一、市場動態

生物塑膠(Bioplastic)為以生物基(bio-based)原料或是生物可降解(biodegradable)原料製造而成之塑膠。近年來環境保護意識逐漸提升，生物塑膠由於具備較低的碳足跡，且生物可降解塑膠若經適當地處理，可完全分解成二氧化碳、水與其他無機物，能大幅減少對土壤等環境的污染，因此許多公司開始以生物塑膠替代以石化原料生產的傳統塑膠。另外，環境問題亦是各國政府所關注的重要議題，法規與政策趨勢亦有利於生物塑膠的發展，包括：美國、泰國等國推出相關計畫與法規，鼓勵生物塑膠的使用，如美國的BioPreferred計畫；中國規劃推動生物可降解塑膠產業的發展。前述各種因素皆是生物塑膠市場成長的重要驅動力，根據Frost & Sullivan產業分析報告，2022年生物塑膠之市場規模約為200億美元，2028年將成長至350億美元，年均複合成長率(CAGR)約為10.3%。

然而，目前生物塑膠在塑膠總產量中仍低於5%。生產流程複雜且成本高、新穎生物塑膠的開發時間過長(如Aquapak Polymers費時7年研發新的生物塑膠原料)等因素，為生物塑膠發展的重要限制。

二、生物塑膠分類

生物塑膠依照原料來源和生物可降解與否，可細分成：生物基、生物可降解；生物基、不可生物降解；石化基(Fossil-based)、生物可降解等三類。

(一) 生物基、生物可降解
此類原料包括聚乳酸(Polylactic acid, PLA)、聚羥基烷酸酯(Polyhydroxy Alkanoate, PHA)、纖維素基聚合物(Cellulose-based Polymers)、澱粉基聚合物(Starch-based Polymers)、聚丁二酸丁二醇酯(Poly-Butylene Succinate, PBS)、聚乙烯醇(Polyvinyl Alcohol, PVOH)等，以下針對前四種原料作介紹：

(1) 聚乳酸(PLA)
PLA由澱粉或醣類(如玉米、甘蔗等)經發酵過後產生的乳酸聚合而成，為目前最為廣泛使用的生物基生物塑膠。PLA具備良好的機械性質，常被應用於包裝和耐久性消費品上。然而其分解過程需要專業設備和特定環境條件(如高溫)，才能被微生物降解。PLA通常會與澱粉混合，以提升其生物降解性並且降低成本。同時PLA亦具備生物相容性，可應用於鋼板與骨釘等手術用醫療器材。

(2) 聚羥基烷酸酯(PHA)
PHA可由醣類或油脂類經過微生物發酵後再聚合而成。PHA與傳統石化基(Fossil-based)塑膠(如聚乙烯PE)有相似的特性，並可使用傳統塑膠製品的生產設備進行加工。另外PHA能在自然環境(如土壤、海洋)中分解，同時具備優異的氣體阻隔性，可適用於食材包裝。其他新興應用包括油漆塗料、手術縫合線等。

(3) 纖維素基聚合物(Cellulose-based Polymers)
纖維素常被加工成酯類(如纖維素酯)或化學溶解再重新製成纖維。其具備出色的熱穩定性與彈性，適合用於汽車產業。另外也可將其編織成薄膜，應用於包裝或紡織工業。甲基纖維素可用於包裝易溶於水的產品，如藥用膠囊；醋酸纖維素能應用於護目鏡的光學薄膜。

(4) 澱粉基聚合物(Starch-based Polymers)
以澱粉為主要原料，常與其他聚合物混合煉製而成(澱粉含量通常介於30-70%之間)。例如可與PLA或PBAT混和，以提高聚合物之機械強度；或者與聚丙烯PP等傳統塑膠原料混和，使其具備一定程度的生物可降解性。

(二) 生物基、不可生物降解
此類原料包括生物基聚乙烯(Bio-based Polyethylene, BioPE)、生物基聚丙烯(Bio-based Polypropylene, BioPP)、生物聚醯胺(Bio-polyamides, BioPA)、生物基聚乙烯對苯二甲酸酯(Bio-polyethylene Terephthalate, BioPET)等，下列針對前二種原料作介紹：

(1) 生物基聚乙烯(BioPE)
    BioPE為使用甘蔗、小麥粒等生物基原料經過發酵形成生物乙烯(Bio-ethylene)單體，並且透過聚合反應生成的塑膠。BioPE物化特性與傳統聚乙烯(PE)塑膠相似，具備優異的韌性與抗撕裂性，適應用於包食品包裝等產業。可以減少溫室氣體的排放為BioPE之優勢，但其生產成本比傳統塑膠更高。

(2) 生物基聚丙烯(BioPP)
    BioPP由甘蔗、玉米等自然資源製成，可作為聚丙烯(PP)塑膠之替代性選擇。BioPP生產過程時的溫室氣體排放量同樣低於PP的生產。目前主要應用於包裝、食品容器等，新興應用有紙張塗層、電池外殼、注射器等應用。

(三) 石化基(Fossil-based)、生物可降解
聚己內酯(Polycaprolactone, PCL)以及聚己二酸對苯二甲酸丁二酯(Polybutylene Adipate Terephthalate, PBAT)等為此類原料之代表。

(1) 聚己內酯(PCL)
儘管聚己內酯為由石化原料製成的塑膠，但其具備無毒性、生物可降解性以及生物相容性等特性，目前主要應用於生物醫學領域，例如植入物、整形外科裝置、傷口敷料等。

(2) 聚己二酸對苯二甲酸丁二酯(PBAT)
PBAT由丁二醇( 1,4-butanediol)、已二酸(adipic acid)、對苯二甲酸二甲酯(Dimethyl Terephthalate, DMT)等單體經隨機共聚合(random co-polymerization)反應而成，具備優異的柔韌性(flexibility)、良好的熱穩定性以及生物降解性。PBAT主要用於農業薄膜、包裝與塑膠袋，部分公司已經將其商業化，例如：BASF、Novamont、Eastman等。

三、應用範疇與代表性案例

目前生物塑膠已能夠被廣泛應用於包裝、消費品、農業、汽車、建築、電子、醫療器材等領域。主要應用說明請參閱圖一，以下針對代表性廠商與產品作介紹：

(一) PLA代表性業者 - NatureWorks 
NatureWorks是全球領先的生物塑膠開發商與供應商，其開發的Ingeo技術，可從玉米、甘蔗和甜菜等植物中提取原料，並且生產出PLA。該公司已推出一系列不同特性與用途的PLA產品，包括：具備優異附著力、低翹曲性、低氣味等特性的PLA，可作為3D列印的材料；具備優異耐熱特性之PLA，可製作成餐具使用；具備高流動性的PLA，能於塑膠射出成型設備上使用，製作成電子產品外殼、園藝設備等塑膠製品。

NatureWorks近期正積極擴張產能。2020年NatureWorks擴建其位於美國的PLA製造工廠，且於2021年時宣布在泰國設置新的PLA製造工廠(預計將於2024年完工)，以因應未來市場的需求。

(二) PBAT代表性業者 - BASF
德國BASF為全球領先的化工公司，產品橫跨多個領域，包括塑料聚合物、化學藥品、農業解決方案等。BASF推出的生物塑料主要有Ecoflex與Ecovio等。Ecoflex主要成分為PBAT，能在工業堆肥(Industrial Composting)的環境中，於數周內被微生物降解，且目前在多種生態測試(例如植物生長測試、水蚤測試)與毒理學測試中，被證實對自然環境沒有負面影響。Ecoflex具備優異的彈性、防水和抗撕裂性，特別適合製作成薄膜，應用於產品包裝。Ecovio主要成分包含PBAT與PAL，具備生物可降解性，主要應用項目包括塑膠袋、農用薄膜、紙張塗層等。

BASF近期持續與其他業者合作，擴張Ecoflex與Ecovio的應用範疇。2020年與義大利Fabbri Group合作開發應用於食品包裝的薄膜，2022年與澳洲食品製造商Confoil合作開發生物可降解的耐熱紙托盤。

(三) 纖維素基與澱粉基聚合物之代表性業者 – Green Dot Bioplastics
美國Green Dot Bioplastics利用農業副產品開發出多款纖維素基與澱粉基聚合物，包括：Terratek SC、Terratek WC、Terratek NFRP等。Terratek SC主要成分為澱粉基聚合物，具備與傳統塑膠相似的功能和特性，並能使用傳統塑膠製品設備進行加工，目前主要應用於硬質塑料產品，包括餐具、高爾夫球座、信用卡等；Terratek WC由木材顆粒與塑料原料混合製造而成，目前已被應用於玩具、汽車內飾、庭院家具等產品；Terratek NFRP為使用大麻、黃麻等纖維製造而成，具備優異的隔音、隔熱、剛度等特性，能降低噪音與振動，且比玻璃纖維輕(輕40%)，適用於汽車和體育設備。

四、研發趨勢與成長機會

生物塑膠近期研究著重於開發生物基與可生物降解之新原料，期望使生物塑膠能在更為溫和或者自然環境下被降解(如自家堆肥或海洋環境中)，以進一步降低塑膠對環境的汙染。針對生物不可生物降解之原料，提高可回收性以減少殘留物，或者利用生物基原料取代石化基原料等，為目前的研究趨勢。

另外，塑料廢物的回收需要專用的回收設備，尤其是不同原料的分離。例如：PLA需與PET、PP、PE等傳統塑膠原料分開回收，否則會影響PET、PP、PE的回收品質。因此，隨著生物塑膠逐漸普及，能分選不同原料之回收設備以及能回收新生物塑膠原料的專用設備，為未來值得關注的發展項目。