生物基材料的研究进展与产业化应用综述（下）

2.1 聚乳酸（PLA）

制备工艺：以玉米淀粉为原料，经发酵生成乳酸，再通过丙交酯开环聚合制得。国内金丹科技、海正生材掌握丙交酯合成技术，2024 年丰原集团 30 万吨 / 年项目推动原料成本降至 1.4 万元 / 吨以下（金丹科技，2025）。

性能优势：可堆肥降解，密度1.24 g/cm³，拉伸强度 50-70 MPa，透光率＞90%，广泛用于食品包装、纺织纤维及医疗缝合线。

产业化现状：2024 年中国 PLA 产能达 28.5 万吨，进口依赖度仍较高（1-11 月进口 4.46 万吨，同比增 53.2%），但出口增速显著（1-11 月出口 1.65 万吨，同比增 79.5%）（聚如如资讯，2024）。

2.2 聚羟基脂肪酸酯（PHA）

技术突破：通过基因编辑优化菌种，深圳碧友生物将PHA 生产成本降至 2 万元 / 吨，较行业平均降低 43%。其发泡材料密度 0.08-0.15 g/cm³，可在海洋环境中 6 个月内完全降解（深圳碧友生物，2024）。

应用领域：精密仪器包装、医疗植入物及农业地膜，与华为、美团合作开发电子产品缓冲包装和可降解餐盒（中国化工报，2023）。

2.3 聚己二酸 / 对苯二甲酸丁二醇酯（PBAT）

性能特点：断裂伸长率＞500%，耐低温性优异（-30℃），常与 PLA 共混改善脆性。2024 年中国 PBAT 产能 150 万吨，占全球总量的 60%。

回收挑战：化学回收技术尚未成熟，中科院海洋所首次发现海洋微生物酶可高效降解PBAT，为循环利用提供新路径（中科院海洋所，2024）。

3. 生物基材料制备技术进展

3.1 原料创新

非粮生物质利用：秸秆纤维素、地沟油等低成本原料逐步替代玉米淀粉。例如，浙江海正采用毛棕榈油生产PHA，原料成本降至 4000 元 / 吨（浙江海正，2024）。

CO₂资源化：苏州中科申龙利用工业 CO₂合成生物基 TPU，实现 “碳捕集 - 材料化” 闭环，碳排放减少 50% 以上（苏州中科申龙，2024）。

3.2 工艺优化

超临界发泡技术：美国NatureWorks 通过超临界 CO₂工艺将 PLA 发泡倍率提升至 30 倍以上，耐热性达 120℃，应用于咖啡杯及 3D 打印建筑模块（NatureWorks，2024）。

复合改性技术：深圳辰梦源通过纳米纤维素增强PLA，解决其脆性问题，开发出耐温 100℃的一次性餐具（深圳辰梦源，2024）。

3.3 认证与合规

国际标准：欧盟OK Compost、美国 BPI 认证推动出口，首次申请费用分别约数千欧元和 1500 美元以上（欧盟认证机构，2024）。

政策支持：中国“双碳” 政策提供税收减免，欧盟碳边境税（CBAM）预计增加传统塑料成本 7200-10800 元 / 吨，间接提升生物基材料竞争力。

4. 生物基材料的应用领域

4.1 包装领域

可降解餐盒：PLA/PBAT 共混材料替代 EPS，美团试点推广的 PHA 餐盒在深圳投放。

冷链包装：深圳辰梦源生物基冷链包装箱通过顺丰中试验证，计划2024 年量产。

4.2 汽车与交通

轻量化材料：凯赛生物生物基聚酰胺用于动力电池壳体，减重30%，成本降低 20%（凯赛生物，2024）。

内饰隔音棉：深圳辰梦源为比亚迪提供生物基隔音棉样品，生物基含量达70%。

4.3 医疗健康

手术缝合线：PLA/PHA 复合材料具有生物相容性，降解周期可控（6-12 个月）（中国化工报，2023）。

抗菌材料：中科院青岛能源所开发壳聚糖基抗菌膜，用于伤口敷料（中科院青岛能源所，2024）。

4.4 纺织与农业

环保纤维：福建宏坤化纤生物基复合再生料用于内衣、渔网生产（福建宏坤化纤，2024）。

农用地膜：淀粉基材料在土壤中3 个月内降解，减少“白色污染”。

5. 产业竞争格局与头部企业

5.1 国际企业

• 巴斯夫：推出生物质平衡聚醚砜（PESU），50% 化石原料被生物循环原料替代（巴斯夫年报，2023）。

• NatureWorks：全球最大 PLA 生产商，Ingeo™系列发泡材料占据食品包装市场 30% 份额。与阿迪达斯合作开发可堆肥运动鞋中底泡沫（NatureWorks，2024）。

• 塞拉尼斯：开发生物基 Hytrel® TPC RS40F2，用于运动鞋中底，生物基含量 20% 以上（塞拉尼斯，2024）。

5.2 国内企业

• 金发科技：公司主营业务为改性塑料、完全生物降解塑料、特种工程塑料、碳纤维及复合材料、轻烃及氢能源和医疗健康高分子材料产品的研发、生产和销售。具备 12 万吨 PBAT 产能，3 万吨 PLA 即将投产，2024 年前三季度降解塑料销量 12.67 万吨（金发科技，2024）。

• 深圳碧友：PHA 发泡材料成本行业领先，通过基因编辑优化菌种，将PHA生产效率提升3倍，成本降至2万元/吨（行业平均3.5万元/吨）。与华为合作开发电子产品生物基缓冲包装，2023年通过跌落测试，计划2025年导入供应链。联合美团试点推广可降解餐盒，已在深圳部分区域投放（深圳碧友生物，2024）。

6. 挑战与未来展望

6.1 主要挑战

成本压力：PLA、PHA 原料成本分别为 1.4 万元 / 吨和 2 万元 / 吨，远超传统塑料（0.5-0.8 万元 / 吨）（金丹科技，2025）。

回收体系不完善：生物基材料回收网点覆盖率不足 30%，化学回收技术尚未规模化。

性能局限：PLA 耐热性差（＜60℃），PHA 机械强度较低，需通过共聚改性提升（中科院理化研究所，2024）。

6.2 未来方向

技术创新：开发非粮生物质发酵、CO₂固定等新技术，推动 PHA 成本降至 1 万元 / 吨以下（中国化工报，2023）。

应用拓展：探索航空航天（生物基碳纤维）、电子器件（生物基电路板）等高附加值领域。

政策协同：完善碳交易市场，建立生物基材料回收补贴机制，加速产业化进程。

7. 结论

生物基材料作为绿色经济的重要载体，在包装、汽车、医疗等领域展现广阔前景。尽管面临成本与性能挑战，随着技术突破和政策支持，其市场份额有望持续扩大。未来需加强产学研合作，构建“原料 - 制备 - 应用 - 回收” 全产业链，推动生物基材料成为实现 “双碳” 目标的核心支撑。

参考文献

欧洲生物塑料协会。全球生物基塑料产能报告. 2023.

田方伟, 黄瀚毅, 赵丹 & 翟文涛. (2024). 可生物降解聚合物物理发泡研究进展. 材料研究与应用, 18 (03), 369-386.

聚如如资讯. 2024 年中国生物基材料市场分析报告. 2024.

郭鹏, 徐玮良, 吕明福, 徐耀辉, 张宗胤 & 高达利. (2025). 全生物降解发泡材料的研究进展. 石油化工, 54 (02), 278-287.

中国化工报。生物基塑料行业动态. 2023.

深圳碧友生物. PHA 技术白皮书. 2024.

市场监管总局。对十三届全国人大四次会议第 8371 号建议的答复. 2024.

NatureWorks. Annual Report 2023. 2024.

凯赛生物年报. 2023.

金发科技年报. 2024.