可降解塑料迎来爆发周期，PLA未来需求空间广阔

2022-06-16 15:16:17  信息编号：K220820  浏览次数：75

全球限塑政策加码，PLA迎来爆发周期。2022年3月，175个国家代表在内罗毕联合国环境大会达成协议，签订在2024年底前结束塑料污染，该协议具有国际法律约束力。而在此之前，全球各国政府已开始持续对限塑政策加码，其中，中国和欧盟已将“限塑令”升级为“禁塑令”。2020年中国公布《关于进一步加强塑料污染治理的意见》，对一次性塑料禁用明确规定了实施品类、任务、地区、以及时间。目前该法令已进入第二阶段。

在各国政策力度加大的环境下，可降解塑料迎来爆发周期，而PLA 是当中最具发展潜力的材料，未来需求空间最为广阔。

01

PLA介绍

聚乳酸全名 Poly Lactic Acid 或 Poly lactide，是以乳酸或乳酸的二聚体丙交酯为单体，通过聚合的方式得到的高分子聚酯型材料，属于一种人工合成高分子材料，具有生物基和可降解的特点。目前聚乳酸是全球范围内产业化最成熟、产量最大、应用最广泛的生物可降解塑料。

聚乳酸(PLA)使用可再生的植物资源(如玉米、木薯等)所提炼的淀粉原料制成。

淀粉原料经由糖化得到葡萄糖，再由葡萄糖及一定的菌种发酵制成高纯度的乳酸，再通过化学合成方法合成一定分子量的聚乳酸，其聚合链条如下。

淀粉---(提炼)--->葡萄糖---(发酵)--->乳酸---(环化)--->丙交酯---(聚合)--->PLA

至于葡萄糖的获得，传统的工艺：

一代工艺的原料是玉米、小麦等粮食农作物，其实还有南瓜、红薯、芋头、马铃薯、土豆等都是淀粉高含量的粮食农作物。

二代工艺的原料则为甘蔗、木薯、甜高粱等非粮农作物，对这些淀粉类植物进行提取和发酵，也可以制取乳酸。

三代工艺的原料是秸秆等农业废弃物，秸秆中含有大量淀粉， 玉米秸秆和小麦秸秆含糖量较高。

02

PLA产业链

聚乳酸产业的上游为各类基本原料如玉米、甘蔗、甜菜等，中游是聚乳酸的制备，下游主要是聚乳酸的应用，包括环保餐具、环保包装等。

上游产业：

目前国内聚乳酸产业的原材料为乳酸，而乳酸多由玉米、甘蔗、甜菜等农产品制备得来，故以玉米为主的农作物种植业是聚乳酸产业链的上游行业。从我国玉米产量及种植面积来看，2021年我国玉米种植产量达到27255万吨，规模庞大，种植面积多年来也稳定在4000-4500万公顷之间。从我国玉米长期供应情况来看，可以预计未来玉米的供应量将保持稳定。

至于其他可用于生产乳酸的原料，如甘蔗和甜菜，2021年我国总产量为1566.2万吨，虽较前几年有所下滑，但仍属于正常水平。且全球各个企业也在积极探索新的乳酸制备方式，如利用秸秆、木屑等木制纤维中的糖源制备乳酸或探索使用甲烷制造乳酸的方法等。总体来看，聚乳酸上游产业在未来的供应量将较为稳定。

中游产业：

作为一种生物基可完全生物降解材料，聚乳酸能够将原料端纳入资源再生及循环体系，具有石油基材料所不具备的优势。因此聚乳酸在国内市场消费量不断增加，2021国内消费量为48071.9吨，同比增加40%。

由于我国聚乳酸的产能较低，我国聚乳酸进口数量远大于出口数量。近年来聚乳酸进口数量受国内需求的推动迅速攀升，2021年聚乳酸进口达到了25294.9吨。聚乳酸出口在2021年也有了长足的进步，达到了6205.5吨，同比增长117%。

下游产业：

在下游应用方面，聚乳酸凭借其特有的生物相容性及可生物降解性，在多个领域得到应用，应用场景不断拓展。目前已广泛应用于食品接触级的包装及餐具、膜袋类包装品等产品和领域。如用聚乳酸制成的农用地膜，在农作物收获后可以自行完全降解消失，既不会降低土壤的含水量和肥力，也可以免去回收地膜所需的额外劳动力和作业费用，是我国未来地膜发展的大趋势。我国地膜覆盖面积为 18000 千公顷左右，2020年地膜使用量为 135.7 万吨。一旦可降解地膜能够普及，聚乳酸行业未来发展空间巨大。

近年来年我国外卖餐饮市场规模飞速发展，2021年外卖市场规模已经达到了9340亿元。而外卖需要消耗大量的塑料制品包括塑料餐盒、塑料碗、塑料汤勺、塑料吸管等。加之国家出台的《关于进一步加强塑料污染治理的意见》明确提到了对不可降解塑料袋、不可降解一次性塑料餐具等的生产、销售和使用进行有序禁止、限制，对替代产品进行积极推广。可以预计外卖使用的塑料制品将会逐渐替换为可降解塑料制品，对聚乳酸的需求巨大。

03

聚乳酸的产业化程度以及技术难点如何？

PLA目前是产业化最成熟、产量最大、应用最广泛的生物基可降解材料。合成手段包括原料反应、化学过程、物理过程三大阶段。工业上采用的主要是开环聚合法，产业链技术难点在于丙交酯的合成和纯化。

PLA工艺路线图

国内限塑政策持续推进，预计到2025年PLA市场需求达208万吨。根据《关于进一步加强塑料污染治理的意见》政策中的实施任务，结合行业扩产进度，到2025年我国可降解塑料需求量约411万吨，其中聚乳酸市场需求达208万吨，CAGR（22E-25E）有望达72.8%。

短期政策红利刺激PLA第一波扩产，丙交酯产能和技术是胜负手。据上海申银万国证券研究所有限公司研究员分析，在禁塑背景下，市场加速聚乳酸产能扩建，预计未来3-5年国内新增产能约252万吨。另一方面，目前国内聚乳酸扩产受限于丙交酯产能紧缺，截至2022年1月，国内仅拥有15万吨/年的丙交酯产能。

面对未来聚乳酸产能大规模扩张，丙交酯产能缺口较大。因此，未来3年内具备丙交酯生产能力的企业或成为市场“最大赢家”。

长期PLA大宗需求取决于降本程度，高端需求取决于聚乳酸改性等研发能力。长期来看，PLA 的需求将会回归市场驱动，成本控制决定大宗应用替代率，一体化扩产能有效解决原材料稳定供应和制造成本控制。经测算一体化产能下，聚乳酸的完全成本最低可降至1.3万元/吨，若能将生产乳酸的原材料替换为秸秆，成本仍有下降空间。PLA 经过改性可延展到生物医药等高端应用领域，随着改性技术积累，未来高端应用场景也将得到拓展。

04

长期 PLA 市场取决于成本，一体化是趋势

塑料制品作为大宗商品，终端客户对价格敏感度高。目前多家企业已逐渐突破丙交酯 技术，正加速规划产能落地，预计未来国内聚乳酸市场将会出现 3-5 家实现丙交酯环节大 规模生产的企业，并且将持续降低成本。应用场景的替代进度和市场需求释放将取决于降 本增效程度。在控成本方面，需要解决主要原材料（玉米）稳定供给和一体化产能布局两 大关键环节；技术和工艺升级上，研发 PLA 改性技术、医疗器械等高端场景应用将为产业 链带来高附加值。

1、乳酸和原材料环节是远期降本和扩产抓手

聚乳酸产业链扩产，带动对玉米需求大幅提升。根据不完全统计，截至 2021 年全球乳 酸产能达 115 万吨/年，其中，中国乳酸产能约 52 万吨/年。预计在未来 3-5 年国内乳酸 产能新增 361 万吨，届时国内乳酸产能将达到年产 413 万吨的产能。若依据生产 1 吨乳酸 需要消耗 1.5 吨玉米来计算，国内乳酸企业对玉米的需求量将从 78 万吨/年跃升至 619.5 万吨/年。

国内玉米供需紧平衡，价格或保持高位运行。根据农业农村部市场预警专家委员会 （2022 年 4 月）对中国农产品供需形式预测，21/22 年（21 年 10 月到 22 年 9 月）我国 玉米产量约为 27255 万吨，同比增长 1189 万吨；进口补充 2000 万吨；总消费 28770 万 吨，延续紧平衡状态。具体来看，需求端缺口增大：1）饲料方面，1 季度生猪存栏量在减 产，未来随着猪价回升，猪周期需求复苏，将带来玉米饲料新增 1700 万吨的需求；2）玉 米传统深加工领域需求走弱。受玉米价格高企，深加工企业利润下降等影响，抑制其后期 开工率；此外，国家宣布将严控燃料乙醇生产，政策管控将进一步降低深加工需求，对玉 米需求压力带来一定缓解。供给端紧张加剧：1）国内受疫情管控影响，东北、华北部分玉 米主产区物流受阻，北方港口玉米库存偏低，玉米供给受限；2）国际方面，俄乌冲突持续， 乌克兰作为全球第四大玉米出口国，21 年对外出口 3161 万吨，约占全球出口总量的 16.85%，而中国为其主要出口国，21 年我国进口乌克兰玉米 823 万吨，占总进口额约 29%。俄乌冲突或影响乌克兰玉米生产和出口，加大我国玉米进口压力。3）玉米种植成本上升， 21-22 年，我国玉米种植成本持续上升，21 年国内地租增幅约 35-50%，化肥上涨 30%， 而上涨趋势一直延续到 22 年。另一方面，国家一号文件明确强调保障农民种粮利润，导致 成本向下游传导，从而抬升整体玉米价格中枢。因此，综合来看，22 年我国玉米或延续紧 供需平衡态势，由于多因素扰动，预计国内玉米市场价格仍将保持在高位区间运行。

减少对玉米依赖，拓宽秸秆等原材料品类。目前，理论上可替代玉米的乳酸生产原料 包括玉米秸秆、甘蔗渣、木薯、甜菜等。若从废料利用、经济效益、原材产量、技术可行 性来看，玉米秸秆有望成为未来理想的乳酸生产原料之一。

1）技术进行到中试阶段

秸秆生产乳酸技术已进入中试阶段，技术难点有望突破。玉米秸秆的主要成分为纤维 素( 32%～36%) 、半纤维素( 35%～40%) 及木质素( 17%～20%) 。纤维素是由葡萄糖组 成的大分子，多糖纤维素和半纤维素可以通过处理得到发酵原料—还原糖类，进而发酵生 产乳酸。目前，开发秸秆的主要难点在于生产过程中酶的添加量、生产成本控制等问题。不同的酶添加量对秸秆的处理结果不同，国内对于秸秆发酵作为碳源的研究尚处于早期。当前国内涉及该项技术研发的公司包括凯赛生物、星汉生物、丰原生物等，并且前两者研 究已经走到中试阶段，而丰原生物已建成 1000 吨/年玉米秸秆生产乳酸的工业示范项目， 公司公告称，预计到 2025 年有望实现秸秆生产聚乳酸系列产品。

2）原材料供应充裕

玉米秸秆产量充足，工业使用仍具较大空间。根据国家统计局数据，2015-2021 年我 国玉米产量均保持在 2.5 亿吨/年以上，假设草谷比例为 1.251 计算，15-21 年玉米秸秆产 量不低于 3 亿吨/年。从回收率和利用率来看，目前全国秸秆回收率为 82%，综合使用率约 84%，那 15-21 年我国每年大约有 4725 万吨以上玉米秸秆被回收后未被合理开发利用。若依据丰原生物玉米秸秆开发聚乳酸的转换比例：生产 1 吨聚乳酸需要 4 吨玉米秸秆原料 来计算，那 4725 万吨玉米秸秆可以满足 1181 万吨的聚乳酸产能需求。因此，面对未来国 内聚乳酸仅 267 万吨左右的产能，玉米秸秆作为原材料备选方案大幅 缓解单一玉米原材料供给紧张局面。

3）成本优势显著

玉米-聚乳酸/甘蔗渣-聚乳酸/玉米秸秆-聚乳酸的转化率分别为 2.25 吨玉米/13.5 吨 甘蔗渣/4 吨玉米秸秆可生产 1 吨聚乳酸。我们假设以玉米 2837 元/吨、甘蔗渣 360 元/吨、 玉米秸秆 420 元/吨计算：生产一吨聚乳酸时，对应玉米、甘蔗渣、玉米秸秆为原料的成本 分别为 6383 元、4860 元、1680 元。因此，在实现经济效益最高方面，使用秸秆生产聚 乳酸能够大幅优化原料成本结构。

2、产业链一体化布局有助于降本增效

聚乳酸全产业链布局，有利于控制成本。聚乳酸生产成本主要由原料、人工、能耗、 折旧等成本组成。目前聚乳酸企业在使用“两步法”生产聚乳酸时，其生产成本的计算方 式存在两种路径：

1）公司掌握部分生产工艺，需要对外采购乳酸或丙交酯来生产聚乳酸， 生产和成本稳定性受上游供应商制约。①乳酸为原料生产聚乳酸。根据海正生物招股书显 示，2018-2021H1 年公司乳酸入库均价已从 0.76 万元/吨上升至 0.99 万元/吨，公司纯聚 乳酸销售均价约 2.43 万元/吨，按照公司 21H1 纯聚乳酸产品 20%的毛利率计算，其生产 成本大约在 1.94 万元/吨，其中原料成本约占 71%。②中间体丙交酯为原料生产聚乳酸。根据中粮科技问询信息，21 年丙交酯售价在 1.8-2 万元/吨之间，原料成本较 19 年上升 50%。参照 18 年海正生物使用外购丙交酯生产聚乳酸的成本结构，即直接原料成本占生产成本的 85.85%，丙交酯成本上升至 2 万元时，聚乳酸生产成本大约在 2.45 万元。

2）成本最低路径：企业已打通原料-乳酸-丙交酯-聚乳酸各环节技术，配备上下游完 整的产业链。在此路径下，若以玉米为原料，且价格为 2837 元/吨的条件下计算，每生产 1 吨聚乳酸的市场理论成本在 1.58 万元左右，最低可达到 1.3 万元/吨。若未来能够实现秸 秆或甘蔗渣替代玉米生产 PLA，那么生产成本可达到 1.1-1.4 万元/吨。

综合比较：一体化成本在 1.1-1.4 万元/吨，乳酸-聚乳酸 1.94 万元/吨，丙交酯-聚乳 酸 2.45 万元/吨，一体化成本优势显著。

综上所述，相较当前聚乳酸 2.5-2.9 万元/吨的售价而言，未来聚乳酸价格具备较大下 降空间。因此，在未来可降解塑料市场过渡到成本驱动的市场环境时，拥有先进原材成本 解决能力，以及一体化产能布局能力的聚乳酸企业将会成为最终市场角逐的胜者。

3、改性技术和降本能力打开市场空间

PLA 材料性能好，应用场景较传统塑料有效拓展。过去对 PLA 的讨论主要集中于替 代不可降解塑料实现减少塑料污染问题，其传统意义的使用领域主要为一次性塑料制品。但 PLA 本身也具备一些其他独特的特性，如生物相容性、良好的抑菌性、窒息性、保暖性 等。它可通过生产和加工技术的改进，或者后期改性，使得 PLA 具备某些独特的功能或大 幅度提升其综合性能，从而有效扩展其应用领域。举例来看，PLA 已在生物医学领域得到 突破性运用，根据其生物可降解性，它被大量使用在手术缝合线中，PLA 缝合线在伤口愈 合后被自动降解吸收，且无需二次手术拆线。此外，聚乳酸改性材料也逐渐在 3D 打印材料 领域兴起，PLA 材料易于打印，与 ABS 相比，PLA 具有更好的刚性和类似 PC 的强度，且 无须封闭腔体，低收缩率，不翘边、不开裂，可以打印大尺寸的模型等。未来 PLA 的应用 领域有望随创新工艺的成熟不断打开，并且随着 PLA 成本有效控制和性能有效改进，其创 新应用需求市场将进一步扩大。