2022年1月1日，藍(lán)晶微生物的PHA產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目在江蘇濱海經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)落地，占地面積約130畝，計(jì)劃PHA年產(chǎn)能2.5萬噸，預(yù)計(jì)2022年內(nèi)實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)5000噸。

2022年7月14日，安琪酵母（600298.SH）宣布與北京微構(gòu)工場（PhaBuilder）合資設(shè)立湖北微琪生物科技有限公司（簡稱“微琪生物”），共同推進(jìn)年產(chǎn)3萬噸級PHA（聚羥基脂肪酸酯）產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目。預(yù)計(jì)2022年內(nèi)實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)5000噸供應(yīng)市場。雙方將利用各自的資源和渠道拓展產(chǎn)品銷售。

項(xiàng)目建成后，該基地將成為中國第一、全球第三大的PHA生產(chǎn)基地，位列日本Kaneka和美國Danimer Scientific之后。據(jù)公司披露描述，該基地將是世界上能夠生產(chǎn)PHA類型最多的產(chǎn)線，率先量產(chǎn)的產(chǎn)線將生產(chǎn)PHA、PHB和P34HB等混合出的數(shù)十種材料。

PHA產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目一期工程規(guī)劃示意圖（來源：藍(lán)晶微生物）

可見，今年以來，藍(lán)晶微生物和微構(gòu)工場兩家本土公司均在PHA技術(shù)研發(fā)和商業(yè)落地上取得了突破性進(jìn)展。而相比PHA，同為生物降解塑料材料PLA早已實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，被用作日常生活塑料制品的替代。

在“限塑令”政策已經(jīng)實(shí)行多年的背景下，目前國內(nèi)外生物可降解塑料產(chǎn)業(yè)發(fā)展情況如何？PLA、PHA等生物可降解材料各自又具有怎樣的優(yōu)勢？

01

嚴(yán)格禁塑政策驅(qū)動下，可降解塑料市場蘊(yùn)含商機(jī)

對于一次性不可降解塑料的環(huán)境危害，世界各國早有共識。具體到限塑政策落地，地方政府通常先要求對消費(fèi)者收取塑料袋費(fèi)用，或者對不可降解塑料生產(chǎn)商加稅，再分區(qū)域?qū)ⅰ跋匏堋鄙壷痢敖堋闭摺?/span>

自1994年起，丹麥就開始對塑料生產(chǎn)商征稅。澳大利亞在2010年前后從南向北開始分區(qū)域逐步引入塑料袋禁令。英國自2011年起歷時(shí)五年從威爾士、北愛爾蘭到蘇格蘭、英格蘭分區(qū)域依次實(shí)行塑料袋收費(fèi)政策。

歐盟自2015年起開始實(shí)施限塑政策，到2019年將“限塑”進(jìn)一步升級為“禁塑”，實(shí)施范圍也從塑料包裝袋拓展到包括餐具、盤子、吸管等在內(nèi)的塑料制品。美國的禁塑政策相比較開始較晚，自2020年起各州開始陸續(xù)自行頒布適用于各州內(nèi)部的禁塑政策。

中國是全球最大的塑料生產(chǎn)國和消費(fèi)國，塑料消費(fèi)量占全球的比重達(dá)15%。自2008年6月起，國務(wù)院就在全國范圍內(nèi)禁止生產(chǎn)、銷售和使用厚度小于0.025毫米的塑料購物袋，并且禁止免費(fèi)向消費(fèi)者提供塑料購物袋。但具體到“禁塑令”政策落地，受制于我國地域廣闊以及人口眾多，目前采取了分區(qū)域三階段實(shí)施的方案：1）到2020年底，所有直轄市、省會城市的商場、超市及餐飲外賣開始禁止使用不可降解塑料袋、餐具一級吸管；2）到2022年底，拓展到所有地級以上城市和沿海地區(qū)縣城建成區(qū)；3）到2025年底，繼續(xù)拓展至城鄉(xiāng)結(jié)合部、鄉(xiāng)鎮(zhèn)和農(nóng)村地區(qū)。

2015年起，吉林省率先開始全面實(shí)行禁塑政策，是全國首個(gè)落實(shí)禁塑的省份。2016年，全吉林省的大型商超可降解產(chǎn)品替換率就達(dá)到了90%。

受益于政策驅(qū)動，區(qū)域性的龍頭企業(yè)中寶新材趁勢崛起，2022年6月7日，中寶新材于港交所遞交招股書沖刺上市。這家吉林本土的塑料袋制造企業(yè)，以吉林省為核心區(qū)域，在東北地區(qū)大量生產(chǎn)并銷售以PLA（聚乳酸）為原料制成的連卷袋和購物袋。

2021年，中寶新材實(shí)現(xiàn)營業(yè)收入2.57億元，同比增長54.0%，其中90.8%來自生物降解塑料為原料制成的連卷袋和購物袋，毛利率和凈利率分別為44.1%和30.5%，遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)制造業(yè)平均水平。按照地域來看，由吉林、黑龍江及遼寧三省組成的東北地區(qū)營收占比達(dá)到了79.3%。

中國生物降解塑料市場受禁塑政策驅(qū)動，在未來五年內(nèi)將實(shí)現(xiàn)快速增長。目前市場格局分散，從原材料研發(fā)到產(chǎn)品制造都蘊(yùn)含商機(jī)。

據(jù)弗若斯特沙利文咨詢統(tǒng)計(jì)，在原材料端，2021年中國生物降解塑料材料的消耗量為27.6萬噸，到2026年，預(yù)計(jì)將增長至95.5萬噸，5年間復(fù)合增長率為28.2%；在制造端，截止2020年12月31日，據(jù)統(tǒng)計(jì)全國約有1200家生物降解塑料制造商。由于中游制造商對于區(qū)域政策及物流成本敏感，獲得地區(qū)政策扶持的企業(yè)可以迅速擴(kuò)大市場規(guī)模，形成規(guī)模經(jīng)濟(jì)并提高利潤，整個(gè)市場預(yù)計(jì)會繼續(xù)保持區(qū)域性分散。

02

可降解塑料市場常年供不應(yīng)求

PLA已突破技術(shù)壁壘、擺脫原材料進(jìn)口依賴

目前市場上可降解塑料可按照生產(chǎn)原料分為石油基和生物基兩大類型。其中石油基可降解塑料以化石能源為原料，主要包括PBAT（聚己二酸-對苯二甲酸丁二脂）、PCL（聚己內(nèi)酯）等。而生物基可降解塑料以玉米、秸稈等生物基材為原料，主要包括 PLA（聚乳酸）、PHA（聚羥基脂肪酸酯）等。

來源：European Bioplastics

生物可降解材料性能各異，其中PLA和PBAT 工藝相對成熟，是當(dāng)前傳統(tǒng)塑料市場的主要替代品。自2021年初“禁塑令”開始實(shí)行，直轄市和省會城市的飲品店紛紛推出紙質(zhì)吸管或PLA可降解吸管來替代傳統(tǒng)塑料吸管。紙質(zhì)吸管放入飲品中，不需多時(shí)便會軟化，消費(fèi)者使用體驗(yàn)不佳，但勝在成本低廉。而PLA具有與PP（聚丙烯）相似的強(qiáng)度和耐久度，PLA可降解吸管在使用體驗(yàn)上也與聚丙烯吸管相似。

據(jù)浙江海正生物招股書中數(shù)據(jù)，2021年國內(nèi)PLA的市場價(jià)格在2.5-2.9萬元/噸，而傳統(tǒng)塑料PE、PS、PP的市場價(jià)格在0.8-1.4萬元/噸。PLA相比傳統(tǒng)塑料的材料成本高2-3倍，目前仍有明顯差距，嚴(yán)格的禁塑政策仍然是下游塑料制品行業(yè)選用PLA替代不可降解塑料的主要驅(qū)動力。

在工業(yè)生產(chǎn)中，PLA目前仍然采用化工合成方法，主要包括直接聚合法和丙交酯開環(huán)聚合法。目前主要采用的是后者，因此PLA產(chǎn)量與丙交酯原料的供給高度相關(guān)。

在2021年之前，國內(nèi)企業(yè)生產(chǎn)PLA所使用的丙交酯長期依賴進(jìn)口，成本較高。但在2019-2020年，全球范圍內(nèi)的丙交酯持續(xù)性斷供對國內(nèi)PLA產(chǎn)能造成負(fù)面影響，也迫使國內(nèi)PLA廠家通過與高校或科研機(jī)構(gòu)合作，開始自行研發(fā)生產(chǎn)丙交酯工藝，通過突破技術(shù)壁壘來解決進(jìn)口替代的問題。

目前在全球范圍內(nèi)，已經(jīng)完全掌握PLA全流程工藝的公司共有四家，分別為美國Nature Works、荷蘭TCP（Total-Corbion PLA）、以及國內(nèi)的豐原生物和海正生物，國內(nèi)這兩家企業(yè)已經(jīng)逐步擺脫對進(jìn)口丙交酯的依賴。另外金丹科技（300829.SZ）與中糧生物部分掌握了PLA生產(chǎn)工藝。

據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院統(tǒng)計(jì)，2021年全球PLA產(chǎn)能為50萬噸，其中美國Nature Works是全球生產(chǎn)規(guī)模最大的公司，產(chǎn)能約15萬噸/年，荷蘭TCP與我國豐原生物均為10萬噸/年，海正生物為3.5萬噸/年。

在丙交酯擺脫進(jìn)口、實(shí)現(xiàn)自供之后，國內(nèi)PLA產(chǎn)能將迅速趕超國外。美國Nature Work和荷蘭TCP目前在建產(chǎn)能7.5萬噸和10萬噸，預(yù)計(jì)2024年投產(chǎn)。而國內(nèi)PLA龍頭豐原生物一家的在建產(chǎn)能就已達(dá)到70萬噸，預(yù)計(jì)未來3-5年內(nèi)投產(chǎn)，國內(nèi)整體在建產(chǎn)能已達(dá)到252萬噸。

03

PHA在性能和環(huán)保上擁有多重優(yōu)勢，成功量產(chǎn)后前景廣闊

PLA采用化工合成法，具有良好的生物安全性、力學(xué)性能和易加工性，成本在生物降解塑料中較低，適用于大規(guī)模的日常塑料制品，如購物袋、餐盒、吸管等；但它的生物降解條件要求苛刻，耗時(shí)長并且無法自行降解。

而PHA的出現(xiàn)恰好彌補(bǔ)了這一缺陷。

PHA是一種存在于細(xì)菌等微生物細(xì)胞中的天然聚酯，是一種高分子生物材料。PHA既是細(xì)菌在生長條件不平衡時(shí)的產(chǎn)物，也是微生物體內(nèi)的碳源和能量的儲存物質(zhì)。PHA具有抗凝血性、疏水性和光學(xué)異構(gòu)性，在體內(nèi)與細(xì)胞有良好的生物組織相容性，因此在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用。由PHA制成的手術(shù)縫合線、可吸收手術(shù)膜等醫(yī)療器械已在美國獲FDA批準(zhǔn)上市。

在生產(chǎn)工藝上，PHA采用生物合成法，利用微生物的自身代謝來合成產(chǎn)物，由多種蛋白和酶參與微生物發(fā)酵，生產(chǎn)過程中的碳排放量非常低。在降解要求上，PHA無需經(jīng)過堆肥就可以在自然環(huán)境中降解，降解時(shí)間可控，最終降解產(chǎn)物為二氧化碳和水，對細(xì)胞無毒性，降解過程省力且具有循環(huán)利用價(jià)值。

區(qū)別于擁有單一結(jié)構(gòu)的PLA，PHA通過改變菌種或發(fā)酵工藝可擁有多種結(jié)構(gòu)，可以滿足下游多元化消費(fèi)場景需求。目前已發(fā)現(xiàn)的PHA單體的種類已經(jīng)超過了150種，構(gòu)成了一個(gè)龐大的高分子家族，此次微琪生物的基地將是世界上能夠生產(chǎn)PHA類型最多的產(chǎn)線，率先量產(chǎn)的產(chǎn)線將生產(chǎn)PHA、PHB和P34HB等混合出的數(shù)十種材料。

來源：微構(gòu)工場

PHA材料的性能如此優(yōu)異，但如何提升產(chǎn)量一直是困擾科研人員的難題。

據(jù)European Bioplastics統(tǒng)計(jì)，2020年P(guān)HA全球產(chǎn)能僅為3.6萬噸，在可生物降解塑料產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)中僅占3%。在元?dú)赓Y本2021年4月1日對藍(lán)晶微生物的訪談中，藍(lán)晶曾預(yù)測未來20年內(nèi)PHA的需求量將達(dá)到1000萬噸，涉及4億美元市場規(guī)模。

2020年全球可生物降解塑料產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)（資料來源：European Bioplastics）

在《財(cái)經(jīng)涂鴉》2021年4月6日對光速中國投資人高健凱的訪談中曾提及，作為代替石化合成塑料的可降解材料PHA，因生產(chǎn)成本極高，一直未能得到規(guī)模應(yīng)用。PLA相比傳統(tǒng)塑料的材料成本高2-3倍，PHA更是比PLA的成本還要再高2倍。原料成本、設(shè)備運(yùn)行成本以及產(chǎn)物純化成本是壓在PHA制造上的“三座大山”。

在實(shí)驗(yàn)室中無論多么高精尖的技術(shù)突破，最終商業(yè)落地還是要聚焦到兩個(gè)問題：能否克服工業(yè)制造中的種種問題、實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)？以及成本是否足夠低到客戶愿意買單？

藍(lán)晶微生物和微構(gòu)工場兩家本土公司均在PHA技術(shù)研發(fā)和商業(yè)落地上取得了突破性進(jìn)展。

微構(gòu)工場成立于2021年，其創(chuàng)始人陳國強(qiáng)教授是清華大學(xué)合成生物與生物材料學(xué)系主任，已經(jīng)在PHA研究領(lǐng)域深耕了30余年。2022年1月，微構(gòu)工場獲得由國家混改基金領(lǐng)投，國中創(chuàng)投-國家中小企業(yè)發(fā)展基金，以及紅杉中國等老股東跟投的2.5億元A輪融資。

藍(lán)晶微生物成立于2016年，截止2022年1月，藍(lán)晶微生物先后完成了總額近15億元人民幣的多輪融資。兩家企業(yè)均在菌種涉及和發(fā)酵工藝環(huán)節(jié)積累了多年的經(jīng)驗(yàn)，并于今年開始實(shí)現(xiàn)PHA大規(guī)模量產(chǎn)。

工業(yè)大規(guī)模量產(chǎn)會出現(xiàn)很多實(shí)驗(yàn)室中無法預(yù)測的難題。

在實(shí)驗(yàn)室中，發(fā)酵菌種可以執(zhí)行嚴(yán)格的高溫、密閉并且無菌的操作環(huán)境。但是在工業(yè)量產(chǎn)中，完全無菌的環(huán)境是難以達(dá)到的，一旦放大生產(chǎn)，對壓力、溫度等各種精細(xì)的調(diào)控，會使得難度系數(shù)成倍數(shù)增加。

對于傳統(tǒng)底盤細(xì)菌而言，一旦外界菌種進(jìn)入污染整個(gè)體系，會導(dǎo)致PHA轉(zhuǎn)化效率下降，甚至不得不重新倒灌生產(chǎn)。兩家公司均在菌種設(shè)計(jì)和發(fā)酵工藝上擁有自己的技術(shù)壁壘。

面對這一問題，微構(gòu)工場和藍(lán)晶微生物選擇的解題思路（菌種）略有不同。微構(gòu)工場使用嗜鹽菌作為低成本的混合基質(zhì)，可以適應(yīng)高鹽工業(yè)環(huán)境、并且即使工業(yè)流程中混入其他細(xì)菌，也可以保證轉(zhuǎn)化效率；而藍(lán)晶微生物選取油田土壤中的耐油細(xì)菌，該細(xì)菌同樣對生長環(huán)境和發(fā)酵要求不高，能穩(wěn)定合成產(chǎn)出高性能的PHA材料。

PHA材料是一個(gè)成本領(lǐng)導(dǎo)型市場，規(guī)?；a(chǎn)問題一旦得到解決，PHA將擁有廣闊的應(yīng)用前景。

04

尾聲：國內(nèi)外合成生物領(lǐng)域的投融資熱潮仍將延續(xù)

2021年，國外合成生物學(xué)獨(dú)角獸Zymergen（ZY.US）和Ginkgo Bioworks（DNA.US）相繼登陸資本市場，也帶動了國內(nèi)外合成生物領(lǐng)域一二級投融資市場熱度。2022年，合成生物學(xué)的熱潮也從國外傳遞到了國內(nèi)。元?dú)赓Y本整理了近期國內(nèi)合成生物領(lǐng)域投融資事件，目前還是集中在天使輪和A輪的早期融資，化工和醫(yī)藥是合成生物技術(shù)應(yīng)用最廣泛的領(lǐng)域。

在元?dú)赓Y本2022年6月30日的文章中曾提及，在ESG需求的驅(qū)動以及雙碳政策的扶持下，合成生物企業(yè)的市場空間和發(fā)展前景非?？捎^，但規(guī)?；a(chǎn)和商業(yè)化落地一直是合成生物的盈利難題。

Zymergen和Ginkgo作為合成生物“平臺”，前期科研投入高昂，而僅來源于研發(fā)外包服務(wù)（CRO）的收入是有限并且難以持續(xù)的。若自身無持續(xù)的造血能力，即使能夠持續(xù)從資本市場獲得融資，一時(shí)的熱度過后估值也往往會回落到冰點(diǎn)。

藍(lán)晶微生物的創(chuàng)始人張浩千表示，藍(lán)晶從一開始就決定將科研產(chǎn)品化，而不僅僅停留在研發(fā)外包。從科研到產(chǎn)品建立全產(chǎn)業(yè)鏈的公司才能擁有持續(xù)的市場競爭力。