PHA：正在敞开的绿色市场

 PHA这一传统塑料的最佳替代品正面临着巨大的潜在市场。图片来源：中国新闻网 核心提示：前不久，一次性发泡塑料餐具解禁的消息令公众再次聚焦“白色污染”。事实上，我们可以有更多“绿色”选择。PHA便是其一。由于来源自然、可降解等诸多优势，国内PHA产业正面对着巨大的潜在市场，但其自身也面临着市场不规范、低端竞争等问题。 ■本报记者 李惠钰 就像植物用淀粉贮藏糖分一样，自然界中许多微生物都使用一种叫做PHA（聚羟基烷酸酯）的聚酯来贮藏能量。 PHA是微生物在营养不平衡条件下在细胞体内合成的脂肪族聚酯，也是一种新型的可完全生物降解的热塑性塑料。 对于这种整个生命循环都是从自然到自然的高分子材料，由于从细菌体内提取的工艺复杂且成本较高，大规模产业化并非易事。但不可否认的是，随着“白色污染”的日益加重，这一传统塑料的最佳替代品正面临着巨大的潜在市场。 性能接近通用塑料 在人们的固有印象中，生物降解塑料只是一个概念化的物品，综合性能远不及传统的石油基塑料。然而随着生物技术的发展，这种观念正在逐渐被刷新。 早在2010年达沃斯世界经济论坛技术先锋奖中，美国metabolix公司开发的PHA生物基可降解塑料就与掀起全球热潮的Twitter（国外社交网络）一起入围代表全球最具创新力的技术，这也让PHA生物基材料成为全球经济界的期盼。 PHA是一种天然酯类物质。在自然界中，许多微生物都有一种特性，即在生长条件不平衡时，比如缺乏氮、磷、氧等营养元素，体内为了应付食物紧张就会储存一些原料，这些聚合物就是天然酯类，它可以被许多细菌激活，导致快速降解。 PHA生物基可降解塑料则完全以可再生资源——淀粉为原料，利用上述特种微生物，通过一系列酶工程、发酵工程，合成可完全分解至二氧化碳和水的高分子材料，并可与石油化工树脂性能相媲美。 由于PHA生物基可降解塑料不仅具有化学合成塑料的一些物理性质，如高温注塑、拉丝、压膜等，还兼具很好的生物分解性，因此被科学家们视为“白色污染”的有效替代品。 清华大学生命科学学院教授陈国强表示，与大家熟知的聚乳酸等生物基材料相比，PHA的显著优点在于，能通过结构调节使最终产品应用于不同领域，而支撑这种优点的就是其单体的多样性。 据介绍，早在2000年，人们就已发现了超过150种的PHA单体。单体结构变化以及共聚物中不同单体比例的不同，也给PHA结构变化带来了无限可能。 通过调整单体配比，PHA产品性能可以横跨纤维、塑料、橡胶、热熔胶等不同范畴，加上PHA兼具良好的生物相容性，其应用领域已不局限在单一的塑料制品，还可以在农药缓释剂、高性能生化滤膜、医药缓释长效药物载体以及骨钉、手术缝合线、人体整形填充材料等方面大显身手。 原料生产水平领先 中国塑协降解塑料专业委员会翁云宣曾对记者表示，PHA已经成为生物材料领域最为活跃的研究热点，我国在PHA研究方面介入较早，目前处于世界先进水平。 据翁云宣介绍，宁波天安生物材料有限公司（以下简称“宁波天安”）就是目前全世界生产PHA规模最大的企业，目前已达到2000吨／年的生产能力。 成立于1999年的宁波天安，在成为全球重要PHA原料生产基地的同时，也正积极探索着具体产品应用的路径。早在2003年，该公司就实现了第二代生物塑料PHBV（聚羟基丁酸—戊酸酯）的工业化生产，至今仍为全球范围内唯一能实现量产的企业。 宁波天安技术总监陈学军对《中国科学报》记者坦言，公司自成立至今，就一直没有停止过对科研的投入，不断进行技术研发和市场开拓，巨大的投资力度在民营企业中实为少数。 成立之初，宁波天安就在杭州东郊一个不足200平方米的简陋厂房里开始PHBV的生产试验；2000年，项目获得了国家创新基金的资助；2002年被列入国家“863”计划，2006年再次位列国家“863”计划重点项目。 PHBV是一种PHA的共聚物，分子量达30万以上，可使用普通的塑料加工机械进行加工。由于采用化学溶剂提取细菌体内物质成本高昂，且有化学物残留的问题，宁波天安创新性地采用了“水相提取法”，仅用常温水就可以提取。 据了解，水相提取法的具体过程就是通过加入一些环保“助剂”使细胞裂解破碎，蛋白质水解使得菌体中的PHA微粒直接释放在水中，再经过沉淀、过滤后就可以得到产品。 由于这种材料在堆肥、土壤、海水等环境中都能完全分解，另外还具有很好的生物相容性以及对水、气的高阻隔，这使得PHBV成为上好的人体组织工程材料，能够用作医用缝线、骨钉等，此外还可用作农用地膜、购物袋、餐具以及食品包装材料等。 陈学军称，目前，宁波天安的水相提取法已经取得了中国、美国、日本、澳大利亚等国的专利授权，生产技术领先于国际水平。 如今，宁波天安不仅生产原材料，还介入应用领域，对PHBV制品的生产工艺进行开发，涉足较多的便是注塑产品，如高尔夫球托、一次性餐具等，其他还有薄膜、板材、吸塑包装等。 应争夺高端市场 在翁云宣看来，生物分解塑料产业直面我国“三农”、能源和环境三大主题，是世界发展之大势和新兴的产业，在宏观和战略上都是可行的。但就我国而言，生物降解塑料产业还是处于鱼龙混杂的状态，本土生物分解塑料产业化道路任重道远。 陈学军坦言，由于部分地方管理部门和企业缺乏相关知识，造成大量假冒产品充斥国内市场，一些不能完全降解的产品也标识为“100%”降解。在他看来，严格执行国家标准、提供相应的政策支持才是生物降解塑料市场良性发展最为关键的因素。 此外，我国生物基材料原材料生产技术虽然已经处于国际领先地位，但开发的终端产品仍大多主要在低端市场竞争。 对此，陈学军认为，生物降解塑料应该去占领塑料行业的顶端市场，而不是底层低端市场。从全行业的产量来看，应该将其应用集中或主要放在高附加值的终端产品上，比如高端仪器设备、高档服装等的外包装袋，而不应该是量大利薄的垃圾袋。 不过，在翁云宣看来，国内生物基材料产业虽然存在一定问题，但整个产业仍然显现出快速发展态势。随着欧美发达国家有关环保政策出台，生物基材料产品的出口量也将成倍增加。 据保守估计，到2020年，生物降解包装在整个塑料包装中的市场份额比例将会提升至20%左右。由此看来，一个巨大的潜在市场正在向生物降解塑料敞开大门。