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2020年全球生物基聚合物市场报告

到2020年,生物基聚合物的总产量为420万吨,占化石基聚合物的总产量的1%。多年来,复合年增长率首次达到8%,显着高于聚合物的整体增长率(3-4%)–预计这一增长将持续到2025年(图1)。

图1:1950年至2019年的塑料产量

总体而言,全球对生物基聚合物的土地需求仅占全球农业用地的0.006%。用于生物基聚合物生产的主要生物质原料是甘油,这是一种生物副产物(37%)。

容量增加

从2019年到2020年,产能的增加主要是由于亚洲扩大了聚乳酸(PLA)和聚己二酸丁二酯/对苯二甲酸丁二醇酯(PBAT)的生产以及全球范围内环氧树脂的生产。此外,据报道,到2020年,聚丁二酸琥珀酸丁二酯和共聚物(PBS(X))以及生物基聚乙烯(PE)和聚氨酯(PUR)的生产能力将有所提高。特别是聚酰胺(PA)和聚丙烯(PP)将继续增长到2025年将显着增长(约36%)。尽管亚洲和北美的聚羟基链烷酸酯(PHA)产能将增长,欧洲的酪蛋白聚合物在2025年之前将增长32%,其次是南美和欧洲的PE增长。

生物基原料

考虑到对生物基聚合物的需求稳定增长,应将对生物质原料的需求作为重要因素考虑在内。对于关于使用粮食作物生产生物基聚合物的反复辩论尤其如此。图2显示了2020年全球生物质利用情况。

图2:全球生物质利用量–第一代和第二代,总量以及生物基聚合物

饲料,生物能源,食品,材料使用,生物燃料以及生物基聚合物对生物质的总需求为125亿吨。尽管大部分生物质(59%)用于饲料生产,但仅需要0.038%即可用于生物基聚合物的生产。这导致用于生产400万吨生物基聚合物的生物质原料需求为480万吨,仅占农业用地的0.006%。这种小面积份额是由于多种因素造成的:用于生物基聚合物生产的主要原料是甘油(37%),因为来自生物柴油生产的生物过程副产物它代表了没有土地使用的生物量。该甘油主要用于通过环氧氯丙烷作为中间体的环氧树脂生产。利用的生物质还包含24%的淀粉和16%的糖,两种原料均来自具有高面积效率的高产作物,例如玉米,甜菜或甘蔗。12%的生物质来自非食用植物油,如蓖麻油,9%来自纤维素(主要用于醋酸纤维素),2%来自食用植物油。
在400万吨生产的生物基聚合物(全部和部分生物基)中,只有190万吨是聚合物的实际生物基成分(46%)。考虑到这一事实,需要的原料是最终产品中实际原料的2.5倍。290万吨(61%)的原料未最终出现在产品中,是由于大量的转化步骤以及相关的原料和中间损失以及副产品的形成。

可持续发展与可再生碳

聚合物,塑料和化学品成为可持续发展,气候友好型和循环经济一部分的唯一方法是将化石碳完全替代为生物质,二氧化碳和循环利用等替代来源的可再生碳(www.renewable-carbon.eu)。几个全球品牌的战略议程已将这一必要的转变,已经在扩展其原料组合,使其不仅包括基于化石的原料,还包括所有三种可再生碳来源。从市场的角度进行重新思考,尤其是在使用生物质时,将会并且已经确实增加了生物基以及可生物降解的聚合物的供应。尽管如此,从政治角度和原油价格来看,市场仍然具有挑战性,因为生物基聚合物的主要优势尚未得到政治上的回报:

1)生物基聚合物在生产过程中用来自可再生能源的可再生碳替代了化石碳。生物质。对于可持续的,对气候友好的塑料行业来说,这是必不可少的。

2)几乎一半的生产的生物基聚合物都具有生物降解性。这可能是无法收集并进入环境的塑料的解决方案。在这些情况下,它们可以生物降解而不会留下微塑料。只有少数几个国家,可能会在政治上支持这种额外的处置途径。

驱动因素和政策

2020年最重要的市场驱动力是希望为客户提供环保解决方案的品牌,以及寻求石化产品替代产品的关键消费者。
如果将基于生物的聚合物作为一种解决方案并以与生物燃料类似的方式进行推广,则可以预期10%至20%的年增长率。如果油价大幅上涨,则同样适用。基于生物基聚合物的现有技术成熟度,在这些情况下可以获取可观的市场份额。

生物基聚合物

全球聚合物市场包括功能和结构聚合物,橡胶产品以及人造纤维(图3)。

图3:2018–2020年全球聚合物和生物基材料份额

生物基结构聚合物由该结构部分和生物基油毡部分组成。总计为410万吨。另一方面,生物基功能聚合物的总量由生物基功能聚合物和纸淀粉组成,产量为1,360万吨。除了这两类物质,它们构成了1770万吨生物基功能和结构聚合物,橡胶产品和人造纤维也可以生物基。总计有1,410万吨的橡胶产品和700万吨的人造纤维来自生物资源。
图4显示了从生物质通过不同的中间体和结构单元到生物基聚合物的所有(半)商业途径。与往年一样,增加了一些途径和一些新的中间体。报告中详细分析的基于生物的构建基块和聚合物以粗体突出显示。

图4:生物基聚合物的途径

图5显示了化学生产链中基于生物的“直接投入”,“智能投入”和“专用”投入的不同途径。对于每一组,示例性地示出了某些生物基聚合物。此外,可生物降解的生物基聚合物以绿色圆点突出显示。不同的生物基聚合物基团的市场动态不同。虽然直接输入可以直接使用基于化石的对应对象,并且可以替代它们,但是专用的直接插入对象具有石油化学无法提供的新特性和功能。从生产和市场的角度来看,两者都有其优点和缺点。虽然基于生物的直接使用化学品是现有石化产品的基于生物的版本,它们已经建立了市场,并且在化学上与现有的基于化石的化学品相同,智能嵌入式化学品是嵌入式化学品的一个特殊子组。即使它们在化学上与现有的基于化石烃的化学品相同,但与常规途径相比,它们的生物途径仍具有显着的工艺优势。此外,这些基于生物的途径可以建立在全新的方法上,例如环氧氯丙烷,其中化石原料丙烯不被生物基丙烯替代,而是被生物柴油生产中的甘油替代。专用的生物基化学品是指通过专用途径在商业上生产的化学品,并且没有完全相同的基于化石的对应产品。与传统途径相比,它们基于生物的途径具有显着的工艺优势。

图5:插入式,智能插入式和专用生物基化学品和聚合物的路径示意图

图6和图7总结了报告的结果,并根据当前和一些新生产商的预测显示了2020年生物基聚合物生产能力的份额以及2018年至2025年生产能力的发展。2020年的总装机容量为460万吨,实际产量为420万吨。预计到2025年将增加到670万吨的产能,这表明平均复合年增长率(CAGR)约为8%。下列聚合物显示出显着高于平均增长率的更高增长:到2025年,PA将继续增长37%,PP继续增长34%。欧洲的酪蛋白聚合物将增长32%,直到2025年,其后PE增长8%。

图6:2020年生物基聚合物产能的份额

图7:生物基聚合物-2018年至2025年全球生产能力的演变

生物基构件

图8说明了从2011年到2025年用于生产聚合物的主要生物基建筑材料产能的发展情况。这些建筑材料用于合成结构和功能聚合物以及各种其他应用(例如食品)中的成分,饲料,化妆品或药品,因此显示出比聚合物更高的平均CAGR。

图8:基于生物的构件– 2011年至2025年全球生产能力的演变

到2020年,生物基砌块的整体生产能力增长约7%(212,000吨/年)。这一增长主要基于L-乳酸和环氧氯丙烷(ECH)。对全球生物基构件的总体预测表明,到2025年,其增长速度将达到11%(CAGR),其中1,5-戊二胺(DN5),石脑油,乙烯和不同的呋喃衍生物是主要驱动力。

分地区生物基聚合物的全球生产能力

继亚洲成为领先地区之后,到2020年,该地区已安装了全球最大的生物基生产能力,占47%,其次是欧洲,占26%,其次是北美,占17%,南美,占9%(图9)。

图9:2020年每个地区生物基聚合物的全球生产能力

与世界其他地区相比,亚洲的生物基聚合物产能预计将在2020年至2025年之间以16%的复合年增长率增长增长的主要原因是PA,PBAT,PHA和PLA的生产能力提高。

生物基聚合物的市场领域

如今,生物基聚合物几乎可用于所有细分市场和应用,但每种聚合物的各种应用可能大不相同。图10显示了报告中涵盖的所有生物基聚合物的应用摘要。到2020年,包括机织和非织造纤维(主要是醋酸纤维素(CA)和聚对苯二甲酸丙二醇酯(PTT))在内的纤维份额最高,达到24%。软包装和硬包装共占24%,其次是汽车和运输业,占16%(主要是环氧树脂,PUR和脂族聚碳酸酯(APC)),建筑业占14%(主要是环氧树脂和PA) ,消费品含量为9%(主要是含淀粉的聚合物,PP和酪蛋白聚合物)。该市场细分为农业和园艺,

图10:2020年生产的生物基聚合物在不同市场领域的份额

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