以经济学视角看生物基BDO市场潜力及未来赢利空间

以经济学视角看生物基BDO市场潜力及未来赢利空间

王绪

（上海华峰新材料研发科技有限公司 上海 201315）

摘要：BDO是一种非常重要的精细化工中间体，下游可生产多种高附加值衍生品，自BDO问世以来，各种生产工艺可谓百花齐放、各具特色，在一定的市场条件下均具有工业化价值，非常值得工艺技术开发及产业链相关人员研究学习。我国在技术引进的基础上不断优化开发并建成了大量的BDO生产装置，为全球BDO的产业化作出了巨大贡献，截止2021年，我国BDO总产能已超过200万t/a，居世界第一。近年来，随着合成生物学不断发展，生物基来源的BDO也逐步出现在公众的视野中。本文梳理了国内外BDO最新生产技术进展情况，并结合经济学中边际成本理论对生物基BDO的市场前景和未来赢利作了简要分析和预测。

关键词：BDO; 生物基；产能；市场；应用前景；

中图分类号：TQ323.8     文献标识码：A  

1  BDO行业发展概述

BDO是一种重要有机精细化工中间体，下游广泛应用于聚氨酯，工程塑料，高档化学纤维及制药、高性能溶剂，超市购物袋、农用地膜等行业[1-3]。

BDO生产工艺众多，最早的生产工艺可以追溯到20世纪德国人 Reppe 开发的以乙炔和甲醛为原料的炔醛工艺，该生产工艺迄今为止仍占据着主要地位；到了上世纪七十年代日本三菱化成公司又开发成功以丁二烯、 醋酸为原料的工艺技术；八十年代末英国的Davy公司开发了顺酐气相加氢工艺；进入九十年代，美国利安德开发成功以环氧丙烷为原料的烯丙醇法生产工艺；同期英国BP和德国鲁奇公司合作经过三年的努力开发成功以C4馏分为原料的“Geminox”工艺，该工艺由正丁烷制顺酐， 再由顺酐制1，4-丁二醇，也成功实现工业化生产[4-5],目前在全世界范围内占主流的是经BASF等公司改良后的炔醛法BDO工艺，据文献报道改良后由于采用低压反应催化剂，其操作和投资费用减少了10%-20%[6]。近些年来，随着合成生物学技术的不断发展，以生物基为原料的BDO也出现在广大消费者的视野中。

生物法工艺是目前BDO生产最新工艺路线，以糖类或其他生物质材料为原料，通过发酵及催化反应生产BDO，目前较具有工业化前景的BDO生物技术分别为葡萄糖发酵技术和琥珀酸技术，根据其技术步骤，也称为一步法和两步法技术。

葡萄糖发酵技术的生产原料为淀粉基及纤维素糖类，通过发酵由糖类物质与水、无机盐和微生物混合而成的微生物得到BDO。2011年5月25日，Genomatica公司的研究人员发布他们已成功利用大肠杆菌（E. coli）代谢工程直接生产BDO，该成果发表于《自然化学生物杂志（Journal Nature Chemical Biology）》。该技术生产BDO的转化率可达到90%以上，发酵生成BDO后需运用超滤技术、离子交换技术及蒸馏分离技术回收、提纯反应产物[7]，由于整个过程只需要一步便能得到BDO，因此又称为一步法工艺。

琥珀酸技术指的是在发酵过程中先合成琥珀酸，随后酯化后再通过加氢反应转化为BDO，该技术由美国生物基化学公司Genomatica率先研发。国内山东兰典与中国科学院（天津）工业微生物研究所合作研发，成功开发出该技术并实现工业化应用，由于该工艺先得到生物基琥珀酸，再通过化学法得到BDO，因此也被称为二步法工艺。

2  BDO下游需求及发展趋势

中国BDO市场需求具有非常大的潜力，2021年BDO消费量共计168万吨，其中生产四氢呋喃占总消费量的55%，用于生产聚四亚甲基醚二醇（PTMEG）、医药中间体等；用于家电业、彩电行业的PBT树脂约占BDO消费量的20％；γ-丁内脂约占总消费量的13%；其他如PU，PBAT/PBS等应用占比较小。

2.1 四氢呋喃（THF）/聚四亚甲基醚二醇（PTMEG）

THF是一种重要的有机合成原料和优良的溶剂，呈液体状态，无色、透明，通常用于反应溶剂、色谱溶剂、化学中间产物、树脂溶剂以及一些医学药品中，其最大的下游是用于生产PTMEG，PTMEG是制备嵌段聚氨酯和聚醚弹性体的重要原料，具有纺织顺性高、机械强度大、耐老化和耐化学品的优点；与聚酯多元醇相比，PTMEG具有良好的抗水解性，因此被广泛应用于制备氨纶弹力纤维、聚氨酯弹性体、高回弹泡等高档聚氨酯产品中。未来，随着国际国内双循环政策的促动，以及技术进步和TPEE等新材料技术壁垒的突破，聚氨酯弹性体和酯醚共聚物有望成为PTMEG行业未来发展的新增长点[8]。

2.2 聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）

PBT在七十年代最先以工程塑料的面貌出现在国际市场，并在电气工业、汽车工业及设备制造业获得了应用。PBT 树脂以其优良的力学性能、电性能、耐热性能、加工性能在电子电器、汽车工业和机械、仪器仪表和家用电器等领域中得到广泛应用[9]。PBT纤维既具有涤纶的耐气候性、尺寸稳定、抗皱等特点，又具有锦纶的手感柔软和耐磨性能，其弹性恢复优于锦纶，染色性能优于涤纶，可常压沸染。此外，用PBT纤维制成的织物能随身运动，穿着十分舒适和贴身，可与氨纶织物媲美。由于性能优异，PBT一直是市场的热门产品。

2.3 可生物降解塑料聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯（PBAT）

PBAT兼具PBA（聚己二酸丁二醇酯）和PBT（聚对苯二甲酸丁二醇酯）的特性，既有较好的力学性能，又有较高的延展性和断裂伸长率，还具有优良的生物降解性，是一种性能优异的可生物降解塑料，下游广泛应用于超市购物袋、垃圾袋、快递包装袋、农用地膜等领域。随着“限塑令”的推出和绿色消费市场的扩大，PBAT等可生物可降解塑料呈现出良好的市场前景，成为当前国内降解塑料领域投资和关注的热点。BDO是可生物降解塑料PBS和PBAT的主要原材料，随着各国限塑令的逐步实施，新兴的可降解塑料产业将会消耗更多的 BDO[10]，从而对 BDO 消费形成极强的拉动效应，成为BDO新的消费增长点。

2.4 N－甲基吡咯烷酮（NMP）

NMP是生产锂电池电极非常重要的辅助材料。NMP用于溶解正极粘结剂PVDF，以及锂电池碳纳米管导电浆料(CNT)的扩散液，分别影响涂布质量/效果、改善锂电池能量密度，具有沸点高、溶解力出众、挥发度低、选择性强、热稳定性好、吸湿性强等特性。NMP的市场规模和需求随锂离子电池的增长而增长，2021年我国新能源汽车销量352万辆，同比增长157.6%，销量连续七年位居全球第一位。2020年国务院办公厅印发的《新能源汽车产业发展规划（2021-2035年）》明确了未来新能源汽车的发展目标，提出到2035年纯电动汽车成为新销售车辆的主流，公共领域用车全面电动化。

2.5 聚氨酯（PU）

聚氨酯因其卓越的性能而被广泛应用于建筑、汽车、冶金、电子、国防、医疗和家居等行业，被誉为“第五大塑料”。合成聚氨酯的主要原料包括多异氰酸酯，聚合物多元醇及扩链剂二元醇类，其中多异氰酸酯主要是二苯基甲烷二异氰酸酯（MDI）、甲苯二异氰酸酯（TDI）等；聚合物多元醇主要有聚醚多元醇和聚酯多元醇；扩链剂二元醇主要包括BDO和1，6-己二醇等[11]，其中由以BDO用量最大、最为广泛。

3 生物基BDO市场潜力及未来盈利空间

在全球倡导 “碳中和、碳达峰”背景下，生物基材料发展是必然趋势，就国内情况来说，按照中央部署：到2025年，绿色低碳循环发展的经济体系初步形成；单位国内生产总值能耗比2020年下降13.5%；单位国内生产总值二氧化碳排放比2020年下降18%；非化石能源消费比重达到20%左右等等。相较于传统石油基BDO，生物基BDO使用可再生原材料，可减少生产过程中60%的温室气体排放，有望逐步代替石油基BDO。随着国家发布《“十四五”生物经济发展规划》，以生物基材料替代传统石油化工材料成为热点风口和发展方向。

生物基产品越来越受到市场的重视和消费者的欢迎，韩国晓星公司开发的生物基氨纶品牌creora® Bio-based氨纶一经推出，便受到市场的追捧，杜邦公司开发的生物基纤维品牌sorona® 具有37%的生物基含量，目前已受到全球消费者的认可，科思创公司也推出了生物基TPU品牌Desmopan® EC，也在行业内起到引领作用。以生物基BDO为原料，可以得到生物质含量更高的氨纶，弹性纤维及TPU，2022年9月，莱卡公司宣布已与 Qore签订协议，将成为世界上第一个大规模使用生物基BDO进行生物基氨纶商业化生产的公司。以生物基BDO为原料制成的可降解塑料PBAT、PBS等产品具有生物基和可生物降解双重属性，即能满足降低碳排放的要求，又能兼顾产品使用后随便丢弃造成环境污染的问题。

然而，我们也看到由于生产技术壁垒高，生物基BDO现有产能仍然偏少，国外主要参与者包括意大利Novamont、美国Genomatica、德国BASF等。目前全球仅有8.5万吨生物基BDO产能，除国内兰典生物有2万吨/年产能外，国外主要为Novamont和BASF的各3万吨/年，而且Novamont和BASF生物基BDO主要自用，仅少量对外出售，严重影响了下游大规模开发和推广。针对生物基BDO产能不足的情况，国内化工公司也在积极开发和布局生物基BDO产业，元利科技（603217）宣布已研发成功生物基BDO并完成国外客户送样检测，下一步将实现产业化生产；金发科技（600143）1万吨/年生物基BDO项目已进入环评公示阶段，预计2023年底建成投产。从前文分析中可以看到，BDO的市场具有非常广阔的空间，目前影响BDO市场规模和利润的最大问题是其生产成本过高，一方面，生产企业利润太低不愿意生产，另一方面，由于其销售价格过高，客户也不愿意为更高的成本买单。

经济学原理中边际成本是指每一单位新增生产的产品（或者购买的产品）带来的总成本的增量。边际成本的变动规律：一般来说，新开发的产品在产量开始增加时由于各种生产要素的效率未得到充分发挥，因此，产量很小，成本较高，随着生产的进行，生产要素利用率增大，产量的增长速度大于成本的增长速度，所以边际成本随产量的增加而递减，当产量增加到一定程度时，由于边际收益递减规律的作用，边际成本又随产量的增加而增加。因此，边际成本曲线是一条先下降而后上升的“U”形曲线。生物基BDO作为新兴的产品，其生产同样符合该规律，在生产的初期，技术开发和新建装置等都需要较大的资金投入，此时单位产品的生产成本非常高，等达到一定的生产规模时，再生产额外单位产品的成本就越来越低，生物基BDO属于新兴产业，新的技术在不断进步和发展，产能也在不断扩大，未来随着生物基产品技术突破和产能的不断扩大，生物基BDO的边际生产成本必然会进一步降低，届时生物基BDO市场规模和利润必将迎来双双增长。

4 结论

BDO 具有良好的工业价值，下游产品附加值高，但目前大规模工业生产仍以石油化石原料为主，随着人们环保理念的提高和生物法工艺的不断成熟，生物基BDO替代石油基产品是必然发展方向[12]。目前，欧美及日本等在该方面的研究已进入逐渐成熟的阶段，我国也有众多公司开始布局生物基BDO产品，随着技术的进步和产能的增加，在边际成本递减规律的作用下，BDO成本必然会大幅下降，目前供不应求的局面必将被打破，生物基BDO的价格也自然会降至合理水平，随着其产量的增加和需求的增长，其应用规模及赢利必将迎来爆发式的增长。

参考文献

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