未来,可降解塑料PBAT真正的竞争力究竟属于谁?

      生物可降解塑料被认为是解决一次性塑料废弃物污染问题的有效途径。生物可降解塑料包括PLA(聚乳酸),PHA( 聚羟基链烷酸酯),PBS聚酯类降解塑料如PBAT(聚对苯二甲酸-己二酸丁二酯)、PBS(聚丁二酸丁二酯)、PBSA(聚丁二酸-己二酸丁二酯),PCL(聚己内酯)和PGA(聚乙醇酸)等。预计到2025年,中国可降解塑料的年需求量将达到300万吨/年,但届时,中国可降解塑料产能将超过500万吨/年,其中仅PBAT新增规划产能就超过300万吨。未来,对于PBAT行业而言,真正的竞争力究竟属于谁?

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  中国可降解塑料风生水起

  每年全球塑料产量高达3.5 亿吨,中国就接近1 亿吨。全球每年一次性塑料制品只有10%被回收利用,另外约12%被焚烧,超过70%被丢弃到土壤、空气和海洋中。目前大多数生产的塑料是一次性塑料,约40%的塑料用于包装,而聚乙烯(PE)、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚丙烯(PP)和聚苯乙烯(PS)是包装中使用最多的塑料,这些石油衍生塑料一旦到达环境就会不可避免地积累,从而产生负面的环境后果。

  基于对人类共同生存环境的保护,各国纷纷颁布限塑令和禁塑令。中国也宣布到2020年底,全国范围内餐饮行业禁止使用不可降解一次性塑料吸管,地级以上城市建成区堂食服务餐饮行业禁止使用不可降解一次性塑料吸管;到2025年底,县城建成区餐饮堂食服务禁止使用不可降解一次性塑料餐具,地级以上城市餐饮外卖领域不可降解一次性消耗强度下降30%。

  生物可降解塑料被认为是解决一次性塑料废弃物污染问题的有效途径。生物可降解塑料包括PLA,PHA,PBS聚酯类降解塑料如PBAT、PBS、PBSA,PCL和PGA等。

  从需求来看,2020年,以中国为代表的东北亚地区是全球最大的生物可降解塑料市场,超过全球消费量的60%,其次是欧洲(25%)和北美(10%)。在北美,生物可降解塑料的消费量预计将以年均6%的速度增长。食品包装、餐具、餐具和袋子行业是最大的终端消费,也是生物可降解塑料消费的主要增长动力。受益于全球各国对塑料购物袋及包装的限制,未来全球几年将实现两位数的增长。

  从供给来看,2021年北美生物可降解聚合物的产量增至约22万吨,聚乳酸是最大的生物可降解塑料,产量占85%;西欧产量20万吨,大部分来源于淀粉与PBAT和少量PLA。而中国近些年可降解塑料增长迅速,据不完全统计,中国可降解塑料行业规模超过100万吨/年,包括PBAT、PLA、PPC、PGA、PBS、PHA和PCL。从产品规模来看,其中PBAT行业规模最大,总计生产能力接近80万吨/年,其次是PLA,总计生产规模超过了20万吨/年。2021年中国可降解塑料产量约80万吨,基本做到供需平衡。

  中国是PBAT的主战场

  预计到2025年,中国可降解塑料的需求量将达到300万吨,但届时,中国可降解塑料产能将超过500万吨/年,其中仅PBAT新增规划产能就超过300万吨/年,其次来自PLA和PGA的新增产能。

  PLA是生物基塑料和生物降解产品领域的一个重要子行业。作为一种理想的绿色环保高分子塑料,PLA已成为生物降解塑料中的主要产品。但PLA短期产能难以迅速扩大以满足需求的增长。困扰中国PLA产业发展的首要问题是PLA中间产品丙交酯的合成技术。安徽丰原和浙江海正已逐步打通乳酸-丙交酯-聚乳酸产业链且实现规模化生产,开发出较成熟的套工艺生产设备。目前,外采丙交酯生产PLA的完全成本超过2万元/吨,而掌握了丙交酯合成技术的完全成本约1.5万元/吨。不过中国玉米等农作物经济价值高,随着全球粮食危机来袭,从成本经济性和原料可获得性角度来看,PLA行业短期而言难以放大。

  PGA是一种理想的完全生物降解塑料,具有微生物降解和水降解的特点,根据其分子量和降解环境的不同可以在1~6个月内完全降解,无毒无害,最终降解产物是二氧化碳和水,除了能满足工业堆肥要求,还可以达到家庭堆肥、土壤降解及海洋环境降解的要求。国内已有数家企业经由煤制乙二醇的重要中间产品草酸二甲酯(DMO)往下生产PGA。虽然在乙二醇市场低迷的情况下,企业可以从乙二醇转产PGA,PGA的完全成本至少也要在1.2万/吨以上,这还不包括对乙二醇装置停车的损失。从乙二醇转产PGA将会闲置乙二醇生产装置,对应的折旧利息成本不算小数,但如果从煤头开始新建PGA则装置投资较大,同时也会面临煤价走高的风险。而PGA发展路径和煤制乙二醇何其相似,从5万吨产能慢慢放大到20万吨、100万吨,但产能放大和满足需求的高品质是需要经过较长时间来检验的。

  PBAT由于显示出良好的拉伸强度、韧性、延展性和耐热性,是目前市场上应用最好的降解塑料之一,也是中国未来最大的可降解塑料供应来源。中国PBAT消费主要用于生产含淀粉的化合物,或与PLA混合。该化合物有助于大大提高成品的撕裂强度和伸长率,同时不影响后期加工。这些化合物可以降低产品本,同时仍保持其可生物降解和可堆肥的特性,被进一步加工成购物袋、卷装垃圾袋、电子产品包装袋、食品包装袋和地膜。

  近期各大企业纷纷上马PBAT,如华鲁恒升3万吨/年PBAT、东华天业40万吨/年PBAT、东方盛虹18万吨/年PBAT、永荣控股50万吨/年PBAT、陕煤集团12万吨/年PBAT、华谊新材料30万吨/年PBAT······规划的PBAT产能超过300万吨。

  PBAT由BDO和PTA以及己二酸AA合成,从原料的可获得性和成本来看,BDO是最为关键的原料。若原料均以2022年5月20日外采市场价来算,生产1吨PBAT需要0.54吨的1,4丁二醇BDO(22,250元/吨),0.4吨的己二酸AA(11,650元/吨),0.37吨的PTA(6,710元/吨),PBAT的完全成本超过2.2万元/吨,而PBAT的市场价格约2.15万元/吨,对于纯粹依靠外采的企业而言是亏损的状态。

  从生产成本来看,BDO在三种原料中成本占比63%,占PBAT收入比为56%。由于己二酸和PTA均属于大类产品,且行业产能大、生产利润微薄,可依托外采满足原料需求,但对于BDO而言,如果完全依赖外采,生产企业将无盈利可言。随着PBAT产能不断放大,市场竞争加剧,PBAT价格出现或下行,但BDO受PBAT和传统下游氨纶的需求拉动,价格或有进一步上行的可能,对于无BDO配套的PBAT而言,将面临持续亏损的困境。

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  得BDO者得天下

  2021年国内BDO产能约230万吨,消费量约170万吨,下游第一大应用为PTMEG-氨纶产业链占比超过50%,其次是PBAT和用于锂电池材料的γ-丁内酯。从需求端来看,氨纶新增产能有限,未来几年仅带动30万吨BDO的消费。但对于PBAT而言,1吨PBAT就要消耗0.54吨的BDO,预计到2025年,中国对PBAT的需求量约为350万吨,在2020年基础上约新增300万吨,这意味至少需要增加160万吨BDO产量来满足原料需求。虽然近期规划的BDO产能甚多,但真正能够落地产能的预计到2025年不足150万吨,而落到实际的产量估计不足100万吨。

  业内普遍认识到BDO是最大的竞争软肋,所以大多数PBAT规划产能均往上配备BDO产线以满足原料需求。但深究下来,仍面临诸多难以逾越的问题。

  从工艺来看,生产BDO 的技术包括炔醛法、顺酐法、丁二烯乙酰氧化法、烯丙醇法和二氯丁烯水解法。后三种工艺存在投资大、副产多、生产难度较大的问题。炔醛法是制备BDO最成熟的工艺路线,以乙炔和甲醛为原料;乙炔原料来源又分为电石法制乙炔和天然气制乙炔路线,均是目前成熟应用的工艺方法。而丁烷顺酐加氢法的投资大,丁烷作为主要原料存在较大的对外依赖性。

  在海外,BDO主要是通过天然气制乙炔路线来生产。在中国,绝大部分的BDO以电石法为主。而天然气作为重要的清洁能源,往下发展天然气化工存在诸多限制,新增天然气-乙炔-BDO装置凤毛麟角;在双碳政策下,新增电石法产能审批也并非易事,电石生产过程中耗费大量电力能源,电石由煤炭制得,煤化工新增项目审批也会逐渐收紧。若是外采电石生产BDO,完全成本约1.36万元/吨,往下一体化生产PBAT的完全成本1.76万元/吨。但笔者认为,未来随着双碳政策的持续推行,将进一步提高电石的生产成本,加上电石新批产能非常有限,产能仅从2020年的4000万吨/年增至2025年的4500/年万吨,但新增的500万吨/年假设开工率在80%的话,新增产量不足400万吨/年,仅仅满足新增PVC的需求(新增PVC对电石需求约350万吨/年左右)。而如前所述,300万吨/年的PBAT对应160万吨/年的BDO生产,折算到电石的需求量为180万吨/年(生产1吨BDO需要1.13吨电石),这也意味着BDO还得和PVC争抢电石资源。

  而通过正丁烷顺酐加氢法来制备BDO(生产1吨BDO需要1.14吨正丁烷),则需依靠外采丁烷作为原料,对丙烷脱氢企业而言,实则拥有天然的优势。因为按照行业惯例,PDH企业在购买丙烷的同时也不得不采购丁烷来降低整体的物流成本。长期以来,众多的PDH工厂一直在为丁烷的深加工而伤透脑筋,而PBAT的旺盛需求正使得前景逐渐明朗。丁烷在目前看虽然价格在高位,但对于居高不下的BDO价格(2.2万元/吨)而言,通过丁烷顺酐加氢制得BDO的完全成本接近1.4万元/吨,再往下一体化生产PBAT的完全成本约1.78万元/吨,相比于PBAT市场价格(2.15万元/吨),税前利润率仍高达16%。但对于丁烷而言,原本主要是用于和丙烷掺混作为燃料需求,随着全球能源危机加剧,丁烷气也会逐渐水涨船高,加上化工需求不断拉大,如丙丁烷裂解、PBAT的需求仍在不断加大,未来丁烷价格亦有逐渐偏离燃料属性的趋势。

  未来,对于PBAT行业而言,真正的竞争力属于拥有低成本的一体化的BDO资源:一是有配套的电石资源;二是基于PDH装置获取稳定的丁烷资源。只有基于资源优势往下发展PBAT,才能获取足够强的市场竞争力。

  作者系《中国石油和化工》杂志编委

关键字:PBAT
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