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生物基材料产业发展进行时

2022-08-10 20:44:00 【关闭】 【打印】

  在第四届中国国际进口博览会上,国产汽车品牌岚图(以下简称“岚图”)抢占风头。“它是全球首款搭载生物基清漆的新能源汽车。”岚图汽车材料总监陈嘉玥介绍。随后,手机厂商realme宣布在新产品上使用生物基材料、特步宣布进军生物基材料聚合领域等消息发布。生物基材料因其绿色环保的特性,进入人们的视野,成为备受瞩目的新兴产业。

  生物基材料的减碳路径

  中国科学院理化技术研究所研究员、工程和生态塑料国家工程研究中心主任季君晖是生物基材料的“老朋友”。他介绍:“目前常见的材料,其原料主要来源于石油、煤炭、天然气等,这些资源被称为化石基。而生物质就是树木、草、秸秆等各种植物,也包括微生物和动物,在我们周围随处可见。”使用这些短期可再生的生物质来制备得到的新型材料,就叫做生物基材料。

山东烟台的万华全球研发中心,科研人员在进行生物基TPU材料产品研发

  化石基材料性能好、使用方便、价格低廉。“但是,化石基是不可再生资源,迟早会耗尽。并且,在生产过程中会产生大量碳排放。而生物基通过吸收二氧化碳生长,可以短期内形成碳循环,不会造成整体环境的碳增加。”在“双碳”目标大背景下,发展生物基材料恰逢其时。

  陈嘉玥此前曾负责一汽红旗、吉利几何等品牌,在汽车材料领域十分活跃。他介绍,大概在2015年前,国内汽车行业就有了利用生物基材料来响应环保政策、减轻车体重量的设想,但受技术及成本所限,没能形成气候。

  近两年,由于国家高度重视减碳,汽车行业重新把生物基材料的应用提上日程,岚图率先迈出新步伐。除油漆外,岚图在车体的塑料和空调滤芯等部位也有生物基材料应用,已经投向市场,搭载生物基清漆的车型预计在2023年上市。

  目前,岚图在与国际材料巨头科思创、PPG在“可持续发展材料应用”方面达成合作的基础上,共同探索低碳可持续发展原材料在汽车整车及零配件的应用和推广。计划到2022年底,岚图整车的生物基和再生材料应用比例达5%,2023年底这一比例将提高到15%。

  季君晖认为,从全球来看,生物基材料处于当前材料发展的前端。“中国是国际上比较重视生物基材料的国家之一,前几年就开始了科技布局,投入资源推动。”

  2007年,国家发改委发布《生物产业发展“十一五”规划》,将大力发展生物基产品,实现对化石原料的部分替代列为主要任务与发展重点。此后每个阶段的发展规划都对生物基材料产业给予高度重视。2021年2月1日,科技部下发“十四五”国家重点研发计划18个重点专项2021年度项目申报指南征求意见的通知。其中,低成本生物基工程塑料的制备与产业化入选重点专项。

  2022年6月14日,中共中央宣传部举行的“中国这十年”系列主题新闻发布会介绍了中国工业和信息化发展成就,特别提到新材料产业产值实现翻番。“十四五”时期是生物产业迅猛发展的重要机遇期,未来,生物基材料大有可为。

  应用前景光明

  其实,生物基离我们并不遥远,在塑料领域也广泛应用。2021年1月1日,随着“禁塑令”正式施行,全国餐饮行业禁止使用不可降解一次性塑料吸管。“一开始的替代品是纸吸管,最近,聚乳酸、PBS及其合金吸管占了主流,这些都属于生物降解塑料。”季君晖说。除此以外,大家比较熟悉的服装面料棉、麻、丝,都属于生物基。目前,生物基材料处于重要突破期,更多产品逐渐进入市场。

  2020年6月,国产体育用品企业特步集团(以下简称“特步”)推出全球首款生物基材料聚乳酸风衣。特步集团董事局主席兼CEO丁水波介绍,聚乳酸是利用菌群使玉米、秸秆等农作物发酵制成。“这种菌群是最关键的核心技术,之前都掌握在美日等发达国家手中。我们的合作伙伴安徽丰原集团自主研发出菌群,并运用到聚乳酸的研究中。”

  除了助力减碳,在特定条件下,聚乳酸材料服装在土壤中存留一年时间就可自然降解,不会造成环境污染。如今特步服装聚乳酸含量已从19%升至100%,并将其广泛用于卫衣、短袖等产品,年销售量也从约4千件上涨到2021年的3万件。“这个数字在整体大盘中实在不值一提,但却超出预期,意义重大。”丁水波说,受产量和技术影响,聚乳酸产品定价略高于普通面料。“我们研发这些产品主要是在推广环保服装的概念,把其定位于履行社会责任,进行可持续的环保探索。然而,目前来看,对于消费者来说,为环保买单的意向逐年增多,这也体现了公众对于环境的重视,未来会有很大市场。”国家政策支持、技术壁垒突破、公众接受度日益提升,生物基材料的发展迎来了天时地利人和。

  丁水波介绍,目前,在特步所做的环保材料实践中,生物基材料的利用占到了80%。主要原料以棕榈油代替化石基的生物基环保概念鞋将在年底发布,特步生物基材料从服饰渗透到鞋履,并将持续扩大。2022年,特步与中国纺织工业联合会合作,对两款T恤进行碳足迹测算,并对集团全产业链的碳排放进行核算,为今后的减碳措施做出数据支撑。

  突破产业发展难题

  在季君晖看来,目前生物基材料在产业化道路上还面临较多问题。“从技术角度来说,原料的选择、制作途径的选择都需要进一步发展成熟。”他表示,使用生物基材料代替化石基材料,在工业和经济方面也有一定困难。

  对此,科研人员做了许多积极尝试。季君晖介绍,目前,国家大力推进材料的生物化工联合制备—原料为生物基,通过生物化工相结合的手段,制备大宗化学品。如此一来,生物基材料与现有的产业基础就可以直接对接。

  此外,从客户角度出发,目前很多生物基材料制品并不能实际感受到区别,企业研发性价比较低,这是生物基材料应用的一大限制。加大科技创新,拔得头筹,在不造成综合成本提升的同时,达到环保的目的,成为很多企业竞争的筹码。

  陈嘉玥表示,“岚图作为电动汽车的高端品牌,用材的环保、健康、安全是重中之重。同时还要兼顾性能需求,克服传统材料的缺点,进行互补。”他举例,“比如说车体塑料,在传统塑料中加入生物基纤维改性成一种新材料,相比之下更坚固,产品厚度就可以降低,达到减重的效果;用于后备箱搁物板、门板骨架等部位的材料使用新型国产生物基纤维,与传统麻纤维相比,消除了异味的缺陷,使客户得到更好的体验。”

  同样,特步也在不断进行技术升级。由于生物基面料的特性,之前市面所售生物基服装只有白色。丁水波解释,“着色温度过高容易对聚乳酸材料产生破损,降低温度其色牢度又达不到上市标准。”特步攻克了聚乳酸面料的着色难题,使生物基面料的应用“多彩”起来。“在穿着方面,通过与天丝结合进行混纺技术的提升,顾客肤感更舒适,更愿意进行消费。”

  对于某些产业来说,所需的化工原料十分匮乏,生物基材料价格反而颇具优势。季君晖说,生物基尼龙近些年发展较快。他举例,上海凯赛生物化工有限公司一款畅销尼龙,就是通过一种在中国十分过剩的生物基原料制成。制备途中产生的生物基材料二元酸同样是国外市场的抢手货,占据全球80%以上的市场份额;宁夏伊品生物科技股份有限公司制作各种饲料、食品添加剂,公司利用生产过程中产生的过量生物基原料来制备尼龙,并可进一步生产衣服、塑料制品等产品。

  “这是产业向好的迹象。”季君晖说,一旦产业成熟,规模扩大,产量增加,价格自然就会下降。他对这一天的到来很有信心,“相信生物基产业马上能迎来快速发展。”

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