金丹科技深度解析：国内PLA产业链的集大成者
1. 打通全产业链的 PLA 龙头
1.1. 国内上市公司仅有的规模化丙交酯企业
金丹科技是国内上市公司中仅有的规模化的PLA全产业链布局企业。公司地处河南周口，玉米采购优势突出。有淀粉、乳酸、乳酸盐等产品，目前丙交酯万吨工艺已经形成，是国内少数能从前端玉米往下游做的全产业链企业。目前形成淀粉产能20万吨，乳酸及乳酸盐12.8万吨，年消耗玉米30万吨以上。
1.2. PLA 生产的核心壁垒在丙交酯
PLA产业链中，技术壁垒最高的是乳酸到丙交酯的生产环节，目前国内能够突破该技术壁垒并规模化生产的企业仅有金丹科技、安徽丰原、浙江海正三家。
金丹科技丙交酯技术来源于南京大学张全兴院士团队，该团队与中科院长春应化所，是国内公认丙交酯工艺领先的科研单位。公司丙交酯技术深耕多年终有突破，2016年丙交酯项目启动，2020年底1万吨丙交酯生产线正式投料试车，成功打通工艺路线。浙江海正通过与中科院长春应用化学研究所合作，2008年建立了第一条PLA中试生产线，目前具备4.5万吨PLA产能，需要外采高光纯乳酸原料完成后续生产环节。安徽丰原已打通PLA全产业链布局，通过葡萄糖来生产乳酸，进而生成丙交酯及PLA，丰原与比利时的Futerro公司开展乳酸及PLA的合作，现具备5万吨的PLA生产能力。目前大多数企业不具备规模化的丙交酯生产工艺，需要采购丙交酯来生产PLA。
1.3. 布局玉米种植，争取进口配额，进可攻退可守
地处河南玉米资源地，采购优势较为突出。公司2017-2019年3年玉米平均采购价 格为1867元/吨，较郑州市场价格低63元/吨。公司地处豫东平原，位于我国黄淮海夏播玉米主产区内，乳酸生产所需主要原材料玉米资源丰富，有着不可复制的地域优势。其中，2018年度仅河南省玉米种植面积就达3919千公顷，玉米产量达2351万吨。玉米供应的原材料优势，可以使得公司生产就近取材，节省可观的运输成本。通过对原材料市场的调研、分析和总结作出科学、合理的采购决策，充分发挥了原材料采购的区位比较优势。
布局上游玉米种植环节，保证玉米供应稳定性，退可守。成立河南金丹现代农业开发有限公司，布局玉米（小麦）种植以及农产品初加工和销售环节。公司采取现代农业技术种植，集中收储烘干，可大幅提高玉米质量。同时，玉米淀粉含量与公司乳酸产品收率密切相关，公司通过种植高淀粉含量玉米，统一管理、规模经营，提升单位玉米乳酸产量，并保证产品质量的稳定，从而实现降低成本、提高质量的目标。
未来玉米深加工规模提升，有望获得玉米进口配额资质，进可攻。规模方面，2020 年底公司具备10.5万吨的乳酸及2.3万吨的乳酸盐生产能力，2021年公司计划投产5万吨高光纯乳酸，并且实现 1 万吨丙交酯的产能爬坡。未来 1-3 年内，公司将根 据市场需求、资金状况，分布、分期建设，在现有产能基础上，完成40万吨淀粉和20万吨高光纯乳酸项目，届时公司的玉米深加工能力可达到60万吨以上。
2021年2月，玉米CNF均价为307美元/吨，根据9%的增值税率及汇率测算，进口完税到岸价约为2170元/吨，山东港口地区到河南区域的运费约110元/吨，则使用进口配额的送到价约为2280元/吨，相比郑州当地玉米市场价便宜700元/吨。目前生产 1 吨 PLA 所使用的的玉米大约为2.5吨，使用进口配额玉米将会使PLA的生产成本降低约1750元/吨。
1.4. 乳酸生产技术存突破空间，秸秆理论成本更低
秸秆制备乳酸已有科研介入，玉米存在进一步深加工价值。目前主流的乳酸生产技术采用的原料是从玉米淀粉和甘蔗蔗糖中提取的葡萄糖，原料成本较高。目前很多厂商和科研机构都在试图从价格更为低廉的秸秆纤维素中提取葡萄糖，作为生产乳酸的原材料，玉米秸秆资源一方面将被有效利用提升玉米深加工价值，一方面减少由于直接焚烧带来的环保问题。
新农业生产的废弃物或剩余物，包括玉米秸秆、水稻秸秆、稻草、谷壳、麸皮等富 含纤维素的材料，未来均有希望作为发酵生产乳酸的原料。此类技术采用的原料易得，用富含木质纤维素的材料代替玉米淀粉等，节约粮食且降低成本。秸秆等材料一般含有30%左右的木糖聚糖以及40%左右的葡聚糖，可以粉碎、酸解、酶解生成单糖并通过发酵生成乳酸。
公司重视乳酸工艺研发，积极探索乳酸新工艺。公司计划探索利用秸秆、玉米芯等材料发酵制备乳酸的技术路线及生产工艺，旨在减少对玉米等原材料的消耗。如果该工艺得以突破，则既可解决“与人争粮，与粮争地”问题，又可解决目前农村秸秆焚烧造成的环境污染等问题。将秸秆“变废为宝”用于生产的同时，也会减少大量的秸秆燃烧排放物，契合我国“金山银山就是绿水青山”的环保号召，有利于建立良好的政企关系，在社会上树立公司环境友好型的企业形象。
二代秸秆发酵技术理论成本低廉，乳酸生产存在降本空间。目前乳酸主要的生产方 式是发酵法，受原料玉米价格影响较大，据 Wind 数据，单吨玉米价格接近3000元/吨，根据1.5吨玉米生产1吨乳酸，则每吨乳酸的玉米成本接近4500元/吨，总生产成本约为5700元/吨。目前二代乳酸技术尚未大规模应用，多处于中试阶段。据专利数据，每生产1吨L-乳酸消耗玉米秸秆3吨，成本600元，酸解消耗硫酸1吨， 成本460元，按照专利的车间成本核算，通过秸秆发酵技术每生产1吨L-乳酸所需要的理论成本有4145 元。
开展发酵液直接提取工艺技术研发，缩减工艺流程，降低原料单耗，彻底减少固废 生成，经济环保。通过直接从发酵液中提取乳酸，提高发酵水平和发酵效率，降低产品的能源、原料单耗，以达到缩短工艺单元、实现清洁生产的目的。根据招股说明书，公司通过发酵液直提工艺每生产1吨乳酸，可减少0.53吨硫酸及0.39吨氧化钙，根据当前市场价计算，单吨成本可节省约650元，进一步提升乳酸产品盈利能力，并且可以彻底减少固废硫酸钙渣的生成，更加低碳环保。
2. 生产追求循环、经济与环保
2.1. 产业链实现低排放，符合碳中和方向
碳达峰、碳中和目标背景下，低碳循环经济势在必行。“循环经济是一种以资源的 高效利用和循环利用为核心，以'减量化、再利用、资源化’为原则，以低消耗、 低排放、高效率为基本特征，符合可持续发展理念的经济增长模式。
公司秉承经济性、低排放理念，固废处理能力处于行业领先水平。发酵法生产乳酸 过程中会产生较多固废如糖渣、菌丝蛋白等，公司固废利用率达到97.1%，处于行业领先水平，所产生的副产物糖渣、菌丝蛋白可以集中收集后外售，对副产物碳酸钙渣进行深加工，生产燃煤脱硫剂，变废为宝。污水处理所产生的的污泥（不含重 金属、难降解有机物）由公司附近农民清运，堆肥熟化后，用于农田施肥。对整体生产过程废物的处理纳入了循环经济的理念，确保每一项固体废物均能实现废物利用，减少环境处理成本。
副产品经济价值高，收入可观。公司2020年糖渣、菌丝蛋白等副产品营业收入达到8521万元，较上年增长18.08%。同时2017-2020年毛利率均在 50%以上，保持较高 水平。糖渣可用于生产饲料，营养丰富；菌丝蛋白广泛用于食品加工和饲料中。公司实现了固废等副产品的经济价值再创造，秉承循环经济理念，推动经济可持续发展。
2.2. 乳酸生产对环保处理能力要求高
公司生产乳酸的过程中，废气、废水产生较低。金丹科技废气产生量（其中包括二氧化硫、氮氧化物、颗粒物排放）较低，每生产1吨乳酸所产生的颗粒物约为0.42kg，显著低于行业平均水平。就液体废物产生而言，主要产生的废液类型有COD以及氨氮混合液NH3-N（不包括废液量），公司的废液产生在同比公司中最低，公司每吨乳酸产生废液总量仅为6.59吨。
综合来看，公司的三废产生量低，工艺符合低碳循环经济理念。通过对比，公司在 三废产生上控制佳，生产工艺清洁，具有显著优势，迎合国家现有的循环经济和碳中和的政策要求。
公司高度重视环保投资，环保支出金额逐年上升。公司在2017-2019年不断增加环 保投入，从2017年的761万元提高到2019年的1148万元。且先后分别投资接近1亿建设四个环保项目，分别为发酵板框渣综合利用项目、锅炉烟气超低排放改造项 目、乳酸副产石膏综合利用工程项目以及环保车间处理能力提升改造项目，用来提升生产过程中废物处理效率以及降低废物生产和排放量。
3. 领先的产品升级理念
3.1. 扩产高光纯乳酸，卡位高品质 PLA 上游
PLA蓬勃发展，扩大对PLA的配套机会。随着PLA市场的蓬勃发展，原料乳酸需求增加显著，为了满足PLA产能扩张需求，公司扩产年产5万吨高光纯L-乳酸工程项目。乳酸根据用途可分为饲料级、食品级、普通级及高光纯级，用于制备丙交酯的乳酸必须是高光纯级，L-型乳酸占总乳酸 98%以上，其制备的PLA透明性、抗菌性和防腐性都更优。2017-2019年高纯乳酸的价格从7166元/吨涨到了9674元/ 吨，涨幅为35%，未来价格可能进一步上涨。公司在高光纯乳酸的布局将会占据竞 争先机，一方面满足自身原材料的需求，一方面向客户进行供应。同时随着公司产品品质的提高，附加值增加，利润水平也将随之提高。
公司是国内乳酸生产企业龙头，成本控制优势显著。国内企业主要采用两步法生产PLA，在该工艺流程中乳酸是关键一环，乳酸的纯度决定着最终PLA产品的品质， 乳酸的生产成本也成为了制约大多数企业PLA产品利润的关键因素。金丹科技采用玉米-淀粉-（葡萄糖）-乳酸的工艺，同行公司主要采用的是葡萄糖-乳酸的工艺。虽然公司乳酸生产工艺链条更长，但在能耗方面更具优势。公司生产每吨乳酸的耗电量约340千瓦时，用水量约为7.4吨，均为可比公司中最低；在蒸汽消耗方面，根据行业中可比公司环评数据，玉米到葡萄糖的蒸汽耗用量约为1.0吨，公司从葡萄糖到乳酸的理论蒸汽耗用量约为2.7吨，接近行业平均值。综合来看，公司的能耗水平在行业最具竞争力。
高光纯乳酸盈利能力更强，扩产高光纯乳酸筑牢护城河。5万吨高光纯乳酸项目达产后公司产品结构将进一步优化，其中高纯度乳酸及高质量乳酸盐的产品收率、生产效率显著提升，生产成本大幅降低。近年来公司产品重心向中高端转移，低端产品的销售占比不断降低，高端产品如高纯乳酸的销量从2017年的2720吨（占乳酸销售量 3.65%）增加到2019年的3624吨（占乳酸销售量4.69%）。公司乳酸业务毛利率不断提升，2017-2019年分别实现22.82%、26.47%和30.67%。高光纯乳酸投产后，将逐步扩大这一趋势。
3.2. 新增淀粉乳环节，升级乳酸质量
精淀粉乳为原料，保障乳酸高质高产。项目设计淀粉乳产能85.1万吨，折合淀粉干 物质约40万吨，而其中20万吨用于现有工程，20 万吨用于扩产的乳酸。精淀粉乳 生产主要经过浸泡、蒸发、破碎、精磨、分离、洗涤等过程，进而用于下一步制取乳酸。淀粉生产采用湿法生产工艺，乳酸提纯过程采用生物发酵技术及分子蒸馏提纯技术，除了可以从源头采取消减污染的清洁生产措施以外，还可以提高生产效率与产品质量。
3.3. 淀粉+PLA+PBAT，打造高效淀粉基可降解方案
新增年产6万吨 PBAT，迈向材料改性环节，未来有望做可降解综合解决方案的提 供商。PBAT项目主要以PTA、AA、BDO为原料，通过酯化、聚缩等反应合成，并利用公司其他项目所生产的PLA、淀粉与PBAT一同进行加工生产生物降解改性材料，形成系统而完整的生产过程。因做下游材料改性的附加值更高，同时PBAT、淀粉等基础材料的全部配套能大幅节省外采基础材料的包装、运输等成本，可以提高公司产业链盈利能力。
有助于接触到终端应用场景，形成可降解方案的正反馈。公司通过布局 PLA/PBAT/淀粉可以更加有利于贴近终端消费者的使用场景，加快产品配方的研发和完善，快速形成正反馈。
淀粉混合塑料（PSM）是主要的可降解材料之一。目前可降解塑料中占比前三的分 别为PSM、PLA 和PBAT，淀粉复合塑料属于天然材料，价格便宜，因此占比较高。中国淀粉基企业数量众多，主要以淀粉为基础的生物基塑料为主，一般是改性淀粉与聚烯烃（如 PP/PE/PS 等）的混合物，全淀粉塑料生产企业较 少，主要公司有江苏君泓生物材料有限公司、武汉华丽环保科技有限公司、江苏锦禾高新科技股份有限公司等。其中华丽环保通过其专利技术将来自玉米、土豆、木薯或小麦的植物淀粉进行改性，由亲水性改为疏水性，热敏性改为耐热性，易碎性改为热塑性。改性后的淀粉与其它高分子材料聚合生产PSM生物基或生物降解材料。
淀粉基可降解塑料具有以下三点优势：
1）大幅提升降解率。实验证明纯PLA薄膜的降解率是十分低的，70d时仅为2.83%， 这是因为PLA本身的亲水性能并不好，因此降解的效率很低、周期很长。相比之下PLA/淀粉复合薄膜的降解性能有了显著提高，降解率随着淀粉的添加量增加而增加。质量比为5∶5的复合薄膜的降解率是最高的，为35.6%，降解率达到纯PLA薄膜 的 12 倍。
GB/T 20197-2006对可降解塑料的生物降解性能提出了要求。如果材料是由单一聚 合物加工而成，生物分解率应≥60%；如果材料是混合物，有机成分应≥51%，生物分解率应≥60%，且材料中组分≥1%的有机成分的生物分解率应≥60%。因此，在生物降解性能的要求下，可降解塑料与淀粉共混成为一种兼具经济与效益的选择， 淀粉将成为可降解塑料中必要的“调味剂”。
2）加工耗能更低。淀粉基降解塑料由于较高温度下易急剧降解，因此以淀粉为基材 的降解塑料加工温度通常在150℃以下，而一般塑料加工温度多在200℃左右，以此计算相同产量生物降解塑料的加工能耗明显低于普通塑料。该降解材料在推行低碳经济方面将发挥重要作用。
3）性价比提升。2021年1-2月，PLA国内均价为28000元/吨，PBAT均价为25000元/吨，DCE玉米淀粉结算均价为3215元/吨。目前市场上主流的可降解产品的组成为 PLA+PBAT+ST（淀粉），通过添加淀粉可以提升复合材料的性能，也能显著降低复合材料的原材料成本。
淀粉是公司拓展产品矩阵的重要基础。扩产淀粉有助于公司进一步提升乳酸生产规 模，提高产品品质；另一方面，也为公司产业链延伸奠定基础。作为可降解塑料的成本。
4. 从碳中和的视角看 PLA 前景
4.1. “禁塑令”颁布实施，国内可降解塑料迎来百万吨市场机遇
一次性塑料制品使用量大，回收利用率低，对土壤环境、海洋环境都产生了严重的 污染。目前，“限塑”已成全球共识，多个国家和地区都已在限塑禁塑方面展开行动。基于完全可降解塑料目前的生产成 本，立法仍是推动其需求增长的最重要的因素，西欧有着世界上对一次性塑料最为严格的立法，是目前降解塑料需求最大的区域，占全球 50%以上市场。
欧美禁塑先行，国内政策紧跟。2020年至今，各地、各领域陆续出台具体政策， 制定明确的禁塑标准与目标，积极响应国家禁塑号召，目前已有30个省级直辖市加入到禁塑行动中。2021年1月已有20余起可降解项目建设事件，政企合作也将推动可降解塑料的发展建设。我们预计2025年，中国可降解市场规模达550万吨以上，其中购物袋 80万吨，一次性餐具133万吨，快递塑料包装230万吨，地膜121万吨。在全国主要城市的塑料薄膜应用完成替换的情景下，预计2025年可降解市场规模达到778万吨1555亿人民币，成为一个千亿级别的细分市场。
4.2. “碳中和”共振“禁塑令”，传统塑料替代势在必行
碳达峰及碳中和目标设立，低碳经济是未来趋势。碳中和是指在规定时期内，二氧 化碳的人为移除与人为排放相抵消。人为排放即人类活动造成的二氧化碳排放，包括化石燃料燃烧、工业过程、 农业及土地利用活动排放等。2020年9月，我国在联合国大会上提出，要“提高国家自主贡献力度、采取更有力的政策和措施，二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和”，围绕这一目标，我们认为生物质可降解材料PLA等将迎来广阔发展空间。
温室效应加剧，传统塑料替代紧迫。日常生活中常见的化纤纺织材料、塑料、建材、 化肥等，基本都离不开石油。导致二氧化碳的排放，引起温室效应。同大多数环境问题一样，实现碳中和有赖于疏堵结合，在全国初级形态塑料累积产量达到10亿吨的今天，治污减排刻不容缓。
公司先进循环工艺显著降低碳排放。以公司为代表，以玉米为起点，利用生物质能制造的PLA塑料，在植物的生长过程中，通过光合作用消耗了一定量的CO₂，而在其被废弃后，被微生物分解释放出同等量的CO₂，又可以供下一年的庄稼吸收，从而实现了碳循环与零碳排放。根据国际标准化组织塑料技术委员会，相比传统的聚乙烯塑料，每制造1kg塑料，运用生物基技术可减少3.14kg碳排放。如果将全球每年生产的聚乙烯塑料全部替换为生物降解塑料，可减少4200万吨碳排放，相当于1000万次国际航班产生的碳排放。
除采用生物可降解塑料外，加强塑料回收利用率同样可以降低碳排放。截至到2015年，人类累计排放了约63亿吨塑料垃圾，其中只有9%被回收，12%被焚烧，79% 的塑料垃圾被填埋或遗弃在自然环境之中，无论是焚烧、填埋还是直接丢弃，均会 产生较多温室气体，塑料回收与再加工是相对低碳环保的处理方式。
4.3. 从碳足迹显示 PLA 碳排放显著低于传统塑料
与传统的石油基塑料相比，PLA生物塑料大大减少了碳排放，高度符合我国的碳中 和政策。
4.3.1. PLA 的环境足迹分析
PLA 被认为具有逐步取代传统塑料的潜力。关于PLA的环境影响研究中设置了三种情景，情境1 既考虑玉米的碳库功能，也考虑秸秆在产业链的能源化利用。假定50%的秸秆被收集制能，能源转化效率为45%。情境2 仅考虑玉米的碳库功能，是国 PLA生产的实景。情境3 既不考虑玉米的碳库功能也不考虑秸秆利用，描述的是PLA塑料被丢弃在自然界，在自然环境又无法降解的情形。
情境2下，每吨PLA的能源足迹与PP树脂的能源足迹大致相当，但碳足迹不足PP的10%，这归功于作物碳库功能沿着产品链从谷物传递到PLA产品。谷物生产剩余物即秸秆等的碳排放发生在分析边界之外，成为PLA原料的隐形“固废包袱”。当弃之不管的塑料处置模式发生时，PLA产品中的碳命运与传统塑料中的碳命运并无本质的区别，而且PLA产品的水足迹较化石基的PP、PE高20%左 右。
环境足迹分析表明，PLA最具环保潜力。随着“禁塑令”的实施与不断升级，可降解塑料成为了传统一次性塑料的重要替代品。不同种类的可降解塑料环境绩效有着显著的差异，PLA因其极低的碳足迹在可降解塑料之中脱颖而出，在“碳中和”的大趋势下，将成为环境友好型塑料的标杆。
生物基可降解塑料迎合市场与政策方向，未来成长空间大。在下游加工、制取塑料制品的过程中，每吨可降解树脂与传统树脂的能源需求基本相当。然而，塑料的使用量是由性能要求决定的，在满足一定性能的条件下，新型可降解塑料制品的物料需求普遍比传统塑料制品要高。目前来说100%生物基的塑料制品占比极微，全国可生物降解塑料产量仅几十万吨，有限的供给与“禁 塑”带动的需求之间有巨大的缺口。
4.3.2. PLA 的全球变暖潜能值（GWP）分析
PLA的GWP较低，是未来可降解塑料的有利解决方案。GWP指标代表温室气体影响全球气候变暖的能力，以二氧化碳为基准。使用实际的工业数据，可以发现PLA在其 生命周期内具有优秀的碳捕捉能力和副产品循环利用率。
评估中PLA的生产环节对GWP的测算为501kg CO₂/t，而固定在PLA中的GWP高达1833kg CO₂/t。由于原材料为甘蔗等农作物，在生长过程中通过光合作用吸收了一定的CO₂。在制糖环节，副产物循环利用所带来的GWP减少量大于原糖生产过程中GWP的增加量。这主要源于热电联产工厂使用的燃料来自甘蔗渣，而其副产物糖蜜和滤饼的循环利用则避免了汽油和土壤改良剂的额外使用。
PLA生产流程中的副产品大多可以循环利用，进而对环境产生正面影响。在制糖厂 中，原料废料可以作为热电联产的燃料供工厂使用，有时会有多余电力进行出售， 这是对GWP产生最多积极影响的副产物。乳酸环节中的副产物釜馏物可作动物饲 料，包含乳酸、碳水化合物和蛋白质混合物，具备营养价值外，且对动物健康有益。另外，制备 PLA 的流程中产生的副产品都有经济利用价值，可减少消耗。
作为新型工艺，PLA存在进一步降低GWP的巨大潜力。未来的改进措施包括：1） 改进农业技术，提高原料单产；2）优化施肥，减少 NOx 和 SOx 排放；3）提高制糖 厂的能源效率，引进高压锅炉，增加输送至电网的多余电力；4）增加可再生能源的使用；5）在乳酸生产中减少化学药品的使用。综合来看，这些措施预计有可能将GWP从501kg CO₂/t 减少到-909kg CO₂/t。
政策是可降解行业前期发展的主要驱动力，政策影响下，大客户价格敏感度偏低， 后期随着产能逐渐释放，可降解产品成本逐渐下移，进一步推动可降解产品的消费替换。2021年1-6月，国内PLA均价为29000元/吨，价格稳定。在可降解产品的旺盛需求下，PLA 新增产能规划不断涌现。2025年国内PLA产能将达约182万吨，产能的快速提升，有望形成规模效应，进一步推动PLA行业成本降低，有望满足外卖一次性塑料、快递包装、购物袋和农用薄膜四大应用需求，随着可降解塑料性能提升和成本降低，未来或将拓展应用边界。
来源：产业报告