Nature Works

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2023年12月17日发(作者：)

全球最大商业化量产聚乳酸生物塑料厂商:Nature Works

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1.概览：

美国是玉米的生产大国，目前的玉米产量排在全球首位，其强大的玉米产能背景和技术研发能力使美国稳坐玉米塑料生产的头把交椅。1997年，美国卡吉尔（Cargill）公司与陶氏（Dow）化学公司各占50%股份合资成立股份公司Cargill

Dow公司，总部设在内布拉斯加州布莱尔，该公司开发和生产乳酸和聚乳酸，商品名为“Nature Works”，是迄今为止世界上生产能力最大的聚乳酸生产基地，也是生物质塑料树酯工业化生产规模最大的公司。

2005年2月Nature Works从卡吉尔（Cargill）公司与陶氏（Dow）化学公司分离出来，独立成立公司。业内人士估计，2005年Nature works公司的销量将会达到10万吨。

为此，Nature Works花费十年的时间，投资了十亿美元从事玉米塑料的研究和开发。独家创造的“二步法”的生产工艺使玉米塑料的售价高达每吨3000美元，这也使玉米塑料的高成本难以做到在日常生活中普遍使用。

据传闻，Nature Works公司为了降低玉米塑料的成本，使用不可食用的转基因玉米生产玉米塑料，但是Nature Works一直在矢口否认使用了转基因玉米。

现在，Nature Works又盯上了中国，2005年6月15日， Nature Works公司在北京举办的绿色材料与绿色奥运国际研讨会上宣布，他们将借2008北京奥运会契机，与中国企业合作，加快玉米塑料在中国市场的推广应用。

2.关于扩充中国市场（欲推生物塑料普及化）：

“可能在未来1-2年的时间内， Nature Works 会在中国建厂，推动中国相关产品的普及。” Nature Works 公司总裁兼首席执行官马克·维尔布鲁根透露，生物塑料是完全的生物基材料，可生物降解，减少消耗47%的化工能源，降低59%的温室气体排放。

“中国正处于经济转型阶段，在节能减排方面，政府支持力度较大，这对于NatureWorks来说也是切入中国市场的较好时机。”马克对南都记者表示，NatureWorks为嘉吉公司旗下的独资子公司，在美国内布拉斯加州的生产工厂每年产能可达14万吨，并以IngeoTM品牌进行销售。

据马克介绍，与石化产品不同，生物塑料是提取天然植物糖中的碳及其他成分，经过发酵、聚合等过程转化而成。目前IngeoTM生物塑料可应用于生产种类繁多的日常生活终端消费产品，包括服装、家居用品、家用电器等等。IngeoTM品牌产品在全球超过70000个商店货架上销售，可口可乐、资生堂、Canon、NEC等品牌都是其合作对象。

NatureW orks亚太区总监丹索耶表示，在中国公司确立了“生物塑料普及化”市场推广战略，希望进行“上推下拉”产业链战略，来加快市场发展。丹索耶说，目前公司产品主要的应用集中在一次性的食品餐具和包装上，但越来越多的电子，电讯和消费品产业开始研发使用IngeoTM生物塑料。

IngeoTM所用原料是玉米，马克表示，公司正研发以农业废料和非粮食类植物纤维为原料。按其规划，在中国的“一次性产品”市场会率先启动。“我们已评估第二个生产工厂的地点，届时年产能将达28万吨。这个工厂可能在中国。”其表示，公司的目标是替代传统塑料的10%-20%，这意味着要建立二三十个工厂，所以今后肯定要在中国设厂。

附属资料（中国PLA现状）：

全球降解塑料逐渐起步，未来行业发展空间巨大。可降解塑料是指一类其制品的各项性能可满足使用要求，在正常使用的情况下性能不变，而使用后在自然环境 条件下能降解成对环境无害的物质的塑料。国外开发可降解的塑料始于上世纪60年代。随着各国环保意识增强和降解塑料成本下降，降解塑料在未来几年可能迎来 快速发展阶段。

全球降解塑料替代需求广，潜在需求大。降解塑料的性能介于聚乙烯和聚丙烯之间，所以随着全球环保意识的逐渐提升，降解塑料将替代这两种塑料的部分下游应用。我们假设到 2015 年，降解塑料在政策的推动下能够替代 3%农用塑料制品传统塑料的需求；替代 4%包装用塑料制品传统塑料的需求；假设塑料行业年均增长速度为 3%，则全球降解塑料的总需求量将达到 440 万吨，相对于目前约 80 万吨的世界总产能，未来 5 年的 CAGR 将达到 41%。

技术路线：化石基降解塑料和生物基降解塑料各具优势。化石基降解塑料的优势在于其材料性能比较稳定，主导产品包括 PBAT、PBS 等；而生物基降解

塑料的优势在于其原料替代了不可再生的石油等化石资源，产品更加低碳环保；主导产品包括 PLA 等。

环保政策和成本降低推动降解塑料行业螺旋前行。单一的靠技术进步或政策支持都不足以推动降解塑料行业快速成长，两者需互相结合。我国降解塑料有望在 旅游城市等特殊场合率先推广。中国降解塑料企业目前主要面对国际市场，金发科技和鑫富药业等将成为重要的全球降解塑料供应商。

1. 环保需求拉动行业快速发展

1.1降解塑料行业概述

可降解塑料是指一类其制品的各项性能可满足使用要求，在正常使用的情况下性能不变，而使用后在自然环境条件下能降解成对环境无害的物质的塑料。国外开发可降解的塑料始于上世纪60年代，而我国是上世纪70 年代开始研究降解塑料的。

根据中国塑料工业年鉴的统计，2010年中国塑料的消费量已超过6000万吨，占世界塑料总消费量的25%左右。使用后废弃的塑料数量大约是消费总量的 60%-70%，这些废弃的塑料对周围环境造成了极大破坏，形成了所谓“白色污染”。白色污染的危害不仅是给生活造成视觉污染，还会危及农业生产，生态循 环等方面。如何减轻“白色污染”早已成为一个世界性问题：西欧、美国、日本等发达国家都明令禁止使用一次性泡沫塑料包装物；我国从2008年6月1日起， 在全国范围内停止生产超薄塑料购物袋，并取消对塑料购物袋的无偿使用。在这些政策的推动下，可降解塑料开始逐渐替代传统塑料产品的市场。

塑料污染特点 具体表征

污染范围广

污染物增长量快

城市，农田，河流，海洋，白色污染无处不在。

由于塑料价廉、易老化、寿命较短，随着塑料量的增加，导致废弃物的迅速增加。普通塑料具有耐酸碱、抗氧化、难腐蚀、难降解的特性，埋地处理 100 年不烂，燃烧时产生大量有毒气体，如氯化氢、硫氧化物、一氧化碳等。

处理困难

生态环境危害大

回收利用困难 塑料制品种类多，难以分拣。

废弃塑料会降低耕地质量,影响农作物生长。

1.2 研发起步早 仍在探索中从1967 年第一项降解塑料专利的申请到上世纪 90 年代降解塑料产能开始规模生产，可降解塑料的研究和开发已经经历了 50 多年的发展。从技术革新的角度，可降解塑料的发展经历了三个阶段，第一代降解塑料是淀粉改性塑料：这类可降解塑料是在传统单体聚合的过程中加入淀粉等添加 剂进行改性，从而使塑料在一般环境中可以裂解成微小的塑料片段。但这种降解方法并不能将塑料完全降解，其剩余的塑料片段不仅难以回收，还会对生态环境造成 与普通塑料同样的危害。第二代降解塑料是光热降解塑料：这类塑料是利用在生产过程中添加的光敏剂和光降解调节剂对使用后的塑料在光照条件下进行降解。但是 这类可降解塑料在降解过程中受环境条件影响大。近10年来的降解塑料的研发主要集中在生物降解塑料方面，这类降解塑料的基料即可生物降解，在堆肥条件下降 解效率高，可完全降解。但目前这类塑料的生产成本还比较高。

随着降解塑料研发的不断推进，技术的产业化进程也不断提速。世界范围已经投产的降解塑料产能约70-80 万吨，主流的可降解塑料是生物降解塑料。美国CargillDowLLC (NatureWorks)公司，Dupont公司，日本昭和高分子，三

菱化学，德国BASF公司和意大利Novomont公司是目前降解塑料的主要供应

商。

从向国际先进产能引进制造技术到自主研发生产性能良好的降解塑料，中国的可降解塑料产业从 2004 年以来也取得了一定的发展。特别是在国务院办公厅 2008 年正式下发《关于限制生产销售使用塑料购物袋的通知》前后，我国的降解塑料行业在政策支持下，产能出现了明显的增长。目前，我国可降解塑料的产能约有 15 万吨，但产量仅 8 万吨左右。其中天津思态利、武汉华丽、江苏比奥格集团产能国内领先；而金发科技，鑫富药业，海正集团凭借其在资本市场的融资优势，无论从技术路线还是扩张 速度来看，都有快速跻身全球改性塑料行业第一集团的潜力。

1.3 替代需求广 潜在需求大

在世界范围内，随着消费者环保意识逐渐提高、越来越多的企业倾向于支持可持续发展模式、各国对低碳环保的重视程度也越来越高，降解塑料将逐步替代一些不可降解塑料的应用领域，所以，研究能够替代哪些下游需求是研究降解塑料行业空间的第一步：

根据《中国塑料工业年鉴2010》统计，中国的塑料下游应用主要集中在包装塑料制品(22%)、农业塑料制品(19%)、建筑用塑料制品(16%)、工业配套用塑料制品(18%)、日用塑料和医用塑料制品(18%)等方面。

从替代需求角度考虑：从降解塑料的性能指标来看，未来主流的降解塑料发展方向(脂肪族/芳香烃共聚酯、聚乳酸等完全可生物降解塑料)的性能介于聚乙烯和聚 丙烯之间(详见技术路线章节)，所以随着降解塑料成本的降低，降解塑料可以替代大部分塑料制品在农业和包装塑料制品方面的应用，在日用塑料和医

用塑料制品 方面，降解塑料也存在着较大的发展空间。

从世界整体的需求来看，我们假设到 2015 年，降解塑料在政策的推动下能够替代3%农用塑料制品传统塑料的需求；替代4%包装用塑料制品传统塑料的需求；保守估计塑料行业年均增长速度为 3%，那么对于降解塑料的总需求量将达到 440 万吨，相对于目前约 80 万吨的世界总产能，未来 5 年的

CAGR 将达到41%。

从中国的需求来看，从目前中国政府的政策方向上看，我们假设在 2015

年，降解塑料在政策的推动下能够替代 2%农用塑料制品传统塑料的需求；替代3%包装用塑料制品传统塑料的需求；保守估计塑料行业年均增长速度为 5%，中国对于降解塑料的总需求量将达到 86 万吨。而我国目前降解塑料的产能还不到20万吨。

从潜在需求的角度考虑：2007 年，65%的生物降解塑料是关于包装方面的，根据理德斯普咨询的预测，2025 年包装方面的比例仍占 40%，而汽车和电子产业等较高端的需求将占据 25%的比例。随着技术的进步和石油价格的上涨，以淀粉为原料的生物基降解塑料会进入更多市场，如聚乳酸由于其良好的生物相容性将在医疗领域创造更多的应用空间。

应用 重点产品 需求量预测(仅以中国为例，中国塑料需求量约为世界的 25%)

（1）农膜：主要是棚膜和地膜，另外棚膜年耗用量已达 70 万吨，覆盖面积达 5000 万亩；还包括遮阳网、防虫网、 地膜年消耗量约45万吨，覆盖面积在2.2亿亩以上。饲草用膜及农用无纺布等；包装膜一次性生活用膜，一次性医用薄膜包装膜需求量达到 550 万吨；

（2）生活塑料方便面以及快餐碗，降解：我国每年快餐盒用量在 120 亿只左右，方便面以及快快餐盒等。一次性泡沫塑餐碗 30 亿只左右，一次性杯子 80 亿只左右，各种一次料餐具性托盘用量在 50 亿只左右。总量约为 650

万吨。

（3）医用塑料一次性医用塑料：对制药包装的需求量将以每年4.3%的速度递增，将近80%的包装需求量来自中国等八大药物生产国。其药用包装增长速度位居榜首，就品种而言，塑料泡罩式包装和塑料瓶包装需求量大幅增长。

（4）塑料泡沫塑料泡沫包装：国内年需求量约 90 万吨左右。

2. 技术路线：化石基与生物基材料各具优势

根据 2006 年国家标准化管理委员会发布的《降解塑料定义、分类、标志和降解性能要求》将降解塑料按照其降解方式以及使用周期确定为四类：生物分解塑料、热氧降解塑 料、光降解塑料、可堆肥降解塑料。其中，生物降解塑料因其易降解，污染小等特点在近年来快速发展，上市公司所开发的降解塑料种类也都属于生物降解塑料。所 以我们将对生物降解塑料展开详细的论述：

2.1 生物降解塑料分类

从原料来源的角度，我们将目前主流的生物降解塑料分为天然基可生物降解塑料，石油基可生物降解塑料和生物基可生物降解塑料两大类，其中，天然基降解塑料以 淀粉基降解塑料为主，目前国内大多数降解塑料的生产企业都生产这类降解塑料。这类降解塑料通过聚烯烃和淀粉进行聚合，能够节约部分化石资源，也能够减少 20%-40%的二氧化碳排放。在降解性能方面，淀粉能够被降解，但聚烯烃却不能被降解。聚烯烃将以微小的颗粒继续存在在自然界中，继续对生态环境造成危 害。所以国际降解塑料的领先企业已经逐渐放弃了这一技术路线。

而生物基降解塑料和石油基降解塑料都是完全生物降解的材料，我们将重点分析这两类在未来具有 广阔发展前景的降解塑料。

2.2 生物基生物降解塑料：主导产品为PLA

生物基生物降解塑料是指以天然高聚物或天然单体合成的高聚物为基所制造的可生物降解塑料。这类塑料目前主要包括聚乳酸(PLA)和聚羟基烷酸酯(PHA) 两大类。

2.2.1 聚乳酸(PLA)

聚乳酸(PLA)是一种新型的生物降解材料，使用可再生的植物资源(如玉米)所提出的淀粉原料制成。淀粉原料经由发酵过程制成乳酸，再通过化学合成转换成 聚乳酸。其具有良好的生物可降解性，使用后能被自然界中微生物完全降解，最终生成二氧化碳和水，不污染环境，这对保护环境非常有利，是公认的环境友好材 料。

然而，工业实际生产聚乳酸的工艺流程却比化学反应式复杂的多：如何增加聚乳酸的分子量，以获得更优异的物理性能是聚乳酸塑料生产商共同面对的问题。其中， 拥有世界最大聚乳酸产能的 NatureWorks 公司采用两步法制备聚乳酸，这一方法的核心是使乳酸生成环状二聚体丙交酯，再开环缩聚成聚乳酸。我国海正集团与中科院共同研制的聚乳酸生产技术也与此相 似，主要过程是原料经微生物发酵制得乳酸后，再经过精制、脱水低聚、高温裂解，最后聚合成聚乳酸。日本在真空下使用溶剂使聚乳酸直接脱水缩聚方面进行了大 量的研究，但目前尚没有产业化。

2.2.2 聚羟基烷酸酯(PHA)

聚烃基脂肪酸脂(PHA) 是由很多细菌合成的一种细胞内聚酯，具有生物

可降解性、生物相容性等许多优良性能，在生物医学材料、组织工程材料、缓释材料、电学材料以及包装材料等方面 将发挥其重要的作用。其中最常见的有聚3-羟基丁酸酯(PHB)和聚羟基戊酸酯(PHV)及 PHB 和 PHV 它们的共聚物(PHBV)。通过共聚(PHBV)

可以改善 PHB 因其结晶度高、较脆的弱点，提高了其机械性能，另外耐热性、耐水性也好。由于价格高目前主要还是应用在医学和其他要求高的领域。

2.3 化石基生物降解塑料：主导产品为 PBAT 与 PBS

石油基生物降解塑料是指以石化产业链中所生产的单体通过聚合所制造的可生物降解塑料。这类塑料目前主要包括聚丁二酸丁二醇酯(PBS)/聚丁二酸-己二酸丁二醇酯(PBSA)，聚已内酯(PCL)和聚丁二醇丁二酸-对苯二酸盐(PBAT)等。

2.3.1 聚丁二酸丁二醇酯(PBS)

聚丁二酸丁二醇酯(PBS)是由丁二酸和丁二醇经缩合聚合合成而得，密度1.26g/cm，熔点 114℃，根据分子量的高低和分子量分布的不同，结晶度在

30-45%之间。树脂呈乳白色，无嗅无味，易被自然界的多种微生物或动植物体内的酶分解、代谢，最终分解为二氧化碳和水，是典型的可完全生物降解聚合物

材料。

同样的，PBS 的生产成本和物理性能受其制造工艺的影响非常大。目前主要有两种方法进行 PBS 的生产：其一为扩链法，主要分酯化，缩聚和扩链三个步骤，使用这种方法生产 PBS 在扩链的过程中，需要与扩链剂(如二异氰酸酯)反应，这类扩链剂多数是对人体有害的，所以以扩链法生产的 PBS 不适用于需要符合卫生要求的用途。其二为一步法，在高效聚合作用催化剂的作用下，将丁

二醇(BDO)与丁二酸缩聚，直接生产高分子量的 PBS。这种方法对工艺控制的要求较高。

PBS 的性能指标介于聚乙烯和聚丙烯之间，产品的主要技术指标以鑫富药业的PBS 为例，检测标准采用国标 GB/T1040-92。

在生物降解性方面，根据 ISO14855 国际标准检测金发科技的降解塑料产品，在可控堆肥条件下，6 周后塑料需氧生物降解性测定的降解率>60%，8 周基本可以完全降解。而在常规室温储存条件下(23°C，50%相对湿度)：在 15 个月内，拉伸性能保持在 95%左右(纵横向差异不大)，2 年后性能衰减为初始的

85%。

2.3.2 聚已内酯(PCL)

聚已内酯(PCL)是在催化剂作用下，对己内酯进行正、负离子及络合型开环聚合而得到的高分子聚合物，其均聚物具有良好的降解性。其结晶度约为 45％左右，外观特征很像中密度聚乙烯，乳白色具有蜡质感：它的玻璃化温度约为零下60℃，熔点约为60℃，粘度很低，具有很好的热塑性和加工性，可以挤 出、注塑、拉丝吹膜等成型加工；其断裂伸长率和弹性模量介于 LDPE 与 HDPE 之间。

3. 驱动要素：政策先行+成本降低=螺旋前行

参考美国，日本，欧洲等发达国家的降解塑料发展历史，我们认为，政策推动是可降解塑料发展的直接推动力；然而，降解塑料发展的根本动力则必须是降解塑料的价格能够被下游接受，并且性能逐渐达到下游的要求。

3.1 政策推动降解塑料逐步应用

降解塑料在中国尚处于起步阶段，在发达国家发展时间相对较长。通过对

美国，日本和欧洲降解塑料行业的发展研究，我们发现了一条相对清晰的发展路径：技术研发—>产品性能提升，成本降低—>政策推动—>企业盈利—>再次投入技术研发。

总体而言，我国降解塑料行业目前的发展比较缓慢，其核心因素是由于我国降解塑料的价格尚未降低到大规模推广水平。但是，回顾我国降解塑料的发展历史，随着技术进步、产能扩大带来成本降低，政策将推动降解塑料在旅游经典和旅游城市等特殊场所率先尝试，进而逐步普及。

中国政府针对白色污染和降解塑料的相关政策汇总

1999年，国家经贸委发布(99)第 6 号令》国家经贸委发布了 2000 年底前全面禁止生产和使用一次性发泡塑料餐饮具的文件。

2004年，《中华人民共和国固体废物污染环境防治法》修订，推动环境友好的生物降解塑料，不可降解塑料生产商须支付固废处置成本。

2007年，《国务院办公厅关于限制生产销售使用塑料购物袋的通知》，从

2008 年 6 月 1 日起，在全国范围内禁止生产、销售、使用厚度小于 0.025 毫米的塑料购物袋”；“自 2008 年 6 月 1日起，在所有超市、商场、集贸市场等商品零售场所实行塑料购物袋有偿使用制度，一律不得免费提供塑料购物袋”。

2011年，中国塑料加工工业规划，推进科技创新，推进节能减排工作和循环经济发展，推进绿色环保低碳经济发展；大力推进清洁生产，发展循环经济，积极实施节能减排，保持塑料行业持续稳定健康发展。

3.2 降解塑料成本高于聚烯烃塑料，技术进步推动价差缩小

从价格和成本的角度，期望降解塑料的成本下降到和聚烯烃一样的水平是不大现实的。其主要原因是降解塑料的原材料成本较聚烯烃单体的成本要高，且

随石油价格上涨，降解塑料的原料波动要比聚烯烃单体的波动要大。

以 Ecopond 共聚酯合金降解塑料为例，其下游应用主要是塑料袋，保鲜膜等产品。随着技术进步和成本降低，Ecopond 降解塑料有望降低到 PE 塑料成本的 1.6 倍。如果考虑到其厚度可减少 30%，则其使用成本更低。该价格将吸引部分场合的替代需求。

3.3 技术进步推动降解塑料产品升级

3.1.1 第一次升级——从部分降解塑料到完全生物降解塑料

在 20 世纪 60 年代末，一些国外学者从高分子材料老化的现象得到启发，开始研究可降解塑料，力图来解决日益严重的塑料废弃物污染问题。在前期，国外研究的降解塑料主要为 光降解塑料，后来又逐渐增加了热氧降解塑料、水降解塑料和化学降解塑料等。但是，无论是光降解塑料，还是热氧降解塑料和水降解塑料，它们的降解需要一定的 环境条件，而塑料废弃物废弃后，要么是被搁在封闭的垃圾处理系统(焚烧、填埋、堆肥等)中，要么就是曝露在条件不固定的自然环境中，很难保证光、热氧、水 降解塑料所需要的固定条件。因此，这些早期研究和开发的降解塑料在大多数情况下，因为受条件限制无论是在垃圾处理系统中还是在自然环境中都不能全部降解。

3.1.2 第二次升级——从高成本降解塑料到低成本降解塑料

随着完全可生物降解塑料 PLA，PBS，PCL，PHB 等脂肪族聚酯逐渐由研发转向产业化，在政府和企业的共同努力下，国际降解塑料的发展进入了第二个循环，即由政府政策扶持产业发展，公司通过工艺改进和规模 优势降低成本，政府在适当的时机引导需求，使企业盈利后能够再次进行工艺改进和扩大规模降低成本。

在第二次循环中，美国 CargillDow 公司，德国 BASF 公司等公司逐渐脱颖而出。美国CargillDow公司是目前世界上生物降解塑料产业化生产规模最大的公司，主要生产聚乳酸系列的生物降解塑料。公司借助 美国丰富的玉米及其副产品供应和 DOW公司优秀的研发团队，现已建成14万吨/年规模的生产能力，并已经将成本控制在2000 美元/吨的水平。德国 BASF 公司凭借其在塑料领域强大的科研实力和全球影响力，在完全生物降解塑料方面也已经进入规划化生产的阶段，其推出 PBAT 生物降解塑料，产能已超过 2 万吨/年，并计划在今明两年扩产至 8 万吨/年的规模。昭和高分子公司的化学合成脂肪族聚酯(PBS)产业化规模将达到 10 万吨/年。

3.1.3 未来的第三次升级——发展高性能多用途的降解塑料

目前，生物分解塑料仅能用来制作一些体育用品(钓鱼用丝线、高尔夫球座等)、农林水产业用材料(薄膜、保湿材料、苗床材料等)、垃圾袋和卫生用品(一次性 尿布等)。它的新用途则十分广阔，如用于制作化妆品容器、牙刷、缓冲材料、包装材料、购物袋、一次性使用手套等。如果安全性问题解决了，它还能用来制作食 品容器。作为新的高分子功能材料，生物分解塑料也能应用到肥料、农药的游离基包装材料和医疗用品包装领域。今后在粘合剂、印刷油墨等非塑料领域里也可开辟 用途。

以聚乳酸 PLA 为例，目前需求量最大的是农用地膜，其次是日用杂品、医用材料及纺织纤维。但随着聚合分子量大小的不同，其应用的领域是十分广阔的，包括现代生物医药行 业，药物微粒缓释胶囊、人造骨骼、人造皮肤、手术骨钉、手术缝合线等聚乳酸产品；另外，PLA 在美国还有了新用途：制作预付费电话卡和商店会员卡。美国 NatureWorks 公司日前为国际卡片生产商 UV

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