小秸秆能撑起大产业：非粮生物基新材料聚乳酸产业起步与愿景

北京理工大学 绿色产业发展研究中心

摘要：随着农作物秸秆为原料生产秸秆混合糖技术的产业化突破，标志着中国已经具备了秸秆替代粮食生产聚乳酸的能力。发展非粮生物基新材料聚乳酸产业，实现非粮可再生资源的利用与转化，可以变石油煤炭的“黑金经济”为生物质加工的“绿金经济”，以工业的方式推动农业发展，替代石油和煤炭化石资源，改善大气环境，保障国家能源和粮食安全，实现可持续发展。同时，原材料的非粮化也使其有望成为推动中国生物经济产业实现“换道超车”的下一个战略性新兴产业。

化石资源的大量使用产生了温室效应、微塑料颗粒、释放有毒气体、土壤污染、江河湖海污染等问题，对生态和人类的影响已凸显，因此使用生物质可再生资源替代化石资源，发展绿色低碳产业成为必然。为实现绿色、可持续发展，全球范围内掀起了一场用生物可再生资源替代化石资源的大变革，生物基材料替代石油基材料、生物能源替代化石能源是后石油时代变革的必然，生物产业将是这场变革的重要引领者。

“绿水青山既是自然财富、生态财富，又是社会财富、经济财富。”聚乳酸具有低碳、环保、无毒、可降解的特性，兼具经济效益和生态效益，被认为是未来最有希望撼动石油基塑料和石油基化纤传统地位的生物新材料。现有聚乳酸生产多以玉米等粮食为原料，如何在确保粮食安全的基础上实现聚乳酸生产成为产业变革的又一关键。随着安徽丰原集团农作物秸秆为原料生产秸秆混合糖联产黄腐酸高效有机肥技术的突破性进展，以该技术为核心的非粮生物基新材料聚乳酸产业开始起步，并将引领后石油时代的产业变革。

非粮生物基新材料聚乳酸产业强劲起步

秸秆归“塑”代替石油，助力绿色低碳发展。以安徽丰原集团技术为核心的非粮生物基新材料聚乳酸产业使用秸秆、芦苇和枝丫柴等农林废弃物作为原材料，首先经过酶解产出混合糖以及副产品黄腐酸。其中黄腐酸是高效有机肥之一，可用于改善农田；混合糖既可继续加工成乳酸，进而生产丙交酯，而后聚合为聚乳酸，产业下游对聚乳酸改性后可生产食品包装、纤维织物、工程塑料等，几乎涵盖所有石油基塑料制品，最终达成秸秆归“塑”；混合糖也可加工为生物乙醇，进而用于生物航煤等领域，在一定程度上代替石油能源。非粮生物基新材料聚乳酸产业一方面实现了秸秆完全无害化零碳处理，另一方面也实现了农林废弃物的高价值利用，解决了秸秆回收难、利用价值低等问题。

图 1非粮生物基新材料聚乳酸产业链示意图

技术领先产业起步，推动循环经济发展。目前，绝大部分聚乳酸企业均采用“乳酸—丙交酯—聚乳酸”的“两步法”工艺进行聚乳酸的工业化生产。在该工艺路径下，我国于2020年完全打通“乳酸—丙交酯—聚乳酸”技术，成为世界上掌握核心技术的三个国家之一。安徽丰原集团攻克了糖生产聚乳酸的“卡脖子”技术，不仅从根本上解决了聚乳酸从菌种到生产工艺、成本及性能问题，并且已经实现聚乳酸生产设备国产化替代，打破了国外30年来对核心装备的技术垄断。同时，在非粮生物基新材料聚乳酸生产过程中，安徽丰原集团掌握全世界唯一的秸秆生产混合糖核心技术，拥有完全自主知识产权。农业农村部科技发展中心组织专家对安徽丰原集团有限公司完成的“农作物秸秆高效制糖联产黄腐酸关键技术与装备”成果进行评价，认为该成果整体达到国际先进水平，其中木质纤维素复合酶生产技术、两步法综纤维素酶解糖化技术达到国际领先水平。目前，丰原年处理1.5万吨级秸秆制糖联产有机肥项目已在安徽省固镇县全线贯通并正式投产，据测算项目整体年产值将突破7000万元。

政策支持需求旺盛，全球市场前景广阔。非粮生物基新材料聚乳酸与石化合成塑料的基本物性类似，能广泛地用来制造各种应用产品，具备广阔的市场前景。目前全球塑料和化纤产量5亿多吨/年，中国消耗量约2亿多吨/年，预计2030年全球塑料和化纤产量将达到6亿吨左右，中国消耗量将达到约2.2亿吨。为实现绿色、可持续发展，全球范围内掀起了一场用生物可再生资源替代化石资源的大变革。2020年，国家发改委、生态环境部发布《关于进一步加强塑料污染治理的意见》，禁止、限制部分塑料制品的销售和使用，随即国内各省、直辖市相继出台限塑、禁塑令，为可降解材料作为可替代产品提供了巨大市场容量。据美国《生物质技术路线图》规划，2030年生物基化学品将替代25%有机化学品和20%的石油燃料；欧盟《工业生物技术远景规划》规划，2030年生物基原料将替代6%-12%化工原料、30%-60%精细化学品；世界经合组织(OECD)预测，未来十年至少有30%的石化产品可由生物基产品替代，而目前替代率不到5%，存在巨大的市场缺口。我国规划未来现代生物制造产业产值超1万亿元，生物基产品在全部化学品产量中的比重达到25%。生物基材料替代石油基材料、生物能源替代化石能源是后石油时代变革的必然，生物产业将是这场变革的重要引领者。

非粮生物基新材料聚乳酸产业具有重大意义

从推动高质量发展来看，发展非粮生物基新材料聚乳酸产业能够推动产业转型升级。非粮生物基新材料聚乳酸产业发展作为推动制造业高端化、智能化、绿色化发展的典范，通过高标准农田、农林废弃物收储运体系等的建设和完善，一方面构建优质高效的服务业新体系，推动现代服务业同先进制造业、现代农业深度融合；另一方面可优化基础设施布局、结构、功能和系统集成，构建现代化基础设施体系。另外，产业发展可加快发展物联网，建设高效顺畅的流通体系，降低物流成本，打造具有国际竞争力的数字产业集群。

从实现乡村振兴战略来看，发展非粮生物基新材料聚乳酸产业有利于全面推进乡村振兴。利用农林废弃物生产聚乳酸可变废为宝，在降低产业生产成本的同时带动农民增收致富，并减少秸秆不恰当处置带来的环境污染。联产的植物源黄腐酸高效有机肥可用于改善土壤，保护土壤微生物并减少化肥使用，变黄土地为黑土地，同时有效提升农产品品质，助力实现既要“吃得饱”又要“吃得好”。每2.5吨农作物秸秆作为原料，可以生产1吨混合糖（聚乳酸发酵原料），同时联产1.5吨黄腐酸高效有机肥，若以每吨600元从农民手中收购秸秆，与玉米生产聚乳酸相比秸秆生产聚乳酸还可节约成本约3000元/吨。同时，产业发展需要在乡村建立分布式糖厂，可以有效拉动高标准农田建设工作，并带动相关产业发展和促进就业，通过推动一二三产业融合发展以及基础设施建设完善，共同助力乡村产业振兴。

从推动绿色低碳发展来看，发展非粮生物基新材料聚乳酸产业可以推动能源结构转型和加快国内低碳发展，并改善生态环境。第一，石油等不可再生能源难以被替代的因素之一就是缺乏低成本、高产能的可再生替代品，随着聚乳酸尤其是非粮生物基制聚乳酸技术的不断发展，可以在低成本下实现燃料乙醇和聚乳酸的规模产能，在能源和材料两方面可以满足替代石油基材料的部分需求，推动能源结构转型。第二，以农林废弃物为原料的生产过程可以大量减少二氧化碳排放；同时，聚乳酸企业发展能够发挥碳固定碳消纳优势，协同推进产业链碳减排，培育壮大生物化工，构建全生命周期绿色制造体系，从源头促进废物“减量化”。第三，聚乳酸产品本身的环保、无毒、可降解的特性，且对人体有高度安全性并可被组织吸收，能够有效避免化工塑料、化纤制品在使用过程中导致的微塑料颗粒污染、垃圾填埋释放有毒气体等环境危害，有助于改善生态环境。

从国家安全来看，发展非粮生物基新材料聚乳酸产业能够助力确保能源安全和粮食安全。一方面，目前中国每年消耗石油约7亿吨，约有5亿吨需要进口，其中大部分是通过马六甲海峡进口，一旦外部环境发生变化，能源供应会受到威胁；同时，若用秸秆等生物可再生资源代替石油材料，可降低我国对石油进口的依赖，助力能源安全。另一方面，非粮生物基新材料聚乳酸产业使用秸秆等农林废弃物为原材料，有效减少了粮食消耗；同时，我国有20亿亩边际性土地，不宜种植粮食作物。如果用于种植芦竹、甜高梁、苜蓿草等农作物，可在农业生产过程中对土壤进行生态修复，同时为聚乳酸材料产业提供原材料，减少对玉米和薯类等淀粉质原料的消耗，缓解我国粮食安全问题。

非粮生物基新材料聚乳酸产业未来可期

在未来，非粮生物基新材料聚乳酸产业通过打造产业集群、人才高地和生态系统，以工业的方式推动农业发展，替代石油和煤炭化石资源，有望成为推动中国生物经济产业实现“换道超车”的下一个战略性新兴产业。

打造产业集群，以产业化实现绿色低碳新模式。未来随着下游应用领域技术不断开发和产业化示范，在农作物秸秆资源丰富地区逐步形成塑料加工、纺织、工业及家用装饰材料、生物化学品、生物燃料和生物肥料六大产业集群。预计产业2025年覆盖全国高标准农田七个区域，包括山东、河南、黑龙江等省份，农田整合规模不低于1000万亩，六大产业集群均可形成万亿产值，形成自主创新能力强、产品体系不断丰富、绿色循环低碳的创新发展模式，并推动高质量、可持续的供给和消费体系建立，以产业化助力中国式现代化。

打造人才高地，以人才优势确保核心技术持续领先。未来随着非粮生物基制聚乳酸产业的不断发展，对于人才尤其是高端人才的需求会越来越大，只有抓住了人才这个“牛鼻子”，产业才能更好的实现高质量发展。因此未来该产业将深入实施人才优先发展战略，以深化产学研合作为抓手，全面提升产业与人才融合效能，全面深化创新链和人才链深度耦合。预计2030年打造出北上广为核心的研发人才高地和以合肥为核心的产业化人才高地，加速“高精尖”人才聚集，以人才的高精尖发展推动我国聚乳酸产业技术持续领先。

打造生态系统，以市场化形成产业全球竞争力。充分发挥资本在产业集聚中的纽带作用，鼓励社会资本与政府、金融机构开展合作，发挥社会资本市场化、专业化优势，加快投融资模式创新应用，探索典型模式，通过资本紧密联结上下游企业，形成产业链利益共同体。同时推动与其他产业的交叉融合，推动共性技术攻关与技术交叉融合，有效促进产业链整合和协同，打造产业生态系统，预计2035年在全球范围内形成较强的市场竞争力。