生物基材料（Bio-based material）则是近年来提出的概念，根据美国环境保护署的定义[1]，通常是指主要由源自生命物质的一种或多种物质组成的产品。许多常见材料如纸张、木材和皮革等，都可以称为生物基材料，其概念的重点在于碳结构单元的来源而非其循环寿命结束时的最终位置。

在工业领域，生物基材料通常是指经过更广泛加工的各类现代材料，通过各种手段如化学合成或者生物合成将生物质成分（如木质素、纤维素、淀粉、多糖和植物油等）转化为增值产品，例如生物基塑料、生物基纤维、糖工程产品、生物基橡胶以及生物质热塑性材料等。生物基材料被认为是比石油基材料的环保替代品，近年来，各种新型生物基材料不断涌现，其应用场景的探索正逐渐拉开序幕。

目前，多数已商业化的聚酯材料，例如聚对苯二甲酸乙二醇酯/涤纶聚酯（PET）、聚对苯二甲酸丙二醇酯（PTT）、聚碳酸酯（PC）等，其单体原料通常是化石碳加工的直接产品。研究预计，到2050年，聚合物产量将达到全球化石燃料消耗量的20%[2]。石油资源日益紧张，对石油资源的大量消耗不符合可持续发展理念，于是合理利用生物质资源，通过生物及化学手段获得聚酯单体及其潜在替代品已经成为解决方法之一。

生物基高分子材料也是生物基材料发展的重点方向之一。其生产方式既可以是从生物质中直接提取，修饰制作成生物质聚合物产品；也可以是解构或者提取出单体，经过修饰或者不修饰，最终聚合获得的高分子产品。生物基高分子材料种类众多，本文主要聚焦生物基聚酯材料。

图1为来自生物质的聚合物示例。所示结构仅为例示说明，并不能完全代表自然界提供结构的复杂性和多样性。生物质可通过合成转化进一步复合，且聚合物重复单元可以根据特定的聚合策略而略有变化[3]。

生物基材料作为碳中和背景下替代传统石油基材料的重要方向，其发展受到政策、技术、市场需求等多重驱动。结合全球碳中和目标、技术进步和行业动态，以下是2025年生物基材料的行业发展趋势分析，以及五大热门材料的评选与解析：

一、2025年生物基材料行业发展趋势

政策驱动加速

各国“禁塑令”和碳中和政策（如欧盟SUP指令、中国“十四五”生物经济发展规划）推动生物基材料替代传统塑料。

碳关税（如欧盟CBAM）倒逼企业采用低碳材料，生物基材料碳足迹优势凸显。

技术创新降低成本

合成生物学、酶催化技术突破提升生产效率，降低PLA、PHA等材料成本。

生物基单体（如生物基PDO、FDCA）规模化生产带动下游应用。

多元化应用场景扩展

包装（食品、快递）、纺织（生物基聚酯纤维）、汽车（轻量化材料）、医疗（可降解植入物）等领域渗透率提升。

高性能生物基材料（耐高温、高机械强度）替代工程塑料。

产业链整合与资本涌入

传统石化企业（巴斯夫、杜邦）与生物技术公司（Ginkgo Bioworks、凯赛生物）合作布局。

资本市场对合成生物学企业投资热度持续（2023年全球相关融资超50亿美元）。

二、2025年五大热门生物基材料及优势

1. 聚乳酸（PLA）

现阶段商业化最成功的一类生物基材料就是聚乳酸（PLA），也是目前最主流的可降解塑料产品之一，其结构示例见图3。

▲图3 聚乳酸结构示例

PLA是以生物发酵生产的乳酸LA为主要原料，通过聚合反应得到的产物。再往上游追溯，现阶段主要通过玉米发酵和酶解获得LA，考虑到玉米是粮食资源，业界也正在尝试以秸秆或农业废弃物作为原料替代玉米，因此PLA完全来自于生物产品，并且生产过程无污染，是一种理想的生物基材料。PLA的另外一个亮点是可以生物降解，使用后的PLA可以通过堆肥，在温度高于55℃或富氧和微生物作用下降解为二氧化碳和水，实现在自然界中的物质循环，不会对环境产生影响，因此PLA也是一种理想的绿色高分子材料。

从LA到最终PLA的生产过程现在主要是化学合成法，包括缩聚或丙交酯的开环聚合 (ROP) 等两类，但前者难以生产高分子量的PLA，因此ROP技术为业界主流方法。近年来PLA的生物合成包括酶催化以及微生物生产也在被积极探索，但仍在研究阶段。值得注意的是，2022年上海交大陶飞研究员发表的论文中利用蓝藻细胞做底盘细胞，通过系统代谢工程和高密度培养策略的结合，使蓝藻细胞工厂合成PLA的效率提高了约270倍，成功以二氧化碳为原料直接合成PLA[6]，开创了以非粮原料为基础的新一代PLA工业生产的技术思路。

优势：

全生物降解，碳排放比传统塑料低50%-70%；

加工性能接近PET，适用于食品包装、3D打印、纺织纤维。

代表企业：

全球：NatureWorks（美国）、Total Corbion（荷兰）；

中国：海正生物、丰原生物。

2. 聚羟基烷酸酯（PHA）

PHA是聚羟基脂肪酸酯的统称，是次生微生物代谢的细胞内产物，能够模仿许多最畅销的石化塑料的功能，用于包装、医用高分子等多种用途，并能在土壤、淡水和海洋环境中生物降解，因此对环境十分友好。据报道，PHA瓶在海洋环境中可在1.5至3.5年内完全降解，对比在自然界中几乎不能降解的PET，环保性能引人注目[7]。

PHA是典型的合成生物学产品，天然微生物可以从给定的基质生产各种类型的PHA，也可以使用系统生物学和代谢工程方法定制微生物产生特定PHA，目前已知的PHA就有超过200多种；另外的研究方向则是通过在低无菌或非无菌条件下使用极微生物进行PHA生产，使生物过程消耗更少的能量[8]。

尽管PHA产物众多，但只有少数PHA产品进行了深入研究，图4展示了五种已实现商业化应用的化学结构：P(3HB)/又称PHB，P(3HB-co-3HV)/又称PHBV, P(3HB-co-4HB)/又称P34HB，P(4HB)/又称P4HB和P(3HB-co-3HHx)/又称PHBHHx。PHB和PHBV是早期两代产品，其强度较高，韧性相对较差，加工窗口相对较窄，因此适用于注塑、纤维等应用；P34HB与PHBH是由两个单体构成，单体之间的比例具有较高的灵活度，可以实现不同的强度与韧性，加工性能更好，因此可应用于吹塑、流延、注塑、纤维等多种应用场景，也是现阶段市场上最主要的两类产品。

图4 不同PHA的化学结构：( a ) P(3HB)；( b )P(3HB-co-3HV)；( c )P(3HB-co-4HB)；( d )P(4HB)；( e )P(3HB-co-3HHx)。星号 (*) 表示 PHA 结构单元的手性中心。

优势：

海洋环境下降解能力极强，无微塑料残留；

生物相容性高，适合医用缝合线、药物载体。

代表企业：

全球：Danimer Scientific（美国）、RWDC Industries（新加坡）；

中国：蓝晶微生物、微构工场。

3. 生物基聚酰胺（Bio-PA）

生物基聚酰胺是一类以可再生生物质（如蓖麻油、纤维素、微生物发酵产物）为原料合成的高分子材料，可替代传统石油基聚酰胺（如PA6、PA66）。这些原料包括植物油脂、天然氨基酸、糖类等。例如，蓖麻油是制备生物基聚酰胺的重要原料之一，通过对蓖麻油进行一系列化学转化，可以得到用于合成聚酰胺的单体。此外，从玉米、小麦等农作物中提取的糖类物质，也可经过发酵等过程转化为合适的单体，进而合成生物基聚酰胺。

生物基聚酰胺具备良好的机械性能，其拉伸强度、弯曲强度等指标可与传统石油基聚酰胺相媲美，能够满足众多领域对材料强度的要求。同时，具有一定的耐热性，可在较高温度环境下保持稳定的性能。而且，生物基聚酰胺还拥有出色的耐磨性和耐化学腐蚀性，能在多种复杂环境中使用。部分生物基聚酰胺还具有生物可降解性，在自然环境中可逐渐分解，减少对环境的污染，符合可持续发展的理念。

优势：

耐高温、抗冲击，可替代石油基尼龙；

应用于汽车轻量化部件、电子电器外壳。

代表企业：

全球：巴斯夫（德国）、Arkema（法国）；

中国：凯赛生物（长链二元酸技术领先）、华峰集团。

4. 纤维素基材料

优势：

原料来源广泛（木材、农业废弃物）；

高强度、可制成透明薄膜（替代PE膜）、复合材料。

代表企业：

全球：Eastman（美国）、Stora Enso（芬兰）；

中国：中纺院、山东英科。

5. 生物基橡胶（如生物基EPDM）

生物基橡胶可以分为天然橡胶和生物基合成橡胶两类，后者又可以分为生物基传统合成橡胶和新型生物基合成橡胶。目前生产出的生物基橡胶产品，其成本比石油基橡胶要高一些。 生物基橡胶发展速度加快和受到关注度增加，很快就可以在市场上看到生物基橡胶相关产品的身影。

轮胎企业在环境和社会责任方面也在努力，德国大陆集团推出绿色概念轮胎。轮胎企业对橡胶价格的敏感度较高，广泛应用有个过程。

在环保风潮下，制鞋企对价格的敏感度要低一些，基本都愿意去接受这样一个新的环保的橡胶材料。阿迪达斯、彪马等企业推出多种生物基环保鞋。

优势：

减少对石油基合成橡胶的依赖；

用于绿色轮胎（降低滚动阻力，提升电动车续航）。

代表企业：

全球：Genomatica（美国）、朗盛（德国）；

中国：玲珑轮胎（研发中）、中国石化。

三、行业挑战与机遇

挑战：

原料供应稳定性（粮食与非粮生物质平衡）；

生物基材料回收体系不完善；

部分材料性能仍需优化（如PLA耐热性不足）。

机遇：

生物炼制技术（如秸秆制糖）降低原料成本；

政策补贴推动下游应用（如生物基快递袋）；

消费端对“绿色品牌”的偏好增强（如苹果、宜家采用生物基材料）。

结 论

2025年，生物基材料将在包装、汽车、医疗等高增长领域加速渗透，PLA、PHA、生物基聚酰胺、纤维素基材料和生物基橡胶将成为主流方向。企业需关注技术迭代与产业链协同，同时解决成本与规模化生产的瓶颈。中国企业在合成生物学领域（如凯赛生物、蓝晶微生物）有望实现技术超越，成为全球生物基材料供应链的核心参与者。