2022年生物基材料产品及行业格局梳理.pdf
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1、请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容证券研究报告证券研究报告|2022年年02月月11日日生物生物基材料产品及基材料产品及行业格局梳理行业格局梳理行业研究行业研究 专题报告专题报告基础化工基础化工 生物生物基材料基材料请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容投资摘要投资摘要国信化工观点:国信化工观点:1)生物基材料是低碳环保的绿色材料,契合“双碳”发展目标;下游应用广泛,需求正在不断扩张。)生物基材料是低碳环保的绿色材料,契合“双碳”发展目标;下游应用广泛,需求正在不断扩张。生物基材料是指利用可再生生物质或经由生物制造得到的原料,通过生物、化学、物理等手段制造的一类新型材料,如生物
2、基塑料、生物柴油、生物基化学纤维、生物基橡胶、涂料、助剂等。生物基塑料相比石油基塑料更具减碳和可再生优势,应用遍及工业与生活的各领域,目前包装和消费品、纺织品是其最主要的应用领域。未来,生物基材料有望在部分应用领域逐步替代传统石油基材料,成为引领科技创新和经济发展的新型产业,并作为绿色低碳发展的主要途径及低碳经济增长的亮点。2)生物基塑料在缓解能源危机生物基塑料在缓解能源危机、降低环境污染方面具有重要意义降低环境污染方面具有重要意义,全球产能持续增长全球产能持续增长。生物基聚合物种类繁多,多数化石基聚合物都有其对应或类似的生物基产品,其在缓解能源危机、降低环境污染方面具有重要意义,使用生物基原
3、料替代化石基原料制备生物基塑料及聚合物的技术日益受到重视。据European Bioplastics数据,全球生物基塑料约占每年生产的塑料中的1%。2020年,全球生物基塑料产能达211.1万吨,其中可生物降解塑料、不可生物降解塑料的产能分别为122.7万吨、88.4万吨。截止2021年末,亚洲共计拥有全球49.9%的生物基塑料产能。与发达国家相比,我国生物基塑料的市场渗透率还仍然偏低,具备广阔的市场空间。此外,未来我国“限塑令”的持续推进有望推动生物可降解塑料及上下游行业快速发展。3)欧洲生柴强制掺混政策持续驱动欧洲生柴强制掺混政策持续驱动,碳中和加快生物柴油推广进度碳中和加快生物柴油推广进
4、度,生物柴油价格大幅上涨生物柴油价格大幅上涨。2020年全球生物柴油产量约4290万吨,近10年全球需求复合增速达10%,2030年需求有望达到8000万吨。我们预计2021年全球生物柴油需求量约4000万吨。欧盟要求2030年生物燃料在交通领域掺混比例达到14%,而据USDA测算当前掺混比例仅8.1%,欧洲生物柴油供应缺口有望逐步放大,带动生物柴油进口需求提升。受到原油价格上涨、欧洲菜籽油产量下滑、生物柴油需求高增等因素作用,2021年以来生物柴油价格已出现大幅上涨。随着国内“双碳”进程推进,我们看好国内生物柴油推广进度有望加速。4)化学纤维市场空间广阔,生物基化学纤维替代需求较大。)化学纤
5、维市场空间广阔,生物基化学纤维替代需求较大。2015年至2020年,我国化学纤维工业总产量由4872万吨增长至6025万吨,整体呈上升趋势。生物基化学纤维具有绿色环保、原料可再生以及生物降解等优良特性,有助于解决当前全球经济社会发展所面临的资源和能源短缺等问题,生物基化学纤维有望实现对石油基化学纤维的替代。目前已实现工业化生产的生物基化学纤维主要有PET纤维、生物基尼龙56等,产品性能优异,市场份额正逐步提升。投资建议:投资建议:“双碳”背景下生物基材料需求有望在未来5-10年保持高速增长,我们看好生物基材料逐步替代化学基材料的长期趋势。我们看好具备技术及成本优势的生物基化工企业,建议关注凯赛
6、生物、联泓新科、卓越新能、金发科技、华恒生物、嘉澳环保、赞宇科技凯赛生物、联泓新科、卓越新能、金发科技、华恒生物、嘉澳环保、赞宇科技等企业。风险提示:风险提示:原材料价格大幅波动风险;产品需求不及预期的风险;在建项目进度不及预期的风险等。请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容生物基材料概述1 1生物基塑料及聚合物行业2 2生物柴油行业3 3生物基化学纤维行业4 4目录目录生物基橡胶行业5 5生物基涂料行业6 6生物基助剂行业7 7生物基复合材料行业8 8风险提示及免责声明末页末页重点公司盈利预测9 9请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容生物基材料概述1目录目录返回目录请务必阅读正
7、文之后的免责声明及其项下所有内容生物基材料定义:利用可再生生物质或生物基材料定义:利用可再生生物质或/和经由生物制造得到的材料和经由生物制造得到的材料 生物基材料生物基材料(Bio-based Materials)是指利用可再生生是指利用可再生生物质或物质或(和和)经由生物制造得到的经由生物制造得到的原原料料,通过生物通过生物、化化学学、物理等手段制造物理等手段制造的的一类新型材料一类新型材料,如生物塑料如生物塑料、生生物质功能高分子材料等物质功能高分子材料等。生物基材料区别于用煤、石油等不可再生石化资源为原料生产的传统化工材料产品,其具有原料可再生、减少碳排放、节约能源等特性,部分品类还具有
8、良好的生物可降解性,是国际新材料产业发展的重要方向。展望未来展望未来,生物基材料有望在部分应生物基材料有望在部分应用领域逐步替代传统石油基材料用领域逐步替代传统石油基材料,成为引领科技创新和成为引领科技创新和经济发展的新型产业经济发展的新型产业,并作为绿色低碳发展的主要途径并作为绿色低碳发展的主要途径及低碳经济增长的亮点及低碳经济增长的亮点。目前,常见的生物基材料是以谷物、豆科、秸秆、竹木粉等可再生生物质通过生物转化获得生物高分子材料或单体,然后进一步聚合形成的环境友好的化工产品和绿色能源等高分子材料,如包括沼气、燃料乙醇、生物柴油和生物塑料等。此外,生物基材料还可以经由生物制造、生物合成方法
9、等设计或改造的生物系统产生和获得。图:常见的生物基材料全生命周期图:常见的生物基材料全生命周期资料来源:中国高新材料科技学术信息网,国信证券经济研究所整理生物基材料生物基材料全生命周期全生命周期CO2光合作用光合作用生物质生物质提提取取化学单体化学单体产品,如地膜、产品,如地膜、包装、服装等包装、服装等生物基材料生物基材料燃烧或生物燃烧或生物降解(堆肥)降解(堆肥)微生物合成微生物合成/化学合成化学合成请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容生物基材料分类:生物基材料品类及细分材料众多生物基材料分类:生物基材料品类及细分材料众多 按产品按产品属性属性分类分类,生物基材料可分为生物基聚合物、
10、生物基塑料、生物基化学纤维、生物基橡胶、生物基涂料、生物基材料助剂、生物基复合材料及各类生物基材料制得的制品等。其中,生物基可降解材料生物基可降解材料具有传统石油基塑料等高分子材料不具备的绿色、环境友好、原料可再生以及可生物降解的特性;生物基纤维生物基纤维已广泛应用于时装、家居、户外及工业领域,正逐步走向工业规模化实际应用和产业化阶 段;生生物基物基塑料产品塑料产品在包装材料、一次性餐具及购物袋、婴儿纸尿裤、农地膜、纺织材料等领域获得较好地应用,并被市场普遍认可与接受。按常见产品形式按常见产品形式,生物基材料主要可分为五大类:生物基平台化合物、生物基塑料、多糖类生物基材料、氨基酸类生物基材料、
11、木塑复合材料。其中,生物基平台化合物即聚合成原材料高分子的化学单体,如乳酸,1,3-丙二醇等;生物基塑料是目前应用最广泛、研究较深入的生物基材料,代表产品有聚乳酸、聚羟基脂肪酸酯等。资料来源:CNKI,国信证券经济研究所整理图:生物基材料分类及各类产品形式图:生物基材料分类及各类产品形式请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容生物基材料产业链结构生物基材料产业链结构 生物基材料来源范围广、获得手段灵活、性能丰富、应用场景多样化,目前正处于从实验室研发迈向工业化生产及规模应用阶段,未来有望逐步替代部分化石基材料。资料来源:CNKI,朱锦、刘小青等生物基高分子材料科学出版社,国信证券经济研究所
12、整理图:从生物质原料到生物基高分子材料的产业链结构图:从生物质原料到生物基高分子材料的产业链结构木质素基高分子木质素纤维素淀粉多糖植物油葡萄糖赖氨酸糠醛果糖甘油脂肪酸纤维素基高分子淀粉基高分子天然橡胶1,3-丙二醇乙醇异丙醇山梨醇3-羟基丙酸丁二酸己二酸乳酸己内酰胺1,5-戊二醇5-羟甲基糠醛乙酰丙酸环氧氯丙烷多元醇二酸二胺甲基丙烯酸甲酯乙酸乙烯对二甲苯异山梨醇丙烯酸富马酸丁二醇己二胺2,5-呋喃二甲醇2,5-呋喃二甲酸-戊内酯乙二醇丙烯氯乙烯对苯二甲酸四氢呋喃不饱和聚酯超吸水树脂聚氨酯聚碳酸酯PET-likePBTPET聚氯乙烯聚乙烯聚丙烯PMMAPTTPBS聚酰胺聚乳酸聚氨酯呋喃基聚酯聚酯
13、呋喃基聚酰胺PVL环氧树脂聚氨酯聚酰胺生物质原料生物质原料生物基平台化合物生物基平台化合物生物基单体生物基单体生物基高分子材料生物基高分子材料请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容合成生物学:是生物基材料来源的合成生物学:是生物基材料来源的方式之一,对方式之一,对生命编程的过程生命编程的过程合成生物学原理:合成生物学原理:以工程化设计理念,对生物体进行有目标的设计、改造乃至重新合成。设计改造生命系统,合成具有成本规模优势的产品。核心原理:用工程思维解释合成生物学核心原理:用工程思维解释合成生物学,将生命系统模块化和标准化将生命系统模块化和标准化。模块化:模块化:找到“基因元件基因元件”来
14、认识和重构生物学功能。标准化:标准化:汤姆-奈特和德鲁-安迪建立了标准生物学组件登记库。计算机模拟生命:计算机模拟生命:“基因元件”重构的精准度极高,计算机模拟和人工智能可以提高合成生命的精准度,有效缩短生产周期。合成新生命的方法:合成新生命的方法:1.加速筛选加速筛选:丘奇教授发明的MAGE(Multiple Automated Genome Engineering)方法可以加速生命进化,把一些随机的DNA片段和大肠杆菌混合培养,大肠杆菌有可能吃掉这些DNA片段,整合进自己的基因组,以20分钟繁殖一代的速度创造数目巨大的基因组。2.创建突变开关:创建突变开关:采用酵母基因组(酵母有16条染色
15、体,1400万对碱基),在基因组里插入5000个特殊的DNA序列,遇到催化酶后,形成极端性状。3.定向进化蛋白质:定向进化蛋白质:深入基因元件内部修改其结构。DeepMind采用人工智能的方法对蛋白质进行预测,用几千种已知的蛋白质结构训练神经网络算法,2周时间内预测一个蛋白质结构。图:人工基因组的设计、合成与应用图:人工基因组的设计、合成与应用原核生物真核生物组装、重组与替换寡核苷氨酸人工DNA人工基因组基因组精简密码子扩展遗传系统进行演化能源化学品医药资料来源:CNKI,国信证券经济研究所整理请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容合成生物学应用示例:用合成生物学的方法合成生物学应用示例
16、:用合成生物学的方法生产生产1,3-丙二醇以及丙二醇以及PTT 生产生产1,3-丙二醇的方法主要有三种:丙二醇的方法主要有三种:1)化学法:化学法:有丙烯醛水合加氢法、环氧乙烷羰基合成法和丙烯醛水合加氢法。对生产原料及设备要求高,生产存在设备投资大,工艺复杂,条件苛刻,存在环境污染,且原料石油资源日益匮乏。1,3-丙二醇下游为PTT 纤维,合成生物学方法可以降低1,3-丙二醇价格,从而使PTT纤维价格具备经济性,打开市场并拉动其本身应用空间。2)合成生物法合成生物法-以葡萄糖为原料底物的杜邦工艺:以葡萄糖为原料底物的杜邦工艺:市场售价约2万/吨,质量好。3)合成生物法合成生物法-以甘油为原料底
17、物的苏州苏震以甘油为原料底物的苏州苏震/清华大学清华大学、美景荣美景荣/华东理工大学工艺:华东理工大学工艺:甘油发酵法的菌种效率低,甘油转化率60-70%,副产物有乙醇、乳酸、丁二酸、乙酸等,分离提纯复杂,需要絮凝、浓缩和精馏、脱盐等多个工序,生产成本约2万/吨。合成生物学方法可以提高经济效益,判断经济效益三个指标:产品浓度产品浓度(g/L);单位体积生产速率单位体积生产速率(g/L/h);摩尔转化率摩尔转化率(mol/mol)。资料来源:CNKI,国信证券经济研究所整理图:合成生物图:合成生物生产生产1,3丙二醇方法丙二醇方法葡萄糖甘油1,3丙二醇日化PTT大肠杆菌发酵底物请务必阅读正文之后
18、的免责声明及其项下所有内容生物基复合材料行业特征生物基复合材料行业特征分类分类生物基含量检测与认证标签生物基含量检测与认证标签生物降解测试和认证生物降解测试和认证特征生物基产品含碳-14,石油基产品不含任何碳-14。碳-14法能有效区分生物基与石油基,是一种完善的测量原材料或产品中生物基碳含量的方法特定的环境和时间条件下的生物降解能力指标。注:在没有任何标准和规范的情况下,仅仅宣称生物降解是有误导性的标准欧美标准:ASTM D6866、ISO 16620、EN 16640国内标准:GB/T 29649 生物基材料中生物基含量测定检测标准:ISO17088,EN 13432/14995 或AST
19、M 6400/6868;认证标签:Vin otte或DIN CERTCO的幼苗标签,Vin otte的OK Compost标签,BPI标签。生物基材料生物基材料是利用可再生生物质为原料,包括农作物及其废弃物,如秸秆等,通过生物、化学以及物理等方法制造的新材料,具有绿色环保、节能减排、原料可再生等优势,有的品类还具有良好的生物降解特性。生物基材料生物基材料的降解循环性质的降解循环性质生物基材料废弃时,可经由燃烧或堆肥等生物降解法,转变为水和二氧化碳等无毒小分子,重新进入自然循环中。生物基材料生物基材料的发展前景及优势的发展前景及优势政治政治:今年全国两会全国两会上,全国政协委员赵毅武建议指出:发
20、展生物基可降解材料,不仅可以从根本上解决白色污染问题,还可以大量减少材料产业对石油的消耗,缓解石化资源压力。环境环境:全世界对环境的担忧与日俱增。由于越来越多的人关注环境问题,生物产品最近受到了广泛的欢迎。我们预计全球生物基材料市场需求将在2018-2026年的预测期内大幅增长。成本稳定成本稳定:推动全球生物基材料市场的主要因素是与石化产品相比,农业原料价格稳定。这可能使生物基产品的价格保持稳定,从而有利于全球生物基材料市场的增长。资料来源:USDA,国家发改委、生态环境部等9部门联合印发关于扎实推进塑料污染治理工作的通知,国信证券经济研究所整理资料来源:前瞻产业研究院,国信证券经济研究所整理
21、表:表:生物基检测国内外标准生物基检测国内外标准图:图:生物基材料生物基材料分类四象限分类四象限请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容生物基材料的应用和发展顺应可持续发展与节能减排的战略需求生物基材料的应用和发展顺应可持续发展与节能减排的战略需求 全球气候暖化、环境污染以及化石能源资源枯竭等问题日趋严峻。生物基材料作为前沿技术产物,相较于传统材料,生物基材料有效减少了生产过程中的碳排放,同时还能带来新经济增长点。中国正处于经济转型的关键时期,生物基材料产业是新材料产业的重要组成部分。在碳减排方面,生物基材料碳排放能够有效量化减少,比如,据LCA数据,以玉米为原料的PLA在每千克制品能耗为
22、63.89MJ,明显低于生产相同量石油基塑料的能耗,且每千克制品CO排放量仅为1.605kg,远低于生产石油基塑料PET、PVC、PP等的CO排放。每生产1kg尼龙-56碳排放量相比生产1kg尼龙-66减少了4.31kg。当生物基材料废弃时还可经由燃烧或堆肥等生物降解法,转变为水和二氧化碳等无毒小分子,重新进入自然循环中维护生态平衡。如果二氧化碳排放是生物质材料或生物基材料的燃烧产物,则被认为是碳中性二氧化碳。生物质燃烧时释放的二氧化碳较容易被植物,即生物质的来源吸收。生物基材料的应用和发展顺应可持续发展与节能减排的战略需求,我们看好未来生物基材料产业将成为我国绿色与低碳经济增长的亮点。资料来
23、源:Natur-Tec,国信证券经济研究所整理图:生物基材料的碳排放更加容易被生物质的来源吸收图:生物基材料的碳排放更加容易被生物质的来源吸收图:生物碳的可持续生产及其对全球气候的影响图:生物碳的可持续生产及其对全球气候的影响资料来源:深圳市清新电源研究院,国信证券经济研究所整理请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容我国出台多项科技战略性我国出台多项科技战略性规划政策,明确规划政策,明确指出要重点发展生物基材料指出要重点发展生物基材料 生物基材料的发展已经得到全球范围内各生物基材料的发展已经得到全球范围内各界的广泛重视与支持界的广泛重视与支持。美国、日本、欧盟等发达国家和地区早已分别通过
24、生物质研发法案、生物技术战略大纲、税收补贴等方式推动生物基材料的快速发展。我国也出台了多项科技战略性规划政策,明确指出要重点发展生物基材料。2021年12月3日,工信部印发“十四五”工业绿色发展规划:(1)在工业碳达在工业碳达峰推进工程方面峰推进工程方面,规划已将多种生物基材料(聚乳酸、聚丁二酸丁二醇酯、聚羟基烷酸、聚有机酸复合材料、椰油酰氨基酸)纳入原材料重点任务;(2)在加在加快能源消费低碳化转型方面快能源消费低碳化转型方面,规划提出:鼓励氢能、生物燃料、垃圾衍生燃料等替代能源在化工等行业的应用。展望未来,生物基产业将逐渐取代部分传统高能耗、高排放石化行业,促进和实现新旧动能转换。资料来源
25、:各部委各部门官网,国信证券经济研究所整理图:生物基材料分类及各类产品形式图:生物基材料分类及各类产品形式时间时间政策政策发布部门发布部门主要内容主要内容2012年年生物基材料产业科技发展“十二五”专项规划科学技术部显著增强生物基材料产业原始创新能力,创制生物基新材料和化学品,建设生物基材料和化学品产业化示范基地。2012年年“十二五”国家战略性新兴产业发展规划国家能源局以培育生物基材料、发展生物化工产业和做强现代发酵产业为重点,大力推进酶工程、发酵工程技术和装备创新。2012年年生物产业发展规划国务院推进生物基材料生物聚合、化学聚合等技术的发展与应用,建设聚乳酸(PLA)、聚丁二酸丁二醇酯(
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