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橡膠往事:合成橡膠為何無法替代天然橡膠?

   2022-12-12 1105
導讀

以史明鑒,可以知興衰。前幾日,在《萬眾期待的橡膠十年牛市或于2023年啟航》的評論中,有人認為在合成橡膠的替代作用之下,橡膠沒有牛市。而在這篇文章中,沒有細致展開說這個問題,今天仔細談一談。橡膠在人類歷史

以史明鑒,可以知興衰。



前幾日,在《萬眾期待的橡膠十年牛市或于2023年啟航》的評論中,有人認為在合成橡膠的替代作用之下,橡膠沒有牛市。而在這篇文章中,沒有細致展開說這個問題,今天仔細談一談。



橡膠在人類歷史上的作用非常突出,有人說車輪是人類歷史上最偉大的發明之一,因為車輪的發明改變了人類經濟活動最底層的基因,車輪運輸貨物大大提高了運輸的效率,促進了人類交易與分工,而輪胎的發明,則是使得車輪更進一步降低了阻力,提高了運輸的效率。



也正是有了橡膠,人類的汽車工業才如火如荼地發展起來,進而加速了人類文明的發展。但是,橡膠有一個問題,天然橡膠的產地是在熱帶,比如巴西、東南亞,而需求端則在溫帶,這就帶來了一個供需不匹配的問題。



特別是在航運不夠發達的時代,橡膠這樣的戰略物資成為了各國爭相搶占的商品,一戰時期,德國就被切斷了橡膠供應,隨后人們開始嘗試人工合成橡膠。



第二次世界大戰期間,由于日本占領了橡膠樹的主要產地東南亞,導致歐美的橡膠供給大幅受限,以美國為主的發達國家開始加大合成橡膠的研究,并在產業上取得了成功,世界范圍內合成橡膠的產量從 1939年的2.3萬噸劇增到1944年的88.5萬噸。



雖然二戰結束后由于供應恢復,合成橡膠一度走低,但隨著技術的進步和產業化的發展,特別戰后對輪胎需求的快速增長,導致天然橡膠價格快速上漲,帶動了天然橡膠產業的發展,至1960年,合成橡膠的產量已經超過天然橡膠。



但是,自此以后,合成橡膠與天然橡膠的市場占比長期在6:4左右,過了60多年,合成橡膠也沒能完成替代天然橡膠的大業。2021年全球天然橡膠產量為1381.2萬噸,而合成橡膠的消費量也只有1581萬噸,相差并不大。過去十年,中國合成橡膠的產能也只增加了1倍,而全球合成橡膠的產能為1500萬噸左右,過去十年也才增加了100萬噸左右。



所以,我們第一個要研究的問題是:為什么合成橡膠無法替代天然橡膠?



天意難違,人定勝天



這個問題非常重要,但是在網上找資料的時候,只找到寥寥數語:合成橡膠的綜合性能仍然落后于天然橡膠,至于為什么卻談得很少。這里有必要著重說明一下。



其實,道理很簡單,但是原理挺復雜。先來說說道理,天然橡膠是一個生物制品,其結構非常復雜,而合成橡膠是化工產品,人類現在的科學水平還沒有達到能用化學方法復制生物制品的能力。



從原理上來說,主要有三點:



第一,天然橡膠的分子量更大



橡膠最為主要的特性就是彈性和耐磨性,而橡膠之所以具有彈性,主要是因為其分子鏈條纏繞在一起,受到壓力后變化,當外力作用,撤除外力,線團的糾纏度發生變化,分子鏈發生反彈,產生強烈的復原傾向。



我們將橡膠比喻成毛線團,天然橡膠的線很長,而人工合成的線很短,然后人工銜接在一起,形成長線,這就導致整體彈性會差一些。



第二,天然橡膠的分子結構構更整齊



聚異戊二烯在其聚合物鏈中可以有四種不同的異構體,分別是順式-1,4、反式-1,4、1,2、和3,4。天然橡膠100%是順式-1,4結構,分子結構更加整齊,就會帶來很好的性能,比如突出的未硫化膠強度和成型粘性,這兩種特性在輪胎成型加工中至關重要,而人工合成目前還很難達到完全一致。



我們可以把天然橡膠比喻成令行禁止的現代軍隊,而人工合成的橡膠更有點像老式軍隊,亂糟糟的,不容易管理。



第三,天然橡膠含有其他未知體



天然橡膠中還含有蛋白質、脂肪酸等等其他成分,雖然含量比較少,但對橡膠的性能產生了很大的影響,比如橡膠可以耐低溫,但是人工合成的橡膠在低溫下,容易硬化。



這就有點像中藥,不知道具體什么成分在起作用,說不清楚道不明,但是就是有效果,你說氣人不氣人。



綜合來看,天然橡膠具有較高的機械強度、很好的耐撓曲疲勞性能、優良的耐寒性、氣密性、防水性、電絕緣性和絕熱性能,但同時耐油性,耐熱性和抗氧化能力相對較弱。而合成橡膠作為一種人為制品,也有很多優點,比如它的可塑性很強,可以根據實際的需求去研發具備偏重于某種特性的橡膠結構,這一點在特種橡膠方面體現較為明顯



比如,異戊橡膠因其結構和性能與天然橡膠近似,稱為合成天然橡膠;丁苯橡膠其綜合性能和化學穩定性好;順丁橡膠耐寒性、耐磨性和彈性特別優異;氯丁橡膠耐油、耐燃、耐氧化和耐臭氧;丁腈橡膠耐油、耐老化性能好。諸如此類的各種橡膠,適應了不同的需求。



所以,目前天然橡膠與合成橡膠形成了一種較強的互補性,大多數輪胎生產商基本上是將兩種橡膠混合使用,生產配方中天然橡膠與合成橡膠的調整幅度有限,替代率一般不超過5%。在當前的技術水平下,合成橡膠想要替代天然橡膠幾乎是不可能的。但是,在一些對某些特性要求不高的行業中,比如橡膠水管,價格將會成為是否替代的關鍵因素。



合成橡膠的供給特征:宏觀需求決定產能



天然橡膠的供給特點說的人比較多,但合成橡膠的供給特點說的比較少。



不過,看合成橡膠的價格就知道,合成橡膠雖然比天然橡膠便宜一些,但也便宜不了多少。合成橡膠是一個重資產的行業,上游是原油和天然氣的副產品。



目前,丁苯橡膠(SBR)(第一大合成橡膠品種,原材料丁二烯和苯乙烯單體)、順丁橡膠(BR)(第二大合成橡膠品種,原材料丁二烯單體)、丁基橡膠(IIR)(第三大合成橡膠品種,原材料異丁烯單體)是最為主要的合成橡膠品種。最為主要有原材料的是丁二烯,全球約70%丁二烯消費用于生產合成橡膠,主要有兩種來源



?第一種工藝路徑是從原油出發,通過石腦油裂解工藝獲得混合C4,并從中抽提丁二烯。



?第二種工藝路徑是從天然氣出發,通過乙烷制乙烯裂解裝置副產混合C4,并從中抽提丁二烯,但丁二烯的產出比例更低。



不可否認的是,丁二烯只是化工產業特別是乙烯的副產品,從原材料到產品也僅占比近5%左右,這就導致上游丁二烯供應商不太可能專門為了丁二烯而擴大生產,增加丁二烯的供應量。乙烯作為最大宗的化工原料,與宏觀經濟周期關聯較大,但宏觀經濟上行周期,上游成本也會同步上升



與此同時,化工產品的生產是重資產,需要大量投資,建設周期也相對比較長,因此,即使全部是合成橡膠,也會受到產能的限制。總體上來看,合成橡膠的價格與原油等傳統能源價格息息相關,長期來看,天然橡膠與合成橡膠價格走勢相同,合成橡膠并不會對天然橡膠的供給造成沖擊



與合成橡膠相比,天然橡膠的成本端變化相對較小,因為天然橡膠主要是肥料成本、人工成本和運輸成本。其成本的彈性比較小,因此天然橡膠的生產成本也相對固定,一旦價格上漲,每一元都是利潤。



但同時,當橡膠價格下跌時,也很難通過上游原材料價格的下行來降低成本,價格每下跌一元都是虧損。



所以,天然橡膠產業具有“10年不開張,開張吃10年”的特點。這一點是合成橡膠所不具備的,如果無法給天然橡膠足夠的溢價和上漲空間,將無法彌補產業成本,最終會導致大批量的砍伐。虧損一時可以,虧損一輩子的事情誰也不會干。



綜合來看,不管是合成橡膠本身的供給受限,合成橡膠的性能無法實現替代,還是從橡膠產業規律來看,合成橡膠目前都不可能成為天然橡膠牛市的阻礙


 
(文/小編)
 
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