪器等的包装材料。总之，可生物降解塑料的耐高温性能正在逐步提升，进一步推广应用的条件正在逐步成熟。 丰田汽车公司计划到2015年，将20％的汽车塑料更换为生物塑料。丰田公司2003年首次在汽车中使用了生物塑料。一款称为“Raum”的车型的轮胎罩和车垫，采用聚乳酸和洋麻的混合材料制作而成。不过，后来没有在其他汽车上用过生物塑料，因为这种材料成本、性能及加工成型等方面还有待完善，丰田公司并未做好大规模应用生物塑料的准备。为实现丰田汽车公司削减CO2排放量目标，生物塑料现被寄予厚望。要使生物塑料的替代率达到20%，首先要在技术方面取得突破，以解决生物塑料在耐热性、成型性、耐冲击性及长期可靠性等方面的应用难题。丰田汽车公司最近已开始推进上述课题的改进研究。据称，丰田汽车公司所用的塑料件中，聚丙烯材料目前所占比例接近50%，再加上其他几种主要塑料品种聚氯乙烯、聚氨酯及ABS，这四种材料约占车用塑料用量的80%。到2015年，丰田汽车打算逐渐将这些材料都用生物塑料来代替，而首先将更换为生物塑料的是汽车内饰件。 日本科研人员2008年7月底宣布开发出一种由天然纤维和生物可降解塑料制成的复合材料，新材料的强度高于玻璃纤维强化塑料，这种新材料今后有望应用于汽车和飞机上。据报道，这种新复合材料由山口大学教授合田公一等人开发，原料是生产衣服用的天然苎麻纤维和以玉米为原料生产的生物可降解塑料。制作过程是，首先使用高浓度碱性溶液浸泡苎麻，接着把苎麻和生物可降解塑料按6比4的比例混合加压并逐渐加热，从而制成复合材料。科研人员使用2毫米厚的薄膜状新材料进行耐冲击测试，结果表明新材料能耐受高达13.4焦耳的冲击能量。而如果不经过特殊处理，用苎麻纤维和生物可降解塑料简单混合制成的材料只能耐受最高6.3焦耳的冲击能量。
3. 全球生物塑料市场及前景按照产品生命周期来分析，生物塑料产品尚处于萌芽期和发展期，市场存在巨大增长潜力，目前正在向一些终端应用领域增强渗透力度。 据美国BCC研究公司发表的预测报告，认为到2012年全球可生物降解聚合物市场年均增长率为17.3%。2007年需求量达到了5.41亿磅（24.5万吨），预计到2012年市场将增加到超过12亿磅（54.6万吨）。2007年的市场比2006年增长1.32亿磅，增长32.3%，而需求量为4.69亿磅。混配塑料袋是这一市场用量最大的部门。2007年达近2.42亿磅，预计对可生物降解塑料袋的需求将达到2012年5.86亿磅，年增长率为19.4%。2007年稀疏填充包装用量为1.62亿磅，并将增长到2012年2.14亿磅。第三个最大的应用部门是其他包装，包括医药/卫生产品、农业应用和纸张涂料。目前用量为8100磅，预计到2012年将达到2.32亿磅，年增长率为23.4%。BCC表示，可生物降解聚合物虽然商业化己有20年之久，但仍处发展初期。这一市场仍不够大，主要有几方面问题，最主要的是价格相对较高和缺乏有效混配的基础设施。北美的可生物降解聚合物市场不如欧洲和亚洲发展得快，但具有发展潜力。美国市场的主要驱动力是环境法规的推动，最近用可生物降解聚合物代替石油基塑料正在增长。 从可再生资源生产聚合物的技术进步将使全球生物塑料应用不断升温。2008年5月初在美国Milwaukee召开的塑料工程师学会年会指出，全球生物塑料生产将从2007年26.24万吨提高到2011年99.88万吨。截至2008年初使用的生物塑料仍仅占塑料2.31亿吨的0.7%，但减少对石油的依赖和面向环境更为友好将驱动对生物塑料的需求。同时发展生物塑料对满足环境法规是一条重要途径。日本政府已确定目标，到2020年使日本消费所有塑料的20%来自可再生来源。德国禁上将含有大于5%有机物含量的固体废弃物用于埋地，这将对2012年生物塑料的推行产生影响。韩国和中国台湾地区有类似的规定。按照农场安全和农业投资法，美国要求每一个联邦机构都必须制定使用生物基塑料的计划。分析人士指出，除了新的法规以外，当前石油原料正面临短缺：每使用4桶石油，而仅能新发现1桶石油。基于石油化工的塑料每年消费约25亿桶石油。生物塑料的魅力正在日益提升。生物塑料正在改变塑料生命循环周期，它可从未来的植物基原料生产更可持续应用的产品。据分析预测，到2011年，全球汽车和电子领域应用的生物塑料总量比例将从现在的12%上升至近40%。除了聚乳酸（PLA）、聚羟基烷基酸酯（PHA）、聚羟基丁酸酯（PHB）以及现在使用的其他生物树脂之外，明天的市场领先者将生产绿色的低密度和高密度聚乙烯（LDPE和HDPE）、聚丙烯（PP）、丙烯酸酯和尼龙。 据Helmut Kaiser咨询公司于2008年6月的分析预测，全球生物塑料市场将快速增长，年增速将达9%~10%，生物塑料市场价值将从2007年10亿美元（6亿欧元）增长到2020年100亿美元（64亿欧元）。虽然包装仍将是主要市场，但汽车和电子行业新的应用将驱动这一增长发展。包装所占份额将从2007年65%下降至2025年40%。Helmut Kaiser咨询公司的分析显示，到2025年，亚洲将成为生物塑料市场的领先地区，将占32%份额，其次是欧洲占31%，美国占28%。截至2008年6月，生物塑料约占整个塑料市场的10%~15%，但是到2020年这一比例将增大到25%~30%。随着生物塑料材料技术性能的改进及其创新，在汽车、医疗和电子工业中将开拓新的应用。许多应用的驱动力将是生物塑料的无毒性，生物塑料将成为推向消费市场可持续的和环境友好的产品发展的主要因素。新市场和应用的开发也给供应商带来较高的效益。 据欧洲生物塑料协会（European Bioplastics）秘书长哈拉尔.卡伯（Harald Kab）2010年6月上旬表示，受生物聚乙烯装置开始运转的刺激，2013年全球生物塑料产量将是当前产量的近四倍至146万吨/年。巴西Braskem公司正在建设的全球首套20万吨/年生物聚乙烯工业化装置于2010年底前投产，另外其它富产甘庶国家的一些生产商也会利用这种原料，投资建设生物聚乙烯和聚丙烯装置。据欧洲生物塑料协会称，该协会预测到2013年全球生物塑料产量将达到146万吨/年，是基于两个方面的预测，其中可堆肥生物塑料产量将从2009年时的40.9万吨/年增长至2013年时的74.8万吨/年；而不可堆肥生物塑料产量将从2009年时的2.5万吨/年大幅增长至2013年时的71.5万吨/年。分析认为，越来越多的生物塑料将出现在包装、薄膜、购物袋、移动电话和饮料瓶等领域。可口可乐公司的PET瓶已使用了生物塑料，利乐公司也寻求使用生物塑料。当然当前生物塑料在成本上仍然高于普通塑料产品，这通常要转嫁至消费者身上，但大部分消费者愿意支付这部分溢价。 分析人士指出，尽管2009年前后经济低迷，但生物塑料市场仍在很快地发展，以满足全球快速增长的需求。预计在今后几年内，生物塑料的开发、生产和需求将会继续以极快的速度增长。 德国Helmut Kaiser咨询公司于2009年6月25日作出预估，全球生物塑料市场的年增长率为20%~30%，将从2006年4亿磅（20.3万吨）增长到2015年100亿磅（454万吨）。美国BCC研究公司发布的预测报告也显示，全球生物塑料年增速为17%，将从2007年5.41亿磅（24.6万吨）增长到2012年12亿磅（54万吨）。 2010年4月，业内人士分析认为，今后生物塑料市场可能要比工程塑料市场还要大。2008年之前很多客户只是在询问了解生物基降解材料，而现在已经直接提出要购买通过某项认证的材料。在国外，欧洲可降解塑料袋的需求已达5万吨/年。 据普拉克（中国）公司介绍，2009年全球聚乳酸市场需求在6万～8万吨，10年后全球聚乳酸市场将在百万吨以上，甚至可能近千万吨。生物塑料已经成为塑料原料中发展速度最快的一支力量。 在流行绿色产品的今天，生物塑料由于其对环境和资源的保护特性而大受终端用户的欢迎。欧洲的调查显示，每吨淀粉基聚合物相对于一吨的矿物来源的聚乙烯，可减少0.8～3.2吨的二氧化碳排放量。因此，消费者比较乐意接受土豆做的超市购物袋，用豆油加工的汽车座位等。随着消费者环保意识的增加，它们更愿意支付更高的价格去购买用天然原料加工的产品。 在推广的初始阶段，生物塑料很需要政策的支持。一些发达国家采用的办法是，政府出面规定商场和超市必须采用经PLA等生物料料改性、具有可降解性能的塑料薄膜制品，这样的政府调节行为，对推动生物塑料产业和相关的传统塑料/生物塑料改性及其制品加工业的良性发展是十分必要的。 美国旧金山市议会已于2007年通过禁止超市、药店等零售商使用传统塑料袋的法案。该法案规定，超市和药店等零售商只能向顾客提供纸袋、布袋或以玉米副产品为原料生产的可生物降解塑料袋，化工塑料袋被严格禁止。此法案就大大推动了生物塑料袋的应用推广速度。 阿克苏诺贝尔聚合物化学品公司表示，生物塑料现占全球塑料总用量小于10%，但将以二位数速率增长，尤其在包装领域和在一些更耐用的产品应用中。 分析人士指出，生物塑料增长的驱动力有二个：消费需求和上涨的油价。很清楚，油价会再次上扬，制造生物塑料在短期内具有经济上的竞争力，从长期看更是可持续发展的解决方案。 生物塑料已经成为一个很可观的市场，无论在零售市场或者在树脂用量上。 减少环境足迹和化学工业的创新都是发展生物塑料市场强有力的推动力。一些品牌产品生产商和零售商如可口可乐和沃尔玛都在推进生物塑料应用方面作出很大努力。 巴斯夫公司指出，因为成本较低和具有环境效益，生物塑料在市场上将会具有较高价值。 4. 推广生物塑料面临的问题生物降解塑料应用瓶颈正在打破。虽然从全球范围内看，几年前就形成了生物降解塑料热，但由于可生物降解塑料价格相对高昂、某些性能指标与传统塑料还有一定差距，其市场接受度还不是很高。价格高是生物塑料推广难的最主要原因，尤其是在国际油价相对比较低的时候，传统塑料的价格优势非常明显。现在，国际油价长时间徘徊在较高价格，传统塑料的价格优势正在逐渐缩小，寻找石油路线合成塑料替代品，尤其是可循环利用的无污染材料的工作变得更为迫切，这就为生物塑料提供了一个有利的市场支撑条件。 其次，生物塑料的耐高温性能不好，很多生物塑料在50℃～55℃就会变形，其应用领域和适用范围因此受到很大限制。而且，生物塑料一般来说都很脆，抗冲击性能不好，难以在汽车零部件等对抗冲性要求较高的领域使用。进一步改善生物降解塑料产品性能，将其推广到电子产品，甚至是汽车材料领域，才能真正使生物塑料获得大规模推广应用。 虽然生物塑料可作为改进回收利用的一种方法，可使美国用于塑料的石油消费减少10%，但制取生物塑料仍产生CO2，并且制取它所需的作物仍需要土地和水分。 作为一个新兴产业，可生物降解塑料包装业也面临重重挑战。首先，包装技术尚不够成熟。虽然消费者对可生物降解塑料包装的关注度在逐步提高，但与传统塑料包装技术相比，目前这种包装技术还比较落后。其次，可生物降解塑料包装的应用领域有限。虽然可生物降解塑料包装在食品保鲜领域占有垄断地位，但由于其在隔热、防水、密封等性能上略逊于传统塑料，所以在其他下游领域渗透率较低。再次，消费者的认知度不高。此外，高昂的价格也阻碍了产品的应用。 作为生物降解塑料的原料，玉米、小麦等农作物产品的价格上涨，也推动了生物降解塑料的价格攀升。从价格上看，2007年石油基塑料的成本曾低于生物可降解塑料。例如，包装牌号的聚乙烯和聚苯乙烯为0.65～0.85美元/磅，而可降解的聚乳酸塑料在1.75～3.75美元/磅的范围内，淀粉衍生的聚己酸内酯为2.75～3.5美元/磅。即使在2009年2月油价下跌的情况下，生物降解塑料的价格仍比传统的石油基塑料价格高出2.5～6.5倍。 但国际上普遍认为，可生物降解包装材料单位面积的价格比普通塑料贵30％就可以接受。重14克的普通聚乙烯包装材料如果采用改性聚乳酸材料替代，质量只有1.5克。厚6微米的薄膜如实现万吨级工业化生产，单位面积的价格将接近传统聚乙烯薄膜。 因此，推广生物塑料面临的问题是： 一、价格问题。生物塑料现阶段比普通塑料价格仍高出两三倍，阻碍了这类材料的迅速普及。现在一些日本企业在其产品中使用生物塑料，主要是为了树立企业的环保形象。不过，业内人士预测，一旦生物塑料进入批量生产阶段，成本可大大下降。二、生物塑料和生物燃料一样可能会与人争粮。生物燃料来源于玉米、小麦等粮食作物，会带动世界粮食价格上涨。以玉米等为原料的生物塑料也可能导致同样的问题。目前，日本、美国等国的科学家已着手采用废木材、野草等制造生物塑料。不少专家看好生物塑料的这一研制方向。 二 藻类基生物塑料将是快速增长的市场粮食作物通常被用作生产塑料的原材料，但现在，研究人员正在将未来的原料来源到海上去寻找。当“塑料”和“海洋”可以同日而语时，它往往可成为污染问题的解决亮点。 海藻是现在研究最有希望的领域，它已经广泛地用作为生产生物燃料的原材料，另外，它正在日益增多地拓展用于生产塑料。总部设在美国的Cereplast公司，已经从淀粉来制取塑料，预计2010年底开始生产藻类基聚合物。 Cereplast公司首席执行官弗雷德里-克希尔（Frederic Scheer）表示，塑料行业是20世纪成功的故事，但是，它建立在单一的原料：石油基础之上。为了使生物聚合物取得成功，需要依赖于一种以上的原料。 发展生物聚合物的论点是，它们应使用可持续的资源作为原材料，而不是使用石化产品。现在已有一定数量的产品面世：来自美国集团NatureWorks的Ingeo产品是该公司聚乳酸（PLA）的商品名称，它是从谷物提炼出来的聚合物；MaterBi是意大利研究团队Novamont开发的淀粉制成的聚合物；美国化工巨头杜邦公司生产的尼龙部分来自于蓖麻籽油。还值得一提的是最早的、业已商业化生产的聚合物之一Cellophane，即由纤维素制取。 Cereplast公司首席执行官弗雷德里克-希尔表示，到2020年，生物塑料行业的市场价值可望达约200亿美元（160亿欧元）。为了实现这一目标，我们必须不遗余力地努力。而我们并不想推高淀粉价格，也不想推高食品价格。 Cereplast公司已经开始寻找替代原料：2009年，推出了基于生物质、木屑和亚麻的生物聚合物等级。但是它相信，藻类最终可望成为比淀粉更重要的原料。希尔表示，在5年内，农业原料可望只占Cereplast公司业务的30%，另外的30%~40%可能是藻类，“其他”来源将占高达30%。 Cereplast公司从一些公司取得原材料，正在创建“从海藻制油”业务，公司表示，它与淀粉很相似，可使用同类设备来处理它，虽然配置有所不同。 它与淀粉基产品有很少几点不同之处，淀粉基产品为白色，而海藻基产品为深绿色。海藻也具有明显的气味。Cereplast公司的工厂通常像面包店，而不像塑料工厂，采用海藻，气味更接近鱼类加工厂。 Cereplast公司预计将有两个藻类基等级产品于2010年底推出：一种可用于注塑，另一种可用于热成型。其藻类基树脂将按其淀粉基混配树脂相同的生产线来设计。这些产品，不属于可生物降解，但却是部分来自可持续的资源。例如，其生物聚丙烯（Biopropylene）同样可从石油和淀粉衍生而来，这种生物聚丙烯（Biopropylene）生产的聚合物具有与传统的聚丙烯（PP）“类似的物理特性”。 从展望来看，也许三年时间内，Cereplast公司就可望从藻类完全生产出这类树脂。 Cereplast公司认为，生物塑料的潜在市场，其中越来越重要的可望通过藻类来制取，这一市场将达到450亿磅（约2000万吨），这是可望用可持续衍生的替代方案生产的常规塑料数量。 目前大多数，如果不是全部，生物塑料来自于“地面”（或土地种植）的作物。但比较而言，藻类可望提供关键的效益。谷物需要100天才能成熟，但藻类成长与收获，为一个星期。藻类也具有较高的产率。在适当的条件下，一年内可望收获50次，这是真正的可持续发展之举。 同时，藻类不是一种可替代的粮食作物：谷物可食用，而藻类不能食用。虽然有些藻类作物可直接来自大海，但大部分可在开放式池塘系统中“商业化”生长。 藻类基塑料已非常迅速地出现而进入市场，虽然市场还很小，但由于其可再生性，而具有大的发展机遇。 位于美国佛罗里达州的Algenol公司已开发出基于藻类的生物燃料工厂，并与众多公司合作，包括陶氏化学公司，该公司将在得克萨斯州自由港（Freeport）建设中型规模生物炼油厂。Algenol公司已设计出将藻类转化成乙醇的方法，称之为直接制乙醇（Direct to Ethanol）法，乙醇然后用作原材料来制取塑料。可持续来源的乙醇已被用于制造塑料：巴西石化公司Braskem已经从甘蔗制取乙醇，然而将它转化成聚乙烯（PE）和聚丙烯（PP）。 另外，全球微藻研究领先者Soley生物技术研究院（Soley Biotechnology Institute）自2000年起，已从螺旋藻生产出生物塑料。螺旋藻是藻类的一种类型。该研究院从螺旋藻微藻提取某些有用材料，产生的大量糟粕作为副产品。通过新开发的方法，该研究院已生产出生物降解塑料与糟粕。 |
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