2022年生物基材料产品及行业格局梳理.pdf

请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容证券研究报告证券研究报告|2022年年02月月11日日生物生物基材料产品及基材料产品及行业格局梳理行业格局梳理行业研究行业研究 专题报告专题报告基础化工基础化工 生物生物基材料基材料请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容投资摘要投资摘要国信化工观点：国信化工观点：1）生物基材料是低碳环保的绿色材料，契合“双碳”发展目标；下游应用广泛，需求正在不断扩张。）生物基材料是低碳环保的绿色材料，契合“双碳”发展目标；下游应用广泛，需求正在不断扩张。生物基材料是指利用可再生生物质或经由生物制造得到的原料，通过生物、化学、物理等手段制造的一类新型材料，如生物基塑料、生物柴油、生物基化学纤维、生物基橡胶、涂料、助剂等。生物基塑料相比石油基塑料更具减碳和可再生优势，应用遍及工业与生活的各领域，目前包装和消费品、纺织品是其最主要的应用领域。未来，生物基材料有望在部分应用领域逐步替代传统石油基材料，成为引领科技创新和经济发展的新型产业，并作为绿色低碳发展的主要途径及低碳经济增长的亮点。2）生物基塑料在缓解能源危机生物基塑料在缓解能源危机、降低环境污染方面具有重要意义降低环境污染方面具有重要意义，全球产能持续增长全球产能持续增长。生物基聚合物种类繁多，多数化石基聚合物都有其对应或类似的生物基产品，其在缓解能源危机、降低环境污染方面具有重要意义，使用生物基原料替代化石基原料制备生物基塑料及聚合物的技术日益受到重视。据European Bioplastics数据，全球生物基塑料约占每年生产的塑料中的1%。2020年，全球生物基塑料产能达211.1万吨，其中可生物降解塑料、不可生物降解塑料的产能分别为122.7万吨、88.4万吨。截止2021年末，亚洲共计拥有全球49.9%的生物基塑料产能。与发达国家相比，我国生物基塑料的市场渗透率还仍然偏低，具备广阔的市场空间。此外，未来我国“限塑令”的持续推进有望推动生物可降解塑料及上下游行业快速发展。3）欧洲生柴强制掺混政策持续驱动欧洲生柴强制掺混政策持续驱动，碳中和加快生物柴油推广进度碳中和加快生物柴油推广进度，生物柴油价格大幅上涨生物柴油价格大幅上涨。2020年全球生物柴油产量约4290万吨，近10年全球需求复合增速达10%，2030年需求有望达到8000万吨。我们预计2021年全球生物柴油需求量约4000万吨。欧盟要求2030年生物燃料在交通领域掺混比例达到14%，而据USDA测算当前掺混比例仅8.1%，欧洲生物柴油供应缺口有望逐步放大，带动生物柴油进口需求提升。受到原油价格上涨、欧洲菜籽油产量下滑、生物柴油需求高增等因素作用，2021年以来生物柴油价格已出现大幅上涨。随着国内“双碳”进程推进，我们看好国内生物柴油推广进度有望加速。4）化学纤维市场空间广阔，生物基化学纤维替代需求较大。）化学纤维市场空间广阔，生物基化学纤维替代需求较大。2015年至2020年，我国化学纤维工业总产量由4872万吨增长至6025万吨，整体呈上升趋势。生物基化学纤维具有绿色环保、原料可再生以及生物降解等优良特性，有助于解决当前全球经济社会发展所面临的资源和能源短缺等问题，生物基化学纤维有望实现对石油基化学纤维的替代。目前已实现工业化生产的生物基化学纤维主要有PET纤维、生物基尼龙56等，产品性能优异，市场份额正逐步提升。投资建议：投资建议：“双碳”背景下生物基材料需求有望在未来5-10年保持高速增长，我们看好生物基材料逐步替代化学基材料的长期趋势。我们看好具备技术及成本优势的生物基化工企业，建议关注凯赛生物、联泓新科、卓越新能、金发科技、华恒生物、嘉澳环保、赞宇科技凯赛生物、联泓新科、卓越新能、金发科技、华恒生物、嘉澳环保、赞宇科技等企业。风险提示：风险提示：原材料价格大幅波动风险；产品需求不及预期的风险；在建项目进度不及预期的风险等。请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容生物基材料概述1 1生物基塑料及聚合物行业2 2生物柴油行业3 3生物基化学纤维行业4 4目录目录生物基橡胶行业5 5生物基涂料行业6 6生物基助剂行业7 7生物基复合材料行业8 8风险提示及免责声明末页末页重点公司盈利预测9 9请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容生物基材料概述1目录目录返回目录请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容生物基材料定义：利用可再生生物质或生物基材料定义：利用可再生生物质或/和经由生物制造得到的材料和经由生物制造得到的材料 生物基材料生物基材料（Bio-based Materials）是指利用可再生生是指利用可再生生物质或物质或（和和）经由生物制造得到的经由生物制造得到的原原料料，通过生物通过生物、化化学学、物理等手段制造物理等手段制造的的一类新型材料一类新型材料，如生物塑料如生物塑料、生生物质功能高分子材料等物质功能高分子材料等。生物基材料区别于用煤、石油等不可再生石化资源为原料生产的传统化工材料产品，其具有原料可再生、减少碳排放、节约能源等特性，部分品类还具有良好的生物可降解性，是国际新材料产业发展的重要方向。展望未来展望未来，生物基材料有望在部分应生物基材料有望在部分应用领域逐步替代传统石油基材料用领域逐步替代传统石油基材料，成为引领科技创新和成为引领科技创新和经济发展的新型产业经济发展的新型产业，并作为绿色低碳发展的主要途径并作为绿色低碳发展的主要途径及低碳经济增长的亮点及低碳经济增长的亮点。目前，常见的生物基材料是以谷物、豆科、秸秆、竹木粉等可再生生物质通过生物转化获得生物高分子材料或单体，然后进一步聚合形成的环境友好的化工产品和绿色能源等高分子材料，如包括沼气、燃料乙醇、生物柴油和生物塑料等。此外，生物基材料还可以经由生物制造、生物合成方法等设计或改造的生物系统产生和获得。图：常见的生物基材料全生命周期图：常见的生物基材料全生命周期资料来源：中国高新材料科技学术信息网，国信证券经济研究所整理生物基材料生物基材料全生命周期全生命周期CO2光合作用光合作用生物质生物质提提取取化学单体化学单体产品，如地膜、产品，如地膜、包装、服装等包装、服装等生物基材料生物基材料燃烧或生物燃烧或生物降解（堆肥）降解（堆肥）微生物合成微生物合成/化学合成化学合成请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容生物基材料分类：生物基材料品类及细分材料众多生物基材料分类：生物基材料品类及细分材料众多 按产品按产品属性属性分类分类，生物基材料可分为生物基聚合物、生物基塑料、生物基化学纤维、生物基橡胶、生物基涂料、生物基材料助剂、生物基复合材料及各类生物基材料制得的制品等。其中，生物基可降解材料生物基可降解材料具有传统石油基塑料等高分子材料不具备的绿色、环境友好、原料可再生以及可生物降解的特性；生物基纤维生物基纤维已广泛应用于时装、家居、户外及工业领域，正逐步走向工业规模化实际应用和产业化阶 段；生生物基物基塑料产品塑料产品在包装材料、一次性餐具及购物袋、婴儿纸尿裤、农地膜、纺织材料等领域获得较好地应用，并被市场普遍认可与接受。按常见产品形式按常见产品形式，生物基材料主要可分为五大类：生物基平台化合物、生物基塑料、多糖类生物基材料、氨基酸类生物基材料、木塑复合材料。其中，生物基平台化合物即聚合成原材料高分子的化学单体，如乳酸，1,3-丙二醇等；生物基塑料是目前应用最广泛、研究较深入的生物基材料，代表产品有聚乳酸、聚羟基脂肪酸酯等。资料来源：CNKI，国信证券经济研究所整理图：生物基材料分类及各类产品形式图：生物基材料分类及各类产品形式请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容生物基材料产业链结构生物基材料产业链结构 生物基材料来源范围广、获得手段灵活、性能丰富、应用场景多样化，目前正处于从实验室研发迈向工业化生产及规模应用阶段，未来有望逐步替代部分化石基材料。资料来源：CNKI，朱锦、刘小青等生物基高分子材料科学出版社，国信证券经济研究所整理图：从生物质原料到生物基高分子材料的产业链结构图：从生物质原料到生物基高分子材料的产业链结构木质素基高分子木质素纤维素淀粉多糖植物油葡萄糖赖氨酸糠醛果糖甘油脂肪酸纤维素基高分子淀粉基高分子天然橡胶1,3-丙二醇乙醇异丙醇山梨醇3-羟基丙酸丁二酸己二酸乳酸己内酰胺1,5-戊二醇5-羟甲基糠醛乙酰丙酸环氧氯丙烷多元醇二酸二胺甲基丙烯酸甲酯乙酸乙烯对二甲苯异山梨醇丙烯酸富马酸丁二醇己二胺2,5-呋喃二甲醇2,5-呋喃二甲酸-戊内酯乙二醇丙烯氯乙烯对苯二甲酸四氢呋喃不饱和聚酯超吸水树脂聚氨酯聚碳酸酯PET-likePBTPET聚氯乙烯聚乙烯聚丙烯PMMAPTTPBS聚酰胺聚乳酸聚氨酯呋喃基聚酯聚酯呋喃基聚酰胺PVL环氧树脂聚氨酯聚酰胺生物质原料生物质原料生物基平台化合物生物基平台化合物生物基单体生物基单体生物基高分子材料生物基高分子材料请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容合成生物学：是生物基材料来源的合成生物学：是生物基材料来源的方式之一，对方式之一，对生命编程的过程生命编程的过程合成生物学原理：合成生物学原理：以工程化设计理念，对生物体进行有目标的设计、改造乃至重新合成。设计改造生命系统，合成具有成本规模优势的产品。核心原理：用工程思维解释合成生物学核心原理：用工程思维解释合成生物学，将生命系统模块化和标准化将生命系统模块化和标准化。模块化：模块化：找到“基因元件基因元件”来认识和重构生物学功能。标准化：标准化：汤姆-奈特和德鲁-安迪建立了标准生物学组件登记库。计算机模拟生命：计算机模拟生命：“基因元件”重构的精准度极高，计算机模拟和人工智能可以提高合成生命的精准度，有效缩短生产周期。合成新生命的方法：合成新生命的方法：1.加速筛选加速筛选：丘奇教授发明的MAGE（Multiple Automated Genome Engineering）方法可以加速生命进化，把一些随机的DNA片段和大肠杆菌混合培养，大肠杆菌有可能吃掉这些DNA片段，整合进自己的基因组，以20分钟繁殖一代的速度创造数目巨大的基因组。2.创建突变开关：创建突变开关：采用酵母基因组（酵母有16条染色体，1400万对碱基），在基因组里插入5000个特殊的DNA序列，遇到催化酶后，形成极端性状。3.定向进化蛋白质：定向进化蛋白质：深入基因元件内部修改其结构。DeepMind采用人工智能的方法对蛋白质进行预测，用几千种已知的蛋白质结构训练神经网络算法，2周时间内预测一个蛋白质结构。图：人工基因组的设计、合成与应用图：人工基因组的设计、合成与应用原核生物真核生物组装、重组与替换寡核苷氨酸人工DNA人工基因组基因组精简密码子扩展遗传系统进行演化能源化学品医药资料来源：CNKI，国信证券经济研究所整理请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容合成生物学应用示例：用合成生物学的方法合成生物学应用示例：用合成生物学的方法生产生产1,3-丙二醇以及丙二醇以及PTT 生产生产1,3-丙二醇的方法主要有三种：丙二醇的方法主要有三种：1）化学法：化学法：有丙烯醛水合加氢法、环氧乙烷羰基合成法和丙烯醛水合加氢法。对生产原料及设备要求高，生产存在设备投资大，工艺复杂，条件苛刻，存在环境污染，且原料石油资源日益匮乏。1,3-丙二醇下游为PTT 纤维，合成生物学方法可以降低1,3-丙二醇价格，从而使PTT纤维价格具备经济性，打开市场并拉动其本身应用空间。2）合成生物法合成生物法-以葡萄糖为原料底物的杜邦工艺：以葡萄糖为原料底物的杜邦工艺：市场售价约2万/吨，质量好。3）合成生物法合成生物法-以甘油为原料底物的苏州苏震以甘油为原料底物的苏州苏震/清华大学清华大学、美景荣美景荣/华东理工大学工艺：华东理工大学工艺：甘油发酵法的菌种效率低，甘油转化率60-70%，副产物有乙醇、乳酸、丁二酸、乙酸等，分离提纯复杂，需要絮凝、浓缩和精馏、脱盐等多个工序，生产成本约2万/吨。合成生物学方法可以提高经济效益，判断经济效益三个指标：产品浓度产品浓度（g/L）；单位体积生产速率单位体积生产速率（g/L/h）；摩尔转化率摩尔转化率（mol/mol）。资料来源：CNKI，国信证券经济研究所整理图：合成生物图：合成生物生产生产1,3丙二醇方法丙二醇方法葡萄糖甘油1,3丙二醇日化PTT大肠杆菌发酵底物请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容生物基复合材料行业特征生物基复合材料行业特征分类分类生物基含量检测与认证标签生物基含量检测与认证标签生物降解测试和认证生物降解测试和认证特征生物基产品含碳-14，石油基产品不含任何碳-14。碳-14法能有效区分生物基与石油基，是一种完善的测量原材料或产品中生物基碳含量的方法特定的环境和时间条件下的生物降解能力指标。注：在没有任何标准和规范的情况下，仅仅宣称生物降解是有误导性的标准欧美标准：ASTM D6866、ISO 16620、EN 16640国内标准：GB/T 29649 生物基材料中生物基含量测定检测标准：ISO17088,EN 13432/14995 或ASTM 6400/6868；认证标签：Vin otte或DIN CERTCO的幼苗标签，Vin otte的OK Compost标签，BPI标签。生物基材料生物基材料是利用可再生生物质为原料，包括农作物及其废弃物，如秸秆等，通过生物、化学以及物理等方法制造的新材料，具有绿色环保、节能减排、原料可再生等优势，有的品类还具有良好的生物降解特性。生物基材料生物基材料的降解循环性质的降解循环性质生物基材料废弃时，可经由燃烧或堆肥等生物降解法，转变为水和二氧化碳等无毒小分子，重新进入自然循环中。生物基材料生物基材料的发展前景及优势的发展前景及优势政治政治：今年全国两会全国两会上，全国政协委员赵毅武建议指出：发展生物基可降解材料，不仅可以从根本上解决白色污染问题，还可以大量减少材料产业对石油的消耗，缓解石化资源压力。环境环境：全世界对环境的担忧与日俱增。由于越来越多的人关注环境问题，生物产品最近受到了广泛的欢迎。我们预计全球生物基材料市场需求将在2018-2026年的预测期内大幅增长。成本稳定成本稳定：推动全球生物基材料市场的主要因素是与石化产品相比，农业原料价格稳定。这可能使生物基产品的价格保持稳定，从而有利于全球生物基材料市场的增长。资料来源：USDA，国家发改委、生态环境部等9部门联合印发关于扎实推进塑料污染治理工作的通知，国信证券经济研究所整理资料来源：前瞻产业研究院，国信证券经济研究所整理表：表：生物基检测国内外标准生物基检测国内外标准图：图：生物基材料生物基材料分类四象限分类四象限请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容生物基材料的应用和发展顺应可持续发展与节能减排的战略需求生物基材料的应用和发展顺应可持续发展与节能减排的战略需求 全球气候暖化、环境污染以及化石能源资源枯竭等问题日趋严峻。生物基材料作为前沿技术产物，相较于传统材料，生物基材料有效减少了生产过程中的碳排放，同时还能带来新经济增长点。中国正处于经济转型的关键时期，生物基材料产业是新材料产业的重要组成部分。在碳减排方面，生物基材料碳排放能够有效量化减少，比如，据LCA数据，以玉米为原料的PLA在每千克制品能耗为63.89MJ，明显低于生产相同量石油基塑料的能耗，且每千克制品CO排放量仅为1.605kg，远低于生产石油基塑料PET、PVC、PP等的CO排放。每生产1kg尼龙-56碳排放量相比生产1kg尼龙-66减少了4.31kg。当生物基材料废弃时还可经由燃烧或堆肥等生物降解法，转变为水和二氧化碳等无毒小分子，重新进入自然循环中维护生态平衡。如果二氧化碳排放是生物质材料或生物基材料的燃烧产物，则被认为是碳中性二氧化碳。生物质燃烧时释放的二氧化碳较容易被植物，即生物质的来源吸收。生物基材料的应用和发展顺应可持续发展与节能减排的战略需求，我们看好未来生物基材料产业将成为我国绿色与低碳经济增长的亮点。资料来源：Natur-Tec，国信证券经济研究所整理图：生物基材料的碳排放更加容易被生物质的来源吸收图：生物基材料的碳排放更加容易被生物质的来源吸收图：生物碳的可持续生产及其对全球气候的影响图：生物碳的可持续生产及其对全球气候的影响资料来源：深圳市清新电源研究院，国信证券经济研究所整理请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容我国出台多项科技战略性我国出台多项科技战略性规划政策，明确规划政策，明确指出要重点发展生物基材料指出要重点发展生物基材料 生物基材料的发展已经得到全球范围内各生物基材料的发展已经得到全球范围内各界的广泛重视与支持界的广泛重视与支持。美国、日本、欧盟等发达国家和地区早已分别通过生物质研发法案、生物技术战略大纲、税收补贴等方式推动生物基材料的快速发展。我国也出台了多项科技战略性规划政策，明确指出要重点发展生物基材料。2021年12月3日，工信部印发“十四五”工业绿色发展规划：（1）在工业碳达在工业碳达峰推进工程方面峰推进工程方面，规划已将多种生物基材料（聚乳酸、聚丁二酸丁二醇酯、聚羟基烷酸、聚有机酸复合材料、椰油酰氨基酸）纳入原材料重点任务；（2）在加在加快能源消费低碳化转型方面快能源消费低碳化转型方面，规划提出：鼓励氢能、生物燃料、垃圾衍生燃料等替代能源在化工等行业的应用。展望未来，生物基产业将逐渐取代部分传统高能耗、高排放石化行业，促进和实现新旧动能转换。资料来源：各部委各部门官网，国信证券经济研究所整理图：生物基材料分类及各类产品形式图：生物基材料分类及各类产品形式时间时间政策政策发布部门发布部门主要内容主要内容2012年年生物基材料产业科技发展“十二五”专项规划科学技术部显著增强生物基材料产业原始创新能力，创制生物基新材料和化学品，建设生物基材料和化学品产业化示范基地。2012年年“十二五”国家战略性新兴产业发展规划国家能源局以培育生物基材料、发展生物化工产业和做强现代发酵产业为重点，大力推进酶工程、发酵工程技术和装备创新。2012年年生物产业发展规划国务院推进生物基材料生物聚合、化学聚合等技术的发展与应用，建设聚乳酸（PLA）、聚丁二酸丁二醇酯（PBS）、聚羟基烷酸（PHA）、生物基热熔胶、新型生物质纤维等生物塑料与生化纤维的产业化示范工程，推广应用生物基材料。2015年年中国制造2025国务院高度关注颠覆性新材料对传统材料的影响，做好超导材料、纳米材料、石墨烯、生物基材料等战略前沿材料提前布局和研制，加快基础材料升级换代。2016年年“十三五”国家战略性新兴产业发展规划商务部推动生物基聚酯、生物基聚氨酯、生物尼龙、生物橡胶、微生物多糖等生物基材料产业链条化、集聚化、规模化发展。2016年年“十三五”生物产业发展规划国家发展改革委以新生物工具创制与应用为核心，构建大宗化工产品、化工聚合材料、大宗发酵产品等生物制造核心技术体系，持续提升生物基产品的经济性和市场竞争力，实施生物基材料制品应用示范工程。2016年年石油和化学工业发展规划 工业和信息化部推进生物基增塑剂替代邻苯类增塑剂，加快发展生物基聚合物如聚羟基脂肪酸酯、聚碳酸亚丙酯、生物基二元酸二元醇共聚酯、生物基多元醇及聚氨酯、生物基尼龙等。2016年年化纤工业“十三五”发展指导意见工业和信息化部、国家发展和改革委员会突破生物基化学纤维产业化关键装备的制造，攻克生物基化学纤维及原料产业化技术瓶颈，实现生物基化学纤维规模化生产。2016年年产业用纺织品行业“十三五”发展指导意见工业和信息化部、国家发展和改革委员会协同上下游产业链共同拓展高性能纤维、生物基纤维、产业用专用纤维等功能新材料的应用。2021年年“十四五”原材料工业发展规划自然资源部、科学技术部、工业和信息化部实施关键短板材料攻关行动，支持材料生产、应用企业联合科研单位、开展生物基材料协同攻关。请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容众多品牌加入生物基材料使用及生产众多品牌加入生物基材料使用及生产 各国鼓励生物基材料的使用和推广，目前很多行业的多个品牌已经开始使用生物基材料来生产产品。美国在2012年提出的“国家生物经济蓝图”中，将发展生物基产品作为发展生物经济的主要内容之一。欧盟实施“地平线2020”计划；“可持续工业”计划;“生物基产业联合企业”计划。通过这三大计划，欧盟生物基产业进入全新发展阶段。到2030年，欧盟将有30%的石化衍生化学品被生物基和可生物降解替代品取代。目前，路易威登推出的新款Charlie运动鞋就含有50%生物基及可回收材料、香奈儿和Sulpac将合作开发含91%生物基材料的瓶盖、奔驰的概念车bionme采用生物基材料作为车门内衬等。此外，荷兰已经有32个城市签署了绿色协议，计划从2025年起的所有新建住房都需要采用20%的木材或者生物基材料。资料来源：各公司各品牌官网，国信证券经济研究所整理图：各大工厂、品牌都已经开始使用生物基材料来生产产品图：各大工厂、品牌都已经开始使用生物基材料来生产产品图：各大工厂、品牌都已经开始使用生物基材料来生产产品图：各大工厂、品牌都已经开始使用生物基材料来生产产品资料来源：各公司各品牌官网，国信证券经济研究所整理请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容生物基塑料及聚合物行业2目录目录返回目录请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容2.生物基塑料：应用领域主要为包装和消费品、纺织品等生物基塑料：应用领域主要为包装和消费品、纺织品等 聚合物是由一种或几种结构单元通过共价键连接起来的分子量很高的化合物聚合物是由一种或几种结构单元通过共价键连接起来的分子量很高的化合物，塑料是聚合物的一种塑料是聚合物的一种。根据来源不同，聚合物可分为生物基聚合物、化石基聚合物等。生物基聚合物种类繁多，多数化石基聚合物都有其对应或类似的生物基产品。由于以生物质作为来源的生物基塑料相比石油基塑料更具减碳和可再生优势，生物基塑料的需求正在不断扩张。目前，生物基高分子材料已经得到一定程度的发展；但是，相比于传统的高分子材料，生物基来源的产品产量还较小、品种还较单一，且在部分使用性能上还暂时不能完全替代石油基产品。生物基塑料的应用遍及工业与生活的各领域生物基塑料的应用遍及工业与生活的各领域，目前包装和消费品目前包装和消费品、纺织品是其最主要的应用领域纺织品是其最主要的应用领域。按照是否可被生物降解，可将生物基塑料划分为可降解生物基塑料和不可降解生物基塑料。根据European Bioplastics（欧洲生物塑料协会）数据，全球生物基塑料约占每年生产的塑料中的1%。2020年，全球生物基塑料产能达211.1万吨，其中可生物降解塑料的产能为122.7万吨，不可生物降解产能为88.4万吨。截止2021年末，亚洲共计拥有全球49.9%的生物基塑料产能。资料来源：欧洲生物塑料协会，国信证券经济研究所整理图：图：全球生物基塑料产能全球生物基塑料产能图：图：2020年全球生物基塑料下游应用领域年全球生物基塑料下游应用领域资料来源：欧洲生物塑料协会，国信证券经济研究所整理0100200300400500600700800202020212022E2023E2024E2025E2026E生物基不可降解塑料生物基可降解塑料26.27%20.97%12.26%11.41%7.76%5.73%4.78%4.07%3.55%3.22%软包装硬包装消费品纺织品农业和园艺汽车和运输其他建筑和施工涂胶和胶粘剂电器及电子产品请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容2.生物基聚合物分类：可分为生物可降解与生物不可降解生物基材料生物基聚合物分类：可分为生物可降解与生物不可降解生物基材料 按照可生物降解与否按照可生物降解与否，可将生物基塑料划分为可降解生物基可将生物基塑料划分为可降解生物基塑料和不可降解生物基塑料塑料和不可降解生物基塑料。2020年，全球生物基塑料产能达211.1万吨，其中可生物降解塑料的产能为122.7万吨，主要是PLA和淀粉基塑料，各占比32%；不可生物降解产能为88.4万吨，其中PA（聚酰胺）和PE（聚乙烯）占比最大，分别为28%和25%。随着各国环保要求趋严和环保产业的发展，生物基塑料产能中可降解塑料的比例将进一步提升。资料来源：欧洲生物塑料协会，国信证券经济研究所整理图：生物基图：生物基塑料分类塑料分类图：可生物降解生物基塑料产能分类图：可生物降解生物基塑料产能分类PLA,32%淀粉基,32%PBAT,23%PBS,7%PHA,3%其他,3%图：不可生物降解生物基塑料产能分类图：不可生物降解生物基塑料产能分类PET,19%PTT,22%PE,25%PA,28%PP,3%其他,3%资料来源：欧洲生物塑料协会，国信证券经济研究所整理请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容2.生物基材料概念：区别生物可降解材料、生物材料概念生物基材料概念：区别生物可降解材料、生物材料概念 生物基材料生物基材料（Bio-based Materials）和生物降解材料和生物降解材料（Biodegradable Materials）是完全不同的概念是完全不同的概念。通常来讲，生物降解高分子材料是指在微生物作用下或在堆肥条件下可降解的高分子聚合物。生物基材料强调的是其生物来源的可再生来源性，它既可以是生物可降解的高分子如聚乳酸（PLA），也可以是生物不可降解的高分子如生物基聚乙烯；而生物降解材料强调的是生物可降解性，它既可以是生物可降解的高分子如聚乳酸（PLA），也可以是石油基高分子材料（Petroleum-based Polymers）PBS和PBAT。生物可降解塑料如果使用生物原料，且在受控堆肥条件下生物降解，则可以通过关闭生物循环（Biological Cycle）的理念融入循环经济。生物基材料生物基材料（Bio-based Materials）和生物材料和生物材料（Biomaterials）是完全不同的概念是完全不同的概念。生物材料是指用于人体或动物内组合和器官的诊断、修复或功能增进的一类材料，可以包括有机材料、无机材料、金属材料等。资料来源：北京市企业家环保基金会（阿拉善SEE），国信证券经济研究所整理图：生物可降解材料在自然界中的降解过程图：生物可降解材料在自然界中的降解过程图：生物基材料含量的计算公式图：生物基材料含量的计算公式资料来源：Nova Institute，AkzoNobel，U.S Department of Agriculture，国信证券经济研究所整理请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容不可降解生物基塑料2.1目录目录返回目录请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容2.1.1 不可降解生物基塑料：不可降解生物基塑料：Bio-PET、PEF PET下游应用领域广泛下游应用领域广泛，属于五大工程塑料属于五大工程塑料。聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET），化学式为(C10H8O4)n。PET的化学制备过程，是由对苯二甲酸二甲酯与乙二醇酯交换或以对苯二甲酸（PTA）与乙二醇（MEG）酯化先合成对苯二甲酸双羟乙酯，然后再进行缩聚反应制得。属结晶型饱和聚酯。PET主要应用为电子电器方面如电气插座、电子连接器等；此外，PET还可纺成聚酯纤维，即涤纶。可制成薄膜用于录音、录像、电影胶片等的基片、绝缘膜、产品包装等。PET作为塑料可吹制成各种瓶，如可乐瓶、矿泉水瓶等，此外还可作为电器零部件、轴承、齿轮等。使用生物基使用生物基PX、PTA和生物基和生物基MEG单体替代化石基单体制备生物基的单体替代化石基单体制备生物基的PET技术日益受到重视技术日益受到重视。2,5-呋喃二甲酸（FDCA）由来源丰富的淀粉或纤维素通过水解、氧化得到，是美国能源部选定的12种最具发展潜力的生物基平台化合物中唯一一种含刚性芳香环的化合物，结构中含有刚性呋喃环。FDCA是PTA的理想替代品，PDCA替代PTA和MEG缩聚可以得到生物基芳香聚酯（聚呋喃二甲酸乙二醇酯，简称PEF）。呋喃环结构的芳香性和电子共轭效应，造就了其合成的生物基高分子材料在较宽的温度范围内具有优良的物理机械性能，其电绝缘性优良，甚至在高温高频下，其电性能仍较好。抗蠕变性、耐疲劳性、耐摩擦性、尺寸稳定性都很好，但耐电晕性较差。资料来源：CNKI，国信证券经济研究所整理图：酯交换法生产图：酯交换法生产PET（化石基方法）（化石基方法）图：图：PEF与生物基与生物基PTA单体及其生物基单体及其生物基PET的制备流程的制备流程（生物基方法）（生物基方法）资料来源：CNKI，Virent公司官网，荷兰Avantium公司官网，国信证券经济研究所整理请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容2.1.2 不可降解生物基塑料：不可降解生物基塑料：生物基聚酰胺（生物基聚酰胺（Bio-PA）技术壁垒较高）技术壁垒较高 聚酰胺（PA）是主链具有酰胺结构的线型高分子的统称，可用于塑料或者纤维，主要产品包括脂肪族PA、芳香族PA和半芳香族PA（如PA 6，PA 66，PA 610，PA 6T，PA 11，PA 46，PA 10等）。PA具有良好的力学性能、耐热性、耐磨损性、耐化学药品腐蚀性和自润滑性，且摩擦系数低，有一定的阻燃性和自熄性。PA材料优异的性能使其在工业上广泛应用于电子电器、汽车、力学组件、医疗医药等领域。随着技术的进步，PA的应用范围将更广。目前，PA产业主要以工程塑料为主要发展方向，同时进行节能环保的技术革新，使PA变得更加绿色环保。生物基生物基PA、节能低耗以及功能化节能低耗以及功能化PA将是促进将是促进PA行业可持续发展行业可持续发展的三大方向的三大方向。生物制造具备较广阔的市场空间，然而生物法制造长链二元酸、生物基戊二胺、生物基聚酰胺等产品的技术开发和产业化往往需要大量的时间，且失败率极高，投资规模大，具有显著的技术壁垒。目前值得关注的是目前值得关注的是，生物基聚酰胺材料方面生物基聚酰胺材料方面，【凯赛生物凯赛生物】公司在生物法长链二元酸公司在生物法长链二元酸、生物基戊二胺和生物基生物基戊二胺和生物基聚酰胺行业竞争中的优势地位较为突出聚酰胺行业竞争中的优势地位较为突出，其基于自产的生物基戊二胺与二元酸的缩聚得到生物基聚酰胺产品，如聚酰胺-56（PA56），具有高强、耐磨、阻燃、吸湿、回弹性好等特点。资料来源：CNKI，国信证券经济研究所整理图：葡萄糖制备图：葡萄糖制备PA6合成路线合成路线图：蓖麻油制备图：蓖麻油制备PA11合成路线合成路线资料来源：CNKI，国信证券经济研究所整理请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容2.1.3 不可降解生物基塑料：不可降解生物基塑料：Bio-PE主要原材料为蔗糖主要原材料为蔗糖 聚乙烯（PE），是乙烯为单体经过自由基聚合或配位聚合而成的聚合物，具有耐酸碱、耐低温、化学性质稳定等优点，因此具有非常广泛的应用。聚乙烯塑料是现在全球产量最大的塑料。常见的PE有高密度聚乙烯（HDPE）、低密度聚乙烯（LDPE）、线性低密度聚乙烯（LLDPE）等。HDPE经常采用淤浆法、气相法（低压）、溶液法聚合。HDPE除具有良好的机械性能和加工性能外，还具有较为优异的卫生性、阻隔性、耐腐蚀性、绝缘性等，经常用于管材、中空、薄膜、电线电缆等领域。LDPE常采用高压自由基聚合，因为材料较软，常用于塑料袋、农用膜等。LLDPE在催化剂作用下，乙烯与少量高级-烯烃(如1丁烯、1己烯、1辛烯等)经高压或低压聚合而制备的共聚物，主要用于农膜、包装膜、电线电缆、管材、涂层制品等。巴西巴西Braskem公司是世界领先的生物聚合物生产商公司是世界领先的生物聚合物生产商。生物基PE即生物基聚乙烯，主要是以甘蔗的蔗糖为主要原材料，生产甘蔗乙醇，甘蔗乙醇经过脱水工艺生成乙烯，再经过聚合工艺成为生物基PE。生物基PE具有极佳的节能减排效应，据新思界数据，以其为原料生产的产品每吨能够消除高达2.15吨的二氧化碳。目前全球生物基PE的供应商仅主要为巴西的Braskem公司，其在2010年9月首次实现生物基PE商业规模的生产，主要原材料是蔗糖，目前产能约为20万吨/年。资料来源：阿朗新科，国信证券经济研究所整理图：生物乙烯合成路径：间接与直接法图：生物乙烯合成路径：间接与直接法图：中国乙烯表观消费量（万吨图：中国乙烯表观消费量（万吨/年）年）资料来源：卓创资讯，国信证券经济研究所整理2036.852098.572302.052348.381850190019502000205021002150220022502300235024002017201820192020请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容可降解生物基塑料2.2目录目录返回目录请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容2.2.1 可降解生物基塑料：可降解生物基塑料：PLA为新型的生物降解材料为新型的生物降解材料 PLA是聚乳酸的英文简称，PLA的单体原料是乳酸，它一般是将玉米等壳类作物碾碎后，从中提取淀粉，然后将淀粉制成未精化的葡萄糖。接着通过类似生产啤酒或酒精的方式来发酵葡萄糖，最终经过提纯工艺得到乳酸单体。PLA的合成主要有两种方法，分别是乳酸直接缩聚法和丙交酯开环聚合法（又叫二步法）。其中二步法最为常用，其过程是首先将乳酸进行减压蒸馏制得丙交酯（LA），再以丙交酯为单体，在引发剂、高温、高真空度的条件下反应数小时制得PLA。资料来源：CNKI，国信证券经济研究所整理图：生物基图：生物基PLA纤维制备全流程纤维制备全流程图：图：PLA制备工艺制备工艺资料来源：CNKI，国信证券经济研究所整理请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容2.2.1 可降解生物基塑料可降解生物基塑料PLA：中国中国PLA产能将快速增长产能将快速增长 PLA产能主要集中于海外，国内企业正加快布局。全球可降解塑料企业数量较多，生产的产品种类也具有很大的差异化，单家公司的产能都较小，大部分公司的产能都不足5万吨。产能占比较大的企业主要包括美国嘉吉与陶氏化学合资的NatureWorks公司和科比恩与道达尔合资Corbion-Purac公司，分别拥有15万吨/年和7.5万吨/年的产能。国内企业目前受制于技术水平、产品质量、生产规模等方面的原因，市场份额较小，国内PLA市场分散度较高，近年来，国内一些玉米深加工企业和生物化工企业开始投资进入PLA产业，但PLA产业在我国仍处于起步阶段，已建并投产的生产线并不多，且多数规模较小。PLA投产加速，各企业正在争相进入千亿可降解塑料市场，在建或规划产能达到160万吨。从国内在建产能来看，PLA新增产能行业集中度高，竞争格局较好，预计当国内企业陆续打通技术难点丙交酯的产业链后，PLA投产有望进一步加快，产业发展前景良好。表：国内表：国内PLA现有产能分布现有产能分布企业企业地区地区产能（万吨产能（万吨/年）年）河北华丹河北5丰原集团安徽5浙江海正浙江4.5吉林中粮生化吉林3永乐生物河南2深圳易生深圳1上海同杰良上海1光华伟业深圳1江苏天仁江苏0.5江苏九鼎江苏0.5合计23.5资料来源：卓创资讯，国信证券经济研究所整理企业企业地区地区产能（万吨产能（万吨/年）年）Natureworks美国15Corbion-Purac荷兰7.5FKuR KunststoffGmbH Willich德国2Synbra Holding bv荷兰0.5Future Escanaffles比利时0.15合计25.15企业企业地区地区产能（万吨产能（万吨/年）年）浙江友诚浙江50丰原集团安徽40同邦新材料山东30山东泓达生物山东16东部湾生物上海8永乐生物河南8浙江海正浙江3金发科技广东3金丹科技河南1河南龙都天仁河南1合计160表：国外表：国外PLA现有产能分布现有产能分布表：国内表：国内PLA在建产能分布在建产能分布资料来源：卓创资讯，国信证券经济研究所整理资料来源：卓创资讯，国信证券经济研究所整理请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容2.2.3 可降解生物基塑料：可降解生物基塑料：PHA应用前景广泛应用前景广泛 聚羟基脂肪酸脂是细菌胞内的一类具有相似结构的碳源和能源的储备物，由于它的力学性能与某些热塑性材料聚乙烯、聚丙烯类似，并且可以完全降解进入自然界的生态循环，因为被认为是一种“生物可降解塑料”，有助于解决日益严重的环境污染问题。