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生物质塑料产业缓解能源危机

文章来源:中国塑料橡胶 | 发布日期:2006-04-18 | 作者:未知 | 点击次数:

    居高不下的石油价格,正在制约中国塑料行业的发展;越来越多废弃的传统塑料,也在挑战人们日益增强的环保理念。发展生物质塑料被认为是解决以上问题的重要途径。国内多个企业在研发方面有了新的突破,但是,要促使整个产业的成长还需要国家政策的支持。

 

能源紧张危及塑料产业

中国对于石油的需求量越来越大,现已成为全球第二大石油消费国。但受资源的限制,国内石油产量增长十分缓慢,1998-2004年年均增长速度仅为1.43%。而从1993年开始,中国已由石油净出口国转变为净进口国。2004年进口原油1.2亿吨,比上年增长34.8%,进口的石油数量已占国内总消费量的42%;2005年石油进口依存度估计上升到57%。

而自2002年以来,由于全球经济尤其是美国、中国和印度经济的快速增长,导致了原油市场需求增长和国际油价持续上涨。到2005年8月底,受美国墨西哥湾“卡特里娜”飓风影响,油价更是突破70美元/桶,近几个月则一直在60美元/桶徘徊。

国际原油价格屡创新高,带动了国内石油、乙烯等石化基本原料价格上扬,塑料制成品成本随之提升。最近,国内市场聚丙烯价格在11700元/吨左右,比年初上涨约1700元/吨;ABS树脂价格为14500元/吨左右,比年初上涨900元/吨;高密度聚乙烯价格为11100元/吨左右,比年初平均上涨1000元/吨。原材料涨价使塑料加工企业的成本压力大增,尤其是部分中小企业已经面临生死存亡的关头。一些塑料企业出现有单不敢接的情况,甚至部分小作坊已停产;大中型塑料企业也在缩小生产规模,或者采用其他原料替代塑料。尽管生产成本上升,但是由于担心客户流失,塑料加工企业却不敢轻易提高成品价格。进口塑料原料经销企业也有自己的难处,目前加工企业的采购量低,加上再生塑料的冲击,经销企业的销售降低了接近1/3,并且利润也受到很大影响,有企业甚至透露每卖一吨就亏1000-2000元。而塑料制品销售商的日子也不好过,整体而言,制品的价格还是上涨了,涨幅达20%。有销售商表示,“本来利润就薄,现在进货价又上涨,生意越来越难做了”。

目前状况已经让塑料从业者苦不堪言,然而根据多方面的市场预测,这还不是尽头。英格兰银行认为,“油价大幅度上涨的可能性超过大幅度下降的可能性。油价在2006年8月上升到每桶100美元或更高的可能性大约为5%。”美国高盛公司股票分析师的报告也指出,“由于美国和中国对石油的强劲需求,油价涨到100美元/桶完全有可能”。在此形势下,利用可再生资源和生物质工程技术替代不可再生资源成了社会可持续发展的必由之路。

 

发展生物质塑料的现实意义

生物质塑料,是利用玉米粉、土豆粉、木薯粉等生物淀粉类农业产品与聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、偶连剂、添加剂等化工基产品混合,通过电子、化工、生物工程和机械加工等多学科交叉工艺生产的生物质塑料合成树脂。该种合成树脂生物质含量可以达到30%-70%,具有化工塑料树脂的全部功能,可制造成薄膜类、发泡填充类和硬片类等上百种生物质塑料环保制品,这些生物质塑料制品通过环境微生物的作用可以降解。近年来,关于生物质塑料的概念越来越多地强调完全生物降解,即不含任何难以降解的有机石化原料成份。

生物质塑料产品,主要包括全淀粉塑料、大豆蛋白塑料、聚乳酸及聚羟基脂肪酸酯等。前两种产品虽然价格便宜但可加工性差,发展空间有限。聚乳酸则由于加工性好,具有良好的机械性能及物理性能,应用会越来越广,可加工成从工业到民用的各种塑料制品。所有富含淀粉的农作物都能生成聚乳酸,玉米因为价低量大,成为聚乳酸的基础原料。

发展生物质塑料产品具有三大现实意义。中国塑协降解塑料专业委员会副会长、清华大学生物科学与技术系教授陈国强指出,生物基塑料的最大意义在于可以实现可持续发展。生物质塑料产品的原料玉米等植物可以年年种,生生不息。目前全球石油紧缺,而玉米产量却过剩。每年中国玉米库存量就有3000万-5000万吨。如果用这些库存玉米为原料,可以制造1000万吨塑料,相当于20多个金山石化一年的塑料产量。使用过剩的材料来代替紧缺的资源,显然非常“划算”。

生物质塑料在中国应用,其意义还体现在环保方面。一方面,这种塑料的原料玉米等植物在生长过程中通过植物的光合作用,会消耗二氧化碳。另一方面,生物质塑料的整个生产过程都是生物催化,或者结合化学聚合,是一种能量消耗少、污染物排放少的绿色生产工艺。并且,这种塑料废弃后,可以通过环境微生物的作用完全降解,也可以通过堆肥作为肥料或者燃料再利用。也就是说,生物质塑料不但可以克服传统塑料生产过程中所带来的二氧化碳排放困扰,而且可以摆脱废弃后“白色污染”的弊病。有业者估计,如果有100个年产10万吨“玉米塑料”的厂家,中国将彻底告别“白色污染”。 

发展生物质塑料所带来的经济效益也是较为可观的。2004-2005年度中国玉米期初库存量估计为4485.2万吨,以往这些库存玉米80%用于饲料,“玉米塑料”推广应用后,将可大大提高玉米的附加值,提高农民收益。陈国强指出,生物质塑料如果发展起来,可以带动一个新的产业群:前端是农业,中间是发酵等生物转化,后端是现有的大化工产业。期间大量以微生物发酵为主的企业的出现,也将在塑料和纺织工业带动一大批下游产业,形成至少10倍以上的产值。以吨价为1万元来计算,100万吨生物质塑料的产值是100亿元,下游产品就产生1000亿元的产值,而且这样可以节省500万吨原油。

 

生物质塑料研发及生产情况

由于看到生物质塑料,尤其是聚乳酸所带来的好处和市场前景,国内不少企业开始投入大量人力、资金进行这一新产品的研发和生产。

中国科学院长春应用化学所建成了国内规模最大的聚L-乳酸中试生产线。为实现玉米淀粉高值化利用,建立“玉米-淀粉-乳酸-聚乳酸”的产业链,长春应化所实现了分子量大于10万聚L-乳酸的规模制备,并在浙江海正生物材料有限公司建成30吨/年中试生产线。目前该企业正在扩产,促使规模达到年产5000吨聚乳酸树脂。公司还成立了塑料制品研究所,已经开发出十多个产品,先行出口日本。

2005年12月,由重庆大学生物工程学院承担的国家“863计划”项目——完全生物降解型绿色高分子材料开发项目通过专家验收。该学院已经与重庆市一家制药公司组建了新的生物科技有限公司,由其推进聚乳酸的产业化进程。目前,该公司已经成功开发出连续化年产100吨的聚乳酸自动化生产装置,并计划在2006年建成5000吨的聚乳酸生产线,五年内将生产能力提高到年产20万吨。[NextPage]

2006年,上海同杰良生物材料有限公司将正式在上海生产“玉米塑料”,预计年产量将在1000吨以上。目前该公司正在申请专利的生物质塑料——聚乳酸(PLA)项目。其独创了由乳酸单体直接缩聚高分子量聚乳酸(PLA)的先进聚合工艺(“一步法”制备工艺)。该技术和生产工艺优势突出表现在:获得产品的纯度高、无沉淀;产品转化率高(比根霉法高20%);能耗低;生产成本低,出厂价约在一万元人民币左右一吨,接近化工塑料粒子的价格。而美国的聚乳酸采用“两步法”制备工艺,生产成本居高不下,每吨售价在3000美元左右。

2005年12月,深圳市奥贝尔科技有限公司成功完成了可完全生物降解材料PHAs(聚羟基烷酸酯)产业化中试,并已与几家国际大企业达成供货意向。新产品的原材料全部来自农作物和植物,在完成其使用周期后100%地回归大自然。2006年,由奥贝尔投建的国内第一条、全球第二条年产5000吨以上的可完全生物降解材料生产线可望在深圳建成。据悉,奥贝尔的中长期目标,首先是将采用转基因工程技术将生物合成聚羟基烷酸酯所需的pha、phb及phc等多种酶构建于植物体内,利用植物的自养功能在体内直接合成PHAs,使生产成本进一步降低。其次是利用国内的农业优势,在国内建成10-20个年产5-10万吨级的产业基地。

此外,中科院化学所(北京)、复旦大学、浙江大学等单位均开展了乳酸的聚合研究。而安徽丰原集团、长春玉米工业区、中国科学院成都有机化学有限公司、江苏九鼎集团、河南飘安集团、哈尔滨威力达药业公司等公司都有在建或者拟建的生产线。完全生物降解技术实现大规模产业化、完全生物降解材料获得普遍运用之后,相信将给中国塑料行业、能源资源带来巨大的影响,也将为经济的可持续发展和环保做出贡献。

  生物质塑料应用情况及前景

生物质塑料由生物淀粉类农业产品制成,它具有耐磨、透气等优点,可全面取代化工塑料,被视作继金属材料、无机材料、高分子材料之后的“第四类新材料”。聚乳酸(PLA)是其中最大的一种,俗称“玉米塑料”。

“玉米塑料”在医药医疗领域大有用武之地。用其制成的骨钉、手术缝合线已应用于临床,由于具有在体内完全降解的特性,可免除施行拔除和拆线等程序。“玉米塑料”被用于制成人造骨骼和人造皮肤的组织工程支架,随着支架材料的降解,人造骨骼和人造皮肤生成。利用“玉米塑料”无毒无害可降解的特性,还能制成缓释胶囊,可以在人体内逐步消化降解,药物在一定时间内持续释放。

“玉米塑料”作为包装材料的应用也非常广泛。预计中国今年将开始使用“玉米塑料”餐盒盛装饭菜。这种一次性餐盒,呈麦芽色,中空两层,耐磨,而且不烫手。而全球最大的零售商沃尔玛计划将所有产品包装改换成聚乳酸(PLA)塑料制品。据悉,通过改用玉米为原料,沃尔玛每年将减少80万加仑的汽油的使用,约合减少1100万磅的温室气体排放。此外,美国和加拿大的100多个商店已改用玉米塑料粮食容器,并且销量增长12%。

在其他应用方面,还包括以下例子:索尼公司用玉米制成随身听;丰田公司用白薯淀粉基塑料制成汽车配件;富士通公司用玉米淀粉基塑料替代计算机的塑料外壳;荷兰甚至计划使用玉米塑料来制造棺材。

塑料在国内有着巨大的市场需求。据估计,2005年中国塑料包装材料需求量达到500万吨;可覆盖地膜,加上育苗钵、农副产品保鲜材料等估计需求量达到100万吨;用于制造一次性日用品的塑料的需求量达到70万吨;一次性医疗材料方面,其需求量约达30万吨。鉴于污染环境的压力,石油基塑料被生物质塑料替代的可能性大大增加。

 

降低成本是关键

尽管生物质塑料在国内已经实现产业化,但价格较高仍是制约其大范围应用的最主要瓶颈。因此,降低生产成本成为该产业近期的重要目标,有三个途径可以达此目标:降低生物质原料的成本、提高生产技术和扩大生产规模。

生产生物质塑料的原料主要是玉米淀粉。中国玉米生产集中在东北和黄淮地区,而南方地区畜牧业和玉米加工业发展较快,玉米需求量大,北粮南运促使运输成本较高。另外,中国玉米生产成本较高,主产区的生产成本约为0.88元/公斤,而美国玉米不含补贴的生产成本为0.66元/公斤。2005年年底,国内玉米价格在1140-1340元/吨,预计2006年度玉米价格小幅上涨。但是,国内玉米降低成本的空间较大。东北玉米产区土壤肥沃,资源成本较低,加上国内已选育出一批品质优、综合性状好的专用品种,通过推行规模化种植,提高机械化水平,生产成本下降幅度较大。

与原料成本相比,生物质塑料的加工转化成本更高。实现技术上的突破,是降低产品整体成本的关键。据报道,在生物质生物利用过程中,国际公认的3个需要解决的重大技术问题是:克服木质纤维素分子对生物转化的抗性,将大分子多糖降解为可发酵糖;通过微生物代谢工程和基因工程研究,由可发酵糖进行生物转化;简捷、高效的下游过程技术产物分离。中国在以上方面具有独到的技术优势,将有望率先降低聚乳酸前体乳酸的生产成本,使生态塑料聚乳酸树脂具备与石油基塑料竞争的经济性。

通过扩大生产规模,也可以使生物质塑料的成本下降。但是,由于这一产业涉及面广,需要投入的资金量大,不少企业在发展初期完全靠市场机制难以形成必须的资本力量。上海同杰良生物材料有限公司总经理仁杰表示,虽然其公司生物质塑料的生产成本与销售价格接近石油基塑料,但是如果在今后的3年时间内,不能快速形成5-10万吨的生产规模,就有可能丧失发展的先机。生物质塑料要快速、健康地发展起来还必须依托国家政策和环保立法的支持,在2005年两会期间,全国政协委员陈铎和蔡继明也曾建议国家应启动生物质塑料树脂研发工程,建立国家级生物质塑料研发和生产基地,在贷款、税收、出口等方面制定优惠政策,大力扶持具有一定技术基础和生产规模的生物质塑料生产企业的发展,进而推动生物质能源产业发展。

在中国石油资源短缺、环境污染压力增大的状况下,推动生物质塑料的应用将成为中国新材料发展的一个重要方向。随着产业规模和市场影响的扩大,生物质塑ㄌ娲突芰弦步型晌质怠?BR>

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