Биополимеры: драйверы рынка, коммерциализация, риски

Тема создания биопластиков популярна уже довольно давно. Это даже больше связано не с появлением каких-то уникальных решений, а с повсеместными запретами и ограничениями на пластиковую упаковку и одноразовые изделия. Хайп вокруг нее мешает увидеть ключевую проблему: полностью биоразлагаемых пластиков на данный момент в мире не существует. Есть классы продуктов со своими преимуществами и недостатками, ни один из них не соответствует массовому представлению о тотальной безопасности и экологичности:

Мы хотим привести выдержки из двух исследований по вопросу создания биополимеров наших коллег из США и Китая. В первом представлен, скажем так, «визионерский» взгляд на проблему; второе выступает с более практичных позиций. Для китайских товарищей основным драйвером этого рынка является политический фактор. Его емкость и динамика позволяют компаниям копировать и использовать идентичные технологии, не переживая о конкуренции. Американский исследователи делают акцент на потребительском запросе и задаче бизнеса по созданию экологической добавленной стоимости продукта.

Политическое давление в виде запретов не всегда приносит позитивные результаты в отсутствии подходящих альтернатив. Ускоренный переход европейских стран на возобновляемые источники энергии, закрытие сотен генерирующих станций на газе и угле привели к энергетическому кризису 2021 года, остановке десятков производств.
В контексте индустрии пластиков это означает, что на рынок могут попасть некачественные продукты, где биоразлагаемость будет присутствовать только в названии.

В своей статье в журнале Chemical Engineering Gert-Jan Gruder из Avantium пишет о том, что разработка надежных процессов на биологической основе имеет ключевое значение для перехода к экономике замкнутого цикла (циклической экономике). Для того чтобы добиться успеха в инновациях, связанных с биоматериалами, уже существует ряд экономических и технических предпосылок.

Время, необходимое компаниям во всех секторах для достижения экологической устойчивости, уже отсчитывается. Но на современном «акульем» рынке, где инновации являются ключевым фактором прибыльности бизнеса, что может гарантировать реальную стоимость новых биотехнологий? Как сделать «устойчивое развитие» более осязаемым для брендов и потребителей, чтобы одни готовы были вкладываться в эти решения, а другие за это платить?

Эксперты Всемирного банка определили устойчивое развитие как процесс управления совокупностью (портфелем) активов, направленный на сохранение и расширение возможностей, имеющихся у людей. Активы в данном определении включают не только традиционно рассчитываемый физический капитал, но также природный и человеческий капитал. Чтобы быть устойчивым, развитие должно обеспечить рост — или по крайней мере не уменьшение — во времени всех этих активов. Для рационального управления экономикой страны применяется та же логика, что используется для рационального управления личной собственностью.

Понимание драйверов рынка позволяет компаниям, работающим в секторе биотехнологий, приносить реальную пользу с помощью своих продуктов. Современные потребители становятся все более активными в требовании устойчивого развития во всех аспектах своей жизни. Это основная причина, по которой бренды начинают искать экологические альтернативы.

Раньше крупные бренды объясняли свой отказ от перехода к подобным мерам тем, что это слишком дорого и что потребители не готовы за это платить. Ситуация кардинально меняется.

Результаты недавнего исследования в Journal of Environmental Psychology показали, что потребители склонны платить больше за товары, которые по их мнению являются устойчивыми («Green Premium», «бонус-за-зеленое»). Почти 3/4 респондентов заявили, что готовы платить больше за упаковку, которая соответствует критериям экологичности и устойчивости. Такое поведение частично объясняется чувством вины.

Исследованием также было обнаружено, что у потребителей есть мотивация использовать более экологичные бренды. Явление известно под термином «экологичность» («Seen to be Green», «я-выгляжу-зеленым»), оно также побуждает потребителей платить больше за экологически чистые продукты.

Осознание этой движущей силы массового внедрения биопродукции позволяет бизнесу адаптироваться к новым условиям. Потребителям нужны продукты и технологии, которые положительно влияют на окружающий мир (хотя бы в рекламных и маркетинговых материалах), они хотят выделяться этим своим знанием (хотя бы перед собой или соседями).

Тяга к экологически чистым товарам является устойчивым трендом. Но, компаниям, работающим в этом направлении, все еще требуется решить массу вопросов в плане коммерциализации. Можно принять за данность, что сырье на биологической основе в настоящее время является основной альтернативой ископаемому сырью для производства части полимерных материалов.

Масштабирование новых технологий может занять очень много времени, и большинство биотехнологий в настоящее время находятся на относительно ранней стадии технологической готовности. Недавно было сообщено, что менее 1% из 350 млн тонн полимеров в год в настоящее время делается на биологической основе.

Основной задачей для достижения конкурентоспособности при разработке новых технологий на основе биологических материалов является планирование шагов между этапом «такая технология у нас есть» и полноценным коммерческим ее внедрением.

Здесь важно сосредоточиться на потребностях рынка. Например, попытка позиционировать новый материал на биологической основе как «зеленую» версию массового продукта, такого как полиэтилентерефталат (ПЭТ), может вызвать проблемы, связанные с ценой и объемами выпуска.

Более логично сначала ограничить новый материал областью, где он может принести уникальную пользу. В высокоэффективных решениях на основе биотехнологий должна использоваться целенаправленная стратегия, например, ориентированная на требования к упаковке для «дорогостоящих» приложений, таких как газированные, алкогольные напитки, фруктовые соки. Затем можно использовать этот рыночный опыт, чтобы выпускать более массовый продукт по более низким ценам.

Если вы просто предлагаете продукт, потребительские характеристики которого совпадают с массовым, вам сложно будет конкурировать по цене. Может показаться, что на рынке есть место для коммерческого полиэтилена на биологической основе, но когда вы посмотрите на свойства такого материала, он будет на 100% схож с его аналогом на основе нефти и газа. При таком раскладе дифференциация возможна только за счет цены, поскольку производительность одинакова и продукты идентичны.

Это ловушка, в которую легко могут попасть инноваторы, если только они не будут использовать сырье оптимальным с точки зрения химии образом. Например, для превращения сахара в этилен (через этанол) требуется 3,5 тонны сахара на тонну этилена, так как большая часть массы (весь кислород) в этом процессе уходит в CO₂ и воду. В то время как преобразование сахара в этиленгликоль имеет гораздо лучшее соотношение: 1 тонна сахара на 1 тонну этиленгликоля, поскольку вся масса сахара остается в продукте.

Это пример аддитивного продукта на биологической основе, то есть альтернатива на биологической основе по существу идентична действующему материалу. Компании, производящие этиленгликоль и стремящиеся к увеличению объемов производства, могут быть заинтересованы в этой технологии для удовлетворения потребительского спроса. В этом случае биотехнология идеально подходит для замены старых, менее экономичных и менее экологически чистых процессов.

Считается, что к 2050 году производство пластиковой упаковки вырастет в четыре раза, поэтому при движении вперед отрасль должна сосредоточиться на удовлетворении спроса с помощью альтернативных устойчивых решений. Именно здесь новые продукты на биологической основе могут иметь наибольшую ценность.

Биологический продукт или технология должны делать больше, чем просто хорошо продаваться. Они должны приносить реальную экологическую ценность не только отрасли, но и обществу в целом. Сегодня потребители понимают в экологии больше, чем когда-либо прежде. Однако в некоторых областях все еще существует большая путаница.

Потребители часто зацикливаются на идее биоразлагаемости, думая, что пластик, который «возвращается к природе», более экологичен. Неспособность (в масштабах человеческой жизни) к биологическому разложению традиционных полимеров действительно вызывает беспокойство. Улучшение этого свойства, безусловно, поможет бороться с накоплением пластика. Но здесь мы имеем дело с ошибочной логикой.

Биодеградация не только не возвращает сырье в промышленный оборот, но и банально превращает полимер в CO₂, который выделяется в атмосферу, что делает биоразлагаемый продукт материалом с нулевой ценностью для удобрений или компоста. Если мы говорим о пресловутом СО₂-следе, в таком случае он будет выше, чем у традиционного полимера, который просто лежит в земле или желудке морской черепахи.

Для того чтобы добиться наилучшего сочетания характеристик, цель должна заключаться в создании пластика, предназначенного для вторичной переработки, который создает отрицательный или хотя бы сниженный СО₂-след и при этом может разлагаться в приемлемых условиях за разумный период времени (если продукт попадает в природу из-за «человеческой ошибки»). Важно, чтобы биоразложение не происходило при нормальном использовании пластика потребителем, но исключительно под воздействием компостных бактерий и грибков.

Необходимо обеспечить баланс между пригодностью для вторичной переработки и биоразлагаемостью. Новые продукты следует тестировать как в условиях промышленного компостирования (воздух/кислород при 58 °C в почве), так и в условиях окружающей среды. Первый этап должен занять около года, а второй может длиться несколько лет.

При разработке продуктов, которые химически идентичны аналогам на основе ископаемых ресурсов, анализ срока службы и фазы использования может быть актуален не во всех случаях. Независимо от этого, всегда важно учитывать влияние на окружающую среду самой производственной технологии. Оценка эко-воздействия должна также принимать во внимание потребление энергии и истощение природных ресурсов, влияние выбросов и отходов на экологию: изменение климата, летний смог, подкисление и эвтрофикация (опасное чрезмерное содержание питательных веществ в водоемах).

Самые большие возможности в области биологических материалов состоят в определении исходного сырья, которое будет использоваться в качестве «золотого стандарта» в полимерной индустрии. Рассмотрим, например, сахар как альтернативу нефти для изготовления упаковки.

Полиолефины, полиэтилен, полипропилен и полистирол, которые в настоящее время производятся из нефти, не содержат кислорода, и поэтому их не очень логично производить из сахаров, где более 50% молекулярной массы составляет кислород. Если речь о глюкозе в качестве сырья, промышленность должна стремиться производить материалы, которые лучше для этого подходят ― полиэфиры, полиамиды и полиуретаны, которые имеют лучшую (замкнутую) перерабатываемость, а во многих случаях также лучшую биоразлагаемость.

Эти новые пластики на биологической основе предназначены для повторного использования и переработки, при этом они являются «безопасными по природе» ― разлагаются за несколько лет, а не за сотни. Глюкозу можно использовать в качестве сырья, беря ее из источников, где она обычно является отходом (например, лесоперерабатывающая промышленность).

В будущем аналогичный подход в промышленности может быть применен по отношению к злейшему врагу ёжиков, бабочек и Греты Тунберг ― CO₂. Новая область технологий, а именно улавливание, использование и хранение углерода (CCUS, Carbon Catch, Utilisation & Storage) дает возможность брать CO₂ (как принято сейчас считать, самый весомый фактор т.н. «глобального потепления») либо из воздуха, либо непосредственно в результате промышленных процессов.

В сочетании с электрокаталитическими подходами выбросы CO₂ можно использовать в качестве сырья для разработки высокоценных химикатов (например, жидкого топлива для авиации) для замены продуктов, которые ранее производились из ископаемого сырья. Это позволит компаниям компенсировать свои выбросы CO₂ и направлять эти отходы непосредственно в промышленность.

Поскольку правительства практически всех стран мира вводят все больше ограничительных мер в отношении одноразового пластика, а промышленность вынужденно следует за этим переходом от ископаемого сырья к биомассе, мы ожидаем увидеть больше инноваций в производстве таких продуктов.

Правительство Китая поставило перед собой цель к 2025 году создать базовую систему управления производством, распределением, потреблением, сбором и утилизацией пластмассовых изделий.

Биоразлагаемый пластик ― более эффективное решение проблемы загрязнения окружающей среды, чем переработка традиционного пластика, полагают эксперты из Китая в своем исследовании для Huaan Research.

59% пластикового мусора ― результат утилизации пластиковой упаковки и сельскохозяйственных пленочных пластиковых продуктов. Одноразовые изделия из этих групп пластика, как правило, не годятся для вторичной переработки.

В области упаковки, текстиля и сельскохозяйственных пленок чаще всего используют биоразлагаемый пластик класса PLA и PBS; в некоторых областях с высокой добавленной стоимостью PHA широко применяется в материалах для медицинских имплантатов.

Развитие рынка биоразлагаемых пластиков определяется политикой, чисто экономических факторов (традиционные пластики удобнее и существенно дешевле) здесь мало. Запреты на изделия из пластика открывают для этого направления хорошие возможности.

В европейских странах, США, Канаде биоразлагаемые пластмассы развиваются в течение последних 18 лет, и их рынок по-прежнему определяется политикой. Каждый раз, когда вводится запрет, а не просто ограничения на пластик, спрос на биоразлагаемые пластмассы быстро растет.

В январе 2020 года КНР впервые ввела «запрет на пластик», а затем различные провинции и города последовательно сформулировали политику реализации этих мер, что, как ожидается, приведет к быстрому росту спроса на разлагаемый пластик. Мы прогнозируем, что рыночный спрос на биоразлагаемый пластик в Китае в следующие 10 лет достигнет 4,28 миллиона тонн.

Основываясь на графике реализации программы запрета на традиционные виды пластмасс в различных провинциях и городах, получаем цифры:

• в 2025 году спрос на разлагаемый пластик в Китае достигнет 2,38 миллиона тонн, а размер рынка до 47,7 миллиарда юаней;
  
• в 2030 году спрос, как ожидается, достигнет уже 4,28 миллиона тонн, а объем рынка может достигать 85,5 млрд юаней.
  

Согласно статистике, уже 36 китайских компаний находятся в стадии строительства или имеют в наличии план реализации проекта по биоразлагаемому пластику; это в общей сложности мощности на 4,4 млн тонн продукции. К 2025 году возможно достичь 4,76 млн тонн для удовлетворения спроса, при этом дефицит предложения по-прежнему сохранится, что делает вопрос конкуренции на этом рынке второстепенным.

На этом рынке есть и свои риски, предупреждают авторы статьи: переоценка политического давления на промышленность, занятую в производстве традиционных полимеров, и динамики всего процесса, рост цен на сырье, популяризация раздельного сбора мусора и прорыв технологии в переработке пластика, что сделает вопрос биологических альтернатив менее актуальным.

Оба подхода в решению задач разработки и внедрения технологий производства новой пластиковой упаковки и изделий из биопластика, на наш взгляд, не противоречат друг другу. Российским производителям необходимо включаться в существующий на рынке тренд на устойчивое развитие, а отечественным технологическим компаниям предлагать свои инновационные решения в этом направлении.

Если материал оказался для вас полезным - поддержите проект и поделитесь записью!