美國化學(xué)會在2019年9月刊中發(fā)表了一篇文章，對PHA行業(yè)的最新進展進行了綜述。這篇文章對歐美市場主流的PHA供應(yīng)商進行了深入了解，結(jié)合技術(shù)、法規(guī)、工業(yè)化進展等多個維度，呈現(xiàn)出了PHA行業(yè)發(fā)展的最新態(tài)勢。以下，Enjoy！

美國化學(xué)會《化學(xué)工程新聞》9月刊封面，本文為封面文章之一

在日益嚴(yán)重的塑料垃圾危機中，PHA的生產(chǎn)商認(rèn)為世界級的時機已來。

引言

在加利福尼亞紅木城的硅谷清潔水廠，一套由集裝箱、塑料管、鋼反應(yīng)器組裝成的設(shè)備正在進行可降解塑料的試生產(chǎn)。

Mango材料公司自2015年開始運營這套中試裝置，來自污水廠的原始沼氣包含有甲烷、二氧化碳和硫化氫，通過反應(yīng)器發(fā)酵，細(xì)菌將甲烷代謝為生物聚合物PHB（聚羥基丁酸）。

“一旦它們發(fā)酵成熟，我們就可以打開細(xì)胞，并從中獲得聚合物?！盡ango客戶參與副總裁安妮·紹爾-吉梅內(nèi)斯說，“Mango每年提取的聚合物約250KG，已在纖維和美容產(chǎn)品包裝等應(yīng)用中經(jīng)過了測試。”

Mango是數(shù)十家PHA領(lǐng)域的供應(yīng)商之一，PHA全名為聚羥基脂肪酸酯，是一類可生物降解的生物基聚合物。PHA行業(yè)的先驅(qū)Metabolix在這一領(lǐng)域投入了數(shù)億美元，但最終還是失敗了，Mango等公司的高管認(rèn)為，Metabox當(dāng)時過于超前了。

PHA的材料性能

公眾對塑料垃圾，尤其是海洋中日益嚴(yán)重的塑料垃圾危機的認(rèn)識正在迅速提高，政府正在禁止使用一次性塑料，而大型消費品公司則在呼吁解決方案，而可以從環(huán)境中完全消失的生物降解聚合物則正是世界所需要的。

PHA是一類聚合物的統(tǒng)稱，這類聚合物包含多種分子結(jié)構(gòu)，可以表現(xiàn)多種多樣的性能，應(yīng)用在不同領(lǐng)域。科學(xué)家在不同的細(xì)菌體內(nèi)發(fā)現(xiàn)了150多種具有不同分子結(jié)構(gòu)的PHA，根據(jù)細(xì)菌的種類和攝入的原料的不同，決定了產(chǎn)生PHA的不同。

生物降解性是PHA最吸引人的特性，盡管生物基聚合物聚乳酸也會分解，但只能在工業(yè)堆肥設(shè)施中分解，而PHA可以在自然環(huán)境甚至在海洋中生物降解。

人們通常將PHA的物理性能與聚烯烴（如聚乙烯和聚丙烯）進行比較，實際上，人們?nèi)粘Ｊ褂玫脑S多塑料制品，如食品包裝、吸管和餐具等，都屬于聚烯烴。麥克阿瑟基金會在2016年發(fā)表的一份開創(chuàng)性的報告《新塑料經(jīng)濟：重新思考塑料的未來》，這里面甚至將PHA列為五大大宗塑料（PE、PP、PET、PS和PVC）的潛在替代品。

PHA的應(yīng)用場景

“PHA的種類繁多，通過調(diào)節(jié)分子結(jié)構(gòu)類型，PHA可以獲得與其它大宗塑料相似的特性，”美國Danimer的首席技術(shù)官特朗普說。

PHA的重要區(qū)別在于短鏈和中鏈的聚合物，短鏈PHA（如聚羥基丁酸，PHB）僅由碳四的單體組成，中鏈的PHA（如聚羥基丁酸己酸共聚酯，PHBH）則由碳四和碳六兩種單體組成，通常認(rèn)為，碳五和碳六是短鏈與中鏈的分界線。

“聚合物的分子側(cè)鏈會對性能有顯著影響，短鏈聚合物結(jié)晶度更高，但性能較脆，中鏈的則更有韌性?！毙袠I(yè)專家楊·拉文斯汀說，他曾經(jīng)在帝斯曼和陶氏化學(xué)任職，是全球PHA圈內(nèi)最資深的人士之一。

拉文斯汀說，PHA最適合“必須進行生物降解”的應(yīng)用，例如不可避免地要在環(huán)境中使用的產(chǎn)品。他舉例說，緩釋肥包膜就是一個絕佳的應(yīng)用，比如肥料的包膜通常用聚氨酯來做，但聚氨酯并不會降解，而PHA則可以完全降解進入環(huán)境中。

在另一個類似的應(yīng)用中，意大利PHA供應(yīng)商Bio-on最近與聯(lián)合利華推出了一系列名為MyKai的防曬霜，面霜中包含由PHB制成的微粉，可以作為防紫外線成分。

意大利PHA供應(yīng)商Bio-on在意大利博洛尼亞的工廠

Bio-on也在忙于開發(fā)其它PHA應(yīng)用，去年底，它與意大利水果分銷商Rivoira成立了一家名為Zeropack的合資企業(yè)，以將用于新鮮水果和蔬菜的PHB包裝商業(yè)化。Bio-on還致力于玩具、汽車配件和家具等應(yīng)用。

Danimer在2007年從寶潔收購了PHA的生物合成技術(shù)，從其位于佐治亞州班布里奇的中試工廠每月從菜籽油中獲得約10噸的PHA。有趣的是，Danimer還擁有一家聚乳酸的加工廠，有50000噸每年的擠出工藝產(chǎn)能。

首席技術(shù)官特朗普說：“Danimer在聚合物改性配方方面的專業(yè)知識，加上其中鏈PHA合成技術(shù)，使其可以將PHA的應(yīng)用推廣的范圍更大。例如，Danimer與百事可樂的油炸薯片部門合作，為其提供食品包裝材料，以取代目前使用的聚丙烯薄膜，與雀巢正在合作研究PHA水瓶。

PHA的產(chǎn)業(yè)化進展

PHA供應(yīng)商對其材料充滿信心，并紛紛開始投資建廠。

Metabolix十年前就進入了這一階段，它的失敗對于整個行業(yè)而言仍然是一個警示。2010年，該公司與全球四大糧商之一的ADM建立了PHA合資企業(yè)，年產(chǎn)能為50000噸。

然而由于市場對這一材料接受非常緩慢，ADM在兩年后關(guān)閉了該工廠，至關(guān)閉之時，該工廠甚至無法達(dá)到每年500噸的里程碑。在ADM虧損了3.39億美元之后，Metabolix的PHA被市場淘汰，不得不在2016年以1000萬美元的價格將其技術(shù)出售給韓國公司希杰，它則將業(yè)務(wù)重點轉(zhuǎn)到農(nóng)業(yè)技術(shù)上，并更名為Yield10。

“他們建設(shè)了太多產(chǎn)能，卻沒有市場?！崩乃雇≌f，“開發(fā)新聚合物的市場是分步進行的，這也是當(dāng)前PHA供應(yīng)商正在采取的辦法?！?/p>

自從2007年Bio-on從夏威夷大學(xué)購買了制造PHB和其它類型PHA的技術(shù)以來，它一直在開發(fā)PHA市場?！爱?dāng)我們開始時，市場還不準(zhǔn)備接受PHA，”Danimer的特里森說，“但現(xiàn)在已經(jīng)改變了，因為客戶和品牌所有者的環(huán)保意識增強了?！?/p>

特里森還看到了監(jiān)管驅(qū)動力，例如歐盟要求2021年找到可持續(xù)的替代品，以替代化石燃料為基礎(chǔ)的一次性塑料制品，例如棉簽棒、餐具、盤子和吸管。他談到PHA時說：“如果PHA不是唯一的方案，也是一種極好的方案?！?/p>

“這是一場正在醞釀的完美風(fēng)暴，需求正在井噴”Danimer去年展示了PHA吸管，該公司首席技術(shù)官特朗普說，“由于塑料禁令，人們不太喜歡紙吸管，PHA材質(zhì)的產(chǎn)品引起了市場濃厚的興趣?！?/p>

Danimer在肯塔基州的溫徹斯特正在建設(shè)PHA工廠，該工廠將于今年10月投產(chǎn)，產(chǎn)能約8000噸每年，這個項目投資3600萬美元，用來將藻類發(fā)酵設(shè)施改造成為PHA生產(chǎn)設(shè)施。

Bio-on的模式不是自建工廠，而是對外許可技術(shù)。盡管它在博洛尼亞的示范工廠正在為Bio-on自己的銷售生產(chǎn)專用產(chǎn)品，但它更重要的功能是證明其PHA技術(shù)的可行性。

Bio-on已經(jīng)對外做了多項PHA授權(quán)。家族企業(yè)SECI已得到授權(quán)在意大利建設(shè)年產(chǎn)能5000噸的工廠，俄羅斯TAIF公司取得了在韃靼斯坦共和國建造10000噸工廠的權(quán)利，Bio-on還已將其工藝許可給法國、西班牙和墨西哥的公司。

其它一些公司也開始涉足該業(yè)務(wù)。今年年底，日本Kaneka在高砂工業(yè)所建設(shè)的5000噸PHBH將投產(chǎn)。掌握了Metabolix技術(shù)的韓國希杰，計劃建立中試基地來進行小規(guī)模的PHA生產(chǎn)，該公司的目標(biāo)是在2022年實現(xiàn)商業(yè)化生產(chǎn)。

Mango材料公司幾乎已經(jīng)在紅木城工廠完成了一個示范工廠，該工廠的裝置已經(jīng)在連續(xù)運行，每周生產(chǎn)100KG以上的材料。其客戶參與副總裁安妮·紹爾-吉梅內(nèi)斯說，“Mango將很快完成一輪融資，之后會進一步對該材料進行商業(yè)化，投資者覺得將這項技術(shù)付諸實踐的時間表很合適。”她還補充道，“對我們真正需要的是有耐心的資本，PHA這類重資產(chǎn)項目跟手機APP不一樣，不是今天投入明天就可以收獲的?！?/p>