天然ㄟ尚好？探索全新的工業用生物基原材料
有限的資源與不斷增長的全球人口亟須全新的思維方式。例如，將木屑、蒲公英與葡萄糖等生物基產品作為原油補充物進行使用。在世界各地，生物經濟正呈現出強勁的發展趨勢。儘管生物經濟已相當成功，然而仍有大量的研發工作等待完成。可再生資源何時才能變得真正優質？
有限的資源與不斷成長的全球人口亟須全新的思維方式。例如，將木屑、蒲公英與葡萄糖等生物基產品作為原油補充物進行使用。在世界各地，生物經濟正呈現出強勁的發展勢頭。儘管生物經濟已相當成功，然而仍有大量的研發工作等待完成。可再生資源何時才能變得真正優質？
要實現這一目標並非易事。在食品包裝或兒童玩具等敏感應用領域，出於健康保護要求，現有的回收塑膠並非合適的選擇，因而需要替代方案。宜家家居創新與開發主管Puneet Trehan表示：「我們正試圖用可再生原料製成的塑膠替代石油基塑膠。這意味著我們可選擇聚乳酸或多種生物基材料混合而成的100%生物基聚合物。在某些情況下，我們也可以先嘗試將生物基塑膠與石油基塑膠相混合的方案。」宜家的初步目標是將生物基材料使用率提高到40-60%。
原油補充物
以生物替代石油：宜家家居不是唯一一家致力於開發並應用生物基塑膠的企業。約100年前，世界上第一種純合成塑膠電木Bakelite®誕生。此後，數千種新材料相繼問世。如今，科學家與生產商將研究焦點對準新的領域。未來的產品不但品質出眾，還能由可再生資源、植物、有機廢料或微生物製成。。
玩具製造商樂高公司計畫到2030年生產出由替代性原料製成的塑膠積木。為此，樂高於2015年宣佈投資約1.35億歐元建立內部可持續材料中心。2009年，可口可樂公司推出PlantBottle™ 技術，並很快為番茄醬生產商亨氏以及福特汽車等大公司頒發技術應用許可證。目前的聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）塑膠瓶含有30%的植物原料。可口可樂公司的目標是生產出完全由可再生資源製成的植物環保瓶（PlantBottle）。未來十年，可口可樂所有PET塑膠瓶都將變為100%可再生原料製品；佔其所有包裝材料比例的60%左右。
Synvina公司為製成100%可再生原料的塑膠瓶提出了一個理想的解決方案。這家企業近日由巴斯夫與荷蘭Avantium公司共同出資成立，主要從事呋喃二甲酸（FDCA）的生產。源自果糖的化學原料FDCA是聚乙烯呋喃酸酯（PEF）生產過程中必需要的基礎原料。PEF可用於生產飲料與食品包裝材料。PEF瓶擁有出眾的特性：它們不僅完全由生物基原料製成，並且對二氧化碳與氧氣等氣體的阻隔性能優於PET瓶，進而有效延長包裝飲品的保鮮期。
汽車行業同樣試圖回歸本源：在發展初期，汽車行業曾使用過生物材料。例如，20世紀30年代，亨利·福特開發了一款車身由大麻纖維製成的汽車。不過，隨著1937年美國《大麻稅法》的通過，福特迫於巨大壓力而放棄了後續開發工作。如今，汽車行業再度關注透過使用天然材料為車身減重，進而降低汽車碳排放量，這些材料包括大麻、劍麻、洋麻與亞麻等。汽車零部件生產商愈發熱衷於選用相對廉價的天然纖維塑膠，而不是碳纖維或玻璃纖維等新型輕量化材料。
降低碳排放
石化經濟越來越受到於自身的侷限。氣候變化以及溫室氣體減排需求意味著人類必須轉變思路。歐盟委員會科學研究與創新總司生物基產品與製程部門負責人Waldemar Kütt博士表示：「目前，生物基產品是唯一的替代性方案。離開生物經濟，G7國家設立的降低二氧化碳排放量的長期目標很可能無法實現。」這一觀點的依據在於，植物透過光合作用從空氣中吸收二氧化碳。美國密西根州立大學化學工程與材料系科學教授Ramani Narayan解釋：「若我們在製造中使用這種來自植物或微生物質的碳，便能將二氧化碳從環境中去除，同時確保不干擾天然生物碳循環。因為使用在數百萬年時間中所形成的石油，則對減少二氧化碳排放毫無益處。」
石油不會完全被替代，但僅僅替代部分石油，我們便能極有效地減少碳足跡。Narayan表示：「在全球約3.75千萬噸用於生產塑膠瓶的PET材料中，若能將20%的碳替換為生物基碳，則可吸收環境中1.72千萬噸二氧化碳，相當於節約了4000萬桶原油。」
擴大生物基產品產能
提到生物塑膠時，消費者時常聽到兩個詞：生物基與可生物分解。生物基塑膠由可再生原料製成，但並不一定具備可生物分解性，有時甚至與傳統塑膠一樣難以分解。另一方面，由原油或天然氣製成的塑膠也能具備可生物分解性（見方框）。巴斯夫白色生物技術研究部門負責人Carsten Sieden博士表示：「我們發現對於生物基產品的市場需求正不斷上升。為滿足這些需求，我們不斷開發新技術，取得創新成果，同時擴大可生物降解材料的產品組合。」
目前，生物塑膠依舊是市場中的小眾之選。每年全球所生產的3億噸塑膠製品中，生物塑膠市佔率不到1%。不過，歐洲生物塑膠協會（European Bioplastics）的市場資料顯示，這一數位有望在未來幾年飆升。到2019年，全球生物塑膠產能將連翻兩倍，自2015年約200萬噸增加至約780萬噸，其中80%左右的生物塑膠由生物基原材料製成，但不可生物分解或堆肥。
可生物分解塑膠可用於有機垃圾袋與農業地膜等物品中。例如，巴斯夫可生物分解塑膠ecovio® 已在中國農業中證明了自身優勢。在中國，傳統的地膜技術以不可生物分解的聚乙烯塑膠為原料，造成了嚴重的環境問題。這種地膜能夠保存土壤中的熱量與濕度，從而幫助作物生長。但它會在田裡留下較小的塑膠細帶，被犁入土中後會阻礙作物根部發育，影響未來的農業收成。農民換用ecovio® 可生物分解地膜後，作物產量再次增加。這已經被數年間巴斯夫與當地夥伴以及組織攜手展開的大規模實驗驗證了。舉例來說，在廣東省的一塊土豆試驗田中，土豆產量增加了18%，同時成本下降了11%。
生物塑膠一詞的「生物」既可表示「生物基」，又可表示「可生物分解」。生物基塑膠部分或完全地由可再生原料製成，但它們不一定可生物分解。可生物分解性主要取決於塑膠的分子結構，而不是所用的原材料。例如，生物基聚乙烯（PE）與聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）與那些化石基材料一樣，均不可生物分解；而由生物基聚乳酸（PLA）原料製成的塑膠則可生物分解。利用原油製成的塑膠也可生物齲解：在特定的溫度、氧氣與濕度條件下，經過一定時間的微生物或真菌作用，這些塑膠能變為水、二氧化碳與生物質。
可生物降解塑料可用于有机垃圾袋与农业地膜等物品中。例如，巴斯夫可生物降解塑料ecovio® 已在中国农业中证明了自身优势。在中国，传统的地膜技术以不可生物降解的聚乙烯塑料为原料，造成了严重的环境问题。这种地膜能够保存土壤中的热量与湿度，从而帮助作物生长。但它会在田里留下较小的塑料细带，被犁入土中后会阻碍作物根部发育，影响未来的农业收成。农民换用ecovio® 可生物降解地膜后，作物产量再次增加。这已经被数年间巴斯夫与当地伙伴以及组织携手展开的大规模实验验证了。举例来说，在广东省的一块土豆试验田中，土豆产量增加了18%，同时成本下降了11%。
政治策略
為人所知的是，目前約有45個國家實施了各種策略，旨在將可再生資源以及生物基生產製程體系部分轉型。例如，烏干達正在開發利用可再生能源、生物技術與生物質，而馬來西亞則著力推廣生物基產品。。
在資源有限的情況下，如何滿足不斷增加的人口對於食物與能源等日常必需品的需求？對於這一21世紀的關鍵問題，政策制定者與各行各業都將生物經濟視作解決之道。所有G7國家均發起相關倡議，其中一些國家還推行了具有決定意義的策略。例如，美國政府於2012年發佈《國家生物經濟藍圖》，並指出生物科學研究及其商業化是美國經濟成長的「主要驅動力」。同年，日本通過了生物質產業化策略，該行動方案包括七大帶有明確目標與時間表的倡議。日本的政策旨在推動全新的生物精煉技術與微藻等生物資源的開發。其中期焦點為新的產業技術，短期重點目標在於確保生物基能源的供應。
此外，在這一轉型大潮中，歐盟也是一股重要的超國家力量。約五年前，歐盟推出了生物經濟戰略與歐洲生物經濟政策方案。兩年後的2014年，歐盟委員會推出了一項中央投資倡議，即生物基產業聯合承諾。大約70家來自農業、林業、化學與能源行業的企業作為技術供應方以及行業合作夥伴參與到該倡議中。到2020年，該倡議預計投資約37億歐元，用於新生物基產品與製程的商業化開發。
微生物學家兼時裝設計師Anke Domaske利用過期牛奶製作出服裝。她的QMilk牛奶纖維基於粉狀牛乳酪蛋白，對皮膚溫和無刺激，可完全分解，理論上甚至還能食用。
可持續性之惑
不過，向生物經濟的轉型也引發了批判性討論。在當前圍繞可再生資源開展的討論中，「食品還是燃料」、土地利用以及相應的耕種資源投入、公平的工作環境等話題成為了關注重點。有跡象表明，由不可食用原料組成的第二代生物質正變得日益重要，然而這並不意味著芥花籽油（油菜籽油）、玉米等第一代生物質原料將被取代。歐洲生物產業協會（EuropaBio）工業生物技術總監Joanna Dupont-Inglis表示：「只要開發得當，生物經濟與生物基行業可望為我們提供足夠的食物、飼料、纖維與其他物質以滿足我們的需求。不過，並不存在一個萬能方案，因為生物經濟擁有令人難以想像的多樣性，應根據地區與應用領域的不同而選擇相應的原料。除此此外，我們必將能發現新的解決方案，將浪費最小化，將所用之物的功效最大化。」
由木材製成尼龍、由蒲公英製成輪胎、由蒺藜製成潤滑油——第二代生物質主要由不可食用的植物、有機廢物與殘餘物構成。聯合國資料顯示，每年生成的農業殘渣中包含約50億噸生物質。這些不可食用的物質是理想的原料。
生物質不僅是原材料，也是燃料。生物柴油由芥花籽油（油菜籽油）、大豆油與棕櫚油等植物油製成，而生物乙醇則由玉米、甜菜或甘蔗中的糖分經發酵後製成。不過，這種技術並非毫無爭議，比如近年來關於「食品還是燃料」的廣泛討論十分激烈。其結論很明確：食品生產必須優先於能源生產。在這一原則下，芥花籽、玉米以及甜菜將繼續在生物經濟中發揮作用。不過，生物燃料也可來自有機廢物、木材、麥稈與藻類。目前，這種第二代與第三代製程仍在開發中。
價格必須合適
理論上，生物經濟蘊藏巨大潛力：能促進關鍵技術創新、改善產品性能、增加就業並降低二氧化碳排放。不過，我們也不應高估這種潛力。「生物經濟並非解決一切問題的萬能方案，但能幫助我們應對目前最突出的社會與環境挑戰」，Dupont-Inglis表示：「理論上，目前我們所使用的10萬種化學物質均能夠從可再生碳資源中獲得。不過，在發展未來的生物經濟時，我們當然需要考量三大可持續性支柱，即權衡環境、社會與經濟效益。」巴斯夫研究員Sieden則表示：「有效推動生物經濟的一大手段是以具有競爭力的價格確保足夠的供應量。但最重要的是，強大的生物基產業將帶來創新機會。我們希望在研究網路中充分利用這一潛力。越來越多的客戶對生物基產品提出需求。對我們而言，這是擴大原材料基礎的絕佳機會，不過，這一切無法一蹴而就。」經過五年多的研發工作，利用Basfia succiniciproducens專利菌種生產的生物基琥珀酸成功轉化為商業產品。這種產品是可生物分解塑膠、塗料與聚氨酯的重要原料，可用於製作床墊、地板與汽車座椅。巴斯夫與荷蘭 Corbion-Purac 公司聯合成立的Succinity股份有限公司在西班牙蒙特梅洛建立了一座生物基琥珀酸生產裝置。該裝置於2014年正式投產，年產能為10000噸，為全球市場供應生物基琥珀酸。
對於宜家家居高階主管Puneet Trehan而言，確保足夠的產量也是一項關鍵挑戰。不過，在自身所從事的行業中，他看到了成本水準的顯著改善。Puneet Trehan表示：「從我們的經驗來看，若能夠在夥伴合作中正確建立起價值鏈，成本必將有競爭力。」在他看來，最重要的事莫過於「找到志同道合的合作夥伴」。在生物經濟中，不可能一切如常。Joanna Dupont‑Inglis表示：「對於眼前正在發生的這一轉變，『行業革命』這一說法也許更為貼切。可再生且高資源效率的生物基解決方案的開發，需要各行各業進行前所未有的廣泛合作。」
可再生原材料應用案例
原油並不是唯一選擇。本文將介紹一系列完全或部分由可再生原材料製成的產品，其中一部分已融入我們的日常生活，另一部分會在不久的將來出現。
