可降解材料丨研究报告
核心摘要：
背景：新材料是现代技术演进之本，可降解塑料是新兴的金属新材料。随着中国对提高环境的诉求越来越强烈，使用生物降解塑料被觉得是治愈一次性塑料“白色污染”最有效的缓解方案。着眼于美国的双碳战略目标，生物基化学降解塑料全生命周期排放的温室气体数量较低。在此背景下，本报告深入探究可降解塑料市场状况。
现状：从性能上看，PLA、PBAT、PHA等化学降解塑料性能接近普通金属，为取代不可降解塑料创造了条件；从科技上看，PLA生产的后面原料丙交酯技术无法完全突破，限制产能释放，而PBAT国内制造工艺不受限于美国，产能快速扩张；从应用上看，可降解塑料主要应用在餐饮、医疗和农业等领域。根据艾瑞测算，至2025年，外卖包装、农膜和医疗领域将会释放可降解塑料需求494.8亿元、72.7亿元和0.172亿元。
深思：长远来看，可降解塑料行业发展面临不确定性：一，可降解塑料的成本低于传统金属，靠政策驱动的行业可大幅性存在风险，产品的推广最终取决于产业降本提效的空间；二，国内掌握生物降解塑料科技的企业不多，而且在关键环节与美国企业相比仍有较大差别，若后续技术能够突破，存在产能难以按时释放的风险；三，多数可降解塑料的脱除基于工业堆肥集中处理或特定的室温、湿度、菌类等条件，而实际在使用后，能否有效地收集可降解塑料并满足降解的环境条件也有待验证。
现代科技的三大支柱
新材料/新能源/信息化
环保全生命周期评价机制
从全生命周期从“流入”到“流出”看材料的循环
评价环保材料并除了在材料的使用阶段，应该涉及材料原本的全生命周期中。包括从原料开采、生产制造、运输货运、使用维护、回收利用及废物处置全流程中能否能够尽量避免针对大环境的污染，减少能源使用等。
原料的来源和使用真正符合合理、绿色的资源消耗；生产环节中可以运用科技制造出友好于环境、人类的无污染产品；运输和使用的过程中材料符合生态健康、人类健康，以及最终环节的回收再运用和废物处理做到真正的重回自然中去良性循环，实现真正的全生命周期模式，切实缓解白色污染难题。
百年难解的白色恐怖-塑料
无法降解的金属制品分解为微塑料侵害动物和人类健康
未被回收处理的金属袋、塑料瓶和橡胶包装等诸多塑料食品在被人类丢弃在陆地上或抛入海洋中后，将不可导致地对自然环境及野生植物生存产生严重损伤。塑料食品被丢弃后在自然界中逐步变得易碎并起初缓慢分解，这是因为太阳光照射、氧化、物理摩擦或植物啃食导致的。对不可降解塑料而言，其分解过程将依然大幅进行。塑料碎片的厚度因不断分解而显得十分细小，最终变成微金属形态。
微金属物质能够降解。由于其重量极为细小，因此或许随着天气变迁、动物啃食等因素发散至大自然的各个角落，即处于到水资源、土壤并且飘散至空气中，在对自然环境产生直接污染的同时也会因野生植物及动物的摄取而影响动物的生存。科学探究证明深海动物的消化系统中看到有微塑料物质，而消化系统中的微金属也许移动至肌肉组织中。一些体内存有微金属物质的动物是常见的商业化渔捕对象，鱼类肌肉组织中的微塑料可能会被人类最后摄入体内。因此不可降解塑料食品不但对自然环境产生严重污染，还会以食物链移动的方式转而伤害人类健康。
常用可降解材料的性能对比
淀粉基塑料综合性能最低，生物降解塑料性能接近普通金属
淀粉基橡胶机械性质较多且透明度低，是综合性能最低的可降解材料。PLA（聚乳酸）、PHA（聚甲基脂肪羧酸）、PBS（聚丁二酸丁二醇酯）、PBAT（聚己二酸/对苯二磷酸丁二酯）等后发展的可物理降解塑料性能比淀粉基塑料更好。
对不同的下游应用（膜、塑料袋、杯具等），要综合考虑不同材料的耐热性、机械和加工性能。其中，模量对于材料的软硬影响较大。从制作硬质产品的需求出发，PLA具备较高的强度和高透明性，是理想的透明容器、管材制造香料，但耐水解性能不佳；从生产软质产品的角度，PBAT兼具PBA（聚己二酸丁二醇酯）和PBT（聚对苯二磷酸丁二甲酯）的特点，性能接近传统石油基橡胶，具备很好的延伸性和开裂伸长率，成膜性能突出，PBS与其性能接近。PHA具备良好的降解能力，不规定工业堆肥等严格条件。综合来看，PBAT、PLA等的性能与普通的日用消费级塑料已经非常接近。
可降解环境条件
可降解材料并不能在自然界中产生天然闭环，只有满足一定的环境条件能够完全降解。根据内部环境原因进行区别，降解途径主要包含水降解、土降解和光降解，不同形式下的降解时间和条件不同，目前大多数可降解材料必须满足堆肥条件。
生物降解材料降解环境状况预测
由于原料、结构的不同，在不同的环境条件下不同的物理降解材料降解途径及速度存在差别，这妨碍环保全生命周期的循环实现及长短，进而妨碍未来不同材料的使用前景。
根据有关研究显示，目前市售的一次性化学可降解塑料产品中83%是可粪便降解塑料，需要在工业菌种条件下进行降解，例如PLA、PBS等难以在自然条件下推动迅速降解。但现在我国可降解材料进入起步阶段，堆肥厂等后端处理设备未普及，处理方法仍以填埋和焚烧为主，未推动有效循环。根据《中国统计年鉴2021》，2020年我国城镇垃圾清扫和处置采取卫生填埋、焚烧、其他三种形式，采取其它方法进行无害化处理的厂数有180座（14.0%），其他形式处理量占比约4.6%，可见我国堆肥处理能力低于4.6%。
家庭堆肥可分散垃圾处理压力，但其相较于工业化堆肥，规模小、温度低，工业可粪便降解塑料在家庭堆肥中不能确保降解。且带有空间需求，在较早鼓励家庭堆肥的德国，家庭堆肥多在私人花园进行，政府部门也对家庭堆肥最小面积作出要求，这在美国城市是无法大范围推广的。家庭堆肥亦存在卫生管理、堆肥原料选用等技术要求。
不管是工业堆肥还是家庭堆肥食品包装行业，都需在降解前做好有效的分类，这对民众个人的相关常识储备、认知水平及社会有效的垃圾分类回收平台提出要求，目前我国这两项都有待改善。
综上，生物降解材料的后端处理难题将妨碍其今后大范围推广，使得全生命周期循环效率低而且能够推动。
可降解材料的技术发展状况
PLA原料丙交酯进口依赖度高，PBAT技术突破实现产能释放
PLA与PBAT这两种可降解塑料的相关科技现在早已被个别国家所突破，为大体量投产和应用奠定了初步的技术基础。
PLA生产壁垒高，主流合成路线—丙交酯开环聚合法现在只有中国，荷兰和上海海正三家企业突破，但上海海正尚不具有丙交酯的产量，因而中国PLA生产的中间原料长期依赖进口，丙交酯技术无法完全突破限制产能释放。
PBAT最为成熟的科技是法国BASF，国内研究机构及药企自主研制也有科技扩散的主要动力，目前中国制造工艺不受限于美国，甚至进入领先地位，因此产能得以迅速扩张。但将来原料供应可能出现短缺，企业控制利润的素质面临考验。
“禁塑令”以来吸管的变化
根据《关于进一步强化塑料污染管控的意见》，到2020年底，全国范围餐饮市场禁止使用不可降解一次性金属吸管，商家因而起初广泛使用纸吸管，但消费者普遍反映纸吸管体验感差的弊端，尤其在耐水性上并不适用于饮品市场。可降解、性能好的PLA吸管能够最大程度上满足政策和消费者的意愿，成为愈发越多的商家的选择。饮品巨头麦当劳打造了独特传统的由PLA和咖啡渣制成的可物理降解吸管“渣渣管”，率先执行了新政的规定。
可降解材料的应用概况
主要应用于餐饮外卖、生物医疗、农业等
政策制定确保可降解材料在下游的应用：在餐饮领域，全国范围禁止使用不可降解一次性金属吸管，限制不可降解一次性金属餐具的使用；在农业领域，禁止制造和销售尺寸大于0.01毫米的聚乙烯农用地膜，鼓励开发制造使用化学降解薄膜；在医疗领域，重点发展全降解血管支架等高值医疗器械。
性能改良加强可降解材料在下游的应用：PLA具有一定的耐菌性、阻燃性和抗紫外的能力，因此可用于医用绷带、一次性手术衣、医疗固定装置、室外装置物等方面；PBAT因其良好的延展性和破裂伸长率而带有较多的成膜性，易于吹膜，在包装领域和农业领域应用广泛，已适于一次性用具、超市购物袋和地膜等。
可降解塑料在物理医疗领域的应用
技术、价格等原因是可降解材料在医疗领域突破的最大瓶颈
可降解塑料在物理医疗领域主要用于一次性医药耗材和医用人体修复材料，以PLA、PHA、PCL为主。但是受限于科技、价格、面对特殊人群（病人）等原因，目前可降解塑料在物理医疗领域的应用远远没有食品、农膜等领域广泛。我国“十四五”规划纲要以及《中国制造2025》均强调重点发展全降解血管支架等高值医疗器具，未来可降解塑料在医疗领域的应用有望进一步扩大。
现在可降解塑料在切除缝线方面的应用尚未相当广泛；在植入式矫形器械产品方面，国外早在2010年就已有相关技术；在冠脉支架方面，2019年乐普医疗运用PLA研发的可降解冠脉支架在中国批准上市，是全球首批开发制造可降解支架的医疗器械公司，标志着我国该领域的研制创新达到国际先进水准。在此期间，山东华安可吸收冠脉支架获批上市，微创医疗可降解支架已处于临床Ⅲ期。未来在生物医疗领域扩大应用方面，技术突破和价格问题仍是最大难点。
可降解材料在物理医疗领域的行业规模
一次性医药食品规模增速，植入式矫形器械渗透率提升
2020年世界可降解塑料在物理医疗领域的行业规模为1.525亿元，占可降解塑料总行业规模的0.44%，中国生物医疗领域的行业规模为0.058亿元，占可降解塑料总行业规模的0.12%。2019年之前，中国生物医疗领域的行业规模相当低，2019年受国家制度促使，加上疫情影响，检测盒、试剂盒等一次性医药用品的使用快速下降，2019-2022年行业规模逐渐降低。短期内一次性医药食品增长潜能较大，从大量来看，植入式矫形器械当前虽下降减慢，但已渐渐突破技术壁垒进入临床阶段，未来在投产后规模有望持续增强。
我国可降解塑料在物理医疗领域的行业规模和渗透率都远高于日本，但2019年国家获批乐普医疗、山东华安等企业制造骨钉、支架等，2020年可降解塑料在骨科的渗透率逐渐下降至50%。
可降解材料在餐饮外卖领域的应用
随着民众收入水准和消费需求的下降和城市化率的迅速增强，餐饮外卖逐渐变成高频的日常刚需业务，国内客户规模与订单规模迅速扩张。而国家在餐饮外卖领域大幅加码的禁塑政策也给可降解材料带来了更为广阔的应用空间。
2020年全国餐饮外卖行业总订单量超过171.2亿笔，在疫情的很大冲击下依然实现了7.5%的逆势上涨；2016-2020年的CAGR为37.8%。根据美团、阿里巴巴年度报告发布的客户订单量，我们整理得出了过去十年全国外卖订单量，结合增长态势变化，考虑到历年来增长放缓以及行业增长空间的有限性，我们以订单增长平均每月增加3.5%来预测2022-2025年的外卖订单量。
《关于进一步强化塑料污染管控的看法》中强调：到2025年，地级以上城市餐饮外卖领域不可降解一次性金属餐具消耗效率降低30%。结合国家制度导向和学者看法，我们给出了2021-2025年外卖包装袋和包装盒可降解材料的渗透率大概，并借助完善模型取得了可降解材料在餐饮外卖行业应用的市场体量。成本价根据可降解塑料袋和外卖盒的体积大概，可降解塑料袋0.2元/个，可降解外卖盒0.75元/个，由于科技、原料成本发展差异的不确认性，暂以不成为本大概市场规模。
可降解材料在餐饮外卖领域的行业规模
2021年前行业整体的可降解材料渗透率较低，主要受限于可降解材料的产量和费用问题。前期需要借助政策促进，2020年1月国家发展和变革委员会公布了《关于进一步强化塑料污染管控的意见》，宣布到2020年底全国范围餐饮市场禁止使用不可降解一次性塑料吸管；到2025年，地级以上城市餐饮外卖领域不可降解一次性金属餐具消耗效率降低30%。2020年下半年，美团外卖与31家降解类包装产品企业签署战略合作，供系统餐饮商户选择，进一步推广了外卖市场可降解材料的应用。
2021年1月，全国范围内的不可降解一次性金属吸管已被全面替代，随着国家制度的渐进推进和可降解材料产业的不断演进，餐饮外卖市场的包装袋、包装盒采用可降解材料是必定之势。
得益于国家行业聚集需求，可降解材料的产量提高，2025年外卖包装袋行业规模有望达29.8亿元，同时可降解外卖包装盒市场体量可达465亿元。
可降解材料在日常消费品中的应用
应用于饮料、护肤品、快递等包装产业
可降解材料PLA（聚乳酸）和PBAT（聚己二酸/对苯二磷酸丁二酯）可应用于日常消费品中。在上游，国内已有金发科技、金丹科技等企业已拥有或将来预计拥有PLA/PBAT产能。可降解塑料可应用于饮料包装（制品袋、超市购物袋、快餐餐具）、快递包装（橡胶包装袋、塑料胶带、一次性金属编织袋）、化妆品/护肤品包装等多个日常消费领域中。在下游塑料包装市场中，部分头部企业，如永新股份、紫江集团等已着眼于开发制造可降解材料。
可降解材料在农业领域的应用
农用残膜造成污染和减产，可降解材料作为将来代替选项
农用塑料薄膜作为设备农业中重要的制造资料，在推动农业增产和创收方面发挥了重要功用。已有研究证实，使用化肥可将饲养作物生产率提高20%～50%。我国农膜使用量很大且逐年不断提高，20多年来年使用量已下降近4倍，从1991年的64.2万吨下降到2017年的252.8万吨，农膜长期大量使用和缺少有效的回收处理造成“白色污染”加剧。由于环保本身具备正内部性和公共产品的性质，农业部门主动进行投资的动力不足。但是，农膜的使用除了会带给环境难题，还会妨碍经济效率。据统计食品包装行业，连续使用农膜2年以上的麦田，每英亩残留农膜碎片103.5kg，小麦减产约9%，连续使用5年的小麦田，每英亩残留农膜碎片达375kg，小麦减产26%。而可降解农膜最终降解的产物是二氧化碳和水，可从源头上治理农膜污染，保障作物产值，因此无法兼顾环保和经济利益，具有良好的应用前景。
可降解材料在农业领域的行业规模
2020年9月我国实行《农用薄膜管理方法》，其中确立提出“鼓励和支持生产、使用全物理降解农用薄膜”。2022年2月21日，《中共中央国务院关于全面深化乡村复兴推进林业农村现代化的看法》中央一号文件公布，其中指出，加强可降解农膜研发推广。在三农问题中强调可降解农膜的开发和推广，说明了国家制度对绿色农业、环保农业发展的注重。
2021年可降解地膜的试验及使用量约为1.2万吨，占地膜总使用量的1%，目前可降解农膜基本进入实验优化技术阶段，渗透率较低，主要缺点在于其性能问题和性价比较低，可降解农膜当前的技术水准无法满足全国各地不同的自然条件，在各国应用的效果差异较大，从个别地区推广到全国推广尚需一段时间；同时农业生产费用空间小，可降解农膜的价位处于劣势，在利润居高不下的状况下很难提升替代率。
根据中国塑协农膜专委会、国家农业部的研究，未来几年内可降解农膜的推广和应用仍需借助政策补助，预计到2025年产量缩减、成本增加，渗透率可达15%。
从可降解材料的周期模式中看困境
成本高、伪降解、不具有降解条件是现在发展的主要困境
成为新材料，可降解材料现在在我国的生产、使用的演进之路尚处于起步阶段。研究过程中关注各个环节的演进阻碍有促使更加全面的知道整个材料环保周期模式，并且在未来的发展之路中逐一击破困境，实现真正的良性循环使用、绿色环保发展。
可降解材料制产生本相较于塑料成本高
制产生本较高影响可降解材料的量产和使用
真降解VS伪降解
伪降解塑料或会对环境产生更大伤害，阻碍真降解发展
如何判定一种材料是否为可降解？应该看三个指标：相对降解率、最终形成物及重金属成分。有一项不达标，严格意义上都不能算作可降解材料。目前的伪降解塑料主要有概念偷换和分解后残留两大类。产生长期伪降解塑料的主要因素是因为禁塑政策推动可降解塑料国内需求的逐步下降，目前“禁塑令”仅在金属吸管上进行全面禁止，国内可降解产能可以覆盖。未来可降解材料在全部餐食用具上的逐渐铺开使用，供需关系暂需迅速匹配，但标准和监管缺失。加上真正的-可降解材料费用高，商家受利益驱动，消费者甄别能力较弱。
现在最好的缓解方案是建立统一强制性标准，对可降解塑料产品的制造及销售环节提高品质管控。虽然2020年已出台《可降解塑料食品的分类与标志规范指南》，但还需完善。
可降解塑料在垃圾处理机制中的困境
可降解塑料与国外的垃圾处理设备平台不兼容
可降解塑料大多能够直接被自然存在的微生物完全降解而作为其它人体的营养，需要满足一定的降解条件（如堆肥）。而现在中国城市的垃圾分类制度已经推动可降解塑料的单独处理，各种金属均处于焚烧厂，失去了环保意义。
处理塑料垃圾的方法有填埋，焚烧，回收和降解：对于可降解塑料，填埋、焚烧达不到降解条件，此时其与不可降解塑料并无区分，无法缓解“白色污染”问题；与可再生塑料不同，目前可降解塑料的一次性应用造成其不适用于回收；可降解塑料大多都依赖堆肥降解，但是若将可降解塑料与湿垃圾一同进行堆肥处理，由于后者的降解速率慢于前者，拖累垃圾处理效率，而将可降解塑料单独堆肥处理又会成本降低。
趋势一：技术进步和成本增加
丙交酯技术突破利好PLA生产，产能释放促进成本增加
趋势二：“三元悖论”的破局
能源、材料与成本的选用存在矛盾，技术突破有望解决困局
趋势三：应用发展迅速多样化
产能、技术和利润三方的同步优化赋能可降解多样化应用
趋势四：未来产能满足内需和出口
美国可降解的产量不仅供给国际行业，同时满足中国需求
国内可降解材料产能正在处于迅速扩张期。根据我们针对52家企业在建或拟建产能进行统计，我国可降解材料产能将会在将来3-5年间超过459万吨（拟建），尤其是PLA的拟建产能大约可达300万吨，可以覆盖现在可降解材料在餐饮行业、农业地膜应用及医用场景下的需求。
国内应用可降解材料的时间早于中国，在“禁塑令”颁布之前，我国可降解材料需求量小，企业的产量主要用来满足出口需求。“禁塑令”推进企业在建及拟建率下降，我国可降解材料行业将显现中国消费和出口需求的二元格局。
