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生物分解材料技术开发应用成行业关注热点

从今年6月1日开始,我国规定塑料(8120,-425.00,-4.97%,吧)购物袋的厚度不能小于0.025mm,国家产业政策也开始支持生物降解和生物基材料的发展,欧洲各国纷纷出台政策推动生物降解塑料的应用。在全球能源紧缺、环境退化的压力下,生物基与生物分解材料的开发和应用因此格外受到期待。 10月13至15日,第三届生物基与生物分解材料技术和应用国际研讨会在北京召开。来自美、日、韩、欧盟等10余个国家的专家,与我国生产企业、科研院所、高等院校等代表一起,就如何促进该领域研发、生产、应用,完善检验和标准体系等话题,进行了深入的探讨。 所谓生物分解材料,是指一种通过生物技术转化成聚合物的高科技材料,制品在丢弃后会完全分解成水和CO2,其主要原料来源是以阳光和CO2为能源和碳源的淀粉和纤维素等可再生资源。 欧洲生物塑料协会的资料显示,截至2007年8月,全球生物分解塑料的年生产能力已达到31.5万吨;预计2010年生物分解塑料的用量将达到140万吨。在生物分解材料中,可再生资源材料基的生物分解塑料比例有望占到90%以上。 而生物分解材料在我国的发展,也经历了一个非常曲折的过程。以生物分解塑料为例,最初称为可降解塑料。其产品是指淀粉与聚丙烯、聚乙烯及聚苯乙烯合成塑料的共混物,它们只能够部分降解,不能很好地解决白色污染问题,而且成本比普通塑料高很多,因此没有得到广泛的应用。 随着技术的进步,人们对生物降解塑料有了更多的认识。近年来,生物分解塑料已经有了明确的与国际接轨的定义和相应的标准、测试方法,而且国家中长期发展规划纲要和“十一五”科技发展规划中,都将发展生物分解塑料产业作为重要内容之一。 与此同时,我国生物分解塑料的研发和生产均得到了发展,产量迅速增加,尤其是可再生材料基的生物分解塑料的发展更是如火如荼。 “2003年,我国生物分解材料的用量约1.5万吨,其中不添加淀粉的生物分解聚合物约1000吨。”中国塑协降解塑料专业委员会会长夏青举例说,2007年,实际生产已约3万吨,预计2010年产能将达到25万吨左右。 作为一种新材料,生产成本和技术成熟度都是生物分解材料必须要跨越的障碍。由于生产成本过高,在过去十几年中,全球生物分解材料市场一直迟迟未能大规模启动。但随着近年来原油价格持续高居,合成树脂价格一路飙升,使得以农产品为原料的生物分解塑料的价格瓶颈嬗变为成本优势,一些国际性大企业开始重新重视生物分解材料的研发,如杜邦、拜耳、巴斯夫均已推出商业化应用的生物分解材料。 另一方面,各国环保法规的日渐严格,也推动了生物分解材料的应用。例如,欧洲制定了有关可生物分解堆肥塑料的标准EN13432,给了生物分解塑料一个统一的检测和评价方法;德国从2005年6月开始强制执行包装物政令,塑料包装物必须回收利用,但生物分解堆肥塑料或生物塑料制的包装物在2005年5月28日至2012年12月31日的过渡期内,可以无须回收;法国规定从2010年起,开始使用生物分解的一次性零售手提袋;日本政府也确定目标,到2020年,日本消费的所有塑料袋将有20%来自可再生资源。 中国的生物分解材料在研发方面一直与国际同步。从2001年起,全国塑料制品标准化中心生物分解材料工作组就开始着手起草制定生物分解材料相关的检测方法、降解塑料定义和性能要求、降解塑料片材产品等标准,这些标准均是参考了国际标准制定的。截至目前,我国与国际主要生物塑料组织均已建立起检测和标识互认合作关系。 在今年的北京奥运会上,570万个垃圾袋全部采用了生物降解塑料袋。这种塑料袋丢弃后,72天内即可分解为二氧化碳和水。 近年来,我国相关科技人员一直致力于生物塑料的研发及应用,生物分解材料生产和研发企业组成的“生物基”军团已成为全球强势军团。例如,武汉华丽环保科技有限公司研发的可塑淀粉生物降解材料,以植物淀粉、纤维素、竹粉、壳聚糖等为主要原料,通过对淀粉等材料的改性和塑化,使其集刚性、韧性和弹性于一体。据悉,PSM是中国目前唯一通过欧盟EN13432标准检测和认证的生物降解材料,其降解性能、使用性能、卫生指标居国际领先水平。 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的聚酯来贮藏能量。利用PHA良好的生物相容性能,宁波天安生物材料有限公司不仅在国际市场争得一席之地,而且成为世界上最大的PHA类原材料生产厂商;浙江海正生物材料有限公司以年产5000吨PLA的生产能力,稳居工业化生产聚乳酸厂商世界第二。 在循环经济的旗帜下,利用工业生产中产生的二氧化碳废气为原料,经催化合成得到的二氧化碳共聚物,是另一类生物分解材料。内蒙古蒙西集团公司与中科院长春应用化学研究所合作,利用水泥生产过程中产生的二氧化碳,生产二氧化碳基全降解塑料,并建成世界第一条连续、全封闭的年产3000吨二氧化碳基全降解塑料中试生产线,所产塑料透明、可生物降解,焚烧过程只产生二氧化碳和水。 中国企业,已经与国际同行站在了同一起跑线上。

对于欧美降解塑料制品生产商来说,宁波天安生物材料有限公司是一家神奇的公司。这样一家普通企业,居然可以生产出降解塑料生产商不可或缺的原料——PHBV,而这样的企业居然在中国,这着实让他们吃惊。

“从国内看,不仅生物降解塑料的生产技术已达到国际水平,并且有一部分国内企业的产品已经成功走向了国际市场”,中国塑协降解塑料专业委员会秘书长翁云宣告诉《中国投资》。

废弃塑料的“白色污染”问题日益严重,已到了非解决不可的时候。各国特别是西欧、美国、日本等发达国家,限制使用一次性泡沫塑料包装物,欧盟近年已经出台相关法规限制或者禁止使用非降解塑料包装物。

而与传统石油基合成树脂的根本区别大多在于,生物降解塑料的主要原料来源是以阳光和二氧化碳为能源和碳源的淀粉和纤维素等可再生资源,是一种通过生物技术转化成聚合物的高科技材料,其制品在丢弃后会完全分解成二氧化碳和水。如果集中回收进行堆肥处理,还可以生产出有机肥。

随着对环境保护的重视,各国纷纷开始着手进行生物降解材料的研发。同样,作为一次性塑料制品的消费大国,我国自上世纪80年代开始,陆续进行了生物降解材料的研发。

生物降解塑料又分为天然生物降解塑料、微生物降解塑料和化学合成生物降解塑料几大类。

天然生物降解塑料是指以天然聚合物为原料,可通过各种成型工艺制成生物降解塑料制品的一类材料,包括由淀粉、纤维素、甲壳素、大豆蛋白等天然聚合物及其各种衍生物和混合物。其中热塑性淀粉已经产业化,其它天然材料尚处于基础研究阶段。目前,已经实现产业化的有武汉华丽环保科技有限公司等,已形成年产2-3万吨的生产规模。

微生物合成生物降解塑料有聚乳酸等。PLA是以糖蜜等发酵制得的乳酸为原料,通过直接缩合聚合法或其二聚体丙交酯开环聚合法等方法化学合成的。目前,中科院长春应用化学研究所和浙江海生生物降解塑料股份有限公司正共同进行中试研究,产品性能基本达到Cargill Dow公司产品水平,目前已基本完成5000吨生产能力的示范生产线建设。

用微生物等方法合成的生物聚酯价格较高,是目前难以普遍采用的主要障碍。化学合成法开发的生物降解塑料主要有各种脂肪族聚酯,前者主要品种包括聚己内酯、脂肪族聚碳酸酯(二氧化碳和环氧化合物共聚物或称二氧化碳共聚物)等。内蒙古蒙西高新技术集团所采用的,正是化学合成法生产降解塑料。除此以外,河南天冠集团还将酒精生产过程中产生的副产品二氧化碳也用于生产全降解塑料。另外,中科院理化所的化学合成聚丁二酸丁醇酯也正在产业化过程中。

除了上述3类外,还有一类是将淀粉等天然资源与化学物质共混生产的技术。广东肇庆华芳降解塑料有限公司等实现了将淀粉塑化改性后、再和聚乙烯醇共混生产降解塑料。

“我们自1999年起就开始进行以可再生资源淀粉为原料、运用发酵工程技术生产新型生物材料,共投入了7000多万元”,宁波天安公司市场部经理刘辉对《中国投资》说。

宁波天安的技术思路主要是从淀粉中提取出的葡萄糖为碳源,在发酵罐内培养某种微生物,既而在其生长、新陈代谢过程中体内逐渐合成出PHBV。其主要应用除食品包装及容器、购物袋、玩具等生活日用品及包装领域外,也可用来生产一次性使用的注射器、手术衣等医用产品。宁波天安是目前PHA类材料唯一实现商业和规模化生产的企业。

“2004年,我们已经形成了年产1000万吨的生产规模,到今年年底产能将达到2000吨”,刘辉对此很是自豪。

塑料制品的大量应用造成“白色污染”,过量的二氧化碳排放造成“温室效应”,使全球气候和环境受到极大的威胁。

对于二氧化碳排放大户的水泥企业,在“减排”重压之下,困扰企业的一大难题是如何减少水泥窑产生二氧化碳尾气处理问题。

而将“白色污染”与二氧化碳过量排放结合起来考虑,就为企业找到了一条改善环境的佳路径。

7月初,一条既能解决企业排放的二氧化碳、又能生产降解塑料的年产3000吨二氧化碳基全降解塑料中试生产线,在内蒙古蒙西高新技术集团公司诞生。

早在2000年,内蒙古蒙西高新技术集团公司为了解决生产水泥过程中产生的二氧化碳,采用西南化工研究设计院的国内领先变压吸附技术,建成了从水泥窑尾废气中回收、提纯年产2万吨级食品级二氧化碳装置。然而那时提纯出来的二氧化碳多是卖给了食品加工企业用于保鲜、防腐等途径,每吨售价为800元左右,经济效益并不明显。

而在国际市场上,用二氧化碳作原料生产的全降解塑料每吨售价约为2万多元。正是这一巨大的利润诱惑,随后,蒙西又投资4000多万元,与中科院长春应用化学研究所合作,以水泥窑尾气排出的二氧化碳为原料,采用二氧化碳和环氧化物在稀土组合催化剂的作用下进行共聚,生产二氧化碳基全降解塑料。2002年10月建成了世界条连续、全封闭的年产3000吨二氧化碳基全降解塑料中试生产线,所生产的塑料透明、可生物降解、焚烧过程只产生二氧化碳和水。

然而,“由于政策、资金、技术等原因,多年来,中试线生产的降解塑料产品仅仅销售了700吨”,蒙西高新技术集团项目经理向辉对《中国投资》说。此后,为解决后处理问题,2005年底,蒙西再次投入五六百万元,进行工业化改造。

历经5年多时间的中试,实验室的研究终于开花结果——这一解决双重环境污染的中试成果终于实现产业化。蒙西依托自己集团所属水泥企业产生的二氧化碳就可以每年生产出3000吨二氧化碳基全降解塑料。

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