陳明君 / 工研院產科國際所
2020年全球生物可降解材料市場規模達到61.6億美元，預計到2026年將達到233.5億美元，2021~2026年五年間之年複合成長率為24.9%，2021年產能為155萬噸，預估至2026年整體產能將達到528萬噸。目前已商業化生產的生物可降解材料主要包括：澱粉基(Starch Blends)、聚乳酸(PLA)、聚對苯二甲酸丁酯(PBAT)、聚丁二酸丁二醇酯(PBS)以及聚羥基脂肪酸酯(PHAs)等。
【內文精選】
整體市場概況
2020年全球生物可降解材料市場規模達到61.6億美元，預計到2026年將達到233.5億美元，2021~2026年五年間之年複合成長率為24.9%；2021年產能為155萬噸，預估至2026年整體產能達到528萬噸。目前已商業化生產的生物可降解材料主要有澱粉基(Starch Blends)、聚乳酸(PLA)、聚對苯二甲酸丁酯(PBAT)、聚丁二酸丁二醇酯(PBS)以及聚羥基脂肪酸酯(PHAs)等。整體產能分布，請參考圖一。
圖一、2021及2026年全球生物可降解材料產能分布
生物可降解材料已經廣泛應用於食衣住行育樂各領域，例如包裝和袋子、消費品、農業和園藝、紡織和其他（汽車、生物醫學和建築等）。驅動生物可降解材料市場的主要因素在包裝應用產業增加使用，以及歐洲廢棄物管理法規、政府對綠色採購政策和法規的關注度增加與消費者偏好轉向環保塑膠產品等。
包裝領域一直以來是生物可降解材料的最大應用產業，2021~2026年的年複合成長率高達22.9%。由於各產業對產品永續發展解決方案皆有需求，使包裝領域涵蓋了多個垂直產業，包括食品和飲料、電子商務和快速消費品。包裝的獨特性能使其適用於各種食品和非食品的應用，例如香煙、餅乾、糖果、烘焙食品、麵條和其他零食，再加上電子商務的興起也增加了對包裝的要求。可生物降解塑膠詳細應用領域分布，請參考圖二。
圖二、2021及2026年全球可生物降解塑膠應用領域分布
主導生物可降解材料市場中主要項目的發展概況
1. PLA
PLA源自可再生資源或基於源自可再生資源的單體，例如玉米、馬鈴薯、稻米、甜菜、甘蔗等作物。由於其良好的機械性能和易於加工，因此在可生物降解塑膠發展初期，一直是最重要的生物可降解材料之一；兼之其製造技術成熟、原料容易取得以及價格較為貼近傳統石化材料，預計將快速成長。由於PLA在食品、飲料和其他消費品等各種包裝應用中具有龐大的成長潛力，再加上其獨特的性能，例如PLA的力學性能優良，與聚丙烯(PP)類似，可以在一些領域替代PP和PET，同時兼有良好的光澤度、透明度等。因此，PLA在這些應用中成為替代石化材料的選項之一。
2. PBAT
PBAT是目前生物可降解熱塑性化合物（即包裝和農用薄膜產品）中常用的成分。它賦予其他添加成分如澱粉或聚乳酸(PLA)的柔韌性和抗撕裂性。PBAT在有氧條件下是生物可降解和可堆肥的，是石化可降解材料的典型代表，目前由生物質衍生而來的生質PBTA比例約為50%。
5. PHA
PHA中文稱為聚羥基脂肪酸，存在於細菌細胞等微生物細胞中。PHA具有一些特殊的性能，包括生物可降解性、生物相容性、環境友好性等。正是由於這些特殊性能的存在，吸引國際研究人員針對其潛在的應用前景進行技術開發與性能探索。在過去的數十年間，全球各地已開始透過微生物發酵進行PHA的製造，並使它們成為石化材料的替代品。
PHA最大的特點是，在堆肥、土壤、海水等幾乎所有環境中都可以被微生物分解，並且分解後的產物大多都是水和碳基，不會污染環境，可滿足目前材料需求以及潛在可能取代的石化材料，最適合「必須進行生物降解」的應用，可說為一次性塑膠產品的禁塑替代提供了一種實現塑膠產品綠色可持續發展的思維。
市場挑戰
2. 可生物降解材料的性能及價格限制
生物可降解材料對空氣、水和氧氣的阻隔性低以及耐熱性低是其主要性能問題，這限制了它們在電子和汽車領域中的廣泛應用。此外，低衝擊和拉伸強度以及加工能力等較差的機械性能，也限制了生物可降解材料在各種應用中的滲透。
另外，生物精煉是生物技術製造領域中最昂貴的單元之一。建立生物精煉廠需要非常高的資金投入，而且大部分生物製品都達不到規模經濟。此外，市場上很容易獲得更便宜和更高效的產品，例如石油產品。因此，整個生產過程及其應用成本很高，造成價格較傳統塑膠價格高出2~4倍不等，成為限制其擴大應用的主要制約因素---以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。
★本文節錄自《工業材料雜誌》426期，更多資料請見下方附檔。