中國攻克高端地膜—專訪中國石化上海石油化工研究院首席專家王洪學

○ 文／本刊記者 鄭 丹／聶曉帆

中石化研發出國產全生物可降解地膜，有望助力我國農膜產業由大走強。

●地膜的使用期往往只有一季，但卻需要幾十年甚至幾百年時間才能降解掉。供圖/視覺中國

農業，為民生之本。當各種各樣的農田作物成為人們的盤中餐時，被棄用的農用地膜的去向卻成了一大難題。因為不可降解且回收成本逐年增加，年復一年，農民們只能任由廢棄的農膜堆在田間地頭，隨風漫天飛舞，白色垃圾貽害萬年。

中國石化集團公司高級專家、中國石化上海石油化工研究院首席專家、美國化學會會士、美國高分子材料科學與工程會士、美國高分子化學會士、國家重點研發計劃—化學與結構驅動農膜項目負責人王洪學博士解決了這一難題。他帶領團隊開發出的全生物可降解PHA農膜，使用壽命可根據作物生長需求調節，提高地膜強度實現機械鋪膜，進一步提高了種植效率，并且通過降低地膜厚度為農民節省了開支。PHA農膜被評為國家重點研發計劃重點基礎材料專項2017年標志性成果及2017-2018十大成果之一。

農膜產品亟待升級

中國石油石化：王博士，您好！我國是名副其實的農膜大國，農用地膜產量和使用面積居全球首位，但高端農膜比例僅占10%，大部分農膜仍是不可降解的。在您看來，不可降解農膜的危害體現在哪些方面？

王洪學：在農用地膜領域，傳統不可降解材料的弊端尤其明顯。其長期使用已經使土地中的地膜殘留量逐年上升，土壤質量逐年下降，危及國家耕地紅線和土地的可持續性利用。隨著農村勞動力減少，用工成本增加，對超薄不可降解地膜進行機械回收仍然面臨許多困難。再者，廢舊地膜回收成本逐年增加，再生塑料價格卻持續走低，降低了地膜回收的經濟性。回收后的地膜由于受到土壤污染，清洗用水量大，而且運輸到塑料再生工廠的物流體系尚不完善，因而很多從農田里撿出的地膜堆在田間地頭，有的地區干脆把收集到的地膜燒掉，造成空氣污染和碳排放增加。

中國石油石化：在您看來，我國高端農膜產品研發面臨的主要問題是什么？

王洪學：我國農膜市場對價格低廉的中低端產品需求旺盛，2015年前多年維持兩位數的年增率。低端農膜產品的性能、技術含量低使產業進入門檻不高，形成同質化、低價競爭局面，造成中低端產品利潤較薄，反過來極大地限制了企業的利潤空間，企業沒有足夠的利潤再投資開發高端農膜新產品。我國農膜企業中，中小型占比很高，而且基本在盈虧線附近尋求生存，在技術和人才積累方面有嚴重的短板；大型農膜企業相對較少，且投入能力和研發實力尚不足以支撐類似于國外同類企業的研發水平。

高端農膜產品的技術研發，一方面投入比例要遠遠高于中低端農膜，另一方面需要先進的高分子新材料技術、高分子加工技術以及界面和表面材料科學技術，且開發周期長、對研發人員創新能力和素質要求高。另外，開發高端農膜需要高盈利率公司運營和管理結構的支持。

新型材料全新路線

中國石油石化：制約我國生物降解農膜技術取得突破的瓶頸是什么？

王洪學：我國生物降解材料的主要技術瓶頸包括三方面。一是生物降解材料性能達不到傳統聚乙烯地膜的水平，其加工性能普遍比聚烯烴差，在生產設備上難以加工成很薄的高強度、高斷裂伸長率的地膜，水蒸氣透過率高，保墑性能較差；二是生物降解地膜田間應用壽命過短，提前降解使其失去保墑、保溫和除草的作用，滿足不了作物生長的需求；三是成本過高成為應用推廣的瓶頸。

中國石油石化：您的團隊如何突破上述瓶頸，研發出全生物可降解農膜？

王洪學：我們采用全新的技術路線，通過使用新型生物降解材料，如微生物發酵制備的聚羥基脂肪酸酯（PHA）作為低成本新原料，采用高分子改性技術及先進的高分子加工技術創新，開發出提高生物降解材料加工性能和力學性能的技術，同時提高地膜材料的保墑、保溫性能和使用壽命。

我們采用了化學與結構驅動新戰略，出發點是新的化學方法可以開發出全新的、市場上沒有的新結構。新結構帶來新性質，因而可以創造出新的生物降解地膜材料性能。高分子材料的化學結構以及微觀聚集態結構決定其物理和力學性質。采用生物合成方法制造出新型結構的嵌段PHA聚合物，經過化學改性使其具備成膜性質并提升應用性能，再通過建立世界先進的薄膜加工過程在線微觀結構表征方法和技術，發現生物降解地膜制造過程中結構形成及演化規律，并以此進一步優化農膜加工技術，從而開發出世界先進的生物降解地膜新材料和加工制備技術。

優勢明顯效益顯著

中國石油石化：在您看來，PHA全生物可降解農膜的主要優勢是什么？

王洪學：PHA可降解農膜克服了傳統不可降解材料的弊端，具有比較明顯的優勢。第一，材料的加工性能大幅提升。在工業級地膜生產設備上可制造出6微米以下的地膜，薄膜厚度最薄達到3微米左右。第二，地膜的綜合材料性能大幅提升，同時實現高強度和高韌性，拉伸強度超過35MPa，斷裂伸長率超過670%，滿足機械鋪膜要求。第三，地膜的使用壽命可根據作物的生長需求調節，可滿足不同氣候條件、不同作物的需要。第四，完全符合生物降解要求，相對生物分解率高。第五，材料成本較現有生物降解地膜降低40%左右，單位面積農田的覆膜用量有所減少，可節省農民購買地膜開支和回收地膜的用工成本。

中國石油石化：PHA全生物可降解農膜的應用效果和綜合效益如何？

王洪學：PHA新型生物降解地膜已應用于水稻、玉米、花生、蔬菜、藍莓等作物，使用生物降解地膜可使水稻增產達20%，增加了農民收入。按照歐洲和日本可降解地膜替代30%不可降解地膜的比例，預計全國每年生物降解地膜使用量可以達到幾十萬噸，可減少近億畝耕地的污染。按地膜中生物基含量50%計算，未來每年可減少碳排放超過20多萬噸，將產生顯著的生態和經濟效益。

我們開發的新型PHA使用節能節水生產工藝，可大幅度降低生產成本，減少二氧化碳排放，是綠色生物化工過程。隨著生產規模的擴大，PHA 生產成本有望進一步降低，帶來更為顯著的經濟效益。此外，大規模發酵生產有助于創造就業，具有一定的社會效益。擁有完全自主知識產權的PHA產業鏈，有利于提升我國生物降解材料行業的國際競爭力。