东方证券：PGA有望成为革命性可降解塑料

2022-10-18 16:17 星期二

东方证券李跃倪吉

东方证券认为PGA作为国内新兴的可降解塑料，具备非常强的竞争力，未来有望占据较大市场份额。

编者按：东方证券发布研报指出，目前可降解塑料面临着自身竞争力不足，过度依靠政策推动的发展困境，因此急需具备竞争力的新鲜血液。东方证券认为PGA作为国内新兴的可降解塑料，具备非常强的竞争力，未来有望占据较大市场份额。

全文如下

随着2018年起中国禁止进口洋垃圾，欧洲国家陆续推出针对塑料的强制政策，PLA和PBAT等可降解塑料得到大力推广。到2020年，我国也出台政策限制不可降解一次性塑料制品的销售和使用，进一步推动了可降解塑料对不可降解塑料的替代进程。然而，可降解塑料存在多个痛点，导致目前需求量依然相对较低。首先是降解存在条件限制，PLA和PBAT需要在堆肥条件下才能较快降解，集中处理条件要求较高。其次，可降解塑料制品的性能较传统塑料差距明显，PLA耐热性和抗冲击性都不好，PBAT开口性差且强度不足，二者的气体阻隔能力都较弱。第三，目前可降解塑料的价格都偏高，PLA是以玉米发酵生产的乳酸为主要原料聚合得到的，PBAT原料则为PTA,己二酸,丁二醇等石化原料，较高的原料价格和加工成本导致这些材料的价格居高不下。目前 PLA的市场价格约2.5万元每吨，PBAT价格约2万元每吨，对标聚乙烯和聚丙烯约8千元每吨的价格，高1.5-2倍。综上，目前可降解塑料面临着自身竞争力不足，过度依靠政策推动的发展困境，因此急需具备竞争力的新鲜血液。我们认为PGA作为国内新兴的可降解塑料，具备非常强的竞争力，未来有望占据较大市场份额：

1. PGA塑料降解速度快，性能好。PGA具有目前最快的降解速度并且不需要特殊降解条件，能够降低垃圾集中处理的难度，特别适用于一次性塑料制品。PGA在机械强度、阻隔性和耐热性三方面表现十分优异，并且具有生物相容性，在油气开采、农业生产、食品包装和医疗等领域也有很好的应用前景。

2. 随着国内自主研发的煤基生产路线的突破， PGA的成本显著下降。我们测算，按照1022元/吨煤炭市场价，PGA的生产成本约在10111元/吨。如果由煤炭企业生产，则成本可降低到6681元/吨。这已经基本接近目前普通聚乙烯和聚丙烯的价格水平，而且未来随着产业成熟度提升，生产成本还有进一步降低的可能性。

3. 煤制PGA的碳排放远低于煤制烯烃，实现了低碳排放下煤炭转化为基础塑料制品的过程，规避了我国需要煤化工保障自给率但碳排放又过大的矛盾，具有重大战略意义。在低端领域使用PGA大量替代现有的聚乙烯和聚丙烯制品，就能够将宝贵的烯烃资源更多用于高端材料和精细化工等无法替代的领域中去。考虑到PGA降解快、PLA降解慢的特点，我们认为未来大概率会形成PGA用于生产一次性、周转率高的低端塑料制品，PLA用于生产部分中端塑料制品，乙烯丙烯向高端塑料制品和精细化工品集中的格局。

PGA性能优越

PGA即聚乙醇酸，又称聚羟基乙酸，是一种具有良好生物降解性和生物相容性的脂肪族聚酯类高分子材料。聚乙烯醇具有目前最快的降解速度并且不需要特殊降解条件。在堆肥条件下，PGA能在一个月内分解为水和二氧化碳，在野外或海水里也能快速降解。相比较而言，PLA的降解条件更加苛刻，需要较高温度和湿度以及大量微生物，即使深埋土也需要六个月才有降解迹象。PBAT的降解条件比PLA略低，但依然需要堆肥条件才能保证降解速度。显然，相较于PLA和PBAT，使用PGA能够降低垃圾集中处理的难度。因此对于垃圾袋和外卖包装袋等用一次即丢弃的塑料制品，PGA具有很好的应用前景。

与其他可降解塑料相比，PGA的机械强度、阻隔性和耐热性表现非常突出。机械强度方面，PGA的抗冲击性能好于PLA和PBAT，拉伸强度和杨氏模量都是主流可降解塑料中最大的，抗冲击性能极佳。因其出色的力学性能，PGA在油气行业可用作可降解压裂桥塞、可降解压裂球、可降解暂堵纤维、暂堵颗粒等。阻隔性方面，PGA的水汽阻隔性和氧气阻隔性在可降解塑料中一枝独秀。鉴于其优秀的阻隔性能，PGA在农膜、保鲜包装和瓶材领域有较好的应用前景。比如，将PGA用于农膜，可以起到很好的保温保湿作用，并且易于降解不会污染土壤；将PGA用作碳酸饮料或啤酒的瓶材，可增强对CO2的阻隔能力并减少PET的用量。耐热性方面，PGA熔点在220℃以上，分解温度为315℃，综合两项指标，其耐热性在目前主流的可降解塑料中最好，可用于耐热餐具等领域。此外，PGA还具有很好的生物相容性。由于其单体乙醇酸是人体正常新陈代谢过程中即会产生的物质，PGA在人体内可降解为水和CO2，因此高端PGA塑料被应用于医疗领域。

煤基路线成本竞争力较强

PGA生产路线分为单体乙醇酸生产工艺以及聚合工艺两部分。传统的乙醇酸（酯）生产工艺包括氯乙酸水解法，羟基乙腈水解法和甲醛羰基化法等，这些方法普遍存在高污染、高能耗、毒性大、腐蚀设备等缺点。具有工业价值的聚乙醇酸的合成方法包括直接缩聚法，固相缩聚法和乙交酯开环聚合法等。直接缩聚法只能形成低聚物；固相缩合法存在反应时间长，难以连续化生产等问题；乙交酯开环聚合方法存在工艺路线复杂，解聚物料易结焦等问题。由于传统工艺的诸多问题，PGA一直没有实现大规模工业化生产，截止至2022年7月，我国聚乙醇酸产能仅0.48万吨。然而，随着我国自主研发的煤基工艺路线的落地，PGA的生产成本明显降低，生产规模也开始快速扩大。

煤基工艺路线成功投产，未来产能高增

上海浦景化工自2010年开始自主研发煤制PGA生产技术，并率先完成技术突破，其关键技术的突破主要来自两点。其一是DMO加氢还原制乙醇酸甲酯的突破，这一步反应中草酸二甲酯的转化率和乙醇酸酯的选择性是打通煤基PGA合成路线的关键。从专利公布的实施例的数据来看，浦景化工研制的几种Ag-M/SiO2型催化剂可将乙醇酸收率提升至93%以上。其二是在PGA合成两步法上的工艺优化。浦景化工在两步PGA合成法的连续化和规模化方面实现了多项技术改进与突破，全面覆盖预聚合、成环、精馏分离和开环聚合等工艺步骤，使得大规模连续化生产成为可能。

2022年9月19日，国家能源集团榆林化工公司5万吨/年聚乙醇酸（PGA）生物可降解材料示范项目正式建成投产，是世界首套万吨级煤基PGA生产装置。项目采用国家能源集团自主知识产权技术——上海浦景化工技术，关键设备全部国产化。该项目的正式投产标志着PGA在国内将正式步入大规模低成本生产阶段。

未来四年我国将新增80万吨PGA产能。除了榆林化工已经放量的5万吨/年的产能之外，预计中石化湖北化肥分公司的5万吨/年PGA产能今年也能投产，该项目也使用从上海浦景化工引进的煤基PGA生产路线。最大的产能增长点来自中国石化长城能源化工的两期共50万吨/年的PGA项目，同样引入了上海浦景化工的煤基路线，一期年产20万吨预计于2024年放量，二期30万吨年产量预计在26年放量。此外，宁夏鲲鹏清洁能源和国能蒙西煤化工各自有10万吨/年的新增PGA产能规划。

煤基工艺生产成本低

虽然目前没有充分的资料可以直接计算PGA的加工成本，但是我们认为从工艺路线上可以进行大致拆分。煤基PGA生产工艺可分为两段，第一段为煤制乙醇酸工艺，第二段为乙醇酸聚合制PGA工艺。这两段工艺均有可直接对标的成熟工况，我们认为将这些过程的加工成本相加，应当与PGA的实际成本比较接近。

PGA生产的第一步是煤制乙醇酸，生产路线与煤制乙二醇非常接近，二者都是先以煤炭生产DMO，仅有的区别是在后续DMO加氢步骤，乙醇酸生产工艺有选择性地在一侧发生还原。虽然技术上乙醇酸比乙二醇难度更大，但是加工成本应当比较接近。由于乙醇酸的分子量比乙二醇大，我们认为生产1吨乙二醇的成本与生产1.226吨乙醇酸的成本相当。

PGA生产的第二步是乙醇酸聚合，采用先单体预聚合成乙交酯，再开环聚合的方式，这与两步法生产PLA的过程基本一致。因此，我们使用PLA生产的加工成本来估算乙醇酸两步法生产PGA的加工成本。

我们估算PGA单吨煤耗为4吨（原料煤：动力煤约1:1），在目前1022元/吨的煤价下测算出PGA的生产成本为10111元/吨。目前由于原材料价格较高，PBAT共酯化工艺的成本已达1.6万元/吨，PLA的成本也超过1.8万元/吨。显然，相较于前两者，PGA煤基路线的生产成本低得多。若生产企业本身可以提供煤炭资源，PGA的生产成本仍有较大下行空间。以中国神华2022年上半年165元/吨的煤炭生产成本进行测算，自产煤炭企业的PGA生产成本可以降低到6681元/吨，比外购煤炭企业的PGA生产成本低3430元/吨，在价格上甚至可以与PE和PP竞争。可见煤基路线的投产使得PGA塑料在生产成本方面具有了非常强的竞争力。

煤制PGA战略意义重大

我国贫油少气富煤的资源禀赋是国内煤化工行业发展的根本动力，但是2021年我国宣布双碳目标之后，煤化工行业的发展陷入了窘境。虽然煤制烯烃可以填补国内烯烃资源空缺，提升战略安全性，但是煤制烯烃的碳排放巨大，大量投建煤制烯烃对于实现双碳目标非常不利。然而，我们认为煤制PGA的出现，为我国在双碳目标下尽量提升原料自给率提供了可能性。

我们对煤制PE、煤制PP和煤制PGA生产路线的过程碳排放进行测算。生产每吨聚乙烯和聚丙烯的合成气消耗量均为4800m3，碳氢比2:1，折算过程碳排放为6.286吨；而生产每吨PGA的合成气消耗量为1545m3，碳氢比为1:1，折算过程碳排放为1.517吨。比较来看，以煤为原料生产每吨PGA的过程碳排放量仅为PE和PP的24%，优势十分明显。

乙烯和丙烯是化工行业最重要的原料，绝大部分塑料和精细化工品都是从乙烯和丙烯出发加工而得。我国的乙烯和丙烯大部分来自石油化工，少部分来自煤化工，而我国的石油大部分又依赖进口，所以目前限制我国乙烯和丙烯供给放量的主要约束在于石油进口依赖度和碳排放额度。在资源存在约束的情况下，将有限的烯烃进行最大化利用，是具有战略价值的问题。

从下游需求结构看，乙烯和丙烯主要用于生产聚乙烯和聚丙烯，剩下的作为精细化工品的原料。聚乙烯和聚丙烯下游的差异化也很大，高端到防弹衣、功能性膜，低端到塑料袋、农膜等。虽然单价差异极大，但是消耗的乙烯和丙烯资源并没有差别。2020年以来，国内推动PLA和PBAT等可降解塑料在一次性低端领域替代聚乙烯和聚丙烯制品，如果大面积推开，确实可以解放低端领域的烯烃用量。但是PLA原料依赖玉米，PBAT原料依赖芳烃，对于我国来说都是重要性不亚于烯烃的资源，而且成本都非常高，实际并不能改善国内资源限制的问题。

而煤制PGA具备性能较好、成本较低、原料资源充足、碳排放不高等优势，可以在低端领域大量替代现有的聚乙烯和聚丙烯制品。这样就能够以较低的代价，将宝贵的烯烃资源（即石油资源和碳排放资源）从低端制品中解放出来。PLA在常规条件下不降解，并且刚度和强度较高，可以用于生产玩具、零配件、塑编制品等中端塑料制品，以从中端制品中进一步释放烯烃资源。如此以来，烯烃资源就可以更多用于高端材料和精细化工等无法替代的领域中去。我们认为未来大概率会形成PGA用于生产一次性、周转率高的低端塑料制品，PLA生产部分中端塑料制品，乙烯丙烯向高端塑料制品和精细化工品集中的格局。

从目前可降解塑料的行业玩家也可以看出PGA的与众不同。未来国内主要新增产能来自中石化和国家能源集团两家，其中中石化将新增55万吨PGA产能，国家能源集团也布局了15万吨PGA产能。从玩家力量来看，PBAT和PLA显然无法与PGA相比。今年4月，国家能源集团与北京市城市管理委员会合作开展了PGA生物降解垃圾袋社区试点应用工作，为PGA工业示范装置产品预销售工作打下良好基础。这次PGA试点推广反应出两个关键点，其一是国家能源集团对PGA推广的重视，其二是国有企业具有远超民营企业的推广能力。考虑未来几年限塑、禁塑政策的大力推动，结合国有企业也对PGA的重点布局，我们认为未来PGA的市场推广将更加顺利。