原料成本、设备运行成本以及产物纯化成本是压在 PHA 制造上的 " 三座大山 "。
本文为元气资本第181篇原创文章
分析师）Emilia Xie
微信公众号）yuanqicapital
核心内容
1、从 " 限塑 " 到 " 禁塑 "，严政策驱动下市场供不应求，产量提升是目前主要难题。
2、生物降解塑料材料种类众多、性能各异，哪种材料会脱颖而出，成为未来趋势？
3、2021 年起，国内外合成生物领域的融资热度不断，从科研到产品建立全产业链的公司才能拥有持续的市场竞争力。
2022 年 1 月 1 日，蓝晶微生物的 PHA 产业化项目在江苏滨海经济开发区落地，占地面积约 130 亩，计划 PHA 年产能 2.5 万吨，预计 2022 年内实现量产 5000 吨。
2022 年 7 月 14 日，安琪酵母（600298.SH）宣布与北京微构工场（PhaBuilder）合资设立湖北微琪生物科技有限公司（简称 " 微琪生物 "），共同推进年产 3 万吨级 PHA（聚羟基脂肪酸酯）产业化项目。预计 2022 年内实现量产 5000 吨供应市场。双方将利用各自的资源和渠道拓展产品销售。
项目建成后，该基地将成为中国第一、全球第三大的 PHA 生产基地，位列日本 Kaneka 和美国 Danimer Scientific 之后。据公司披露描述，该基地将是世界上能够生产 PHA 类型最多的产线，率先量产的产线将生产 PHA、PHB 和 P34HB 等混合出的数十种材料。
PHA 产业化项目一期工程规划示意图（来源：蓝晶微生物）
可见，今年以来，蓝晶微生物和微构工场两家本土公司均在 PHA 技术研发和商业落地上取得了突破性进展。而相比 PHA，同为生物降解塑料材料 PLA 早已实现量产，被用作日常生活塑料制品的替代。
在 " 限塑令 " 政策已经实行多年的背景下，目前国内外生物可降解塑料产业发展情况如何？PLA、PHA 等生物可降解材料各自又具有怎样的优势？
严格禁塑政策驱动下，可降解塑料市场蕴含商机
对于一次性不可降解塑料的环境危害，世界各国早有共识。具体到限塑政策落地，地方政府通常先要求对消费者收取塑料袋费用，或者对不可降解塑料生产商加税，再分区域将 " 限塑 " 升级至 " 禁塑 " 政策。
自 1994 年起，丹麦就开始对塑料生产商征税。澳大利亚在 2010 年前后从南向北开始分区域逐步引入塑料袋禁令。英国自 2011 年起历时五年从威尔士、北爱尔兰到苏格兰、英格兰分区域依次实行塑料袋收费政策。
欧盟自 2015 年起开始实施限塑政策，到 2019 年将 " 限塑 " 进一步升级为 " 禁塑 "，实施范围也从塑料包装袋拓展到包括餐具、盘子、吸管等在内的塑料制品。美国的禁塑政策相比较开始较晚，自 2020 年起各州开始陆续自行颁布适用于各州内部的禁塑政策。
中国是全球最大的塑料生产国和消费国，塑料消费量占全球的比重达 15%。自 2008 年 6 月起，国务院就在全国范围内禁止生产、销售和使用厚度小于 0.025 毫米的塑料购物袋，并且禁止免费向消费者提供塑料购物袋。但具体到 " 禁塑令 " 政策落地，受制于我国地域广阔以及人口众多，目前采取了分区域三阶段实施的方案：1）到 2020 年底，所有直辖市、省会城市的商场、超市及餐饮外卖开始禁止使用不可降解塑料袋、餐具一级吸管；2）到 2022 年底，拓展到所有地级以上城市和沿海地区县城建成区；3）到 2025 年底，继续拓展至城乡结合部、乡镇和农村地区。
2015 年起，吉林省率先开始全面实行禁塑政策，是全国首个落实禁塑的省份。2016 年，全吉林省的大型商超可降解产品替换率就达到了 90%。
受益于政策驱动，区域性的龙头企业中宝新材趁势崛起，2022 年 6 月 7 日，中宝新材于港交所递交招股书冲刺上市。这家吉林本土的塑料袋制造企业，以吉林省为核心区域，在东北地区大量生产并销售以 PLA（聚乳酸）为原料制成的连卷袋和购物袋。
2021 年，中宝新材实现营业收入 2.57 亿元，同比增长 54.0%，其中 90.8% 来自生物降解塑料为原料制成的连卷袋和购物袋，毛利率和净利率分别为 44.1% 和 30.5%，远高于传统制造业平均水平。按照地域来看，由吉林、黑龙江及辽宁三省组成的东北地区营收占比达到了 79.3%。
中国生物降解塑料市场受禁塑政策驱动，在未来五年内将实现快速增长。目前市场格局分散，从原材料研发到产品制造都蕴含商机。
据弗若斯特沙利文咨询统计，在原材料端，2021 年中国生物降解塑料材料的消耗量为 27.6 万吨，到 2026 年，预计将增长至 95.5 万吨，5 年间复合增长率为 28.2%；在制造端，截止 2020 年 12 月 31 日，据统计全国约有 1200 家生物降解塑料制造商。由于中游制造商对于区域政策及物流成本敏感，获得地区政策扶持的企业可以迅速扩大市场规模，形成规模经济并提高利润，整个市场预计会继续保持区域性分散。
可降解塑料市场常年供不应求
PLA 已突破技术壁垒、摆脱原材料进口依赖
目前市场上可降解塑料可按照生产原料分为石油基和生物基两大类型。其中石油基可降解塑料以化石能源为原料，主要包括 PBAT（聚己二酸 - 对苯二甲酸丁二脂）、PCL（聚己内酯）等。而生物基可降解塑料以玉米、秸秆等生物基材为原料，主要包括 PLA（聚乳酸）、PHA（聚羟基脂肪酸酯）等。
来源：European Bioplastics
生物可降解材料性能各异，其中 PLA 和 PBAT 工艺相对成熟，是当前传统塑料市场的主要替代品。自 2021 年初 " 禁塑令 " 开始实行，直辖市和省会城市的饮品店纷纷推出纸质吸管或 PLA 可降解吸管来替代传统塑料吸管。纸质吸管放入饮品中，不需多时便会软化，消费者使用体验不佳，但胜在成本低廉。而 PLA 具有与 PP（聚丙烯）相似的强度和耐久度，PLA 可降解吸管在使用体验上也与聚丙烯吸管相似。
据浙江海正生物招股书中数据，2021 年国内 PLA 的市场价格在 2.5-2.9 万元 / 吨，而传统塑料 PE、PS、PP 的市场价格在 0.8-1.4 万元 / 吨。PLA 相比传统塑料的材料成本高 2-3 倍，目前仍有明显差距，严格的禁塑政策仍然是下游塑料制品行业选用 PLA 替代不可降解塑料的主要驱动力。
在工业生产中，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开环聚合法。目前主要采用的是后者，因此 PLA 产量与丙交酯原料的供给高度相关。
在 2021 年之前，国内企业生产 PLA 所使用的丙交酯长期依赖进口，成本较高。但在 2019-2020 年，全球范围内的丙交酯持续性断供对国内 PLA 产能造成负面影响，也迫使国内 PLA 厂家通过与高校或科研机构合作，开始自行研发生产丙交酯工艺，通过突破技术壁垒来解决进口替代的问题。
目前在全球范围内，已经完全掌握 PLA 全流程工艺的公司共有四家，分别为美国 Nature Works、荷兰 TCP（Total-Corbion PLA）、以及国内的丰原生物和海正生物，国内这两家企业已经逐步摆脱对进口丙交酯的依赖。另外金丹科技（300829.SZ）与中粮生物部分掌握了 PLA 生产工艺。
据前瞻产业研究院统计，2021 年全球 PLA 产能为 50 万吨，其中美国 Nature Works 是全球生产规模最大的公司，产能约 15 万吨 / 年，荷兰 TCP 与我国丰原生物均为 10 万吨 / 年，海正生物为 3.5 万吨 / 年。
在丙交酯摆脱进口、实现自供之后，国内 PLA 产能将迅速赶超国外。美国 Nature Work 和荷兰 TCP 目前在建产能 7.5 万吨和 10 万吨，预计 2024 年投产。而国内 PLA 龙头丰原生物一家的在建产能就已达到 70 万吨，预计未来 3-5 年内投产，国内整体在建产能已达到 252 万吨。
PHA 在性能和环保上拥有多重优势，成功量产后前景广阔
PLA 采用化工合成法，具有良好的生物安全性、力学性能和易加工性，成本在生物降解塑料中较低，适用于大规模的日常塑料制品，如购物袋、餐盒、吸管等；但它的生物降解条件要求苛刻，耗时长并且无法自行降解。
而 PHA 的出现恰好弥补了这一缺陷。
PHA 是一种存在于细菌等微生物细胞中的天然聚酯，是一种高分子生物材料。PHA 既是细菌在生长条件不平衡时的产物，也是微生物体内的碳源和能量的储存物质。PHA 具有抗凝血性、疏水性和光学异构性，在体内与细胞有良好的生物组织相容性，因此在医学领域具有广泛应用。由 PHA 制成的手术缝合线、可吸收手术膜等医疗器械已在美国获 FDA 批准上市。
在生产工艺上，PHA 采用生物合成法，利用微生物的自身代谢来合成产物，由多种蛋白和酶参与微生物发酵，生产过程中的碳排放量非常低。在降解要求上，PHA 无需经过堆肥就可以在自然环境中降解，降解时间可控，最终降解产物为二氧化碳和水，对细胞无毒性，降解过程省力且具有循环利用价值。
区别于拥有单一结构的 PLA，PHA 通过改变菌种或发酵工艺可拥有多种结构，可以满足下游多元化消费场景需求。目前已发现的 PHA 单体的种类已经超过了 150 种，构成了一个庞大的高分子家族，此次微琪生物的基地将是世界上能够生产 PHA 类型最多的产线，率先量产的产线将生产 PHA、PHB 和 P34HB 等混合出的数十种材料。
来源：微构工场
PHA 材料的性能如此优异，但如何提升产量一直是困扰科研人员的难题。
据 European Bioplastics 统计，2020 年 PHA 全球产能仅为 3.6 万吨，在可生物降解塑料产业结构中仅占 3%。在元气资本 2021 年 4 月 1 日，蓝晶曾预测未来 20 年内 PHA 的需求量将达到 1000 万吨，涉及 4 亿美元市场规模。
2020 年全球可生物降解塑料产业结构（资料来源：European Bioplastics）
在《财经涂鸦》2021 年 4 月 6 日对曾提及，作为代替石化合成塑料的可降解材料 PHA，因生产成本极高，一直未能得到规模应用。PLA 相比传统塑料的材料成本高 2-3 倍，PHA 更是比 PLA 的成本还要再高 2 倍。原料成本、设备运行成本以及产物纯化成本是压在 PHA 制造上的 " 三座大山 "。
在实验室中无论多么高精尖的技术突破，最终商业落地还是要聚焦到两个问题：能否克服工业制造中的种种问题、实现大规模量产？以及成本是否足够低到客户愿意买单？
蓝晶微生物和微构工场两家本土公司均在 PHA 技术研发和商业落地上取得了突破性进展。
微构工场成立于 2021 年，其创始人陈国强教授是清华大学合成生物与生物材料学系主任，已经在 PHA 研究领域深耕了 30 余年。2022 年 1 月，微构工场获得由国家混改基金领投，国中创投 - 国家中小企业发展基金，以及红杉中国等老股东跟投的 2.5 亿元 A 轮融资。
蓝晶微生物成立于 2016 年，截止 2022 年 1 月，蓝晶微生物先后完成了总额近 15 亿元人民币的多轮融资。两家企业均在菌种涉及和发酵工艺环节积累了多年的经验，并于今年开始实现 PHA 大规模量产。
工业大规模量产会出现很多实验室中无法预测的难题。
在实验室中，发酵菌种可以执行严格的高温、密闭并且无菌的操作环境。但是在工业量产中，完全无菌的环境是难以达到的，一旦放大生产，对压力、温度等各种精细的调控，会使得难度系数成倍数增加。
对于传统底盘细菌而言，一旦外界菌种进入污染整个体系，会导致 PHA 转化效率下降，甚至不得不重新倒灌生产。两家公司均在菌种设计和发酵工艺上拥有自己的技术壁垒。
面对这一问题，微构工场和蓝晶微生物选择的解题思路（菌种）略有不同。微构工场使用嗜盐菌作为低成本的混合基质，可以适应高盐工业环境、并且即使工业流程中混入其他细菌，也可以保证转化效率；而蓝晶微生物选取油田土壤中的耐油细菌，该细菌同样对生长环境和发酵要求不高，能稳定合成产出高性能的 PHA 材料。
PHA 材料是一个成本领导型市场，规模化生产问题一旦得到解决，PHA 将拥有广阔的应用前景。
尾声：国内外合成生物领域的投融资热潮仍将延续
2021 年，国外合成生物学独角兽 Zymergen（ZY.US）和 Ginkgo Bioworks（DNA.US）相继登陆资本市场，也带动了国内外合成生物领域一二级投融资市场热度。2022 年，合成生物学的热潮也从国外传递到了国内。元气资本整理了近期国内合成生物领域投融资事件，目前还是集中在天使轮和 A 轮的早期融资，化工和医药是合成生物技术应用最广泛的领域。
在曾提及，在 ESG 需求的驱动以及双碳政策的扶持下，合成生物企业的市场空间和发展前景非常可观，但规模化生产和商业化落地一直是合成生物的盈利难题。
Zymergen 和 Ginkgo 作为合成生物 " 平台 "，前期科研投入高昂，而仅来源于研发外包服务（CRO）的收入是有限并且难以持续的。若自身无持续的造血能力，即使能够持续从资本市场获得融资，一时的热度过后估值也往往会回落到冰点。
蓝晶微生物的创始人张浩千表示，蓝晶从一开始就决定将科研产品化，而不仅仅停留在研发外包。从科研到产品建立全产业链的公司才能拥有持续的市场竞争力。
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