熱固性材料因其輕巧、高強度、優(yōu)越的耐腐蝕性、電絕緣性及加工易性而廣泛應用于交通運輸、土木工程、體育用品和電氣工程等多個領域。這些材料主要由穩(wěn)定的共價鍵構成，給后處理帶來了巨大挑戰(zhàn)：難以在溶劑或自然環(huán)境中降解，且回收再利用面臨困難，對環(huán)境造成嚴重污染。更進一步，它們的生產(chǎn)消耗大量化石能源，加劇了環(huán)境污染和全球變暖問題。因此，在當前環(huán)保意識增強和化石能源枯竭危機日益嚴重的背景下，熱固性材料的可降解性和回收性成為材料科學領域的主要挑戰(zhàn)。

與此同時，生物基聚酰胺作為一種新興材料，正受到越來越多的關注。這種材料以可再生生物質為原料，結合生物、化學和物理方法制成，具有環(huán)保、原料可再生等優(yōu)點，符合當今“低碳經(jīng)濟”的發(fā)展趨勢。目前，市場上已有多種生物基聚酰胺產(chǎn)品，如PA1010、PA11、PA610、PA410等，雖然在商品化聚酰胺產(chǎn)品中僅占約1%的市場份額，但隨著生物技術和相關新技術的發(fā)展，全球對生物基聚酰胺的興趣持續(xù)上升。在生物基聚酰胺的早期發(fā)展中，常用原料如蓖麻油，近年則更多轉向以葡萄糖為基礎，利用微生物技術生成前體。例如，帝斯曼公司采用淀粉和基因改造技術制備1，4-丁二胺，進而合成PA46、PA4T等。在國內，凱賽生物已掌握了覆蓋生物基聚酰胺全產(chǎn)業(yè)鏈的核心技術，包括菌種構建、微生物開發(fā)、代謝調控和高效轉化技術。

二、 生物基聚酰胺的優(yōu)勢

碳中和推動下，生物基化學品替代部分石化產(chǎn)品是大勢所趨。化工煉制以不可再生的石油資源為基礎，很多生產(chǎn)過程存在高能耗、高污染的問題。而生物法是可靠的替代方案，基于合成生物學理論，用基因編輯的方式構建高效細胞工廠，可以利用生物質資源生產(chǎn)各種化學品，不僅原料可再生，還兼具碳減排功能。根據(jù)中科院天津工業(yè)生物技術研究所統(tǒng)計，和石化路線相比，目前生物制造產(chǎn)品平均節(jié)能減排30%-50%，未來減排潛力將達到50%-70%。

圖 合成生物法利用葡萄糖合成物質

三、 有關政策引領

在全球范圍內，生物基材料的研發(fā)和應用正受到重視和政策支持。

美國政府將生物基材料研發(fā)納入其長期項目計劃，如“生物質研究多年項目計劃”和“生物基產(chǎn)品與生物能源”項目。近年來，美國農業(yè)部、能源部和國防部等機構聯(lián)合提供項目資金和產(chǎn)業(yè)支持。

歐盟在其《持續(xù)增長的創(chuàng)新：歐洲生物經(jīng)濟》報告中，將生物經(jīng)濟視為實現(xiàn)歐洲 2020 戰(zhàn)略、促進智慧增長和綠色發(fā)展的關鍵。

德國在其《國家生物經(jīng)濟政策戰(zhàn)略》中提出，通過推動生物經(jīng)濟發(fā)展，以實現(xiàn)經(jīng)濟社會的轉型，創(chuàng)造就業(yè)機會，并增強德國在全球經(jīng)濟和科研領域的競爭力。

中國在《“十三五”生物產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》中明確指出，應將新生物工具的創(chuàng)制與應用作為核心，建立大宗化工產(chǎn)品、化工聚合材料和大宗發(fā)酵產(chǎn)品等生物制造的核心技術體系。規(guī)劃旨在不斷提高生物基產(chǎn)品的經(jīng)濟性和市場競爭力，建立有機酸和有機胺等基礎化工產(chǎn)品的生物制造路線，以取得相對于傳統(tǒng)石油路線的競爭優(yōu)勢，實現(xiàn)規(guī)模化的生物法生產(chǎn)和應用。此外，規(guī)劃還鼓勵推進化工聚合材料單體的生物制造和聚合改性技術的發(fā)展及應用，特別是生物基聚氨酯等產(chǎn)品的規(guī)?；a(chǎn)和示范應用，目標是實現(xiàn)生物基材料產(chǎn)業(yè)的鏈條式、集聚化、規(guī)?；l(fā)展。

四、 下游創(chuàng)新應用

聚酰胺市場下游主要為紡織、工程塑料兩大領域，需求量穩(wěn)健增長。

23年亞運會的火炬“薪火”在歷屆大型賽事火炬設計中獨樹一幟。在握把材質的選擇上也區(qū)別于以往“金屬”等材質，首次選用了綠色環(huán)保的生物基聚酰胺材料。對于流線型的握把來說，制作上需求材料具有良好的可設計性，同時手持位置，也需滿足握感舒適的要求。

此外，由玻纖或碳纖增強的聚酰胺UD膠帶，在汽車行業(yè)的到廣泛應用，常用于替代金屬材料和結構。UD-Tape還可以焊接到其他熱塑性樹脂材料上，并且當與注塑成型提供的出色形狀靈活性相結合時，可以生產(chǎn)具有足夠強度和剛度的多材料組件結構，特別是在常規(guī)注塑成型無法產(chǎn)生具有足夠強度和剛性的部件的情況下。下圖是碳纖增強聚酰胺UD-Tape零件與常見金屬材料的性能對比。

五、 市場前景

在政策推動和企業(yè)努力下，全球生物基材料，尤其是生物基聚酰胺材料的發(fā)展已逐漸步入大規(guī)模應用和產(chǎn)業(yè)化階段。然而，該產(chǎn)業(yè)的發(fā)展仍面臨挑戰(zhàn)，特別是原料來源和生產(chǎn)成本問題。盡管可再生資源眾多，但并非所有資源都適合生物基聚酰胺制備，因此，可用于此類材料的可再生原料相對有限。目前，為擴大生物基聚酰胺的生產(chǎn)原料來源，多國正開展研究，包括對餐廚垃圾、廢棄紙張、農作物非食用部分、林地殘留物、油脂植物、糖類作物、海洋植物和轉基因植物等的研究。這些努力有望減少目前生物基聚酰胺生產(chǎn)中使用的糧食作物等，強化其環(huán)境友好性。整體而言，生物基材料行業(yè)正面臨著由政策支持、技術創(chuàng)新、市場需求和環(huán)境保護需求等多方面驅動的快速發(fā)展時期。盡管存在挑戰(zhàn)，但這一行業(yè)的未來發(fā)展?jié)摿薮螅档贸掷m(xù)關注和投資。