原料成本、設(shè)備運行成本以及產(chǎn)物純化成本是壓在 PHA 制造上的 " 三座大山 "。 

本文為元氣資本第181篇原創(chuàng)文章

分析師）Emilia Xie

微信公眾號）yuanqicapital

核心內(nèi)容

1、從 " 限塑 " 到 " 禁塑 "，嚴政策驅(qū)動下市場供不應(yīng)求，產(chǎn)量提升是目前主要難題。

2、生物降解塑料材料種類眾多、性能各異，哪種材料會脫穎而出，成為未來趨勢？ 

3、2021 年起，國內(nèi)外合成生物領(lǐng)域的融資熱度不斷，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。

2022 年 1 月 1 日，藍晶微生物的 PHA 產(chǎn)業(yè)化項目在江蘇濱海經(jīng)濟開發(fā)區(qū)落地，占地面積約 130 畝，計劃 PHA 年產(chǎn)能 2.5 萬噸，預(yù)計 2022 年內(nèi)實現(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 "），共同推進年產(chǎn) 3 萬噸級 PHA（聚羥基脂肪酸酯）產(chǎn)業(yè)化項目。預(yù)計 2022 年內(nèi)實現(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)化項目一期工程規(guī)劃示意圖（來源：藍晶微生物） 

可見，今年以來，藍晶微生物和微構(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展。而相比 PHA，同為生物降解塑料材料 PLA 早已實現(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？ 

  嚴格禁塑政策驅(qū)動下，可降解塑料市場蘊含商機  

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者收取塑料袋費用，或者對不可降解塑料生產(chǎn)商加稅，再分區(qū)域?qū)?" 限塑 " 升級至 " 禁塑 " 政策。 

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 年起歷時五年從威爾士、北愛爾蘭到蘇格蘭、英格蘭分區(qū)域依次實行塑料袋收費政策。 

歐盟自 2015 年起開始實施限塑政策，到 2019 年將 " 限塑 " 進一步升級為 " 禁塑 "，實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)國和消費國，塑料消費量占全球的比重達 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，并且禁止免費向消費者提供塑料購物袋。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行禁塑政策，是全國首個落實禁塑的省份。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)品制造都蘊含商機。 

據(jù)弗若斯特沙利文咨詢統(tǒng)計，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)可以迅速擴大市場規(guī)模，形成規(guī)模經(jīng)濟并提高利潤，整個市場預(yù)計會繼續(xù)保持區(qū)域性分散。 

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，是當前傳統(tǒng)塑料市場的主要替代品。自 2021 年初 " 禁塑令 " 開始實行，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，不需多時便會軟化，消費者使用體驗不佳，但勝在成本低廉。而 PLA 具有與 PP（聚丙烯）相似的強度和耐久度，PLA 可降解吸管在使用體驗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 的市場價格在 2.5-2.9 萬元 / 噸，而傳統(tǒng)塑料 PE、PS、PP 的市場價格在 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)能造成負面影響，也迫使國內(nèi) PLA 廠家通過與高?；蚩蒲袡C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，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。 

在丙交酯擺脫進口、實現(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 2024 年投產(chǎn)。而國內(nèi) PLA 龍頭豐原生物一家的在建產(chǎn)能就已達到 70 萬噸，預(yù)計未來 3-5 年內(nèi)投產(chǎn)，國內(nèi)整體在建產(chǎn)能已達到 252 萬噸。 

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，耗時長并且無法自行降解。 

而 PHA 的出現(xiàn)恰好彌補了這一缺陷。 

PHA 是一種存在于細菌等微生物細胞中的天然聚酯，是一種高分子生物材料。PHA 既是細菌在生長條件不平衡時的產(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，降解時間可控，最終降解產(chǎn)物為二氧化碳和水，對細胞無毒性，降解過程省力且具有循環(huán)利用價值。 

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，2020 年 PHA 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%。在元氣資本 2021 年 4 月 1 日，藍晶曾預(yù)測未來 20 年內(nèi) PHA 的需求量將達到 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《財經(jīng)涂鴉》2021 年 4 月 6 日對曾提及，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 "。 

在實驗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問題：能否克服工業(yè)制造中的種種問題、實現(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展。 

微構(gòu)工場成立于 2021 年，其創(chuàng)始人陳國強教授是清華大學(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。 

藍晶微生物成立于 2016 年，截止 2022 年 1 月，藍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，并于今年開始實現(xiàn) PHA 大規(guī)模量產(chǎn)。 

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

在實驗室中，發(fā)酵菌種可以執(zhí)行嚴格的高溫、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)境是難以達到的，一旦放大生產(chǎn)，對壓力、溫度等各種精細的調(diào)控，會使得難度系數(shù)成倍數(shù)增加。 

對于傳統(tǒng)底盤細菌而言，一旦外界菌種進入污染整個體系，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)流程中混入其他細菌，也可以保證轉(zhuǎn)化效率；而藍晶微生物選取油田土壤中的耐油細菌，該細菌同樣對生長環(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。 

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)。元氣資本整理了近期國內(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，一時的熱度過后估值也往往會回落到冰點。 

藍晶微生物的創(chuàng)始人張浩千表示，藍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。