可降解塑料PBAT還有競爭力么?

  生物可降解塑料被認為是解決一次性塑料廢棄物污染問題的有效途徑。生物可降解塑料包括PLA(聚乳酸),PHA( 聚羥基鏈烷酸酯),PBS聚酯類降解塑料如PBAT(聚對苯二甲酸-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(聚己內酯)和PGA(聚乙醇酸)等。預計到2025年,中國可降解塑料的年需求量將達到300萬噸/年,但屆時,中國可降解塑料產能將超過500萬噸/年,其中僅PBAT新增規劃產能就超過300萬噸。未來,對于PBAT行業而言,真正的競爭力究竟屬于誰?

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  中國可降解塑料風生水起

  每年全球塑料產量高達3.5 億噸,中國就接近1 億噸。全球每年一次性塑料制品只有10%被回收利用,另外約12%被焚燒,超過70%被丟棄到土壤、空氣和海洋中。目前大多數生產的塑料是一次性塑料,約40%的塑料用于包裝,而聚乙烯(PE)、聚對苯二甲酸乙二酯(PET)、聚丙烯(PP)和聚苯乙烯(PS)是包裝中使用最多的塑料,這些石油衍生塑料一旦到達環境就會不可避免地積累,從而產生負面的環境后果。

  基于對人類共同生存環境的保護,各國紛紛頒布限塑令和禁塑令。中國也宣布到2020年底,全國范圍內餐飲行業禁止使用不可降解一次性塑料吸管,地級以上城市建成區堂食服務餐飲行業禁止使用不可降解一次性塑料吸管;到2025年底,縣城建成區餐飲堂食服務禁止使用不可降解一次性塑料餐具,地級以上城市餐飲外賣領域不可降解一次性消耗強度下降30%。

  生物可降解塑料被認為是解決一次性塑料廢棄物污染問題的有效途徑。生物可降解塑料包括PLA,PHA,PBS聚酯類降解塑料如PBAT、PBS、PBSA,PCL和PGA等。

  從需求來看,2020年,以中國為代表的東北亞地區是全球最大的生物可降解塑料市場,超過全球消費量的60%,其次是歐洲(25%)和北美(10%)。在北美,生物可降解塑料的消費量預計將以年均6%的速度增長。食品包裝、餐具、餐具和袋子行業是最大的終端消費,也是生物可降解塑料消費的主要增長動力。受益于全球各國對塑料購物袋及包裝的限制,未來全球幾年將實現兩位數的增長。

  從供給來看,2021年北美生物可降解聚合物的產量增至約22萬噸,聚乳酸是最大的生物可降解塑料,產量占85%;西歐產量20萬噸,大部分來源于淀粉與PBAT和少量PLA。而中國近些年可降解塑料增長迅速,據不完全統計,中國可降解塑料行業規模超過100萬噸/年,包括PBAT、PLA、PPC、PGA、PBS、PHA和PCL。從產品規模來看,其中PBAT行業規模最大,總計生產能力接近80萬噸/年,其次是PLA,總計生產規模超過了20萬噸/年。2021年中國可降解塑料產量約80萬噸,基本做到供需平衡。

  中國是PBAT的主戰場

  預計到2025年,中國可降解塑料的需求量將達到300萬噸,但屆時,中國可降解塑料產能將超過500萬噸/年,其中僅PBAT新增規劃產能就超過300萬噸/年,其次來自PLA和PGA的新增產能。

  PLA是生物基塑料和生物降解產品領域的一個重要子行業。作為一種理想的綠色環保高分子塑料,PLA已成為生物降解塑料中的主要產品。但PLA短期產能難以迅速擴大以滿足需求的增長。困擾中國PLA產業發展的首要問題是PLA中間產品丙交酯的合成技術。安徽豐原和浙江海正已逐步打通乳酸-丙交酯-聚乳酸產業鏈且實現規?;a,開發出較成熟的套工藝生產設備。目前,外采丙交酯生產PLA的完全成本超過2萬元/噸,而掌握了丙交酯合成技術的完全成本約1.5萬元/噸。不過中國玉米等農作物經濟價值高,隨著全球糧食危機來襲,從成本經濟性和原料可獲得性角度來看,PLA行業短期而言難以放大。

  PGA是一種理想的完全生物降解塑料,具有微生物降解和水降解的特點,根據其分子量和降解環境的不同可以在1~6個月內完全降解,無毒無害,最終降解產物是二氧化碳和水,除了能滿足工業堆肥要求,還可以達到家庭堆肥、土壤降解及海洋環境降解的要求。國內已有數家企業經由煤制乙二醇的重要中間產品草酸二甲酯(DMO)往下生產PGA。雖然在乙二醇市場低迷的情況下,企業可以從乙二醇轉產PGA,PGA的完全成本至少也要在1.2萬/噸以上,這還不包括對乙二醇裝置停車的損失。從乙二醇轉產PGA將會閑置乙二醇生產裝置,對應的折舊利息成本不算小數,但如果從煤頭開始新建PGA則裝置投資較大,同時也會面臨煤價走高的風險。而PGA發展路徑和煤制乙二醇何其相似,從5萬噸產能慢慢放大到20萬噸、100萬噸,但產能放大和滿足需求的高品質是需要經過較長時間來檢驗的。

  PBAT由于顯示出良好的拉伸強度、韌性、延展性和耐熱性,是目前市場上應用最好的降解塑料之一,也是中國未來最大的可降解塑料供應來源。中國PBAT消費主要用于生產含淀粉的化合物,或與PLA混合。該化合物有助于大大提高成品的撕裂強度和伸長率,同時不影響后期加工。這些化合物可以降低產品本,同時仍保持其可生物降解和可堆肥的特性,被進一步加工成購物袋、卷裝垃圾袋、電子產品包裝袋、食品包裝袋和地膜。

  近期各大企業紛紛上馬PBAT,如華魯恒升3萬噸/年PBAT、東華天業40萬噸/年PBAT、東方盛虹18萬噸/年PBAT、永榮控股50萬噸/年PBAT、陜煤集團12萬噸/年PBAT、華誼新材料30萬噸/年PBAT······規劃的PBAT產能超過300萬噸。

  PBAT由BDO和PTA以及己二酸AA合成,從原料的可獲得性和成本來看,BDO是最為關鍵的原料。若原料均以2022年5月20日外采市場價來算,生產1噸PBAT需要0.54噸的1,4丁二醇BDO(22,250元/噸),0.4噸的己二酸AA(11,650元/噸),0.37噸的PTA(6,710元/噸),PBAT的完全成本超過2.2萬元/噸,而PBAT的市場價格約2.15萬元/噸,對于純粹依靠外采的企業而言是虧損的狀態。

  從生產成本來看,BDO在三種原料中成本占比63%,占PBAT收入比為56%。由于己二酸和PTA均屬于大類產品,且行業產能大、生產利潤微薄,可依托外采滿足原料需求,但對于BDO而言,如果完全依賴外采,生產企業將無盈利可言。隨著PBAT產能不斷放大,市場競爭加劇,PBAT價格出現或下行,但BDO受PBAT和傳統下游氨綸的需求拉動,價格或有進一步上行的可能,對于無BDO配套的PBAT而言,將面臨持續虧損的困境。

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  得BDO者得天下

  2021年國內BDO產能約230萬噸,消費量約170萬噸,下游第一大應用為PTMEG-氨綸產業鏈占比超過50%,其次是PBAT和用于鋰電池材料的γ-丁內酯。從需求端來看,氨綸新增產能有限,未來幾年僅帶動30萬噸BDO的消費。但對于PBAT而言,1噸PBAT就要消耗0.54噸的BDO,預計到2025年,中國對PBAT的需求量約為350萬噸,在2020年基礎上約新增300萬噸,這意味至少需要增加160萬噸BDO產量來滿足原料需求。雖然近期規劃的BDO產能甚多,但真正能夠落地產能的預計到2025年不足150萬噸,而落到實際的產量估計不足100萬噸。

  業內普遍認識到BDO是最大的競爭軟肋,所以大多數PBAT規劃產能均往上配備BDO產線以滿足原料需求。但深究下來,仍面臨諸多難以逾越的問題。

  從工藝來看,生產BDO 的技術包括炔醛法、順酐法、丁二烯乙酰氧化法、烯丙醇法和二氯丁烯水解法。后三種工藝存在投資大、副產多、生產難度較大的問題。炔醛法是制備BDO最成熟的工藝路線,以乙炔和甲醛為原料;乙炔原料來源又分為電石法制乙炔和天然氣制乙炔路線,均是目前成熟應用的工藝方法。而丁烷順酐加氫法的投資大,丁烷作為主要原料存在較大的對外依賴性。

  在海外,BDO主要是通過天然氣制乙炔路線來生產。在中國,絕大部分的BDO以電石法為主。而天然氣作為重要的清潔能源,往下發展天然氣化工存在諸多限制,新增天然氣-乙炔-BDO裝置鳳毛麟角;在雙碳政策下,新增電石法產能審批也并非易事,電石生產過程中耗費大量電力能源,電石由煤炭制得,煤化工新增項目審批也會逐漸收緊。若是外采電石生產BDO,完全成本約1.36萬元/噸,往下一體化生產PBAT的完全成本1.76萬元/噸。但筆者認為,未來隨著雙碳政策的持續推行,將進一步提高電石的生產成本,加上電石新批產能非常有限,產能僅從2020年的4000萬噸/年增至2025年的4500/年萬噸,但新增的500萬噸/年假設開工率在80%的話,新增產量不足400萬噸/年,僅僅滿足新增PVC的需求(新增PVC對電石需求約350萬噸/年左右)。而如前所述,300萬噸/年的PBAT對應160萬噸/年的BDO生產,折算到電石的需求量為180萬噸/年(生產1噸BDO需要1.13噸電石),這也意味著BDO還得和PVC爭搶電石資源。

  而通過正丁烷順酐加氫法來制備BDO(生產1噸BDO需要1.14噸正丁烷),則需依靠外采丁烷作為原料,對丙烷脫氫企業而言,實則擁有天然的優勢。因為按照行業慣例,PDH企業在購買丙烷的同時也不得不采購丁烷來降低整體的物流成本。長期以來,眾多的PDH工廠一直在為丁烷的深加工而傷透腦筋,而PBAT的旺盛需求正使得前景逐漸明朗。丁烷在目前看雖然價格在高位,但對于居高不下的BDO價格(2.2萬元/噸)而言,通過丁烷順酐加氫制得BDO的完全成本接近1.4萬元/噸,再往下一體化生產PBAT的完全成本約1.78萬元/噸,相比于PBAT市場價格(2.15萬元/噸),稅前利潤率仍高達16%。但對于丁烷而言,原本主要是用于和丙烷摻混作為燃料需求,隨著全球能源危機加劇,丁烷氣也會逐漸水漲船高,加上化工需求不斷拉大,如丙丁烷裂解、PBAT的需求仍在不斷加大,未來丁烷價格亦有逐漸偏離燃料屬性的趨勢。

  未來,對于PBAT行業而言,真正的競爭力屬于擁有低成本的一體化的BDO資源:一是有配套的電石資源;二是基于PDH裝置獲取穩定的丁烷資源。只有基于資源優勢往下發展PBAT,才能獲取足夠強的市場競爭力。

  作者系《中國石油和化工》雜志編委

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