随着全球碳中和政策稳步推进，叠加合成生物学技术推动，各国出台政策支持生物基材料行业发展，长期来看生物基材料将逐步替代石油基材料，成为传统产业升级的重要驱动力。OECD预测到2030年全球生物基化工产品占比有望达到35%，生物基材料行业将迎来重大发展机遇，未来增长空间广阔。
1.1 生物基材料是重要的化石替代材料
生物基材料指的是以谷物、竹木粉、秸秆、豆科、农作物废弃物等可再生生物质为原料，经过化学、生物、物理等手段制成的生物高分子材料等新型材料，可进一步聚合形成绿色化工产品和高分子材料，如生物塑料、燃料乙醇、沼气等。生物基材料废弃时可通过生物降解法转变为二氧化碳和水，从而重新进入大自然循环，可有效减少碳排放，降低环境污染。与传统＊＊＊＊石油基材料相比，生物基材料具有良好的生物可降解性和原料可再生等优势，减少了工业生产对石油资源的依赖，可有效缓解石化资源枯竭的压力；与此同时可再生性原料的来源广泛，大幅提升了生产企业原料供应的稳定性；此外生物基材料从低成本原料转化成高经济附加值产品，大幅提升了经济效益，是新材料产业未来重要的发展方向。根据世界自然基金会测算，到2030年工业生物技术有望年均降低10-25亿吨的二氧化碳排放。根据中科院天津工业生物技术研究所数据统计，目前生物制造产品与石化产品相比平均节能减排30%-50%，未来有望达到50%-70%，成为化石原料替代和传统产业升级的重要驱动力。
1.2 合成生物学技术推动生物基材料行业发展
为解决石油资源枯竭和环境污染等问题，学科高度交叉的合成生物学应运而生，合成生物学可应用于生物材料、生物燃料等多个领域。合成生物学的理论认为目前世界上现有的大部分物质和原料均可被生物合成，比如以葡萄糖为原料可生物合成戊二胺、己二酸、戊二酸、氨基戊酸等物质。石油是化工生产的初始原材料，通过利用可再生资源和生物制造技术，有望减少石油资源的消耗。合成生物学具有清洁、高效、可再生等优点，是一种革命性的绿色生产方式，可对传统化工生产方式进行有效替代，未来将对全球能源、化工领域的竞争格局产生深远的影响，因此世界各国对合成生物学的重视程度提升到了战略高度。美国在《2020年制造业挑战的展望》中将“生物制造技术”列为2020年制造技术挑战的11个主要战略方向之一，并在《生物质技术路线图》中制定了2030年替代25%有机化学品和20%石油燃料的目标。欧盟在《工业生物技术远景规划》中明确目标到2030年实现生物基原料替代化工原料6%-12%、生物基产品替代化学品30%-60%。麦肯锡全球研究院将合成生物学列入未来十二大颠覆性技术之一的“下一代基因组学”之中，其预计到2025年合成生物学与生物制造的经济影响将达到1000亿美元。目前全球范围内取得成功的生物制造项目包括杜邦制造1,3-丙二醇项目、Metabolix生物制造可降解高分子PHA项目、NatureWorks可降解塑料聚乳酸项目等，生物基材料逐步从实验室走向商业化应用。众多国际知名品牌开始陆续推出使用生物基材料生产的产品，比如路易威登推出了含有50%生物基及可回收材料的新款Charlie运动鞋、苹果在iPhoneXS的玻璃支撑框架中使用了生物基材料、奔驰推出了采用生物基材料作为车门内衬的概念车bionme、特步推出了聚乳酸比例60%的环保T恤等。
我国将生物制造列为重点发展产业之一，陆续出台相关产业政策支持和鼓励生物基材料行业发展。2010年国务院在《关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》中将生物制造列为生物产业的重要内容。2015年工信部在《产业关键共性技术发展指南（2015年）》中明确定义了涉及生物基化学纤维产业化的关键技术，包括生物基戊二胺、生物基聚酰胺产业化关键技术及装备等，并确定为优先发展的产业关键共性技术。2018年国家统计局发布的《战略性新兴产业分类（2018）》将生物产业列为我国战略性新兴产业之一，对于我国抢占新一轮科技革命制高点和发展壮大新产业、新经济至关重要，而生物基材料行业属于生物产业的重点发展方向之一。2021年12月工信部在《“十四五”工业绿色发展规划》中将多种生物基材料纳入原材料重点任务，并鼓励生物燃料、垃圾衍生燃料、氢能等替代能源在化工等行业的应用。
目前全球生物基材料行业仍处于发展初期，根据全球生物基研究机构NOVA数据统计，2018年全球生物基产品的总产量约为750万吨，仅占石油基产品的2%。随着全球碳中和政策稳步推进，OECD预测到2030年全球生物基化工产品占比有望达到35%，生物基材料行业将迎来重大发展机遇，未来市场增长空间广阔。在合成生物学技术的推动下，近年来我国生物基材料行业也保持迅猛发展的态势，已在部分产品上突破＊＊封锁，并在长链二元酸生物法生产技术上达到＊＊＊＊水平。根据中科院宁波材料技术与工程研究所预测，我国生物基材料行业的年均增长速度保持在20%左右，年均总产量突破600万吨，未来行业发展前景广阔。聚合物一般是指由许多相同的、简单的结构单元通过共价键重复连接而成的高分子化合物，而塑料是聚合物的其中一种。生物基塑料指的是以生物质为原料通过微生物作用生成的塑料，具有可再生和减少碳排放等优势，在双碳政策的驱动下，生物基塑料的需求日趋增长。根据欧洲生物基塑料协会数据统计，2020年全球生物基塑料产量为211.1万吨，预测到2025年将逐步增长至287万吨。生物基塑料的下游应用广泛，其中软包装、硬包装、消费品和纺织品是生物基塑料下游主要的应用领域，根据欧洲生物塑料协会数据显示，2020年软包装、硬包装、消费品和纺织品的应用占比分别为26.27%、20.97%、12.26%和11.41%。
可降解生物基塑料
随着全球环保政策趋严，可降解生物基塑料的占比持续攀升，预计到2025年全球生物基可降解塑料产能占比将从2020年的58.12%提升至62.7%，市场渗透率提升空间巨大。2019年全球180多个国家限制塑料垃圾的进出口，比如泰国将在2021年前禁止塑料垃圾进口，马来西亚已停止颁发新的塑料垃圾进口许可证。同年欧盟顺势推出“禁塑令”，目标在2025年之前各国所使用塑料瓶的可再生成分比例要达到25%，大力推广使用可降解塑料。作为曾经＊大的“洋垃圾”进口国，我国早已于2018年1月开始拒绝接收“洋垃圾”进口，并于2020年推出“禁塑令”，各省市陆续完善禁塑令细则，积极推广可降解塑料产品，国内可降解生物基塑料市场迎来重要发展机遇。可降解生物基塑料主要包括聚乳酸（PLA）、淀粉基塑料、聚羟基脂肪酸酯（PHA）等。PLA的单体原料主要是乳酸，一般通过淀粉提纯得到乳酸单体，进而经过乳酸直接缩聚法或二步法合成PLA，目前PLA工业化生产的主流工艺是二部法。PLA的力学性能和加工性能良好，可以有效替代石油基材料，＊终可分解成二氧化碳和水，对环境不造成污染。PLA的下游应用广泛，涵盖了农用地膜、包装材料、纺织行业、家电及电子产品外壳、医疗植入物等。全球PLA厂商数量众多，单家产能较小，目前年均产能＊大的供应商为美国Natureworks，年产能达15万吨。受技术水平和产品质量等因素制约，国内可降解生物基塑料的市场分散程度高，已建成的产线规模较小，目前正处于起步阶段。PLA的技术壁垒极高，尤其是中间体丙交酯的提纯难度极大，我国丙交酯的进口依赖度高，供应受限且不稳定，生产成本高企，成为国内PLA产业发展的关键掣肘。近年来国内玉米深加工企业和生物化工企业加速布局PLA产能，当前在建和规划产能合计高达160万吨，且新增产能集中度较高，竞争格局向好发展。未来随着丙交酯产业链等技术难点逐步被攻破、工业技术趋于成熟，国内PLA产能规模有望大幅提升，国内企业打破进口垄断，发展潜力巨大。
