可降解材料的市场现状及发展趋势
王艳珍
（鹤壁职业技术学院 河南鹤壁458030）
摘要：极端天气频发，引发全球对地球环境问题的高度重视，促进了可降解材料产业快速发展。可降解材料具有环保、无毒、可持续等优点，对于解决白色污染、推动绿色发展具有重要意义。文章综述了可降解材料的分类和市场应用情况，列举了可降解材料的发展中的问题，提出了可降解材料的发展趋势，对于可降解材料的制备及应用有一定的指导意义。
关键词：可降解材料；环境保护；市场状况
中图分类号：TQ 317.9
Market Status and Development Prospects of Degradable Materials
Wang Yanzhen
(Hebi Polytechnic , Henan Hebi,458030)
Abstract: The frequent occurrence of extreme weather has caused the world attach great importance to the environment, promoted the accelerated development of the degradable material industry. Degradable materials have the advantages of environmental protection and sustainability, and are of great significance in solving plastic pollution and promoting green development. This article summarizes the application of degradable materials in different fields, and analyzes the scale, growth trend and competition pattern of the degradable materials market. It will certain guiding significance for the production of degradable materials.
Keywords: Degradable materials; Environmental protection; Market status
引言
石油基高分子材料具有耐磨损、耐腐蚀、耐热、耐冲击等优异性能广泛应用于生产生活中。然而，石油基高分子材料由于数量大、难回收等特点，对社会环境与人类生命健康造成严重威胁，即白色污染及日益严重的“微塑料”问题。 “禁塑令”以及“碳达峰、碳中和”目标的逐步实施，加速了可降解性材料的研发及应用。可降解材料在一定条件下可以降解为水、甲烷、二氧化碳、矿化无机盐等无害物，从而降低环境污染形成生态良性循环。近年来，可降解新材料在包装、农业、医疗等领域得到了广泛应用。全球可降解新材料市场规模不断扩大，研究者对于不同可降解材料的制备、共混性能改进以及在包装、医学行业中的应用研究较多，对于可降解材料的市场及发展瓶颈问题涉及的较少［1-3］。但在可降解材料产业发展过程中，确实面临一些挑战，如生产成本较高、技术水平待提高、市场管理不严格等问题，需要在技术方面进一步研究和探索，以生产高性能、低成本的产品，不断拓展延伸可降解材料的应用范围，促进产业升级。
1可降解材料概述
1.1 可降解材料的定义
可降解材料是指在自然环境下经过微生物、水、光热等因素的作用后，能够逐渐分解为无毒无害的物质，达到环境友好的一种新型材料［4］。与传统材料相比，可降解材料在使用寿命结束后能够自然降解，减少了对环境的污染，有利于可持续发展。
1.2 可降解材料的分类
可降解材料按照降解的外因不同分为光降解材料、生物降解材料、光和生物降解材料大类。
1.2.1 光降解材料
收稿日期：2024-05-29
作者简介：王艳珍(1978.10)，女，硕士研究生，讲师，主要从事材料的制备及性能研究。
光降解材料指在太阳光的照射下，材料的分子结构发生裂化分解，逐渐失去机械强度，转化为CO2和H2O等无毒物质的材料。光降解材料吸收太阳光等辐射能后发生光引发作用，使分子键能减弱，长链分裂成较低分子量的片，导致其物理性能下降。低分子量的碎片在空气中被氧化，降解为能被生物分解的低分子量化合物。光降解材料的制备技术成熟，但是由于其适用于光照量充足、日照时间长的场合使用，目前其应用主要集中于农作物覆盖物，且其能否完全降解还受到质疑，生产中添加的少量光敏剂为重金属物质，不符合环保要求，所以其发展趋于停滞。
1.2.2. 物降解材料
生物降解材料是可降解材料产业中的主流。生物降解材料在细菌、真菌、等微生物作用下发生生化、物理作用而降解或分解。理想的生物降解材料废弃后可被环境微生物完全分解并最终转化为无机物而成为自然界碳素循环的一个组成部分。其中完全生物降解材料以可食用的有机酸、糖类物质、纤维素、蛋白质等为主要原料，经过特殊工艺可加工成制品。生物降解材料中聚乳酸（PLA）、聚己二酸/对苯二甲酸丁二醇酯（PBAT）等具有良好的力学性能和热学性能，价格较低，整体与传统石油基塑料较为接近，最具市场前景。［5］。
PLA来源于生物质原料玉米、甘薯、甜菜、甘蔗渣、秸秆以及其他生物质的农业副产品等。生物降解材料根据降解机理和破坏形式，可分为完全生物降解材料和生物破坏性材料（不完全生物降解材料）两类。国际上完全生物降解材料占优势，我国也将主要力量转向全降解型生物降解材料的生产与研发。
1.2.3 光-生复合型降解材料
光-生复合型降解材料可以在自然环境中完全降解，因此也叫环境降解材料。这类材料主要包括天然的木材，植物，某些人工合成的塑料等［6］。人工合成的环境降解材料主要是生物降解磷酸盐陶瓷材料和生物降解塑料。光生复合降解材料虽然拥有两种降解方式的优点，但技术难度与规模化生产难度大，相关应用产品稀少。
可降解塑料有全淀粉塑料（淀粉含量在80％以上），将淀粉适当变构成无序化，适当添加其他可降解组份，用特殊成型工艺加工而成。脂肪族聚酯塑料包括PLA，聚乙交酯（PGA）,聚己内酯（PCL）等，它们的力学性能和加工性能与普通塑料接近，便于加工成制品。还有聚羟基脂肪酸酯（PHA）细菌在其生长过程中可以将葡萄糖、淀粉等代谢成聚羟基丁酸酯，聚羟基戊酸酯系列衍生物。
2可降解材料的市场需求
2.1 可降解材料的市场规模
可降解材料主要应用于生活用品、包装、医疗器械、农业、环境治理等领域。随着禁限令的不断落地，可降解材料下游应用向服装、3D打印、建筑等领域拓展，市场规模持续增加。2025年，我国可降解塑料的需求量有望达到260万吨，市场规模有望超过500亿元。在快递、外卖、塑料购物袋、农用地膜四个主要应用领域对可降解材料的需求预测如下：
随着电商商务的普及，我国的快递行业进入了高速发展阶段，快递业务单量增长迅速，据《“十四五”邮政业发展规划》提出，预计到2025年，中国邮政业快递业务量超过1500 亿件，按照快递包裹塑料使用率8 %及可降解塑料的渗透率30%估算到2025年，我国快递领域的可降解塑料需求量有望达37.4万吨。
随着人们生活水平的提高和生活节奏的加快，餐饮外卖行业迅猛发展，截止2023年底，中国使用外卖的用户达5.45亿人，订单规模约408.8亿单。外卖订单中塑料餐具占据绝对主导，我国外卖订单中约81.48 %的采用塑料餐盒，81%采用塑料包装袋，78 %采用塑料餐具。根据可降解塑料在外卖订单领域的渗透率30 %及平均每单外卖消耗的塑料量预测到2025年，在外卖订单领域我国可降解塑料需求有望达到47.29 万吨［7］。
塑料购物袋使用频繁，根据国家统计局数据，2022 年我国总人口为14.12 亿人，据此可测算出我国 2022 年塑料袋消费量约为 713.06 万吨。根据“限塑令”的政策指导，假设政策覆盖率达到50%，可降解塑料的渗透率达30%，预计到 2025 年塑料购物袋领域对可降解塑料的需求达 100 万吨。
我国农业生产中，农用地膜使用量较大，地膜有增温、保湿、防虫害等作用，能显著提高农作物的生产率。预计到2025年，农用地膜领域对可降解塑料需求达 20 万吨。可以看出，可降解塑料对传统石油基塑料的替代仍处于起步阶段，替代过程中的需求放量仍未到来。
2.2 可降解材料的市场份额
根据《中国化工新材料产业发展报告（2022）》的数据，全球可降解材料种类分布中，淀粉混合物可降解材料占32 %的市场份额，PLA占32 %的市场份额，PBAT占23 %的市场份额，PBS占据7%的市场份额，PHA占据3%的市场份额。其他可生物降解材料占据3 %的市场份额。不同地区的可降解塑料的结构有所不同，西欧国家以淀粉基降解材料为主，北美洲、亚洲和大洋洲以PLA为主。淀粉基降解材料存在降解残留和不能完全分子化的降解问题，逐渐被市场淘汰。在我国市场上形成工业化规模生产、并占据较大市场份额的主要为PBAT、PBS、PLA 等。
2.3 可降解材料的市场环境
随着人们对环境问题关注度的提高，对可降解塑料的需求也随之增长。同时，政府对可降解材料的生产、使用和回收逐步进行规范，提高了企业对可降解材料的生产积极性。政策的支持也促进了可降解材料的研发与创新，推动了市场上更多环保、可持续的产品的出现。“限塑令”加大了对传统塑料制品的限制，促使企业和消费者更多地选择可降解材料，从而有效推动了可降解材料市场的需求增长。可以预见，随着政策法规的不断完善和执行，可降解材料市场将迎来更广阔的发展空间。
3可降解材料行业痛点
全球可降解塑料总体处于产业化初期，目前的发展过程中主要存在以下痛点：
3.1成本高、标准缺失,市场混乱
相比传统塑料，生物降解塑料成本较高。同等规格的PE塑料袋价格为0.5元，而全生物降解塑料袋约为0.8元至1元，价格相差近一倍。受“双碳”政策影响，生物基可降解材料发展将成为趋势。国内市场存在着完全生物可降解材料和部分生物可降解材料并存，导致市场混乱。PLA生产壁垒高，L-丙交酯开环聚合法目前仅有浙江海正完全掌握合成路线。PBAT生产技术成熟，但对石油或煤炭资源依赖强。市场上存在混杂淀粉的非可降解材料和添加光氧降解剂的不完全降解材料，扰乱市场秩序。由于国内对可降解材料需求增长，现有企业产能不足，导致可降解材料价格高，再加上市场标准和监管欠缺，商家容易受利益驱动，引发大量非可降解材料带来市场混乱［7］。
3.2垃圾处理设施系统不健全
国内城市的垃圾处理方式包括填埋、焚烧、回收和降解。可降解塑料需要特定条件才能完全降解，比如在堆肥环境中。控制环境温湿度和添加特定微生物种类可提高可降解塑料的降解效率。目前的垃圾分类体系未能有效处理可降解塑料，因为它们不具备降解条件。混合可降解塑料和湿垃圾堆肥处理会拖慢处理速度，而单独处理可降解塑料成本较高［8］。由于可降解塑料的一次性应用，它们不适合回收，大多数需要通过堆肥降解。
3.3维护粮食安全问题
现有生物基单体和树脂的原料是玉米淀粉或者食用油（如PLA和PHA），存在原料“与人争粮”的问题。开发基于非粮食原料（如秸秆）的可生物降解材料是有意义的，但是目前由于秸秆等材料在储运等方面成本较高，从而转嫁到整个供应链，使得产品的竞争优势不明显。所以后期降解材料的发展将以非粮食原料为主流。
3.4应用范围有待拓展
传统材料通常具有较高的力学性能，而可降解材料在实际应用中需要在一定时间内降解，这就要求材料在使用寿命内保持足够的力学性能。所以可降解材料的稳定性和可控性需要进一步研究，以确保材料在不同环境条件下的表现稳定可靠。这样才能实现可降解材料应用范围的不断拓展，实现可降解材料对传统材料的有效替代。
4可降解材料的发展前景［9］
4.1政府监管力度加强
随着生态文明建设的稳步推进，政府将加强对可降解材料产业链的全面监管，在更高层面上加强产业顶层设计，在更广范围设计和布局产业发展。政府将与行业协会的合作，制定并实施更加严格的标准和监管机制。同时，加大对可降解材料相关科研机构和企业的资金支持，推动技术创新和产品升级，提升产业链整体水平。政府通过在可降解材料生产和使用过程中实施环保税收优惠政策，引导企业对可降解材料的使用，促进循环经济发展。通过政府的积极引导和支持，可降解材料产业链将更加健康有序地发展。
4.2 应用场景逐渐多元化
可降解材料应用场景很多，除了用于制作餐具、包装材料、农用地膜等低端产品，还可用以制造医疗器械等高端产品。研究者对合成工艺的不断创新推动可降解材料性能提升，为其应用拓展提供了支持。例如通过添加纳米材料表面改性，能够有效调控材料的降解速率和力学性能，提高其稳定性和可控性。另一方面，为了有更好的生物相容性，降低降解产物对人体的影响，研究者通过生物仿生学和组织工程学等领域的技术创新，改进了材料的性能和功能，使其更好地适用于医疗器械和组织修复等领域。随着技术创新和优化，可降解材料将在更多领域展现出更广阔的应用范围。
4.3技术进步和成本下降
单一的可降解材料在机械强度、稳定性等方面往往存在不足。目前采用共混改性制备可降解的薄膜材料。PLA/PBSA二元混合物、PBSA/PBS/PLA三元共混体系，TPS/PBSA/PLA及硅酸盐填充聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯/聚乳酸（PBAT/PLA）。这些研究中通过共混或添加增溶剂、增塑剂等来改善混合材料的微观结构，进而改变其力学性能。
企业在可降解塑料材料生产技术上的不断突破，为行业自主可控发展扫除了技术上的障碍，消除关键原料对国外依赖的隐患。因此，先进、成熟的技术有利于一次性生物降解塑料产品市场的健康发展，有利于产能的释放，从而推动成本下降。
5 结论
随着国家“禁限塑”政策的逐步实施，可降解塑料行业将进一步完善产品标准体系，加强市场监管和可降解标识管理。随着人们环保意识的不断增强，可降解塑料需求将出现大规模增长，得到更广泛的应用。可降解塑料的核心优势是低碳环保，行业发展短期依赖国家政策推动，长期要靠成本降低。技术的不断研发与改进，良好的市场秩序，将使可降解塑料的价格逐渐降低。随着技术的不断进步，可降解塑料行业将迎来更多创新，推动产品性能和品质提升，满足日益严格的环保标准。随着市场需求的增长，可降解塑料的应用领域将进一步扩大，为行业带来更广阔的发展前景。
文献参考
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[6] 可降解材料行业深度报告：政策、技术、产业齐发展，可降解材料替代大势所趋[R]. 山西证券，2023.
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