基于系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的我國(guó)生物可降解塑料產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策仿真分析

摘要：生物可降解塑料產(chǎn)業(yè)發(fā)展對(duì)解決我國(guó)“白色污染”問(wèn)題具有重要意義。研究基于系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)構(gòu)建了生物可降解塑料全產(chǎn)業(yè)鏈SD模型，在此基礎(chǔ)上模擬了2019—2030年該產(chǎn)業(yè)在3種不同政策情景下的產(chǎn)量與成本變化趨勢(shì)。研究發(fā)現(xiàn)：首先，加大技術(shù)研發(fā)力度、推進(jìn)生物可降解塑料替代和就近制取消納3種政策情景均能有效提升總產(chǎn)量，其中推進(jìn)生物可降解塑料替代政策尤為顯著。其次，加大技術(shù)研發(fā)力度和就近制取消納政策均可以顯著降低單位成本，而推進(jìn)生物可降解塑料替代政策的影響效應(yīng)則相對(duì)較弱。此外，在政策實(shí)施過(guò)程中，不能盲目加大政策力度，避免造成資源浪費(fèi)和產(chǎn)能過(guò)剩問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：生物可降解塑料產(chǎn)業(yè)；系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)；產(chǎn)業(yè)政策；情景仿真

中圖分類號(hào)：F2"""""" 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A""""" doi：10.19311/j.cnki.16723198.2025.13.004

1 研究提出與綜述

根據(jù)《“十四五”循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃》和《“十四五”塑料污染治理行動(dòng)方案》，生物可降解塑料被列為解決“白色污染”的主要途徑之一。作為一種綠色材料，它對(duì)推動(dòng)國(guó)內(nèi)循環(huán)經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展有重要作用。近年來(lái)，生物可降解塑料產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，但是也受到市場(chǎng)、政策等多因素影響，呈現(xiàn)出動(dòng)態(tài)、復(fù)雜變化特征。盡管?chē)?guó)家層面對(duì)生物可降解塑料產(chǎn)業(yè)的總體發(fā)展方向明確，但產(chǎn)業(yè)鏈包含多個(gè)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的環(huán)節(jié)、關(guān)鍵核心技術(shù)存在“卡脖子”問(wèn)題等多重因素疊加導(dǎo)致成本居高不下。在消費(fèi)端缺乏競(jìng)爭(zhēng)力，難以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)的規(guī)模化等問(wèn)題。在此背景下，對(duì)我國(guó)生物可降解塑料展開(kāi)市場(chǎng)預(yù)測(cè)及產(chǎn)業(yè)政策研究具有重要的理論與現(xiàn)實(shí)意義。

國(guó)內(nèi)在生物可降解塑料領(lǐng)域的研究主要集中在現(xiàn)狀研究和對(duì)未來(lái)展望上，如侯冠一等[1]從生物降解塑料的種類和特點(diǎn)出發(fā)，分析了PLA、PHA等主流塑料的特性、生命周期評(píng)價(jià)等。林世東等[2]分析了目前我國(guó)生物可降解塑料存在回收體系不健全、不兼容現(xiàn)有循環(huán)體系及生產(chǎn)成本較高等問(wèn)題，并提出措施來(lái)加快該產(chǎn)業(yè)發(fā)展。國(guó)外學(xué)者更多聚焦于材料性能在不同領(lǐng)域應(yīng)用情況，如Boey等人[3]對(duì)過(guò)去15年發(fā)表的約140篇文獻(xiàn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)調(diào)查，結(jié)果表明，PLA作為潛在的食品包裝材料顯示出優(yōu)異的物理特性。Yang等人[4]研究了PLA裂紋生長(zhǎng)受化學(xué)和力學(xué)影響的情況，發(fā)現(xiàn)裂紋速度對(duì)負(fù)載不敏感，但對(duì)濕度和pH值敏感，這有助于推動(dòng)可降解塑料在醫(yī)療保健產(chǎn)品中的應(yīng)用等。

綜上，現(xiàn)有研究針對(duì)產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策研究卻相對(duì)不足，尤其考慮到該產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)及因素間的因果反饋關(guān)系和影響作用下的政策研究更是罕見(jiàn)。鑒于此，本研究從產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策作為切入點(diǎn)，結(jié)合本產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)實(shí)情況，首先統(tǒng)籌考量了供求關(guān)系、政策導(dǎo)向等多要素的協(xié)同效應(yīng)，構(gòu)建包含制造、儲(chǔ)運(yùn)、消費(fèi)和需求層面的生物可降解塑料全產(chǎn)業(yè)鏈SD模型。其次，對(duì)加大技術(shù)研發(fā)力度、推進(jìn)生物可降解塑料替代和就近制取消納三種典型政策進(jìn)行多情景仿真模擬，分析了2019—2030年該產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)量和單位成本的變化?；诖?，提出相關(guān)政策建議，進(jìn)而為實(shí)現(xiàn)我國(guó)生物可降解塑料產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展提供決策依據(jù)。

2 系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型構(gòu)建

2.1 邊界分析與確定

生物可降解塑料產(chǎn)業(yè)是一個(gè)龐雜的系統(tǒng)，系統(tǒng)邊界包括生物可降解塑料加工制作、塑料制品的儲(chǔ)存、運(yùn)輸、分銷這4個(gè)子系統(tǒng)邊界。具體包含市場(chǎng)需求、技術(shù)創(chuàng)新、成本和利潤(rùn)等多種因素影響。

2.2 系統(tǒng)因果反饋關(guān)系

根據(jù)上述提出的系統(tǒng)邊界及相關(guān)說(shuō)明，為了深入理解各因素之間的正負(fù)反饋及制約情況，研究繪制出生物可降解塑料產(chǎn)業(yè)的因果反饋關(guān)系圖，如圖1所示。

2.3 存量流量圖

基于生物可降解塑料產(chǎn)業(yè)自身發(fā)展特征，明確系統(tǒng)反饋形式及變化規(guī)律，將關(guān)鍵變量視為水平變量（存量），引入速率變量（流量）描述存量變化的速率，其他變量視為輔助變量或常量間接影響系統(tǒng)。圖2展示了該產(chǎn)業(yè)的存量流量模型。

2.4 變量表達(dá)式和參數(shù)

本文使用Vensim PLE構(gòu)建生物可降解塑料產(chǎn)業(yè)仿真模型，2018年為起始年，仿真范圍為2019—2030年，步長(zhǎng)1年。2019—2023年為仿真情況與實(shí)際檢驗(yàn)?zāi)攴荩?024—2030年為仿真預(yù)測(cè)年份。根據(jù)對(duì)產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀的調(diào)查并借鑒行業(yè)相關(guān)文獻(xiàn)、研究成果，充分結(jié)合現(xiàn)實(shí)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，因篇幅有限，模型數(shù)據(jù)方程較多，僅列重要方程（表1）和變量參數(shù)（表2）。

2.5 仿真結(jié)果檢驗(yàn)分析

進(jìn)行生物可降解塑料產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)模擬之前，需驗(yàn)證結(jié)果準(zhǔn)確性。用歷史真實(shí)數(shù)據(jù)與仿真預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行比對(duì)，初始數(shù)據(jù)選用2018年的歷史數(shù)據(jù)，并利用2019—2023年的數(shù)據(jù)進(jìn)行結(jié)果檢驗(yàn)。結(jié)果如表3所示，相對(duì)誤差均小于10%[6]，滿足要求。說(shuō)明模型能夠較準(zhǔn)確地反映產(chǎn)業(yè)的實(shí)際情況。

3 生物可降解塑料產(chǎn)業(yè)政策模擬

3.1 加大技術(shù)研發(fā)力度政策維度

關(guān)于《“十四五”推動(dòng)石化化工行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的指導(dǎo)意見(jiàn)》提出要有序發(fā)展和科學(xué)推廣生物可降解塑料，這需要推動(dòng)技術(shù)研發(fā)，以實(shí)現(xiàn)相關(guān)技術(shù)和產(chǎn)品的突破與應(yīng)用。為了探究加大技術(shù)研發(fā)力度政策對(duì)生物可降解塑料產(chǎn)業(yè)的影響效果，研究設(shè)定制生物可降解塑料技術(shù)學(xué)習(xí)率、生產(chǎn)制造效率作為加大技術(shù)研發(fā)力度政策的調(diào)控因子，其他參數(shù)變量取值與現(xiàn)行政策相同，只改變單一調(diào)控因子的參數(shù)值，設(shè)立的3種方案參數(shù)如表4所示；調(diào)控因子變化時(shí)，輸出變量的變化趨勢(shì)如圖3所示。

由圖3可以得出，加大技術(shù)研發(fā)力度能夠提高生物可降解塑料總產(chǎn)量，降低單位成本。對(duì)比現(xiàn)行政策，改變單一或同時(shí)改變兩個(gè)調(diào)控因子均可使總產(chǎn)量增加，且雙技術(shù)并行的影響更明顯，隨著時(shí)間的推移，上升的幅度逐漸拉大。同時(shí)，實(shí)施單一調(diào)控因子政策時(shí)，提高生產(chǎn)制造效率的效果優(yōu)于提高技術(shù)學(xué)習(xí)率的效果，這是因?yàn)樯a(chǎn)制造效率對(duì)總產(chǎn)量的影響更為直接，它直接關(guān)聯(lián)到實(shí)際產(chǎn)出與最大產(chǎn)出之間的比率；而技術(shù)學(xué)習(xí)率的影響則是通過(guò)提高生產(chǎn)效率等間接方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。隨著技術(shù)的不斷學(xué)習(xí)和進(jìn)步，在長(zhǎng)期內(nèi)可以通過(guò)持續(xù)提高生產(chǎn)效率來(lái)增加產(chǎn)量。成本降低主要由于技術(shù)學(xué)習(xí)率和生產(chǎn)制造效率加速提升，隨著生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，生物可降解塑料生產(chǎn)的固定成本，如設(shè)備折舊等可以分?jǐn)傇诟喈a(chǎn)品上，從而降低單位生產(chǎn)成本。

3.2 推進(jìn)生物可降解塑料替代政策維度

近年政府高度重視塑料污染治理工作，我國(guó)相繼頒布了多項(xiàng)涉及塑料制品的政策?！丁笆奈濉鄙锝?jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃》《“十四五”塑料污染治理行動(dòng)方案》等文件明確提出要發(fā)展生物降解塑料等環(huán)保材料，以替代傳統(tǒng)塑料制品。為探究生物可降解塑料替代政策如何影響生物可降解塑料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，選擇對(duì)該項(xiàng)政策進(jìn)行模擬分析。選定需求增量替代彈性系數(shù)作為調(diào)控生物可降解塑料替代政策的變化因子，設(shè)立的3種方案參數(shù)如表5所示，總產(chǎn)量和單位成本的仿真曲線圖，見(jiàn)圖4。

由圖4可知，需求增量替代彈性系數(shù)增大時(shí)，生物可降解塑料產(chǎn)量有明顯提高，但是單位生物可降解塑料成本對(duì)需求增量替代彈性系數(shù)的變化并不敏感，單位成本下降幅度有限。推進(jìn)替代政策會(huì)增加生物可降解塑料的消費(fèi)量，在市場(chǎng)需求和政策推動(dòng)的雙重作用下，在供給一側(cè)，生產(chǎn)企業(yè)加大投資力度，擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模，同時(shí)新企業(yè)也會(huì)涌現(xiàn)，推動(dòng)了生物可降解塑料產(chǎn)量的提升。盡管生物可降解塑料在環(huán)保方面具有顯著優(yōu)勢(shì)，但由于消費(fèi)端對(duì)其認(rèn)知度不高、價(jià)格敏感度較強(qiáng)，目前整體需求量依舊有限。隨著更多有關(guān)環(huán)保法律法規(guī)的出臺(tái)與完善，生物可降解塑料產(chǎn)業(yè)將會(huì)有更大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

3.3 就近制取消納政策維度

“十四五”循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃明確提出了因地制宜、積極穩(wěn)妥地推廣生物可降解塑料。由于我國(guó)地域分布遼闊，考慮到運(yùn)輸成本隨著距離增加而顯著上漲，可以考慮實(shí)施就近制取和消納政策來(lái)降低成本。為了探究就近制取消納政策的效果，研究選擇單位運(yùn)輸成本作為該政策的調(diào)控因子。調(diào)控因子參數(shù)如表6所示，生物可降解塑料產(chǎn)量和單位成本的仿真曲線圖，如圖5所示。

根據(jù)結(jié)果可知，隨著就近制取消納政策力度的加大，生物可降解塑料產(chǎn)量升高，單位成本降低。但注意到單位成本的降低幅度隨著時(shí)間的推移逐漸減緩，這是因?yàn)殡S著政策不斷推進(jìn)，單位成本的降低刺激了需求端生物可降解塑料消費(fèi)量的增加，從而激發(fā)了更多投資者的投資意愿，生物可降解塑料生產(chǎn)規(guī)模快速擴(kuò)大，產(chǎn)量不斷提高。假定其他變量參數(shù)都不改變的情況下，需求增量替代彈性系數(shù)也恒定不變，使得產(chǎn)量增長(zhǎng)速率大于消費(fèi)量提升速率，從而形成庫(kù)存積壓，導(dǎo)致供過(guò)于求的局面，儲(chǔ)存成本上漲，最終會(huì)使單位成本的降低幅度減緩。

4 結(jié)論和建議

4.1 結(jié)論

基于系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型，通過(guò)設(shè)定多種不同典型的政策情景，對(duì)生物可降解塑料產(chǎn)業(yè)未來(lái)發(fā)展進(jìn)行了分析預(yù)測(cè)，探討不同政策類型及實(shí)施力度對(duì)該產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)量和成本的影響，發(fā)現(xiàn)如下，

（1）目前我國(guó)生物可降解塑料產(chǎn)業(yè)由于核心技術(shù)突破不足、成本過(guò)高等問(wèn)題發(fā)展遲緩，但隨著技術(shù)水平不斷提升與規(guī)模效應(yīng)的疊加，預(yù)計(jì)2026年后將迎來(lái)提速發(fā)展階段。

（2）加大技術(shù)研發(fā)力度可以有效地提高生物可降解塑料的產(chǎn)量，降低單位生物可降解塑料的成本。生產(chǎn)制造效率的提升相較提高技術(shù)學(xué)習(xí)率更能推動(dòng)生物可降解塑料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。二者同時(shí)推進(jìn)會(huì)產(chǎn)生更好的效果。

（3）推進(jìn)生物可降解塑料替代政策可以刺激生物可降解塑料的消費(fèi)，進(jìn)而拉動(dòng)總產(chǎn)量提升。三種方案下生物可降解塑料的總產(chǎn)量，均與現(xiàn)行方案下的產(chǎn)量拉開(kāi)較大差距。

（4）就近制取消納政策能有效地降低生物可降解塑料的單位成本，從而促進(jìn)生物可降解塑料產(chǎn)量的提升。由于該政策效應(yīng)在后期使得成本降低減緩，政策效果不夠明顯，因此，在實(shí)施政策時(shí)應(yīng)注意適度地調(diào)整政策強(qiáng)度，避免過(guò)度追求低成本而導(dǎo)致資源浪費(fèi)和產(chǎn)能過(guò)剩。

4.2 建議

根據(jù)本文研究結(jié)論，提出以下建議，以期為我國(guó)的生物可降解塑料產(chǎn)業(yè)發(fā)展及未來(lái)的政策實(shí)施提供有力支撐。

首先，相關(guān)政府部門(mén)應(yīng)加大技術(shù)研發(fā)的投入力度，引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)和設(shè)備，提高生物可降解塑料的技術(shù)含量和附加值，開(kāi)發(fā)出性能更優(yōu)、成本更低的生物可降解塑料產(chǎn)品。同時(shí)加強(qiáng)產(chǎn)學(xué)研合作，聯(lián)合企業(yè)、高校和科研機(jī)構(gòu)共同開(kāi)展技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)品創(chuàng)新。其次，充分發(fā)揮政策優(yōu)勢(shì)，依托“雙碳”目標(biāo)、“禁塑令”等政策的推動(dòng)，逐步加大對(duì)傳統(tǒng)塑料的限制力度，為生物可降解塑料騰出市場(chǎng)空間。政府可以通過(guò)對(duì)稅收優(yōu)惠與資金補(bǔ)貼，優(yōu)化材料性能、增加產(chǎn)品多樣性等方式，不斷拓展生物可降解塑料的應(yīng)用場(chǎng)景和領(lǐng)域，激發(fā)市場(chǎng)的需求潛力。另外，政府可以根據(jù)生物可降解塑料的原材料來(lái)源、生產(chǎn)技術(shù)和市場(chǎng)需求，合理規(guī)劃產(chǎn)業(yè)布局。在原料豐富、交通便利的地區(qū)設(shè)立生產(chǎn)基地，并在周邊布局中下游產(chǎn)業(yè)鏈，包括生產(chǎn)加工、產(chǎn)品銷售等環(huán)節(jié)，形成完整的產(chǎn)業(yè)生態(tài)，減少運(yùn)輸成本，進(jìn)而提升市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

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