植物基新材料时代的机遇与挑战何在？｜唠科4圆桌回顾②

植物基新材料作为一个新兴产业正在强势增长，预计将催生出上百亿的生态市场规模。据了解，2020年美国植物基食品零售额增长了27%，市场规模达到70亿美元；而预计到2025年，全球植物基市场价值将达到406亿美元。

植物基新材料正不断覆盖医、食、美、安等各个领域，除了在产品上紧跟消费者需求不断推陈出新以外，玩出更多花样也是一个必然趋势。如何在技术、原料、产品、市场全产业链环节实现植物基新材料的创新发展？

知耕【唠科】第四期围绕“生物基不只是微生物！聊聊植物基新材料产业化的那些事”主题邀请植物基新材料领域专家和产业代表翔港科技研发总监张昊先生、三黍生物总经理周文智博士、宁波糖聚总经理周孟博博士、西南大学软物质材料化学与功能制造重庆市重点实验室黄进教授及知耕创始人曹树民博士共同探讨植物基新材料的技术商业化问题。本期系列第二篇文章将继续探索植物基新材料行业的机遇与挑战。

上期精彩内容Design in China的植物基新材料来了吗？｜唠科4圆桌回顾①

既是材料又是载体，植物基新材料融汇多学科多行业特色

生物基新材料包括植物基新材料在内不仅是作为一种材料，本质上还是一种载体。一方面他们是多技术交叉融合的载体，在材料的各个环节，从设计、合成、制造到应用的一系列过程中都涉及合成生物学、智能制造、人工智能等交叉技术，同时也拥有更多的技术创新空间。

另一方面，材料作为载体也融合了多行业特色，从单一行业的点状创新到多行业的多点开花式创新。面对植物基新材料的这种产业结构画像。产业链不同环节点的群体也有不同的看法，同时机遇与挑战也将并行，如何聚力突破，各环节也各抒己见。

目前植物基新材料产业机遇挑战何在？

科研端基于市场需求导向的材料创新数据库至关重要

谈及植物基新材料，不得不说生物经济中的生物质替代。经过十余年的概念进化、战略推进与行动实践，生物质利用已涵盖包括食品与营养、生物制药与健康、生物炼制、生物能源、生物酶、生物化学品、生物材料、环保与生态服务等众多领域。应用场景的创新给为生物质相关产业变革与经济社会绿色转型带来新的时代机遇。但材料创新的同时还需要解决应用成本、环保问题带来的持续挑战。以PP材料为例，虽然解决了大宗原料问题，但是刚上市时仍旧成本高昂；即使目前石油炼制技术已经相对成熟，但是面临环境可持续挑战，产业仍需要不断提出面向市场环境及客户需求的创新方案。

另一方面，抛开成本等因素，在国内，植物基新材料领域制约产业发展的核心要素是数据资源问题——基于市场需求导向的材料创新数据库至关重要。在国内，材料创新数据库资源有限，难以匹配下游需求。例如华东地区改性塑料拥有很大的市场空间，但是仍旧需要庞大的数据库进行匹配并适时的满足细分的市场需求。材料创新数据库（性能表征、改性工艺、复配配方等）在整个产业体系中扮演了重要角色。

如何构建系统完善的材料创新数据库？首先需要准确定位上下游需求，其次考虑技术筛选匹配，最后形成从原料到产品再到市场的供应链体系。其中美国3M公司有一套数据库系统，系统中拥有不同特性和不同应用方向的材料，该材料也可以进行融合创新应用，比如3M的车贴反光膜几乎垄断全球市场，并且具有低成本高利润，这种材料是通过涂布工艺、成型工艺结合材料的光学机构及遮光性反光性等光学性能研发而成，具有优秀的光学性能。

总之，植物基新材料行业机遇关键在于在应用创新的基础上解决成本问题，并且搭建基于市场需求导向的材料创新数据库与人才团队。同时行业需要沉下心去探索，不断发现亮点优化公司产品链体系，形成自己的特色，最终产业端环节抱团解决整个产业链的问题。

原料创新端突破原料限制，产业需要具备主动改造植物的能力

植物基新材料缘何成为行业宠儿？因为其有望从源头解决产业原材料的问题，同时随着中国微生物合成、发酵工艺等技术日益成熟，植物基新材料将辐射农业、食品、医药、能源、化学品、生态等多应用领域。

在植物基新材料行业发展进程中，行业大多是被动的应用，即植物产生什么成分，企业利用成分研发生产。因此，产业更需要具备主动改造植物的能力，突破原料限制研发需要的产品，这既是机遇也是挑战。通过基因工程技术的方法操纵植物的基因，从而改造植物，同时随着政策监管的逐步放开，这些创新改革也将为植物基新材料行业打开商业化的大门。

在此背景下，三黍生物在研发淀粉产品时，也会依据淀粉原料品质结构建立不同的数据库，结合市场端需求进一步改进整体技术研发，从而使产品能适用于整个应用环节。目前在三黍的研发体系内有一种特种淀粉能提高包装材料中淀粉的添加量，比如制作的纸盒可以将淀粉含量从20%～30%提高到60%～70%，且性能有保障，目前正处于实验室阶段。其次这种淀粉做成包装材料后，产品的吸水性整体降低。三黍生物也发现几种实例通过从原料端改变淀粉的分子结构再进行简单的化学或物理改性，很容易改变其固有弊端。

近几年，随着中美贸易对国内大宗原材产品的限制，突破原料进口限制实现自主创新尤为重要，改造植物正好迎合了国产自主的需求，由此也推动了淀粉基材料、植物蛋白、植物脂肪等领域的商业化可能。同时随着双碳、基因编辑、种子法等政策的颁布，植物基新材料科研产业飞速发展，为衣食住行提供更多绿色可替代方案。

中游工艺端探索复合型新型材料，组合开启创新应用场景

通过将每种材料各取所长得到新型生物基复合材料也是一种创新的替代方案，同时兼具轻量化、高强度等性能，满足市场需求及环境友好特性。

如浙江鑫宙竹基与国际竹藤中心研发团队研制的竹缠绕复合材料，以竹子为基材树脂为胶黏剂，采用缠绕工艺加工成型的新型生物基材料可以广泛替代不可回收的高污染和高能耗原材料，具有低碳、节能、减排等优势；

纳米纤维素作为一种新型植物基新材料，被用作许多聚合物复合材料的增强添加剂，以提高其力学和光学性能弥补材料不足。纳米纤维素能够降低氧气和水蒸气的渗透性，用于包装对氧气和水蒸气敏感产品。也可作为增强剂、助留剂、印刷助剂、涂层粘合剂和控制水蒸气和氧气传输的阻隔剂等，被用于纸张生产的各个阶段。还可以被用作无机填料的替代品，用于保持纸张的强度。同时纳米纤维素可用于制备水凝胶和气凝胶，其界面活性潜力可用于食品配方中的增稠剂和质地调节剂，改变凝胶温度和粘度。在化妆品配方中，利用纳米纤维素的亲水性和形成稳定分散体的能力，生产适合头发、睫毛、眉毛和指甲的化妆品。

总之，未来纳米纤维素在包装、造纸、食品、化妆品等应用赛道皆具有广泛的应用市场价值，这也是植物基新材料领域的机遇与突破。

下游产品端以垂直角度，挖掘材料潜质开拓领域创新

植物基新材料行业在技术壁垒上的突破难度还是比较大，以垂直角度去提升应用反而更容易。翔港科技研发总监谈到几种颇具潜力的应用场景。

在造纸行业，纳米纤维素作为纸张表面防水材料，在冷饮、牛奶等产品的防水外包装上起到重要作用，具备热稳定性、光学力学性能好，防水防菌，节能环保等优点。

在食品包装行业，植物基新材料可以作为蛋糕等食品的外包装，这种纸张的传统生产方式是树木经过化学漂白等工艺加工而来，原料获取上无法实现可持续发展。使用淀粉基材料进行自主创新替代可以解决此类问题，但是也需要克服纸张对材料性能的要求。

在其他应用领域，随着绿色消费习惯在人们的意识中不断崛起，植物基新材料也逐渐走向生活。国外企业利用玉米生产生物乙醇，国内也在开拓新路线利用淀粉研发非食源性生物乙醇；利用秸秆毛竹等材料复合生产大型管道；利用竹浆替代木浆制作餐巾纸；利用植物纤维生产一次性日用品；利用竹叶中纤维素结合高分子树脂拓展在建筑及工程塑料行业的应用。

值得一提的是，日本的环境材料、新能源材料和电子半导体材料等领域在国际市场占有绝大份额，并且在工程塑料、碳纤维、精细陶瓷、有机EL材料、非晶合金、汽车钢铁材料、铝合金材料等方面具有明显优势。同时日本也提出“材料整合”项目、超高端材料/超高速开发基础技术项目”等政策指导。这些举措也为国内企业发展提供了借鉴意义——通过政府、企业及资本端联合，遴选技术路径，挖掘具有潜质的应用材料，推进产品商业化。

可以预见，科研、企业的探索步伐不断，不同应用方向的新材料将层出不穷，惠及社会的创新方案也将愈来愈多。完善原料，研发、制备、生产、产品等关键技术体系突破，健全产业链人才团队、市场管理、政策推广等生态体系圈层至关重要，行业需不断以科技创新和经济发展推动产学研合作，突破植物基新材料产业发展的技术瓶颈和体制约束，增强行业自主创新能力，为植物基行业全产业链实现进阶式发展。