基于系統動力學的我國生物可降解塑料產業發展政策仿真分析

摘要：生物可降解塑料產業發展對解決我國“白色污染”問題具有重要意義。研究基于系統動力學構建了生物可降解塑料全產業鏈SD模型，在此基礎上模擬了2019—2030年該產業在3種不同政策情景下的產量與成本變化趨勢。研究發現：首先，加大技術研發力度、推進生物可降解塑料替代和就近制取消納3種政策情景均能有效提升總產量，其中推進生物可降解塑料替代政策尤為顯著。其次，加大技術研發力度和就近制取消納政策均可以顯著降低單位成本，而推進生物可降解塑料替代政策的影響效應則相對較弱。此外，在政策實施過程中，不能盲目加大政策力度，避免造成資源浪費和產能過剩問題。

關鍵詞：生物可降解塑料產業；系統動力學；產業政策；情景仿真

中圖分類號：F2"""""" 文獻標識碼：A""""" doi：10.19311/j.cnki.16723198.2025.13.004

1 研究提出與綜述

根據《“十四五”循環經濟發展規劃》和《“十四五”塑料污染治理行動方案》，生物可降解塑料被列為解決“白色污染”的主要途徑之一。作為一種綠色材料，它對推動國內循環經濟高質量發展有重要作用。近年來，生物可降解塑料產業快速發展，但是也受到市場、政策等多因素影響，呈現出動態、復雜變化特征。盡管國家層面對生物可降解塑料產業的總體發展方向明確，但產業鏈包含多個結構復雜的環節、關鍵核心技術存在“卡脖子”問題等多重因素疊加導致成本居高不下。在消費端缺乏競爭力，難以實現產業的規模化等問題。在此背景下，對我國生物可降解塑料展開市場預測及產業政策研究具有重要的理論與現實意義。

國內在生物可降解塑料領域的研究主要集中在現狀研究和對未來展望上，如侯冠一等[1]從生物降解塑料的種類和特點出發，分析了PLA、PHA等主流塑料的特性、生命周期評價等。林世東等[2]分析了目前我國生物可降解塑料存在回收體系不健全、不兼容現有循環體系及生產成本較高等問題，并提出措施來加快該產業發展。國外學者更多聚焦于材料性能在不同領域應用情況，如Boey等人[3]對過去15年發表的約140篇文獻進行統計調查，結果表明，PLA作為潛在的食品包裝材料顯示出優異的物理特性。Yang等人[4]研究了PLA裂紋生長受化學和力學影響的情況，發現裂紋速度對負載不敏感，但對濕度和pH值敏感，這有助于推動可降解塑料在醫療保健產品中的應用等。

綜上，現有研究針對產業發展政策研究卻相對不足，尤其考慮到該產業鏈各環節及因素間的因果反饋關系和影響作用下的政策研究更是罕見。鑒于此，本研究從產業發展政策作為切入點，結合本產業發展現實情況，首先統籌考量了供求關系、政策導向等多要素的協同效應，構建包含制造、儲運、消費和需求層面的生物可降解塑料全產業鏈SD模型。其次，對加大技術研發力度、推進生物可降解塑料替代和就近制取消納三種典型政策進行多情景仿真模擬，分析了2019—2030年該產業總產量和單位成本的變化。基于此，提出相關政策建議，進而為實現我國生物可降解塑料產業高質量發展提供決策依據。

2 系統動力學模型構建

2.1 邊界分析與確定

生物可降解塑料產業是一個龐雜的系統，系統邊界包括生物可降解塑料加工制作、塑料制品的儲存、運輸、分銷這4個子系統邊界。具體包含市場需求、技術創新、成本和利潤等多種因素影響。

2.2 系統因果反饋關系

根據上述提出的系統邊界及相關說明，為了深入理解各因素之間的正負反饋及制約情況，研究繪制出生物可降解塑料產業的因果反饋關系圖，如圖1所示。

2.3 存量流量圖

基于生物可降解塑料產業自身發展特征，明確系統反饋形式及變化規律，將關鍵變量視為水平變量（存量），引入速率變量（流量）描述存量變化的速率，其他變量視為輔助變量或常量間接影響系統。圖2展示了該產業的存量流量模型。

2.4 變量表達式和參數

本文使用Vensim PLE構建生物可降解塑料產業仿真模型，2018年為起始年，仿真范圍為2019—2030年，步長1年。2019—2023年為仿真情況與實際檢驗年份，2024—2030年為仿真預測年份。根據對產業發展現狀的調查并借鑒行業相關文獻、研究成果，充分結合現實經驗數據，因篇幅有限，模型數據方程較多，僅列重要方程（表1）和變量參數（表2）。

2.5 仿真結果檢驗分析

進行生物可降解塑料產業系統模擬之前，需驗證結果準確性。用歷史真實數據與仿真預測結果進行比對，初始數據選用2018年的歷史數據，并利用2019—2023年的數據進行結果檢驗。結果如表3所示，相對誤差均小于10%[6]，滿足要求。說明模型能夠較準確地反映產業的實際情況。

3 生物可降解塑料產業政策模擬

3.1 加大技術研發力度政策維度

關于《“十四五”推動石化化工行業高質量發展的指導意見》提出要有序發展和科學推廣生物可降解塑料，這需要推動技術研發，以實現相關技術和產品的突破與應用。為了探究加大技術研發力度政策對生物可降解塑料產業的影響效果，研究設定制生物可降解塑料技術學習率、生產制造效率作為加大技術研發力度政策的調控因子，其他參數變量取值與現行政策相同，只改變單一調控因子的參數值，設立的3種方案參數如表4所示；調控因子變化時，輸出變量的變化趨勢如圖3所示。

由圖3可以得出，加大技術研發力度能夠提高生物可降解塑料總產量，降低單位成本。對比現行政策，改變單一或同時改變兩個調控因子均可使總產量增加，且雙技術并行的影響更明顯，隨著時間的推移，上升的幅度逐漸拉大。同時，實施單一調控因子政策時，提高生產制造效率的效果優于提高技術學習率的效果，這是因為生產制造效率對總產量的影響更為直接，它直接關聯到實際產出與最大產出之間的比率；而技術學習率的影響則是通過提高生產效率等間接方式來實現。隨著技術的不斷學習和進步，在長期內可以通過持續提高生產效率來增加產量。成本降低主要由于技術學習率和生產制造效率加速提升，隨著生產規模的不斷擴大，生物可降解塑料生產的固定成本，如設備折舊等可以分攤在更多產品上，從而降低單位生產成本。

3.2 推進生物可降解塑料替代政策維度

近年政府高度重視塑料污染治理工作，我國相繼頒布了多項涉及塑料制品的政策。《“十四五”生物經濟發展規劃》《“十四五”塑料污染治理行動方案》等文件明確提出要發展生物降解塑料等環保材料，以替代傳統塑料制品。為探究生物可降解塑料替代政策如何影響生物可降解塑料產業的發展，選擇對該項政策進行模擬分析。選定需求增量替代彈性系數作為調控生物可降解塑料替代政策的變化因子，設立的3種方案參數如表5所示，總產量和單位成本的仿真曲線圖，見圖4。

由圖4可知，需求增量替代彈性系數增大時，生物可降解塑料產量有明顯提高，但是單位生物可降解塑料成本對需求增量替代彈性系數的變化并不敏感，單位成本下降幅度有限。推進替代政策會增加生物可降解塑料的消費量，在市場需求和政策推動的雙重作用下，在供給一側，生產企業加大投資力度，擴大生產規模，同時新企業也會涌現，推動了生物可降解塑料產量的提升。盡管生物可降解塑料在環保方面具有顯著優勢，但由于消費端對其認知度不高、價格敏感度較強，目前整體需求量依舊有限。隨著更多有關環保法律法規的出臺與完善，生物可降解塑料產業將會有更大的發展潛力。

3.3 就近制取消納政策維度

“十四五”循環經濟發展規劃明確提出了因地制宜、積極穩妥地推廣生物可降解塑料。由于我國地域分布遼闊，考慮到運輸成本隨著距離增加而顯著上漲，可以考慮實施就近制取和消納政策來降低成本。為了探究就近制取消納政策的效果，研究選擇單位運輸成本作為該政策的調控因子。調控因子參數如表6所示，生物可降解塑料產量和單位成本的仿真曲線圖，如圖5所示。

根據結果可知，隨著就近制取消納政策力度的加大，生物可降解塑料產量升高，單位成本降低。但注意到單位成本的降低幅度隨著時間的推移逐漸減緩，這是因為隨著政策不斷推進，單位成本的降低刺激了需求端生物可降解塑料消費量的增加，從而激發了更多投資者的投資意愿，生物可降解塑料生產規模快速擴大，產量不斷提高。假定其他變量參數都不改變的情況下，需求增量替代彈性系數也恒定不變，使得產量增長速率大于消費量提升速率，從而形成庫存積壓，導致供過于求的局面，儲存成本上漲，最終會使單位成本的降低幅度減緩。

4 結論和建議

4.1 結論

基于系統動力學模型，通過設定多種不同典型的政策情景，對生物可降解塑料產業未來發展進行了分析預測，探討不同政策類型及實施力度對該產業的產量和成本的影響，發現如下，

（1）目前我國生物可降解塑料產業由于核心技術突破不足、成本過高等問題發展遲緩，但隨著技術水平不斷提升與規模效應的疊加，預計2026年后將迎來提速發展階段。

（2）加大技術研發力度可以有效地提高生物可降解塑料的產量，降低單位生物可降解塑料的成本。生產制造效率的提升相較提高技術學習率更能推動生物可降解塑料產業的發展。二者同時推進會產生更好的效果。

（3）推進生物可降解塑料替代政策可以刺激生物可降解塑料的消費，進而拉動總產量提升。三種方案下生物可降解塑料的總產量，均與現行方案下的產量拉開較大差距。

（4）就近制取消納政策能有效地降低生物可降解塑料的單位成本，從而促進生物可降解塑料產量的提升。由于該政策效應在后期使得成本降低減緩，政策效果不夠明顯，因此，在實施政策時應注意適度地調整政策強度，避免過度追求低成本而導致資源浪費和產能過剩。

4.2 建議

根據本文研究結論，提出以下建議，以期為我國的生物可降解塑料產業發展及未來的政策實施提供有力支撐。

首先，相關政府部門應加大技術研發的投入力度，引進先進技術和設備，提高生物可降解塑料的技術含量和附加值，開發出性能更優、成本更低的生物可降解塑料產品。同時加強產學研合作，聯合企業、高校和科研機構共同開展技術研發和產品創新。其次，充分發揮政策優勢，依托“雙碳”目標、“禁塑令”等政策的推動，逐步加大對傳統塑料的限制力度，為生物可降解塑料騰出市場空間。政府可以通過對稅收優惠與資金補貼，優化材料性能、增加產品多樣性等方式，不斷拓展生物可降解塑料的應用場景和領域，激發市場的需求潛力。另外，政府可以根據生物可降解塑料的原材料來源、生產技術和市場需求，合理規劃產業布局。在原料豐富、交通便利的地區設立生產基地，并在周邊布局中下游產業鏈，包括生產加工、產品銷售等環節，形成完整的產業生態，減少運輸成本，進而提升市場競爭力。

參考文獻

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