PHA這一傳統塑料的最佳替代品正面臨著巨大的潛在市場。圖片來源：中國新聞網
核心提示：前不久，一次性發泡塑料餐具解禁的消息令公眾再次聚焦「白色汙染」。事實上，我們可以有更多「綠色」選擇。PHA便是其一。由於來源自然、可降解等諸多優勢，國內PHA產業正面對著巨大的潛在市場，但其自身也面臨著市場不規範、低端競爭等問題。
■本報記者 李惠鈺
就像植物用澱粉貯藏糖分一樣，自然界中許多微生物都使用一種叫做PHA（聚羥基烷酸酯）的聚酯來貯藏能量。
PHA是微生物在營養不平衡條件下在細胞體內合成的脂肪族聚酯，也是一種新型的可完全生物降解的熱塑性塑料。
對於這種整個生命循環都是從自然到自然的高分子材料，由於從細菌體內提取的工藝複雜且成本較高，大規模產業化並非易事。但不可否認的是，隨著「白色汙染」的日益加重，這一傳統塑料的最佳替代品正面臨著巨大的潛在市場。
性能接近通用塑料
在人們的固有印象中，生物降解塑料只是一個概念化的物品，綜合性能遠不及傳統的石油基塑料。然而隨著生物技術的發展，這種觀念正在逐漸被刷新。
早在2010年達沃斯世界經濟論壇技術先鋒獎中，美國Metabolix公司開發的PHA生物基可降解塑料就與掀起全球熱潮的Twitter（國外社交網絡）一起入圍代表全球最具創新力的技術，這也讓PHA生物基材料成為全球經濟界的期盼。
PHA是一種天然酯類物質。在自然界中，許多微生物都有一種特性，即在生長條件不平衡時，比如缺乏氮、磷、氧等營養元素，體內為了應付食物緊張就會儲存一些原料，這些聚合物就是天然酯類，它可以被許多細菌激活，導致快速降解。
PHA生物基可降解塑料則完全以可再生資源——澱粉為原料，利用上述特種微生物，通過一系列酶工程、發酵工程，合成可完全分解至二氧化碳和水的高分子材料，並可與石油化工樹脂性能相媲美。
由於PHA生物基可降解塑料不僅具有化學合成塑料的一些物理性質，如高溫注塑、拉絲、壓膜等，還兼具很好的生物分解性，因此被科學家們視為「白色汙染」的有效替代品。
清華大學生命科學學院教授陳國強表示，與大家熟知的聚乳酸等生物基材料相比，PHA的顯著優點在於，能通過結構調節使最終產品應用於不同領域，而支撐這種優點的就是其單體的多樣性。
據介紹，早在2000年，人們就已發現了超過150種的PHA單體。單體結構變化以及共聚物中不同單體比例的不同，也給PHA結構變化帶來了無限可能。
通過調整單體配比，PHA產品性能可以橫跨纖維、塑料、橡膠、熱熔膠等不同範疇，加上PHA兼具良好的生物相容性，其應用領域已不局限在單一的塑料製品，還可以在農藥緩釋劑、高性能生化濾膜、醫藥緩釋長效藥物載體以及骨釘、手術縫合線、人體整形填充材料等方面大顯身手。
原料生產水平領先
中國塑協降解塑料專業委員會翁雲宣曾對記者表示，PHA已經成為生物材料領域最為活躍的研究熱點，我國在PHA研究方面介入較早，目前處於世界先進水平。
據翁雲宣介紹，寧波天安生物材料有限公司（以下簡稱「寧波天安」）就是目前全世界生產PHA規模最大的企業，目前已達到2000噸／年的生產能力。
成立於1999年的寧波天安，在成為全球重要PHA原料生產基地的同時，也正積極探索著具體產品應用的路徑。早在2003年，該公司就實現了第二代生物塑料PHBV（聚羥基丁酸—戊酸酯）的工業化生產，至今仍為全球範圍內唯一能實現量產的企業。
寧波天安技術總監陳學軍對《中國科學報》記者坦言，公司自成立至今，就一直沒有停止過對科研的投入，不斷進行技術研發和市場開拓，巨大的投資力度在民營企業中實為少數。
成立之初，寧波天安就在杭州東郊一個不足200平方米的簡陋廠房裡開始PHBV的生產試驗；2000年，項目獲得了國家創新基金的資助；2002年被列入國家「863」計劃，2006年再次位列國家「863」計劃重點項目。
PHBV是一種PHA的共聚物，分子量達30萬以上，可使用普通的塑料加工機械進行加工。由於採用化學溶劑提取細菌體內物質成本高昂，且有化學物殘留的問題，寧波天安創新性地採用了「水相提取法」，僅用常溫水就可以提取。
據了解，水相提取法的具體過程就是通過加入一些環保「助劑」使細胞裂解破碎，蛋白質水解使得菌體中的PHA微粒直接釋放在水中，再經過沉澱、過濾後就可以得到產品。
由於這種材料在堆肥、土壤、海水等環境中都能完全分解，另外還具有很好的生物相容性以及對水、氣的高阻隔，這使得PHBV成為上好的人體組織工程材料，能夠用作醫用縫線、骨釘等，此外還可用作農用地膜、購物袋、餐具以及食品包裝材料等。
陳學軍稱，目前，寧波天安的水相提取法已經取得了中國、美國、日本、澳大利亞等國的專利授權，生產技術領先於國際水平。
如今，寧波天安不僅生產原材料，還介入應用領域，對PHBV製品的生產工藝進行開發，涉足較多的便是注塑產品，如高爾夫球託、一次性餐具等，其他還有薄膜、板材、吸塑包裝等。
應爭奪高端市場
在翁雲宣看來，生物分解塑料產業直面我國「三農」、能源和環境三大主題，是世界發展之大勢和新興的產業，在宏觀和戰略上都是可行的。但就我國而言，生物降解塑料產業還是處於魚龍混雜的狀態，本土生物分解塑料產業化道路任重道遠。
陳學軍坦言，由於部分地方管理部門和企業缺乏相關知識，造成大量假冒產品充斥國內市場，一些不能完全降解的產品也標識為「100%」降解。在他看來，嚴格執行國家標準、提供相應的政策支持才是生物降解塑料市場良性發展最為關鍵的因素。
此外，我國生物基材料原材料生產技術雖然已經處於國際領先地位，但開發的終端產品仍大多主要在低端市場競爭。
對此，陳學軍認為，生物降解塑料應該去佔領塑料行業的頂端市場，而不是底層低端市場。從全行業的產量來看，應該將其應用集中或主要放在高附加值的終端產品上，比如高端儀器設備、高檔服裝等的外包裝袋，而不應該是量大利薄的垃圾袋。
不過，在翁雲宣看來，國內生物基材料產業雖然存在一定問題，但整個產業仍然顯現出快速發展態勢。隨著歐美發達國家有關環保政策出臺，生物基材料產品的出口量也將成倍增加。
據保守估計，到2020年，生物降解包裝在整個塑料包裝中的市場份額比例將會提升至20%左右。由此看來，一個巨大的潛在市場正在向生物降解塑料敞開大門。
《中國科學報》 (2013-05-15 第6版 生物)