【倍特化工專欄】2020年中國高端生物降解農膜材料市場需求依然處于旺盛階段

2019-11-06 11:41:24 國際知名專家 顧超英 355

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農膜,作為中國第四大農業投入品,常常讓種植戶既焦慮又欣喜,從2017-2019年農膜產業在全國各地、各重點作物示范數據顯示,當肥料和農藥等施用方法及管理技術相同時,農膜能夠起到作物增產約20%、促進提前上市、減少病害等功能。尤其是提升農產品品質,如:口感、色澤、微量元素和維他命含量等效果顯著。而另人焦慮的是,目前基層農戶甚至服務商在挑選農膜時,尚不具備良好的鑒別能力,以至選錯產品引發作物減產風險。而當下,這一問題的嚴重性并沒有被廣泛認識。

最近一段時間里,天氣逐漸轉涼,即將進入2019跨入2020年的冬季了,而國內地區一些相關行業中的業內人士開始關心起農膜生產與銷售狀況了,如何挑選一款最能促進當地作物“增產提質”效用的農膜?未來,農膜科研創新往哪發力?很多熱點問題在2020年以后依然還是熱議和有效研發和實施階段中。

農膜是用于覆蓋農田的一種塑料薄膜,能起到保持土壤水分、提高地溫促進作物快速生長的作用,按種類可分為地膜和棚膜。農膜與種子、農藥和化肥一樣,已成為現代化農業實現穩產、高產不可缺少的重要生產材料。因為農膜可以應用到大棚中,關乎所有消費者“菜籃子”工程,所以必須高度關注。如今,我們每個人可以吃到新鮮的蔬果水果等等已經非常容易,這確實要歸功于棚膜。據悉,棚膜可為作物提供一個良好溫度、濕度及光質量的小氣候環境,防止病蟲害及減少自然災害的影響,提高作物的產量及品質,這對地理氣候差異大的我國提供作物錯季供應極為重要。

確實,農業生產離不開農膜的保駕護航,農膜高端化、多功能化趨勢的發展離不開材料的不斷持續創新。盡管農膜產業發展僅短暫40年,但技術迭代創新速度迅猛,而推動農膜創新研發的核心,永遠是給消費者提供真正的價值。無論是現在還是未來,中國農膜的創新發展對作物增產提質起到了至關重要的作用。但危機也日益浮出水面。地膜殘留超標將直接導致作物減產,小麥減產幅度2%-3%、玉米10%、棉花10%-23%……回收地膜勞動強度大讓這一循環惡化,作為中國“十三五”重點研發計劃材料專項農膜項目任務——生物降解地膜將有望破解這一難題。

而全生物可降解地膜降解最終的產物是二氧化碳和水,這就意味著可解決地膜的“白色污染”,有效控制土壤的溫度和濕度,減少土壤水分和養分的流失,能進一步促進農作物穩產、高產,保障農業生產的效益。大蒜鋪設生物降解地膜,增產幅度為5%~11%;花生可增產6%~8%……。中國一些研究機構也已在馬鈴薯、玉米、棉花、西瓜、芋頭、草莓、煙草等16種作物上示范應用超過2萬,效果喜人。目前,生物降解地膜生產成本仍存在較大壓縮空間。解決這一問題,生物降解地膜將實現爆發增長。

另外,關于下一代農膜產業創新方向方面,也有行業人士認為將通過添加功能助劑、優化加工工藝,顯著提升功能膜性能;把高透光高散射高保溫超長壽自潔防塵功能膜作為中國第五代功能農膜,大力研發推廣。同時,面向嚴寒地區日光溫室冬春長季節栽培,進一步開發推廣高透光高透明高保溫超長壽自潔防塵功能膜,有效提高嚴寒地區日光溫室冬春生產安全性、產能和節本增效。秦立潔號召產業應用“五層共擠功能膜”創新研發成果。

中國市場上,經過多年發展,棚膜已發展到第四代——涂覆型聚烯烴功能性膜。特殊的納米材料涂覆工藝使涂覆型聚烯烴功能性膜功能與壽命同步。然而,國內這種高端棚膜的性能與國際領先產品仍有較大差距,目前還存在防霧滴、防塵功能有效期不足、棚內外光強比和光合作用效率偏低等問題,且性能隨使用時間增加而下降。農戶使用同一棚膜的時間大多未超過兩年即重新換膜。、

根據調查發現:LLDPE原料的下游需求中薄膜領域的消費占比約為85%,其余為注塑、電線電纜、滾塑等領域。以LLDPE為原料的塑料薄膜集中在兩大領域,農膜占比30%,包裝膜占比70%。中國塑料薄膜消費逐年提高,近5年復合增長率在10%左右。根據調查獲悉,聚乙烯一半以上應用于膜類(包括農膜、包裝膜等),20%用于注塑吹塑類,另外還有少部分用于管材管件,電線電纜等。2018年三季度是聚乙烯傳統的需求旺季。以農膜為例,8月左右是棚膜儲備期,9-11月份是旺季,下游農膜行業開工率陸續提升,需求逐步釋放,預計會對聚乙烯價格有一定提振作用。

回顧2017年全國地膜用量約160萬噸,覆蓋土地3.9億畝,并且以不可降解的聚乙烯為主。地膜使用后回收成本高且回收困難,使得很多地膜用后沒有回收,在土壤里的殘余量逐年增高,有的省份每畝耕地中地膜已超過10公斤,土壤質量下降,導致作物減產,危及國家18億畝耕地紅線和糧食安全。

值得一提的是:中國自生產農用塑料薄膜至今,取得了兩個世界第一,即產量第一和覆蓋面積第一,大致相當于世界其他國家總和的1.6倍。據不完全統計,目前全行業擁有農膜生產企業近千家,生產能力200萬噸以上,其中年生產能力萬噸以上的企業約60家,大型骨干企業約30家,其生產能力和年產量均占全國總量的60%。棚膜年耗用量已達70萬噸,覆蓋面積達5000萬畝;地膜年銷量約45萬噸,覆蓋面積在2.2億畝以上;農地膜實際消費量已超過120萬噸。

確實,農膜這項技術現在讓農民“又愛又恨”,隨著地膜覆蓋技術普及和應用,地膜殘留污染問題日益嚴重,威脅著農業生產和生態環境。目前,全國農膜回收率不足2/3。2016年,農業環保部門對甘肅部分區域的監測結果顯示,所有監測地塊都有不同程度的廢棄塑料農膜,每畝殘留量多達5-14 公斤,污染隱患相當嚴重。而土壤中殘留的地膜成為風一刮就漫天飛舞的白色污染,回收后的不降解地膜也因無法有效利用通常被焚燒,造成大氣二次污染。

非常可怕的是:回顧中國2015年塑料制品產量達到7560萬噸,廢棄量在3000-4000萬噸之間、甚至更多,回收量為1800萬噸。這意味著每年有2000萬噸左右的廢塑料被填埋、焚燒、乃至隨意丟棄。填埋或傾倒塑料垃圾后,土地便基本失去了利用價值。焚燒可能會帶來更大的問題。這么大量的塑料被應用,其中農業塑料便是其中非常重要的一個種類,如果不科學的使用塑料制品甚至是不去更加理智的去處理好后患?那么對于人類中的萬物生靈就是一次次的災難,更何談在綠色環保無污染下幸福快樂的生存呢?2017年5月,農業部印發《農膜回收行動方案》的通知,加強農膜污染治理,提高廢舊農膜資源化利用水平,提出到2020年,全國農膜回收網絡不斷完善,資源化利用水平不斷提升,農膜回收利用率達到80%以上,“白色污染”得到有效防控。

如今,生物降解高分子材料的出現,成為解決白色污染的一道曙光,引起全世界關注。據悉,回顧2017年中國農膜總產量達到290萬噸,其中地膜用量約150萬噸,位居世界第一,但中國的農膜產業大而不強,中低端產品市場占比高達90%,高端農膜產量低,性能還處于國際跟跑水平。為提高重點基礎材料的技術水平,科技部2016年首批國家重點研發計劃專門設置了農膜新材料項目。上海石油化工研究院科研攻關團隊在高端農膜材料的研發中邁出堅實一步。

針對今后甚至是未來,高端生物降解農膜材料前景將會十分廣闊,無論是中國海事世界各地,綠色革命將持續進行下去,該事業任重道遠。回顧近年來,全球生物降解地膜材料開發在技術層面取得很大進展,在產業化及推廣應用進展上卻比較緩慢。為解決生物降解地膜成本高難題,制造出低成本的生物降解原料是關鍵。自然界中有許多微生物能合成一種生物降解材料——聚羥基脂肪酸酯。雖然這種材料降解快,但成本高是其工業化應用的主要障礙。而清華大學研發團隊利用嗜鹽微生物,通過先進的基因工程技術,開發了節能節水工藝生產聚羥基脂肪酸酯的低成本技術。然而,把這種生物降解材料真正做成地膜非常困難。

最近聽說,面對材料本身弱點帶來的巨大挑戰,上海院研發團隊從材料結構—性能理論出發,通過高分子改性技術創新,經過數百次試驗,克服多種技術難題,成功開發出國際先進的超薄高強高韌生物降解地膜新材料,其使用壽命可根據作物生長需求調節。由于地膜強度提高,實現了機械鋪膜,進一步提高了種植效率,通過降低地膜厚度還可減少農民開支,有助于解決因價格高而用不起的問題。

值得慶祝的是:上海院目前開發的新型生物降解地膜已應用于水稻、玉米、花生、藍莓和蔬菜等作物,使用生物降解地膜使水稻增產達20%。未來,全國生物降解地膜使用量可減少近億畝耕地的污染,能為農民節省地膜回收費用超過百億元。按地膜中生物基含量50%計,未來每年可減少碳排放超過20多萬噸,將產生顯著的生態效益和經濟效益。而2018年7月,農業農村部把全生物降解地膜替代技術列為十項重大引領性農業技術。

要知道:通過新材料合成技術開發和關鍵科學問題研究,上海院聚焦功能棚膜專用料開發,使得棚膜功能永久化,已取得突破性成果。在不到一年時間內,上海院就開發出市場上沒有的多種新型高功能棚膜專用料。長壽命、長有效期、多功能復合棚膜可幫助農戶一次投入就能獲得加倍的使用期,節省中途換膜的時間和人工成本,切實助力農民節約支出、提升作物產量和品質。經豆角、西紅柿、草莓和西瓜等作物的應用示范,新型高功能棚膜專用料目前應用效果良好,特別適合高效越冬日光溫室水果、蔬菜等作物種植。作物的產量、品質較普通棚膜有顯著提高,其中豆角產量提高20%,草莓增產8%,且平均可提前上市5天,產生顯著的經濟效益。

再者,就這個話題,國家更是高度重視,也對未來農用摸提出更高的要求以及未來發展戰略目標。2018年8月份獲悉,國家重點研發計劃項目“功能與壽命可調控的農用覆蓋材料低成本制造技術與產業化”執行年度工作進展匯報會在長春召開。該項目取得多項重要進展,我國農膜研發與應用正在朝多功能、長壽命、可調控、低成本、能降解、專用型方向發展。中國農膜生產和使用量均為世界第一,在發展設施農業、提高資源利用率、實現周年優質高效生產等方面發揮著越來越重要的作用。作物生長需要的兼具多功能、長壽命、專用型大棚膜較少,可生物降解地膜生產成本偏高,產品功能與作物需求不匹配、難調控等突出問題,制約著相關應用。圍繞這些問題,由山東農業大學牽頭,中國科學院長春應用化學研究所、浙江大學、北京華盾雪花塑料集團有限公司和華中科技大學等16家單位共同開展了“功能與壽命可調控的農用覆蓋材料低成本制造技術與產業化”研究,團隊科研人員開展產學研用協同創新,取得了良好成效。長春應化所科研人員通過定制棚膜專用料,突破了長壽命、高接枝、雙光效、強化涂覆協同增效以及低成本制造等關鍵技術,新產品系統調控了棚膜的流滴、消霧、防塵、調光等功能,技改6000噸/年節能高效棚膜生產線,產品部分關鍵指標超過國外同類產品。科研人員探明甜椒、番茄、茄子等作物栽培光質需求,開發的茄果類蔬菜專用棚膜改善作物品質,提高產量10-30%。成果已推廣至國內5家企業,新產品在10個省、市示范應用8萬多畝。

最后,讓我們檢閱下針對農膜問題我們應該如何做?

已經有業內人士推薦一膜兩年用或一膜多年用。不同覆膜方式對地膜使用量有影響,全膜雙壟溝灌使用的農膜量要比全膜平鋪使用的地膜量要多19.00kg/hm2,不同的覆膜方式影響地膜使用量,不同覆膜方式對農作物產量影響不大或沒有影響(P0.05),但對農膜在土壤中的殘留有影響,推薦使用≥0.008mm的地膜。全膜雙壟溝灌覆膜方式和全膜平鋪覆膜方式的農膜殘留對比分析表明,前者地膜使用量比后者要大,增加了21%。全膜雙壟溝灌的覆膜方式地膜在土壤中殘留系數是0.54,而全膜平鋪的殘留系數是4.03,全膜雙壟溝灌覆膜方式中農膜在土壤中的殘留量要小于全膜平鋪的覆膜方式,在土壤中農膜的殘留量要小,說明地膜殘留量受到農膜覆膜方式的影響,推薦使用全膜雙壟溝灌覆膜方式。農田覆膜后玉米產量顯著增加(P0.05),但覆蓋不同厚度農膜后兩個玉米品種的產量變化不明顯(P0.05),說明不同農膜厚度對玉米產量影響不大或沒有影響;農膜厚度對農膜在土壤中的殘留有影響,厚度為0.010mm的農膜比厚度0.008mm的農膜在土壤中的殘留量要小,推薦使用厚度為≥0.008 mm的農膜及降解農膜。

結束語:中國在生產農用薄膜所使用的樹脂材料、助劑開發以及農膜加工技術等方面已經取得了長足發展,但高端農膜占比遠低于發達國家,僅10%左右。材料方面,在高性能農膜新材料開發、農膜與作物需求匹配性、關鍵助劑的國產化、農膜加工過程中材料結構演化規律等方面依然有很大的進步空間。農膜為農業增產、農民增收做出了重要貢獻。由于日益上漲的地膜回收成本,地膜在使用過程中不能實現完全回收,從而導致農田的”白色污染“。在國家倡導推動綠色經濟發展的形勢下,開發并有效推廣新型可降解高分子材料是解決污染問題的最有效途徑。另外,同時國家必須盡快制定相應的政策和法規,逐步用法律法規去約束地膜的使用和回收,形成規矩。確立“誰使用誰回收” 的原則,嚴格規定當年新鋪地膜的殘膜回收率,達不到回收標準的,用經濟手段予以處罰,達到回收標準的,明確給予獎勵和補貼。殘膜回收是世界性難題,估計到2020年,中國會有新的起色,如果能夠做到增量不增加,存量就會逐漸減少,讓我們拭目以待。


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