中国攻克高端地膜—专访中国石化上海石油化工研究院首席专家王洪学

○ 文／本刊记者 郑 丹／聂晓帆

中石化研发出国产全生物可降解地膜，有望助力我国农膜产业由大走强。

●地膜的使用期往往只有一季，但却需要几十年甚至几百年时间才能降解掉。供图/视觉中国

农业，为民生之本。当各种各样的农田作物成为人们的盘中餐时，被弃用的农用地膜的去向却成了一大难题。因为不可降解且回收成本逐年增加，年复一年，农民们只能任由废弃的农膜堆在田间地头，随风漫天飞舞，白色垃圾贻害万年。

中国石化集团公司高级专家、中国石化上海石油化工研究院首席专家、美国化学会会士、美国高分子材料科学与工程会士、美国高分子化学会士、国家重点研发计划—化学与结构驱动农膜项目负责人王洪学博士解决了这一难题。他带领团队开发出的全生物可降解PHA农膜，使用寿命可根据作物生长需求调节，提高地膜强度实现机械铺膜，进一步提高了种植效率，并且通过降低地膜厚度为农民节省了开支。PHA农膜被评为国家重点研发计划重点基础材料专项2017年标志性成果及2017-2018十大成果之一。

农膜产品亟待升级

中国石油石化：王博士，您好！我国是名副其实的农膜大国，农用地膜产量和使用面积居全球首位，但高端农膜比例仅占10%，大部分农膜仍是不可降解的。在您看来，不可降解农膜的危害体现在哪些方面？

王洪学：在农用地膜领域，传统不可降解材料的弊端尤其明显。其长期使用已经使土地中的地膜残留量逐年上升，土壤质量逐年下降，危及国家耕地红线和土地的可持续性利用。随着农村劳动力减少，用工成本增加，对超薄不可降解地膜进行机械回收仍然面临许多困难。再者，废旧地膜回收成本逐年增加，再生塑料价格却持续走低，降低了地膜回收的经济性。回收后的地膜由于受到土壤污染，清洗用水量大，而且运输到塑料再生工厂的物流体系尚不完善，因而很多从农田里捡出的地膜堆在田间地头，有的地区干脆把收集到的地膜烧掉，造成空气污染和碳排放增加。

中国石油石化：在您看来，我国高端农膜产品研发面临的主要问题是什么？

王洪学：我国农膜市场对价格低廉的中低端产品需求旺盛，2015年前多年维持两位数的年增率。低端农膜产品的性能、技术含量低使产业进入门槛不高，形成同质化、低价竞争局面，造成中低端产品利润较薄，反过来极大地限制了企业的利润空间，企业没有足够的利润再投资开发高端农膜新产品。我国农膜企业中，中小型占比很高，而且基本在盈亏线附近寻求生存，在技术和人才积累方面有严重的短板；大型农膜企业相对较少，且投入能力和研发实力尚不足以支撑类似于国外同类企业的研发水平。

高端农膜产品的技术研发，一方面投入比例要远远高于中低端农膜，另一方面需要先进的高分子新材料技术、高分子加工技术以及界面和表面材料科学技术，且开发周期长、对研发人员创新能力和素质要求高。另外，开发高端农膜需要高盈利率公司运营和管理结构的支持。

新型材料全新路线

中国石油石化：制约我国生物降解农膜技术取得突破的瓶颈是什么？

王洪学：我国生物降解材料的主要技术瓶颈包括三方面。一是生物降解材料性能达不到传统聚乙烯地膜的水平，其加工性能普遍比聚烯烃差，在生产设备上难以加工成很薄的高强度、高断裂伸长率的地膜，水蒸气透过率高，保墒性能较差；二是生物降解地膜田间应用寿命过短，提前降解使其失去保墒、保温和除草的作用，满足不了作物生长的需求；三是成本过高成为应用推广的瓶颈。

中国石油石化：您的团队如何突破上述瓶颈，研发出全生物可降解农膜？

王洪学：我们采用全新的技术路线，通过使用新型生物降解材料，如微生物发酵制备的聚羟基脂肪酸酯（PHA）作为低成本新原料，采用高分子改性技术及先进的高分子加工技术创新，开发出提高生物降解材料加工性能和力学性能的技术，同时提高地膜材料的保墒、保温性能和使用寿命。

我们采用了化学与结构驱动新战略，出发点是新的化学方法可以开发出全新的、市场上没有的新结构。新结构带来新性质，因而可以创造出新的生物降解地膜材料性能。高分子材料的化学结构以及微观聚集态结构决定其物理和力学性质。采用生物合成方法制造出新型结构的嵌段PHA聚合物，经过化学改性使其具备成膜性质并提升应用性能，再通过建立世界先进的薄膜加工过程在线微观结构表征方法和技术，发现生物降解地膜制造过程中结构形成及演化规律，并以此进一步优化农膜加工技术，从而开发出世界先进的生物降解地膜新材料和加工制备技术。

优势明显效益显著

中国石油石化：在您看来，PHA全生物可降解农膜的主要优势是什么？

王洪学：PHA可降解农膜克服了传统不可降解材料的弊端，具有比较明显的优势。第一，材料的加工性能大幅提升。在工业级地膜生产设备上可制造出6微米以下的地膜，薄膜厚度最薄达到3微米左右。第二，地膜的综合材料性能大幅提升，同时实现高强度和高韧性，拉伸强度超过35MPa，断裂伸长率超过670%，满足机械铺膜要求。第三，地膜的使用寿命可根据作物的生长需求调节，可满足不同气候条件、不同作物的需要。第四，完全符合生物降解要求，相对生物分解率高。第五，材料成本较现有生物降解地膜降低40%左右，单位面积农田的覆膜用量有所减少，可节省农民购买地膜开支和回收地膜的用工成本。

中国石油石化：PHA全生物可降解农膜的应用效果和综合效益如何？

王洪学：PHA新型生物降解地膜已应用于水稻、玉米、花生、蔬菜、蓝莓等作物，使用生物降解地膜可使水稻增产达20%，增加了农民收入。按照欧洲和日本可降解地膜替代30%不可降解地膜的比例，预计全国每年生物降解地膜使用量可以达到几十万吨，可减少近亿亩耕地的污染。按地膜中生物基含量50%计算，未来每年可减少碳排放超过20多万吨，将产生显著的生态和经济效益。

我们开发的新型PHA使用节能节水生产工艺，可大幅度降低生产成本，减少二氧化碳排放，是绿色生物化工过程。随着生产规模的扩大，PHA 生产成本有望进一步降低，带来更为显著的经济效益。此外，大规模发酵生产有助于创造就业，具有一定的社会效益。拥有完全自主知识产权的PHA产业链，有利于提升我国生物降解材料行业的国际竞争力。