国际上,欧洲议会2019年10月通过了治理海洋塑料垃圾发案,限制使用6种如棉签、一次性刀叉、一次性餐盘、一次性吸管、饮料搅拌棒和气球使用量,到2025年减少25%。
中国政府2020年01月16发布《关于进一步加强塑料污染治理的意见》,这是我国头一次全国的减塑政策,各地政府都编写了具体的实施方案。海南政府2019年02月21日发布《海南省全面禁止生产、销售和使用一次性不可降解塑料制品实施方案》,规定在2020年12月海南省全面禁止生产、销售和使用一次性塑料袋和一次性塑料餐具。在2020年《关于进一步加强塑料污染防治的意见》实施前,80%的降解产品出口,据《意见》规定,到2020年、2022年和2025年,可降解塑料产品将主要用于国内需求,可生物降解塑料将用于一次性塑料袋、一次性餐具和快速包装袋。不同的省市也发布了政策,禁止使用不可降解的一次性塑料,并推广使用可降解塑料袋。
政府出台系列产业政策,鼓励企业生产降解塑料,引导市场使用降解塑料。
2021年9月,十四五规划中,出台了降解塑料使用端政策。发改委印发了《“十四五”循环经济发展规划》, 提出“因地制宜、积极稳妥推广可降解塑料,健全标准体系,提升检验检测能力,规范应用和处置”。 引导生物降解树脂行业规范、有序、快速、健康发展。
地方政府,如深圳市生态环保局出台的政策:研发资助项目,对降解塑料研发资助50%,最高不超过1000万;规划建设两个降解塑料产业示范基地,政府投入平台建设资金,并且对于房租进行适当补贴。深圳扶持可降解、可替代塑料产品研发和推广,深圳组织实施了2020年战略性新兴产业发展第一批扶持计划,设立循环经济与节能减排专项资金,扶持可降解塑料企业申请绿色制造体系。在这项政策的扶持下,深圳多家企业取得可降解塑料生产技术突破。
二、标准
根据不同的降解环境条件,生物降解塑料可以分为可土壤降解、可堆肥化降解(包括传统堆肥和可庭院堆肥2种)、淡水环境降解、海水环境降解、污泥厌氧消化、高固态厌氧消化/露天户外7种降解环境。
对于不同的降解环境降解塑料的检测方法不同,我国生物降解塑料检测标准进步很快,除了海水和露天户外标准没有建立标准外,绝大部分标准已经建立,而且对标国际标准(表3、表4和表5)。
对于上述生物降解树脂品种在很短的时间内都可以达到完全降解,并可以满足国际主流的降解标准。欧盟的降解标准EN13432规定,相对降解率为在工业堆肥(58±2℃)条件下有氧气180天,样品中总有机碳至少60%降解成为二氧化碳,或者样品的降解率不能低于参照材料如纤维素的90%,即可以视为完全降解,上述5大品种在降解性能上都可以满足欧盟标准。
2001年3月,国家塑料产品标准化中心在北京成立了生物降解塑料工作组(BMG)。在工作组的组织下,ISO的方法标准被标准化为ISO14851:1999、ISO14852:1999、ISO14855:1999国家标准。
GB/T 20197-2006对可降解塑料的定义、分类、标记和降解性要求进行了定义,但该标准已有近15年的历史,其适用性有所降低,尤其是对光氧降解塑料。欧盟已于2019年根据指令2019/904禁止使用光氧可降解塑料。
我国还制定了7项生物降解树脂标准,具体见表4所示。目前产业化品种只缺少PBST和PGA标准。
我国还制定了许多生物降解塑料制品标准,具体见表5所示。
2020年9月,中国轻工业联合会发布了“可降解塑料产品分类和标识规范指南”,这是中国可降解塑料产品的唯一标识(图1)。标识为带箭头循环圈,双“J”(中文拼音缩写为“降解”),材料缩写(如PBAT、PLA、PBS等),六个降解环境名称(可选),表示塑料制品最容易降解的环境。绿色笑脸图案,由国家标准和产品名称组成。带箭头的循环圈表示可降解塑料也可以回收和再利用,即使泄漏到环境中,也可以完全降解并重新使用被环境所吸收。“JJ”模仿人的形态,采用左小右大的结构布局,体现了“从小及老,人人爱护环境”的设计理念。
图1 可降解标识
三、需求分析
自2003年至今,生物可降解塑料的消费量增加了20倍(表6)。PLA第一条生产线于2008年投产,此后生产能力不断提高。
2019年,中国合成降解树脂的实际产量估计为101600吨。其中,PLA树脂的市场供应自2019年以来一直供不应求,预计这种情况将在未来五年持续下去,而且PLA的价格约为16000-30000元/吨,PBAT约为21000-25000元/吨,而PE和PP的价格分别为8800-12000元/吨和6700-8500元/吨,是常规聚乙烯薄膜材料塑料的2-3倍,严重影响PLA下游产品的推广应用。
由于合成技术的限制、产品市场和资金周转的限制,一些企业只进行了一半产能的运营。目前,只有PLA、PBAT和PCL已实现大规模生产。
市场需求,据统计国产PLA树脂11万吨和进口PLA树脂2.5万吨合计13.5万吨,而2020年中国市场需求至少20万吨,已经出现严重缺货局面。
包装消费品、零售商和食品服务行业的大型跨国公司也已取得进展或宣布打算大幅扩大生物可降解塑料的使用,这推动了对新鲜农产品、食品餐具和可堆肥袋生物可降解包装的需求。
软包装在全球使用了近50 万吨的可降解生物塑料。在许多国家,农业地膜被用来提高作物产量。传统的地膜难以从田间收集,会导致土壤中严重的塑料污染。因此,可生物降解地膜已被测试并发展成为一种替代品。中国拥有最大的地膜覆盖面积,每年使用多达250万吨地膜。假设每年10%地膜转化为生物可降解,仅是中国每年就需要20多万吨生物可降解地膜。
随着禁止一次性使用塑料的政策以及到2025年禁止使用不可降解塑料的在线商品和食品配送电子商务的实施,对可堆肥袋的需求增加。2019年,食品配送数量已达到4.6亿用户,而城市居民为8.4843亿,占城市人口的53.9%。
2019年受到国家环保政策的驱使,PLA的价格从1.9万/吨最高升到4.8万/吨。就降解塑料制品而言,与聚乙烯塑料地膜比较,PBAT树脂价格高300%,PBAT的密度高30%,地膜的厚度高20%,总体降解地膜的价格是普通聚乙烯地膜的3.5倍左右,价格是制约生物降解树脂不能够获得普遍应用的主要因素之一。
PBS类生物降解树脂合成技术:PBS类产品经历PBS、PBSA、PBST、PBAT四个阶段,目前以PBAT为主,四个品种的合成技术已经成熟,掌握核心技术的有清华大学和中科院理化所。在已经投产的项目中,新疆屯河和安庆和兴采用清华技术,杭州鑫富、山西金晖和山东汇盈采用中科院理化所技术,金发科技采用自有技术。
对于各类生物降解树脂上游合成原材料而言:PLA类有淀粉、乳酸、丙交酯、乙交酯和催化剂,PBS类有丁二醇、丁二酸、己二酸、对苯二甲酸和催化剂,PPC类有二氧化碳、环氧丙烷、环氧乙烷、苯酐和催化剂,PCL类为ε己内酯和催化剂,PHA类为淀粉和菌种。
采用改性技术可以改善生物降解树脂原有各种性能的不完美性,具体如PLA的耐热、增韧、增强、阻燃、成核和填充等,十三五期间都取得明显成果。尤其是PLA和PBAT采用淀粉、秸秆、竹粉、碳酸钙、滑石粉等低成本材料填充,可以大幅度降低成本10%-40%,而且不影响完全生物降解性能,建议大规模推广应用。