非粮原料行业研究

1.1非粮原料种类繁多，可用于产糖易凯资本、华谷研究院联合发布易凯资本、华谷研究院联合发布 中国是全球生物发酵第一大国，发酵产品年产量近2000万吨，消耗粮食近5000万吨。发展“不与民争粮，不与粮争地”的非粮碳源，是实现生物制造业可持续发展的重要前提。非粮原料主要包括木薯淀粉等经济作物、农作物秸秆、林业废弃物、城市垃圾、畜禽粪污、生活污水污泥和工业有机废渣废液等。 1.2秸秆：中国秸秆产量丰富，资源量足以开启中国的生物合成碳源革命易凯资本、华谷研究院联合发布易凯资本、华谷研究院联合发布易凯资本、华谷研究院联合发布 •美国、加拿大2/3左右的秸秆用于直接还田，1/5左右的秸秆被用做饲料。•德国沼气发电量已占全国发电总量的7.5%，开发沼气、堆肥等以沼气为纽带的秸秆循环利用模式。 •丹麦1988年建成了世界第一座秸秆生物燃料发电厂。•德国推广固体成型技术，利用技术将秸秆压块，其燃烧值大幅提高，便于用户家庭取暖。 我国秸杆资源主要分布在东北、河南、四川等产粮大省。资源总量前五分别是黑龙江、河南、吉林、四川、湖南，秸秆资源量占全国总量的59.9%。易凯资本、华谷研究院联合发布 •巴西利用甘蔗和农作物秸秆资源生产燃料乙醇。•积极开展纤维素乙醇技术研发并初步实现试点生产和运营的国家还有美国、加拿大、意大利、英国等。 2022年中国秸秆综合利用市场规模为2065.4亿元 我国秸秆资源丰富，2022年全国农作物秸秆利用量6.62亿吨，综合利用率达89.80%。中国秸秆产量巨大，也为秸秆综合利用产业提供了广阔的发展空间。中国秸秆目前以粗放利用为主，其中饲料化利用占比最高，原料化利用比例较低。据统计，2021年全国秸秆利用市场主体为3.4万家，其中饲料化利用主体占比达到76.9%。秸秆利用相对成熟且收益较为稳定的主要是燃料发电和制气领域，国内企业探索生物质秸秆高价值利用仍有秸秆集中收储困难、秸秆质地差异大导致产品收率不稳定，以及秸秆有效成分回收利用技术不足等问题。 易凯资本、华谷研究院联合发布易凯资本、华谷研究院联合发布易凯资本、华谷研究院联合发布 我国是农业大国，2021年玉米产量2.7亿吨，玉米芯年产量保持在5500万吨左右，产地主要为山东、河北、河南、黑龙江等玉米大省。 玉米芯中主要成分为纤维素（32%～36%）、半纤维素（35%～40%）、木质素（25%）以及少量的灰分。通过对玉米芯的不同组分进行深加工，就能得到不同的生物质产品。玉米芯作为一种农业废弃物，曾经绝大部分只能用作农家燃料。近年，随着我国科学技术的不断进步，玉米芯深加工领域不断扩大，糠醛、木糖、木糖醇、低聚木糖等一系列高附加值的产品相继实现了工业化生产，使玉米芯资源得到了充分的利用。 呋喃树脂：中国2021年消费量达45万吨，市场规模约60亿元易凯资本、华谷研究院联合发布易凯资本、华谷研究院联合发布 呋喃树脂是分子结构中含有呋喃环的一类合成树脂的统称，玉米芯可提取的产品中，糖醛、糠醛等都可用作呋喃树脂的合成原料；呋喃树脂具有固化速度快、效率高、常温强度高、高温性能好等特点，广泛用于风电、核电、汽车、机床、等行业大中型复杂铸件的生产 酚醛树脂：2021年消费量达181万吨，以均价1.2万元/吨测算，市场规模约217亿元 酚醛树脂是最主要的热固性材料之一，耐温、耐磨、绝缘等性能优异。因其具有显著的耐高温、耐烧蚀、阻燃等优点而广泛应用于电子材料、耐火材料、摩擦材料、磨具磨料、保温材料、模塑料、复合材料、航空航天等诸多领域。 易凯资本、华谷研究院联合发布易凯资本、华谷研究院联合发布易凯资本、华谷研究院联合发布易凯资本、华谷研究院联合发布 中国尾气资源丰富：我国钢铁、铁合金、电石、石油炼化、煤化工、黄磷等行业生产过程中副产大量富含CO和H2的工业尾气，每年至少可产生约1万亿立方的工业尾气。除尾气外，气体类碳源还有更广泛的选择：1）农林业残留物可以气化成合成气，其中富含CO和H2同样可以作为潜在原料来源；2）垃圾衍生燃料的来源极其广泛，且优点是气体发酵可以接受未分类的废物，LanzaTech已经在欧盟建造此类工厂。 易凯资本、华谷研究院联合发布易凯资本、华谷研究院联合发布易凯资本、华谷研究院联合发布易凯资本、华谷研究院联合发布 2020年中国二氧化碳排放量为98.94亿吨，全球排名第一，主要排放领域来自于工业排放和电力领域。 二氧化碳捕集利用与封存（CCUS）技术可以实现化石能源大规模可持续低碳利用，帮助构建低碳工业体系，同时与生物质或空气源结合可具有负排放效应，是中国碳中和技术体系不可或缺的重要组成部分。 传统的非转化利用方式只能短暂的将二氧化碳从空气中移出，其很快将再次以二氧化碳的形式回到空气中；而封存等方式目前还无法实现经济上的可持续性，其可以被视为“碳中和”阶段的最后兜底选项。二氧化碳的资源化利用是未来CCUS技术发展的主要方式。 2.1我国非粮原料的国家政策、区域政策易凯资本、华谷研究院联合发布易凯资本、华谷研究院联合发布 明确了发展目标：到2025年，非粮生物基材料产业基本形成自主创新能力强、产品体系不断丰富、绿色循环低碳的创新发展生态，非粮生物质原料利用和应用技术基本成熟，部分非粮生物基产品竞争力与化石基产品相当，高质量、可持续的供给和消费体系初步建立。形成5家左右具有核心竞争力、特色鲜明、发展优势突出的骨干企业，建成3-5个生物基材料产业集群。 2022年建设300个秸秆利用重点县（附名单）、600个秸秆综合利用展示基地，全国秸秆综合利用率保持在86%以上 易凯资本、华谷研究院联合发布易凯资本、华谷研究院联合发布 提出生物基材料替代传统化学原料、生物工艺替代传统化学工艺等进展等目标。 河南《河南省促进生物经济发展实施方案》 黑龙江《关于做好2022年度全省农作物秸秆综合利用工作的通知》 江苏《关于加快建立健全绿色低碳循环发展经济体系的实施意见》 培育发展非粮生物质液体燃料多联产产品，探索开展纤维素乙醇、绿色生物炼制产业化示范；支持南阳加快研发与应用 推进农作物秸秆综合利用，到2025年，农作物秸秆综合利用率稳定达到95%以上 全省秸秆综合利用率达到92%以上，还田率达到67%以上，提升秸秆综合利用水平，促进农业绿色发展 传统的生物制造中，产业界更加偏好原料的易用性，淀粉成为生物制造中理想的高分子糖，玉米、小麦等淀粉含量较高的粮食作物成为优先选择，为微生物提供碳源，但这类碳源存在成本高、与人争地等问题。 随着生物制造产业由高附加值的小品类下沉至大宗市场，原料的成本成为限制其规模的重要因素，非粮生物质开发成为了重要的选择方案。 易凯资本、华谷研究院联合发布易凯资本、华谷研究院联合发布易凯资本、华谷研究院联合发布 •限速节点3：酮、醛等物质存在微生物生长抑制；•限速节点4：菌株对木糖等五碳糖的利用不佳，会出现碳代谢阻遏。易凯资本、华谷研究院联合发布易凯资本、华谷研究院联合发布 •限速节点2：秸秆高效糖化困难，纤维素降解酶依赖诺维信等海外巨头。 非粮生物质利用 •限速节点5：生产效率与下游分离纯化成本不如葡萄糖。 生 物 基 蛋 白 生 物 基 材 料 易凯资本、华谷研究院联合发布易凯资本、华谷研究院联合发布 非粮生物基产品包括生物基材料、生物质能源、蛋白等，其中生物基材料是最主要的下游市场，2021年中国生物基材料产量达700万吨，产值超过1500亿元。生物基材料是指是指利用生物质为原料或（和）经由生物制造得到的材料。根据我国“十四五”生物经济发展规划预测，未来十年石油化工、煤化工产品的35%可被生物制造产品替代。根据全球经济合作与发展组织发布的“面向2030生物经济施政纲领”战略报告预测，2030年全球将有大约35％的化学品和其他工业产品来自生物制造，其中20%的石化产品可由生物基产品替代，然而目前的替代率仍不到5%。随着政策推动，及核心技术的不断突破，生物基材料市场规模加速提升。据Markets and Markets预测，全球生物塑料市场规模将由2021年的741亿元增长到2026年的2057亿元，CAGR达22.7%。据共研网数据，2021年，我国生物基材料市场规模达199.2亿元，同比增速由2018年的8.6%逐步提升至16.2%。 易凯资本、华谷研究院联合发布易凯资本、华谷研究院联合发布 根据SchmidtFutures工作组的研究报告指出，生物经济将解决全美45%的碳排放问题，同时带来全球4-30万亿美金的蓝海市场。据估计，生物基高分子材料的市场份额在未来5-10年将从目前不足2%以上渗透率提升至20%以上，有望达到6,000万吨/年以上。 目前的研究中通常将生物基材料按照产品属性分类，生物基塑料、生物基纤维、生物基橡胶已经诞生了一些具有代表性的产品。 易凯资本、华谷研究院联合发布易凯资本、华谷研究院联合发布 当前生物基材料原料主要为木质素、纤维素、淀粉、多糖和植物油等物质，通过生物合成等方法转化成生物基单体，进一步加工得到生物基材料产品。某些重要的单体，如乳酸、丁二酸（琥珀酸）、糠醛、赖氨酸等，兼具产品和原料两种功能，也称为“平台化合物”。平台化合物可合成一系列颇具市场规模与高附加值的产品，具有较高的经济价值。 生物法生产戊二胺 非粮原料 •化学法生产戊二胺的工艺流程较为复杂、条件苛刻，产业化落地困难。•以生物发酵法或赖氨酸脱羧法生产生物基戊二胺则具有环境友好等特点。 戊二胺与己二酸可以合成尼龙56。将戊二胺和二酸按照一定比例，通过成盐、浓缩、聚合，得到生物基聚酰胺熔体，再经过切粒得聚酰胺切片，或者经过熔体直纺得到聚酰胺短纤。尼龙56产品在纺织领域拥有广泛的应用前景，尼龙56替代尼龙66潜力巨大，随着生物基尼龙渗透率逐步提升，2025年市场规模有望破200亿。易凯资本、华谷研究院联合发布易凯资本、华谷研究院联合发布易凯资本、华谷研究院联合发布易凯资本、华谷研究院联合发布 易凯资本、华谷研究院联合发布易凯资本、华谷研究院联合发布 当前生物基材料原料主要为木质素、纤维素、淀粉、多糖和植物油等物质，通过生物合成等方法转化成生物基单体，进一步加工得到生物基材料产品。某些重要的单体，如乳酸、丁二酸（琥珀酸）、糠醛、赖氨酸等，兼具产品和原料两种功能，也称为“平台化合物”。平台化合物可合成一系列颇具市场规模与高附加值的产品，具有较高的经济价值。 聚乳酸（PLA）是产业化最成熟、产量最大、应用最广泛的生物基和生物降解塑料。其下游应用集中于食品包装，包括硬质容器、收缩包装和短保质期托盘，一些分子量较高的PLA被用于无纺布以及纤维。相比其他生物基塑料，优势在于力学性能强，拉伸强度及弯曲强度强，但是其劣势在于耐热性差，产品脆度大。易凯资本、华谷研究院联合发布易凯资本、华谷研究院联合发布易凯资本、华谷研究院联合发布易凯资本、华谷研究院联合发布 易凯资本、华谷研究院联合发布易凯资本、华谷研究院联合发布 国家出台多项政策，燃料乙醇下游前景广阔易凯资本、华谷研究院联合发布易凯资本、华谷研究院联合发布 能够有效减少汽车尾气中PM2.5和一氧化碳等污染物的排放 《关于扩大生物燃料乙醇生产和推广使用车用乙醇汽油的实施方案》缺口将超过75% 易凯资本、华谷研究院联合发布易凯资本、华谷研究院联合发布易凯资本、华谷研究院联合发布 酶解是实现木质纤维素原料水解糖化的最主要的一步，酶解的效率决定木质纤维素糖化效率，如何提高酶解的效率成为了木质纤维素生物质资源利用的关键。 提升酶的催化效率可以通过三方面实现，包括：提升纤维素酶与底物的有效结合与催化；提高酶产量，利用突变筛选、合成生物学手段提升纤维素酶菌株产量；利用蛋白组学对酶蛋白进行改造，提高单位酶活。 商业酶制剂已达最低理论成本，但酶成本仍然在秸秆糖化产业中排名首位 诺维信成立于1925年，总部位于丹麦，公司全球销售额在2004年就达到10亿美金，202