以竹代塑加工技術(shù)與產(chǎn)品現(xiàn)狀及其市場發(fā)展?jié)摿?

葉翰舟 傅金和 程海濤 陳復(fù)明 楊淑艷 王 戈

（1. 國際竹藤中心 北京 100102； 2. 中國循環(huán)經(jīng)濟(jì)協(xié)會 北京 100037； 3. 中國竹產(chǎn)業(yè)協(xié)會 北京 100102）

傳統(tǒng)塑料行業(yè)面臨非可再生資源依賴度高、能源消耗大、環(huán)境污染嚴(yán)重等挑戰(zhàn)，隨著世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人們對環(huán)保的重視，以及不當(dāng)使用塑料產(chǎn)生的全球性嚴(yán)重環(huán)境污染和健康危害，各國政府和組織已啟動多項(xiàng)“限塑禁塑”政策和措施并推廣可持續(xù)塑料替代品的行動（韋麗明，2022）。

我國竹資源豐富、竹加工技術(shù)先進(jìn)、研發(fā)能力過硬、國際競爭力強(qiáng)，竹產(chǎn)業(yè)是我國綠色朝陽產(chǎn)業(yè)。竹子生長快（3～5年即可成材），一次栽培可持續(xù)利用，且分布廣、加工單元多樣、材性優(yōu)良、價(jià)格低廉，具有固碳能力強(qiáng)、加工選擇性和產(chǎn)品可設(shè)計(jì)性優(yōu)良、低碳可自然降解等諸多優(yōu)勢，是塑料的理想替代品之一，可為相適應(yīng)的以竹代塑產(chǎn)品開發(fā)提供多種可能與選擇（傅金和，2023；費(fèi)本華等，2022；王戈等，2016）。竹質(zhì)產(chǎn)品因其綠色環(huán)保、性能優(yōu)良、自然美觀等，逐漸受到政府、市場和消費(fèi)者的青睞。

2022年6月24 日，習(xí)近平主席在全球發(fā)展高層對話會成果清單第18 項(xiàng)提出，中國將同國際竹藤組織共同發(fā)起“以竹代塑”倡議，減少塑料污染，應(yīng)對氣候變化；2022年11月7 日，中國政府同國際竹藤組織攜手共同發(fā)起“以竹代塑”倡議，推動各國減少塑料污染，應(yīng)對氣候變化，加快落實(shí)聯(lián)合國2030年可持續(xù)發(fā)展議程。中國向全世界發(fā)出“以竹代塑”的強(qiáng)音和保護(hù)生態(tài)環(huán)境的決心，2023年全國兩會期間，全國人大、全國政協(xié)等多名代表和委員提出“以竹代塑”提案，多項(xiàng)以竹代塑決策陸續(xù)部署，為竹產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了有力支持。2023年11月，國家發(fā)展和改革委員會等部門印發(fā)《加快“以竹代塑”發(fā)展三年行動計(jì)劃》，并同步發(fā)布《“以竹代塑”主要產(chǎn)品名錄（2023年版）》，穩(wěn)妥有序推進(jìn)各地區(qū)和有關(guān)部門的以竹代塑進(jìn)程。2023年11月7 日，首屆以竹代塑國際研討會開幕，中國政府與國際竹藤組織聯(lián)合發(fā)布《“以竹代塑”全球行動計(jì)劃（2023—2030）》，提出了以竹代塑六大行動目標(biāo)、23 項(xiàng)具體行動。

本研究基于我國竹資源和竹產(chǎn)業(yè)的優(yōu)勢特點(diǎn)以及傳統(tǒng)塑料行業(yè)的綠色轉(zhuǎn)型需求，分析以竹代塑替代方案的迫切需求和可行性；結(jié)合國家重大發(fā)展戰(zhàn)略，著重梳理汽車部件、家用電器殼體、冷卻塔填料、管道管材、建筑裝飾材、一次性餐具等典型重點(diǎn)行業(yè)產(chǎn)品現(xiàn)狀及其以竹代塑加工技術(shù)和產(chǎn)品市場發(fā)展?jié)摿?；針對政府、科研機(jī)構(gòu)、協(xié)會、企業(yè)、市場和消費(fèi)者，提出以竹代塑行動建議、發(fā)展趨勢與展望，以期為我國以竹代塑技術(shù)產(chǎn)品的推廣和應(yīng)用提供一定參考。

1 以竹代塑的內(nèi)涵

以竹代塑是一種基于竹子資源、材性、生態(tài)等優(yōu)勢，通過對竹子進(jìn)行科學(xué)研究和開發(fā)利用，實(shí)現(xiàn)對塑料材料和產(chǎn)品合理替代的可持續(xù)發(fā)展行動。具體地說，以竹代塑是利用可持續(xù)、可再生的竹材資源，充分發(fā)揮竹材的物理、力學(xué)、化學(xué)、生態(tài)等優(yōu)勢，加工成纖維、顆粒、漿料、塊材、棒材、片材、板材、管材、異型材料等，替代不可降解、高污染、高能耗的石油基塑料或高分子材料，制造餐具、包裝、日用品、家具家電、建筑裝飾、交通運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域的材料和產(chǎn)品，以滿足相應(yīng)的市場需求和環(huán)保要求，減少對傳統(tǒng)塑料的依賴，降低環(huán)境壓力的可持續(xù)行動。

2 以竹代塑的迫切需求

2.1 塑料的應(yīng)用和產(chǎn)量

塑料是與鋼鐵、木材和水泥并列的四大支柱性材料之一，其普遍質(zhì)量較輕、易于成型、著色性好、加工成本低、物理力學(xué)性能較好，廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、包裝、建筑、交通、電子等領(lǐng)域，與人們衣食住行緊密相關(guān)。近20年來，全球塑料產(chǎn)量和消費(fèi)量持續(xù)增長，中國是全球最大的塑料生產(chǎn)國，塑料產(chǎn)量約占全球塑料總產(chǎn)量的30%，2019年全球塑料總產(chǎn)量達(dá)3.5億t，中國塑料產(chǎn)量接近1 億t（陶怡等，2020）；2020年全球塑料總產(chǎn)量為3.67 億t，人均消費(fèi)量46 kg；預(yù)計(jì)到2050年，全球塑料產(chǎn)量將達(dá)11.24 億t（王月等，2022）。

2.2 塑料的污染和危害

塑料制品給人們帶來便利的同時(shí)，廢棄后的不當(dāng)處理也產(chǎn)生一系列環(huán)境污染問題。截至2019年底，全球塑料制品累積消費(fèi)量已超過100 億t，塑料工業(yè)消耗了全球8%的石油，僅塑料制造階段（將樹脂制成塑料產(chǎn)品）就產(chǎn)生全球1%的碳排放；若從全生命周期考慮，塑料生產(chǎn)和使用的碳排放占全球碳排放的3.8%，并產(chǎn)生巨量塑料垃圾（湯磊等，2022）。照常發(fā)展模式下，預(yù)計(jì)到2050年，全球塑料生產(chǎn)將消耗全球20%的石油供應(yīng)量，塑料生產(chǎn)和使用的碳排放可能占全球碳預(yù)算總額（2° C 情景）的15%（陸曉如,2021）。全世界生產(chǎn)的塑料制品中只有9%被循環(huán)利用，12%被焚燒，79%的塑料垃圾最終被填埋或遺棄在自然環(huán)境中。據(jù)統(tǒng)計(jì)，僅2019年，中國就已產(chǎn)生廢棄塑料6 300 萬t（王月等, 2022），預(yù)計(jì)到2050年，全球廢棄塑料將達(dá)120 億t（Geyeret al.，2017）。全球塑料產(chǎn)量不斷增長以及不合理使用，產(chǎn)生大量白色污染和微塑料污染，對大氣、海洋、土壤、陸地水系、動植物、人類均產(chǎn)生不可逆轉(zhuǎn)的嚴(yán)重傷害（寧凱等，2022）。2022年4月，微塑料已被生態(tài)環(huán)境部界定為國際上廣泛關(guān)注的新污染物，全球應(yīng)對塑料污染刻不容緩。

塑料產(chǎn)業(yè)面臨綠色轉(zhuǎn)型升級，亟需環(huán)?？稍偕牟牧咸娲?，竹材作為一種環(huán)保、可再生、可降解的生物質(zhì)材料，是基于自然的可持續(xù)替代塑料的優(yōu)質(zhì)選擇。

3 以竹代塑的優(yōu)勢分析

竹子具有資源、材性、生態(tài)、市場、技術(shù)、政策等優(yōu)勢，竹產(chǎn)業(yè)是我國規(guī)模龐大、發(fā)展迅速的特色朝陽產(chǎn)業(yè)?！耙灾翊堋弊鳛橹癞a(chǎn)業(yè)的重要組成部分，是竹產(chǎn)業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展的新契機(jī)和增長點(diǎn)。

3.1 資源優(yōu)勢

我國是世界上竹資源最豐富的國家，竹子種類、竹林面積和蓄積量均居世界前列，竹材培育和加工利用水平世界領(lǐng)先。我國擁有竹類植物39 屬857 種，占世界竹子種類的52.2%（江澤慧，2020；傅大偉等，2022）。據(jù)第九次全國森林資源清查結(jié)果統(tǒng)計(jì)，我國竹林面積達(dá)641.16 萬hm2，其中毛竹（Phyllostachys edulis）林面積467. 78 萬hm2，占72.96%；2021年我國竹林面積達(dá)756.27 萬hm2，其中毛竹林面積為527.76萬hm2，占竹林總面積的69.78%（馮鵬飛等，2023），可為以竹代塑技術(shù)和產(chǎn)品的開發(fā)提供充分資源保障。

3.2 材性優(yōu)勢

竹材可加工成多種竹質(zhì)單元，既可直接利用竹稈、竹段、竹片，又可將其加工成竹篾、展平竹、竹條、微薄竹、竹束、竹纖維、竹紗線、竹絲、竹刨花、竹漿纖維等，也可將其進(jìn)一步編織成竹篾簾、竹束簾、竹席等，具有很大的加工選擇性和產(chǎn)品可設(shè)計(jì)性，有助于為拓展以竹代塑產(chǎn)品領(lǐng)域、適應(yīng)功能需求、精準(zhǔn)產(chǎn)品定位等提供多種可能與選擇。竹材縱向紋理通直，力學(xué)性能優(yōu)異，尤其縱向拉伸強(qiáng)度高，抗拉強(qiáng)度約為木材的2 倍，比強(qiáng)度為鋼材的2～3 倍，斷裂韌性和疲勞性能超過多數(shù)工程材料（王獻(xiàn)軻等，2020）。竹纖維力學(xué)性能優(yōu)異，長度1～4 mm、直徑10～50 μm的竹單根纖維拉伸強(qiáng)度可達(dá)1.710 ± 0.293 GPa（曹雙平等，2010），脫木素處理后長度1 cm 的竹單根纖維拉伸強(qiáng)度可達(dá)1.90 ± 0.32 GPa，拉伸模量達(dá)91.3 ±29.7 GPa，遠(yuǎn)高于大多數(shù)天然動植物纖維、人造纖維和無機(jī)纖維（Liet al.，2021）。竹材特有的多種單元形態(tài)及其材性特征，可為其相適應(yīng)的竹質(zhì)代塑產(chǎn)品開發(fā)提供可能，做到適材適用（表1）。

表1 不同竹材單元的材性特征及其相適應(yīng)的代塑產(chǎn)品Tab. 1 Property characteristics of different bamboo units and their corresponding bamboo-based plastic substitute products

3.3 生態(tài)優(yōu)勢

竹林具有很好的保持水土、涵養(yǎng)水源、防止風(fēng)災(zāi)、調(diào)節(jié)氣候、凈化空氣、減少噪音等功能（輝朝茂等，2002），在減緩氣候變化和恢復(fù)生態(tài)系統(tǒng)功能方面發(fā)揮著重要作用。竹林生態(tài)功能強(qiáng)大，以毛竹林為例，毛竹固碳能力明顯高于普通林木，良好集約經(jīng)營毛竹林的年碳積累量為12.75 t·hm?2（楊玉盛等，2015）；1 hm2毛竹林喬木層年固碳量5.097 t，是速生階段杉木（Cunninghamia lanceolata）的1.46 倍、熱帶山地雨林的1.33 倍（高璜等，2015；周國模等，2004）；1 hm2竹子及其制品60年內(nèi)可儲碳306 t，是同等條件下杉木碳儲量的1.72 倍（Kuehlet al.，2013）；相較塑料，竹材在整個生命周期保持著低碳水平，展平竹、竹膠板等竹質(zhì)材料的碳足跡遠(yuǎn)低于增強(qiáng)水泥、PVC 塑料、鋼鐵和鋁（van der Lugtet al.，2015）；竹片、竹膠合板、室內(nèi)外用重組竹板等竹質(zhì)材料的碳足跡較低甚至為負(fù)，可作為塑料、鋼和水泥等材料優(yōu)良的低碳環(huán)保替代品（費(fèi)世民，2021）。

3.4 市場優(yōu)勢

竹子廣泛應(yīng)用于竹質(zhì)建材、竹質(zhì)工業(yè)品、竹質(zhì)日用品等百余個系列近萬種產(chǎn)品，覆蓋人們生產(chǎn)生活的諸多方面。根據(jù)國家林業(yè)和草原局、國家發(fā)展改革委、財(cái)政部等10 部門印發(fā)的《關(guān)于加快推進(jìn)竹產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的意見》的發(fā)展目標(biāo)與中國竹產(chǎn)業(yè)協(xié)會的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，2010—2021年，我國竹產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值逐年增長，預(yù)計(jì)到2035年，全國竹產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值將超過1 萬億元（圖1）。

圖1 2010—2035年我國竹產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值及其預(yù)期Fig. 1 Output value and forecast of China’s bamboo industry from 2010 to 2035

中國不僅是世界竹產(chǎn)品生產(chǎn)加工的第一大國，也是國際竹產(chǎn)品貿(mào)易的第一強(qiáng)國。由國際竹藤組織發(fā)布的《2021 中國竹藤商品國際貿(mào)易報(bào)告》顯示，中國竹產(chǎn)品進(jìn)出口貿(mào)易總額持續(xù)攀升至26.45 億美元，以竹代塑產(chǎn)品進(jìn)出口總額分別為542.55 萬美元和16.63 億美元。圖2 所示為2021年中國以竹代塑產(chǎn)品出口貿(mào)易額占比，其中，2021年中國竹餐具出口貿(mào)易總額約11.43 億美元，占中國竹產(chǎn)品出口貿(mào)易總額的43.20%，出口增速最為明顯。

圖2 2021年中國以竹代塑產(chǎn)品出口貿(mào)易額占比Fig. 2 Proportion of China’s export trade volume of bamboo substitute plastic products in 2021

3.5 技術(shù)優(yōu)勢

3.5.1 國內(nèi)外專利數(shù)量 中國是竹產(chǎn)業(yè)專利首次申請最多的國家（劉秀等，2018）。據(jù)國家知識產(chǎn)權(quán)局中國專利公布公告數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，截至2023年3月1 日，以“竹材”為關(guān)鍵詞，已授權(quán)發(fā)明專利1 035 件，已公布發(fā)明專利2 776 件，已授權(quán)實(shí)用新型專利2 249件；以“竹纖維”為關(guān)鍵詞，已授權(quán)發(fā)明專利1 041件，已公布發(fā)明專利5 656 件，已授權(quán)實(shí)用新型專利4 293 件。

3.5.2 論文發(fā)表數(shù)量 中國竹材領(lǐng)域高水平科技論文發(fā)表數(shù)量處于世界領(lǐng)先地位。截至2023年3月1 日，以“bamboo”和“bamboo industry”為檢索字段，以“國家/地區(qū)”和“出版年”為篩選項(xiàng)，對Web of Science 數(shù)據(jù)庫分別檢索到22 805 和2 479 條論文（圖3）。自2000年至2023年3月1 日，全球發(fā)表“竹”和“竹產(chǎn)業(yè)”相關(guān)論文數(shù)量總體呈逐年增長趨勢，中國是相關(guān)領(lǐng)域論文發(fā)表最多的國家，累計(jì)論文發(fā)表量約占全球的50%，其次是美國、印度和日本。

圖3 全球“竹”和“竹產(chǎn)業(yè)”相關(guān)論文發(fā)表數(shù)量Fig. 3 Number of papers published worldwide on bamboo and bamboo industry

3.5.3 標(biāo)準(zhǔn)頒布數(shù)量 中國是世界竹子標(biāo)準(zhǔn)數(shù)量最多、體系最完善的國家，標(biāo)準(zhǔn)數(shù)量占世界竹子標(biāo)準(zhǔn)的90%以上（劉賢淼等，2022a）。截至2021年12月底，中國共有竹子國家標(biāo)準(zhǔn)43 項(xiàng)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)145 項(xiàng)、團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)72 項(xiàng)、地方標(biāo)準(zhǔn)235 項(xiàng)（含臺灣省標(biāo)準(zhǔn)7 項(xiàng)），主要涉及竹地板、竹炭、重組竹、竹纖維等產(chǎn)品類標(biāo)準(zhǔn)以及竹材術(shù)語、測試方法、培育技術(shù)等基礎(chǔ)性標(biāo)準(zhǔn)（劉賢淼等，2022b）。截至2023年2月底，全國竹藤標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會和國際標(biāo)準(zhǔn)化組織的標(biāo)準(zhǔn)頒布與在研情況如表2 所示。

表2 全國竹藤標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會和國際標(biāo)準(zhǔn)化組織的標(biāo)準(zhǔn)頒布與在研情況Tab. 2 Standards issued and under research by the National Technical Committee for Bamboo and Rattan Standardization and the International Organization for Standardization

3.6 政策優(yōu)勢

塑料污染引起全世界高度關(guān)注，全球范圍內(nèi)對塑料嚴(yán)控升級，并采取相應(yīng)的應(yīng)對措施。目前，國內(nèi)外“限塑”政策主要針對一次性不可降解塑料制品，包括一次性使用的塑料吸管、杯、碗、盤、碟、刀、叉、勺、筷子、餐盒等塑料餐飲具；一次性塑料棉簽、一次性塑料攪拌棒、酒店一次性塑料制品；不可降解的塑料袋、塑料瓶、塑料氣球棒、農(nóng)用地膜與覆蓋物；含塑料微珠的日化產(chǎn)品；以醫(yī)療廢物為原料制造塑料制品等。全球限塑禁塑政策手段主要分為構(gòu)建回收系統(tǒng)、使用懲罰手段（收費(fèi)、征稅、罰款、監(jiān)禁等）以及允許使用可降解塑料（李依然等，2021；吳波，2022）。2020年1月，我國發(fā)布《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)塑料污染治理的意見》，將“限塑令”升級為“禁塑令”，各?。ㄊ小^(qū)）“禁塑”政策相繼出臺（石鎏杰等, 2021）。2022年，國內(nèi)外限塑政策持續(xù)推進(jìn)，在第五屆聯(lián)合國環(huán)境大會上，175 個國家批準(zhǔn)簽署里程碑式?jīng)Q議《終止塑料污染決議（草案）》，旨在2024年締結(jié)一項(xiàng)具有國際法律約束力的協(xié)議，預(yù)示著首個全球“限塑令”即將到來。

“以竹代塑”是我國在踐行生態(tài)文明建設(shè)、“兩山理論”、“雙碳”目標(biāo)等重大國家戰(zhàn)略與發(fā)展目標(biāo)下提出的，具有重要的經(jīng)濟(jì)、社會、生態(tài)意義和價(jià)值?！耙灾翊堋钡拈_展與不斷深化，勢必離不開國家政策的大力扶持。2011年至今，我國頒布了多項(xiàng)政策支持竹產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展（表3），發(fā)展目標(biāo)從竹林培育、推進(jìn)竹產(chǎn)業(yè)升級到竹產(chǎn)品精深加工不斷演變，表明我國竹產(chǎn)業(yè)在發(fā)展迅速、取得階段性顯著成效的同時(shí)，也面臨新的機(jī)遇與挑戰(zhàn)。目前，我國在金磚會議、世貿(mào)組織會議、世界竹藤大會、首屆以竹代塑國際研討會等全球會議上發(fā)出“以竹代塑”中國強(qiáng)音，多項(xiàng)舉措大力支持（圖4），竹產(chǎn)業(yè)將迎來歷史性發(fā)展機(jī)遇。

圖4 “以竹代塑”相關(guān)國內(nèi)外事件Fig. 4 Domestic and foreign events related to the Bamboo as a Substitute for Plastic

表3 2011年至今我國國家層面出臺的竹產(chǎn)業(yè)相關(guān)政策Tab. 3 National policies related to the bamboo industry in China from 2011

4 典型重點(diǎn)行業(yè)現(xiàn)狀及以竹代塑產(chǎn)品應(yīng)用市場展望

依托國家重要發(fā)展戰(zhàn)略，瞄準(zhǔn)建筑、交通、工業(yè)、日用等重點(diǎn)行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展需求，開發(fā)環(huán)保健康的以竹代塑新產(chǎn)品，市場潛力巨大。

4.1 我國重點(diǎn)行業(yè)現(xiàn)狀及以竹代塑技術(shù)產(chǎn)品

汽車部件、家用電器殼體、管道管材、冷卻塔填料、建筑裝飾材、一次性餐具等典型重點(diǎn)行業(yè)領(lǐng)域產(chǎn)品是國家戰(zhàn)略實(shí)施的重要支撐和具體表現(xiàn)（圖5）。塑料是上述行業(yè)制造加工的重要和主要原料之一，對行業(yè)發(fā)展具有不可忽視的作用。

圖5 我國重要國家發(fā)展戰(zhàn)略及其典型重點(diǎn)行業(yè)領(lǐng)域產(chǎn)品Fig. 5 China’s important national development strategies and products in typical key industries

4.1.1 汽車部件 我國汽車產(chǎn)銷總量已連續(xù)14年穩(wěn)居全球第一，總體呈增長趨勢，綠色低碳和輕量化技術(shù)是當(dāng)前汽車產(chǎn)業(yè)的重點(diǎn)發(fā)展方向。據(jù)中國汽車工業(yè)協(xié)會《2022年汽車工業(yè)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行報(bào)告》顯示，我國汽車產(chǎn)銷在2022年分別完成2 702.1 萬輛和2 686.4萬輛，同比增長3.4%和2.1%；據(jù)TrendForce 集邦咨詢統(tǒng)計(jì)，2022年全球汽車銷量8 105 萬輛，預(yù)估2023年全球汽車市場銷量達(dá)8 410 萬輛。在汽車工業(yè)中，由于塑料比傳統(tǒng)的金屬部件更輕，不僅可減少汽車質(zhì)量和油耗，還可兼顧優(yōu)良的耐用性和抗沖擊性，被廣泛用于制造汽車外殼、內(nèi)飾和功能部件。

竹質(zhì)汽車內(nèi)飾主要是以竹纖維的高強(qiáng)度實(shí)現(xiàn)對聚丙烯等塑料的增強(qiáng)與替代，國外已有大量相關(guān)研究，并成功應(yīng)用于奧迪、奔馳、寶馬等汽車的底部、前段、降噪部件、保險(xiǎn)杠梁、儀表板、車門等部位，但我國在該領(lǐng)域研究起步較晚（陳季荷等，2022；朱春良，2012）。近年來，國際竹藤中心基于竹纖維細(xì)長、柔韌性好的特征，開發(fā)竹纖維無紡織氣流成型技術(shù)以及竹纖維/聚合物復(fù)合材料制造汽車內(nèi)襯部件深度模壓成型技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了竹纖維三維多部件的一體化模壓成型，制得的汽車內(nèi)飾構(gòu)件可滿足汽車主機(jī)廠的使用要求，目前已在國內(nèi)部分汽車公司試生產(chǎn)（程海濤等，2022；陳季荷等，2022）。

4.1.2 管道管材 隨著我國農(nóng)村有效灌溉面積和市政供排水管道長度的不斷增長，對管道的需求量不斷擴(kuò)大。據(jù)華經(jīng)情報(bào)網(wǎng)統(tǒng)計(jì)，2021年，我國塑料管道產(chǎn)量約1 677 萬t，同比增長2.5%，塑料管道在給排水、農(nóng)業(yè)、化工、電氣、電信等方面全球市場的未來前景持續(xù)看好；據(jù)Lucintel 預(yù)測，到2027年，全球塑料管道市場預(yù)計(jì)達(dá)995 億美元。聚氯乙烯（PVC）較其他熱塑性塑料更堅(jiān)固、更硬，在塑料管道中應(yīng)用最廣泛，可應(yīng)用于市政、建筑及農(nóng)用的供水、排水和電氣管道等多種領(lǐng)域（Alsabriet al.，2020）。

相較于聚乙烯（PE）/PVC 等塑料管，竹纏繞復(fù)合管密度低（0.95～1.15 g·cm?3）、運(yùn)輸成本低、保溫性能好、抗變形能力好、環(huán)保健康、使用壽命長（≥50年）（江澤慧等，2020；葉柃，2022）。竹纏繞復(fù)合管道以連續(xù)薄竹篾為基材，突破傳統(tǒng)平面層積熱壓加工模式，采用多層結(jié)構(gòu)和環(huán)縱向?qū)臃e二維纏繞工藝加工而成，充分發(fā)揮了竹材軸向拉伸強(qiáng)度高、彈性模量大、柔韌性好的特性，實(shí)現(xiàn)了竹纖維軸向拉伸強(qiáng)度的最大化利用，可代替大管徑塑料管廣泛應(yīng)用于水利水電、建筑交通、城鎮(zhèn)管網(wǎng)、電信軍工等工程領(lǐng)城，目前竹纏繞復(fù)合管、竹纏繞管廊、竹纏繞房屋已進(jìn)入推廣應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)化階段 （江澤慧等，2020）。國家《“十四五”生物經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃》將竹纏繞定性為生物經(jīng)濟(jì)支柱產(chǎn)業(yè)，并指出“要推動竹纏繞在城市綜合管廊等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中示范應(yīng)用”（葉柃, 2022）。近年來，我國管道市場潛力巨大，每年呈遞增態(tài)勢，預(yù)計(jì)到2030年，竹纏繞復(fù)合管產(chǎn)量可達(dá)1 000 萬t（劉賢淼等，2022b；費(fèi)本華等，2022）。

4.1.3 冷卻塔填料 冷卻塔是以水為循環(huán)冷卻劑，與空氣直接接觸進(jìn)行熱交換的一種冷卻設(shè)備，廣泛應(yīng)用于冶金、電力、石化和化工等工業(yè)領(lǐng)域（楊文忠等，2021；Maet al.，2021）。據(jù)Coherent Market Insights 數(shù)據(jù)，2021 全球冷卻塔市場規(guī)模為32.431 億美元，亞太地區(qū)在全球冷卻塔市場占據(jù)主導(dǎo)地位（26.5%），其次是歐洲和北美。預(yù)計(jì)到2030年，全球冷卻塔市場規(guī)模將達(dá)53.342 億美元。冷卻塔填料可有效提高冷卻塔工作效率，目前主要采用PVC 塑料填料。

竹格淋水填料是一種由弧形竹片構(gòu)成，通過穿桿串連、上下交錯垂直疊放而成的新型網(wǎng)格狀冷卻塔生物質(zhì)填料，屬于點(diǎn)滴薄膜式淋水填料（Maet al.，2021；陳友良等，2016）。相較目前廣泛應(yīng)用的PVC塑料薄膜式填料，竹格淋水填料具有強(qiáng)度高、阻力特性好、變形小、破損率低、不怕掛冰、不易結(jié)垢、使用壽命長、維護(hù)成本低、資源可再生且廢棄后可完全降解等優(yōu)勢，目前已占填料市場的5%（陳禮生等，2018；陳友良等，2016）。由于竹格淋水填料具有抗寒、耐熱、抗老化和原料資源豐富等優(yōu)點(diǎn)，有望部分代替PVC 薄膜填料應(yīng)用于冷卻塔中，尤其在寒冷地區(qū)具有較廣闊的應(yīng)用前景。

4.1.4 建筑裝飾材 隨著我國城鎮(zhèn)化進(jìn)程加快、國民經(jīng)濟(jì)水平提高以及人民生活水平改善，建筑裝飾行業(yè)的需求日益擴(kuò)大，市場規(guī)模逐步增加，總產(chǎn)值持續(xù)增長。據(jù)產(chǎn)業(yè)研究咨詢機(jī)構(gòu)普華有策數(shù)據(jù)顯示，2022年建筑裝飾行業(yè)總產(chǎn)值達(dá)5.52 萬億元，據(jù)《建筑裝飾行業(yè)“十四五”發(fā)展規(guī)劃》目標(biāo)，到2025年力爭實(shí)現(xiàn)行業(yè)產(chǎn)值規(guī)模6.5 萬億元。建筑壁板作為一種重要的建筑裝飾材，主要起到裝飾和保護(hù)建筑物外墻的作用，可由乙烯基塑料、纖維水泥、磚、灰泥、鋁、瀝青等材料制成，其中乙烯基塑料用量最大。隨著新建住宅和非住宅建筑的增加、原有建筑的外部維修和維護(hù)需求提升以及酒店業(yè)的崛起，全球壁板市場的未來前景看好。據(jù)Lucintel 預(yù)測，到2027年，全球壁板市場預(yù)計(jì)將達(dá)1 261 億美元；據(jù)Fact. MR 研究分析，2021年全球乙烯基壁板的市場規(guī)模達(dá)64 億美元，預(yù)計(jì)到2032年將超過103 億美元。

若能以竹質(zhì)建筑板材替代乙烯基塑料壁板的1%，其產(chǎn)品市場容量將十分可觀。竹質(zhì)建筑裝飾材以竹束、竹篾、微薄竹等原料制成薄型竹基纖維層積材，可有效保留竹材在纖維方向上的強(qiáng)度、剛度與優(yōu)良的定向性，加工成的竹質(zhì)板材強(qiáng)度高、成本低，具有較強(qiáng)的可設(shè)計(jì)性，可應(yīng)用于竹質(zhì)墻板、門窗、隔板等建筑裝飾；亦可利用竹材縱向拉伸強(qiáng)度高的特點(diǎn)，將竹纖維、竹絲或細(xì)薄竹片與高分子材料復(fù)合，采用二維或立體編織，形成無應(yīng)力缺陷的基體，生產(chǎn)可柔可剛、可層壓、阻燃抑煙的新型生物質(zhì)建筑裝修用材，應(yīng)用于裝配式建筑、臨時(shí)拼裝式房屋、裝飾裝修材料等（戴武軍等，2021）。

4.1.5 家用電器殼體 近年來我國家電行業(yè)不斷發(fā)展，已成為全球家電的生產(chǎn)、消費(fèi)和出口大國。2021年，我國規(guī)模以上家用電力器具制造企業(yè)全年?duì)I業(yè)收入規(guī)模1.7 萬億元，同比增長15.5%，非電力家用器具制造業(yè)0.9 萬億元；我國家電行業(yè)出口6 382億元，同比增長14.1%；全年國內(nèi)累計(jì)銷售額達(dá)7 543億元，同比增長3.4%（工業(yè)和信息化部消費(fèi)品工業(yè)司等，2023）。塑料已成為家電行業(yè)僅次于鋼材的第二大類原材料，作為一種常用的熱塑性塑料，丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）因其綜合性能良好，廣泛用于家電、辦公設(shè)備、日用品等領(lǐng)域，是電器外殼的主要原材料。2021年中國ABS 產(chǎn)能已達(dá)476.0×104t·a?1，占全球產(chǎn)能的40%，預(yù)計(jì)到2023年，中國ABS 產(chǎn)能將達(dá)826×104t·a?1，表觀消費(fèi)量有望達(dá)約890×104t。2021年，家電行業(yè)仍是ABS 最大的下游應(yīng)用領(lǐng)域，約占ABS 總消費(fèi)量的62%（常敏，2022）。

相較塑料電子電器殼制品，竹質(zhì)殼制品可充分發(fā)揮竹子密度適中、表面硬度高、耐磨性好、色澤均一的材性特點(diǎn)和優(yōu)勢。以竹鼠標(biāo)竹鍵盤為例，產(chǎn)品的工藝性和可操作性俱佳，具有美觀、敲擊手感好等特點(diǎn)，在溫濕度變化的環(huán)境中適用性能良好（張小軻等，2012）。據(jù)中國海關(guān)數(shù)據(jù)顯示，2022年中國鍵盤、鼠標(biāo)器出口總量為4.88 億個，出口總金額為55 億美元?？v觀電子電器行業(yè)整體發(fā)展市場，多種形式竹單元的日用電子電器竹質(zhì)殼制品發(fā)展?jié)摿薮蟆?/p>

4.1.6 一次性餐具 中國是世界最大的一次性餐具生產(chǎn)國和消費(fèi)國。一次性餐具通常由聚苯乙烯（PS）、聚丙烯（PP）、PVC 和PE 等塑料制成，其中，PS 一般用于制造泡沫餐具，PP、PVC 和PE 常用于制造塑料袋和塑料餐具等。據(jù)Profshare market research 數(shù)據(jù)，2021年，全球一次性餐具市場規(guī)模為321.35 億美元，預(yù)計(jì)到2028年將達(dá)374.23 億美元。由于一次性塑料餐具的原料、生產(chǎn)、使用以及廢棄后的不當(dāng)處理，產(chǎn)生了嚴(yán)重的環(huán)境和健康問題。而且全球?qū)τ谝淮涡原h(huán)?？山到獠途叩男枨蟪恃该驮鲩L態(tài)勢，據(jù)全球市場研究和咨詢公司Future Market Insights 數(shù)據(jù)顯示，2022年，一次性可降解餐具市場為108 億美元，預(yù)計(jì)到2030年將達(dá)180 億美元，歐洲和亞太地區(qū)將占65%的全球市場。

一次性竹纖維餐盒具有資源豐富、材性優(yōu)良和技術(shù)領(lǐng)先等優(yōu)勢，是以竹代塑產(chǎn)品在日用品領(lǐng)域的典型代表，其充分發(fā)揮了竹纖維長細(xì)比大、拉伸強(qiáng)度高、結(jié)合界面性狀良好的優(yōu)勢。采用蒸汽爆破法制漿、粉干法熱壓和竹漿濕法模塑等工藝加工而成的一次性竹纖維餐盒在使用過程中無有毒有害物析出，可冷凍、冷藏與微波加熱，廢棄后可回收堆肥與完全自然降解，且相較于市售聚一次性乳酸（PLA）可降解餐盒，具有更優(yōu)異的抗蠕變、耐溫、耐水、耐油、耐溶出以及降解性能（陳曉怡等，2022）。

一次性竹質(zhì)刀叉勺主要可由微薄竹、竹條以及PLA/竹粉復(fù)合成型，可發(fā)揮竹材硬度大、韌性好、環(huán)?？山到獾膬?yōu)勢，用以代替PS 和PP 為主要原料的市售一次性塑料刀叉勺。一次性竹吸管主要可分為小徑竹原竹吸管、竹材鉆孔吸管和竹展平刨切卷制吸管，發(fā)揮了竹材纖維長、強(qiáng)度大、柔韌性好的特點(diǎn)。此外，由于區(qū)域性飲食習(xí)慣特征，一次性竹筷在亞洲擁有巨大的消費(fèi)市場。

4.1.7 其他 竹筋格柵（亦稱竹編土工格柵）作為一種應(yīng)用廣泛的竹質(zhì)工程代塑產(chǎn)品，相較塑料土工格柵具有取材方便、易加工、成本低、抗拉強(qiáng)度高、承載能力強(qiáng)、平整度好、耐候耐久、原料可再生且環(huán)保無污染等優(yōu)勢，已成功應(yīng)用于護(hù)坡固土、路基加固、水利設(shè)施軟基加固、種養(yǎng)殖圍欄網(wǎng)、作物棚架等，預(yù)計(jì)未來可達(dá)400 億元產(chǎn)值市場空間（戴武軍等，2021；黃河等，2022）。

除了上述以竹代塑產(chǎn)品外，竹質(zhì)牙刷、竹杯、竹質(zhì)包裝盒、竹音響、竹紐扣、竹砧板、竹質(zhì)茶具、竹質(zhì)文具、竹燈具、竹家具及竹簽類產(chǎn)品（咖啡攪拌棒、牙簽、燒烤簽、棉簽等）等，由于性能優(yōu)良、造型美觀、健康環(huán)保，涵蓋了日用休閑、文體娛樂、電子電器、裝飾裝修等諸多領(lǐng)域，廣受消費(fèi)者青睞。

4.2 以竹代塑產(chǎn)品的優(yōu)勢分析

相較塑料制品，竹質(zhì)代塑產(chǎn)品在產(chǎn)品性能、應(yīng)用場景、節(jié)能低碳、環(huán)?？山到?、市場認(rèn)可等方面具有相對優(yōu)勢（圖6）。

1） 產(chǎn)品性能好、應(yīng)用場景多樣：相較塑料制品，竹質(zhì)產(chǎn)品力學(xué)強(qiáng)度高、耐高低溫、耐磨、紋理自然美觀，適于建筑裝飾、電子電器等產(chǎn)品應(yīng)用。以戶外建材為例，竹質(zhì)建材在極寒、極熱、沙塵等極端氣候條件以及生態(tài)脆弱的環(huán)境中較塑料更具應(yīng)用優(yōu)勢。

2） 能源消耗與二氧化碳排放低：以竹格填料為例，在為期6 個月的實(shí)際應(yīng)用中，電廠通過使用竹格填料比使用PVC 填料節(jié)約529.2 t 標(biāo)煤，能源需求總量降低至PVC 填料的1/6，僅為561 MJ（Maet al.，2021）；以竹纏繞管道為例，若將每年1.1 億t 竹材替代塑料、鋼材、水泥等材料加工成竹纏繞復(fù)合材料，則每年可減少碳排放4.48 億t（葉柃，2022）。

3） 環(huán)保、健康、可降解：以一次性竹纖維餐盒為例，竹纖維餐盒的人體健康損害與生態(tài)健康損害均小于PP 塑料餐盒，竹纖維餐盒的土埋自然降解速度遠(yuǎn)高于PP 和PLA 塑料餐盒，且其在水基質(zhì)、酒精和食用油中的浸出物組成與含量均少于塑料制品，使用更健康安全（Chenet al.，2023）。

4） 市場認(rèn)可度逐漸提升：隨著環(huán)保理念的普及和可持續(xù)發(fā)展的推進(jìn)，人們對環(huán)保和可持續(xù)性的關(guān)注度逐漸提高，竹質(zhì)代塑產(chǎn)品以其天然材料、可降解、可再生、使用健康安全等優(yōu)點(diǎn)，國內(nèi)外市場需求增長迅速，前景十分廣闊。

4.3 以竹代塑行動建議

以竹代塑技術(shù)和產(chǎn)品具有良好的發(fā)展前景，由于目前處于起步階段，在實(shí)際開發(fā)與應(yīng)用中仍存在成本、效率、性能、市場等問題。政府、科研機(jī)構(gòu)、協(xié)會、企業(yè)、市場應(yīng)抓住以竹代塑契機(jī)，在政策扶持、科技創(chuàng)新、產(chǎn)品開發(fā)、宣傳推廣等方面采取全方位行動（圖7），持續(xù)技術(shù)攻關(guān)、提升和突破，實(shí)現(xiàn)竹質(zhì)代塑產(chǎn)品全產(chǎn)業(yè)鏈的高質(zhì)、高效、規(guī)?；I(yè)生產(chǎn)和國內(nèi)外市場拓展，并從政策規(guī)劃、技術(shù)資金、市場宣傳等方面給予支持和保障。

圖7 以竹代塑行動建議Fig. 7 Action proposal for bamboo as a substitute for plastic

5 發(fā)展趨勢與展望

竹產(chǎn)業(yè)是我國具有獨(dú)特資源和技術(shù)優(yōu)勢、擁有自主知識產(chǎn)權(quán)并在國內(nèi)外具有競爭實(shí)力的綠色朝陽產(chǎn)業(yè)。經(jīng)過多年快速發(fā)展，竹產(chǎn)業(yè)已具備良好的技術(shù)積累，可為以竹代塑技術(shù)創(chuàng)新提供堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。以竹代塑結(jié)合竹材的資源、材性、環(huán)保、市場等諸多優(yōu)勢，集合經(jīng)濟(jì)價(jià)值、文化價(jià)值、生態(tài)價(jià)值，是竹產(chǎn)業(yè)新的發(fā)展契機(jī)和切入點(diǎn)。如何抓住機(jī)遇、集中力量、確定重點(diǎn)，是推動竹產(chǎn)業(yè)一二三產(chǎn)融合發(fā)展、取得技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)升級標(biāo)志性突破的關(guān)鍵。

1） 加強(qiáng)政策支持，推動產(chǎn)業(yè)發(fā)展。研判環(huán)保法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)對以竹代塑技術(shù)和產(chǎn)品的影響，制定如資金扶持、稅收優(yōu)惠和產(chǎn)業(yè)規(guī)劃等以竹代塑加工技術(shù)和產(chǎn)品研發(fā)的支持政策，并進(jìn)一步推進(jìn)政府引導(dǎo)和加強(qiáng)政策落實(shí)，推動以竹代塑產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展。

2） 創(chuàng)新技術(shù)研發(fā)，強(qiáng)化生產(chǎn)效能。鼓勵開展原創(chuàng)性、開拓性、探索性科學(xué)研究，為以竹代塑技術(shù)開發(fā)提供基礎(chǔ)理論支撐和指導(dǎo)依據(jù)，加強(qiáng)科技攻關(guān)和成果轉(zhuǎn)化，創(chuàng)新研發(fā)功能性、高性能以竹代塑新材料，研發(fā)專用智能化自動化設(shè)備并優(yōu)化生產(chǎn)工藝，提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率，提升以竹代塑技術(shù)研發(fā)能力與產(chǎn)業(yè)化水平。

3） 開發(fā)創(chuàng)新產(chǎn)品，滿足消費(fèi)需求。預(yù)期以竹代塑產(chǎn)品將朝多樣化和個性化方向發(fā)展，以滿足消費(fèi)者對個性化定制和需求，并將注重以竹代塑產(chǎn)品的創(chuàng)新研發(fā)和附加值提升，通過設(shè)計(jì)創(chuàng)新、功能升級和品牌營銷等手段，打造高品質(zhì)、高附加值的以竹代塑新產(chǎn)品，提升其品牌形象和市場競爭力。

4） 開拓應(yīng)用市場，增強(qiáng)競爭能力。隨著消費(fèi)者環(huán)保意識的增強(qiáng)和對可持續(xù)產(chǎn)品的需求增加，預(yù)期以竹代塑產(chǎn)品將在日用、包裝、家居、建筑、交通、運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域應(yīng)用更加廣泛，通過穩(wěn)固國內(nèi)市場、拓展國際市場、開拓新興市場等方式，擴(kuò)大以竹代塑產(chǎn)品的全球影響力和競爭力，以滿足未來持續(xù)增長的市場需求。

5） 倡導(dǎo)社會責(zé)任，提升認(rèn)可程度。積極探討以竹代塑產(chǎn)業(yè)在社會責(zé)任和可持續(xù)認(rèn)證方面的重要內(nèi)容和關(guān)鍵舉措，通過開發(fā)綠色可持續(xù)的以竹代塑產(chǎn)品，降低塑料使用，減少塑料污染和環(huán)境壓力，提升社會公益項(xiàng)目的參與程度和可持續(xù)性認(rèn)證的推行力度，推動以竹代塑產(chǎn)業(yè)的社會認(rèn)可。

6） 實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用，減少環(huán)境負(fù)擔(dān)。積極推動以竹代塑循環(huán)經(jīng)濟(jì)與廢棄物利用，實(shí)現(xiàn)資源的可持續(xù)利用和循環(huán)利用，通過科學(xué)規(guī)劃和管理竹林，合理采伐和定向培育，促進(jìn)竹林的自然恢復(fù)和生態(tài)平衡，保證竹資源的可持續(xù)供應(yīng)，加強(qiáng)竹質(zhì)廢棄物的處理和再利用，將竹材廢棄物轉(zhuǎn)化為生物質(zhì)能源、纖維制品等資源，減少資源浪費(fèi)和環(huán)境負(fù)擔(dān)。