國際上,歐洲議會2019年10月通過了治理海洋塑料垃圾發(fā)案,限制使用6種如棉簽、一次性刀叉、一次性餐盤、一次性吸管、飲料攪拌棒和氣球使用量,到2025年減少25%。
中國政府2020年01月16發(fā)布《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)塑料污染治理的意見》,這是我國頭一次全國的減塑政策,各地政府都編寫了具體的實施方案。海南政府2019年02月21日發(fā)布《海南省全面禁止生產(chǎn)、銷售和使用一次性不可降解塑料制品實施方案》,規(guī)定在2020年12月海南省全面禁止生產(chǎn)、銷售和使用一次性塑料袋和一次性塑料餐具。在2020年《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)塑料污染防治的意見》實施前,80%的降解產(chǎn)品出口,據(jù)《意見》規(guī)定,到2020年、2022年和2025年,可降解塑料產(chǎn)品將主要用于國內(nèi)需求,可生物降解塑料將用于一次性塑料袋、一次性餐具和快速包裝袋。不同的省市也發(fā)布了政策,禁止使用不可降解的一次性塑料,并推廣使用可降解塑料袋。
政府出臺系列產(chǎn)業(yè)政策,鼓勵企業(yè)生產(chǎn)降解塑料,引導(dǎo)市場使用降解塑料。
2021年9月,十四五規(guī)劃中,出臺了降解塑料使用端政策。發(fā)改委印發(fā)了《“十四五”循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃》, 提出“因地制宜、積極穩(wěn)妥推廣可降解塑料,健全標(biāo)準(zhǔn)體系,提升檢驗檢測能力,規(guī)范應(yīng)用和處置”。 引導(dǎo)生物降解樹脂行業(yè)規(guī)范、有序、快速、健康發(fā)展。
地方政府,如深圳市生態(tài)環(huán)保局出臺的政策:研發(fā)資助項目,對降解塑料研發(fā)資助50%,最高不超過1000萬;規(guī)劃建設(shè)兩個降解塑料產(chǎn)業(yè)示范基地,政府投入平臺建設(shè)資金,并且對于房租進(jìn)行適當(dāng)補貼。深圳扶持可降解、可替代塑料產(chǎn)品研發(fā)和推廣,深圳組織實施了2020年戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展第一批扶持計劃,設(shè)立循環(huán)經(jīng)濟(jì)與節(jié)能減排專項資金,扶持可降解塑料企業(yè)申請綠色制造體系。在這項政策的扶持下,深圳多家企業(yè)取得可降解塑料生產(chǎn)技術(shù)突破。
二、標(biāo)準(zhǔn)
根據(jù)不同的降解環(huán)境條件,生物降解塑料可以分為可土壤降解、可堆肥化降解(包括傳統(tǒng)堆肥和可庭院堆肥2種)、淡水環(huán)境降解、海水環(huán)境降解、污泥厭氧消化、高固態(tài)厭氧消化/露天戶外7種降解環(huán)境。
對于不同的降解環(huán)境降解塑料的檢測方法不同,我國生物降解塑料檢測標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)步很快,除了海水和露天戶外標(biāo)準(zhǔn)沒有建立標(biāo)準(zhǔn)外,絕大部分標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)建立,而且對標(biāo)國際標(biāo)準(zhǔn)(表3、表4和表5)。
對于上述生物降解樹脂品種在很短的時間內(nèi)都可以達(dá)到完全降解,并可以滿足國際主流的降解標(biāo)準(zhǔn)。歐盟的降解標(biāo)準(zhǔn)EN13432規(guī)定,相對降解率為在工業(yè)堆肥(58±2℃)條件下有氧氣180天,樣品中總有機(jī)碳至少60%降解成為二氧化碳,或者樣品的降解率不能低于參照材料如纖維素的90%,即可以視為完全降解,上述5大品種在降解性能上都可以滿足歐盟標(biāo)準(zhǔn)。
2001年3月,國家塑料產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化中心在北京成立了生物降解塑料工作組(BMG)。在工作組的組織下,ISO的方法標(biāo)準(zhǔn)被標(biāo)準(zhǔn)化為ISO14851:1999、ISO14852:1999、ISO14855:1999國家標(biāo)準(zhǔn)。
GB/T 20197-2006對可降解塑料的定義、分類、標(biāo)記和降解性要求進(jìn)行了定義,但該標(biāo)準(zhǔn)已有近15年的歷史,其適用性有所降低,尤其是對光氧降解塑料。歐盟已于2019年根據(jù)指令2019/904禁止使用光氧可降解塑料。
我國還制定了7項生物降解樹脂標(biāo)準(zhǔn),具體見表4所示。目前產(chǎn)業(yè)化品種只缺少PBST和PGA標(biāo)準(zhǔn)。
我國還制定了許多生物降解塑料制品標(biāo)準(zhǔn),具體見表5所示。
2020年9月,中國輕工業(yè)聯(lián)合會發(fā)布了“可降解塑料產(chǎn)品分類和標(biāo)識規(guī)范指南”,這是中國可降解塑料產(chǎn)品的唯一標(biāo)識(圖1)。標(biāo)識為帶箭頭循環(huán)圈,雙“J”(中文拼音縮寫為“降解”),材料縮寫(如PBAT、PLA、PBS等),六個降解環(huán)境名稱(可選),表示塑料制品最容易降解的環(huán)境。綠色笑臉圖案,由國家標(biāo)準(zhǔn)和產(chǎn)品名稱組成。帶箭頭的循環(huán)圈表示可降解塑料也可以回收和再利用,即使泄漏到環(huán)境中,也可以完全降解并重新使用被環(huán)境所吸收。“JJ”模仿人的形態(tài),采用左小右大的結(jié)構(gòu)布局,體現(xiàn)了“從小及老,人人愛護(hù)環(huán)境”的設(shè)計理念。
圖1 可降解標(biāo)識
三、需求分析
自2003年至今,生物可降解塑料的消費量增加了20倍(表6)。PLA第一條生產(chǎn)線于2008年投產(chǎn),此后生產(chǎn)能力不斷提高。
2019年,中國合成降解樹脂的實際產(chǎn)量估計為101600噸。其中,PLA樹脂的市場供應(yīng)自2019年以來一直供不應(yīng)求,預(yù)計這種情況將在未來五年持續(xù)下去,而且PLA的價格約為16000-30000元/噸,PBAT約為21000-25000元/噸,而PE和PP的價格分別為8800-12000元/噸和6700-8500元/噸,是常規(guī)聚乙烯薄膜材料塑料的2-3倍,嚴(yán)重影響PLA下游產(chǎn)品的推廣應(yīng)用。
由于合成技術(shù)的限制、產(chǎn)品市場和資金周轉(zhuǎn)的限制,一些企業(yè)只進(jìn)行了一半產(chǎn)能的運營。目前,只有PLA、PBAT和PCL已實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。
市場需求,據(jù)統(tǒng)計國產(chǎn)PLA樹脂11萬噸和進(jìn)口PLA樹脂2.5萬噸合計13.5萬噸,而2020年中國市場需求至少20萬噸,已經(jīng)出現(xiàn)嚴(yán)重缺貨局面。
包裝消費品、零售商和食品服務(wù)行業(yè)的大型跨國公司也已取得進(jìn)展或宣布打算大幅擴(kuò)大生物可降解塑料的使用,這推動了對新鮮農(nóng)產(chǎn)品、食品餐具和可堆肥袋生物可降解包裝的需求。
軟包裝在全球使用了近50 萬噸的可降解生物塑料。在許多國家,農(nóng)業(yè)地膜被用來提高作物產(chǎn)量。傳統(tǒng)的地膜難以從田間收集,會導(dǎo)致土壤中嚴(yán)重的塑料污染。因此,可生物降解地膜已被測試并發(fā)展成為一種替代品。中國擁有最大的地膜覆蓋面積,每年使用多達(dá)250萬噸地膜。假設(shè)每年10%地膜轉(zhuǎn)化為生物可降解,僅是中國每年就需要20多萬噸生物可降解地膜。
隨著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線商品和食品配送電子商務(wù)的實施,對可堆肥袋的需求增加。2019年,食品配送數(shù)量已達(dá)到4.6億用戶,而城市居民為8.4843億,占城市人口的53.9%。
2019年受到國家環(huán)保政策的驅(qū)使,PLA的價格從1.9萬/噸最高升到4.8萬/噸。就降解塑料制品而言,與聚乙烯塑料地膜比較,PBAT樹脂價格高300%,PBAT的密度高30%,地膜的厚度高20%,總體降解地膜的價格是普通聚乙烯地膜的3.5倍左右,價格是制約生物降解樹脂不能夠獲得普遍應(yīng)用的主要因素之一。
PBS類生物降解樹脂合成技術(shù):PBS類產(chǎn)品經(jīng)歷PBS、PBSA、PBST、PBAT四個階段,目前以PBAT為主,四個品種的合成技術(shù)已經(jīng)成熟,掌握核心技術(shù)的有清華大學(xué)和中科院理化所。在已經(jīng)投產(chǎn)的項目中,新疆屯河和安慶和興采用清華技術(shù),杭州鑫富、山西金暉和山東匯盈采用中科院理化所技術(shù),金發(fā)科技采用自有技術(shù)。
對于各類生物降解樹脂上游合成原材料而言:PLA類有淀粉、乳酸、丙交酯、乙交酯和催化劑,PBS類有丁二醇、丁二酸、己二酸、對苯二甲酸和催化劑,PPC類有二氧化碳、環(huán)氧丙烷、環(huán)氧乙烷、苯酐和催化劑,PCL類為ε己內(nèi)酯和催化劑,PHA類為淀粉和菌種。
采用改性技術(shù)可以改善生物降解樹脂原有各種性能的不完美性,具體如PLA的耐熱、增韌、增強(qiáng)、阻燃、成核和填充等,十三五期間都取得明顯成果。尤其是PLA和PBAT采用淀粉、秸稈、竹粉、碳酸鈣、滑石粉等低成本材料填充,可以大幅度降低成本10%-40%,而且不影響完全生物降解性能,建議大規(guī)模推廣應(yīng)用。