Entretien avec Yang Yihu dans « Écologie biosourcée » | Guanghua Weiye : Expansion horizontale et approfondissement vertical pour construire une chaîne industrielle verte en boucle fermée pour l’acide polylactique

En 2006, avec l'avènement des technologies open source, l'impression 3D (fabrication additive) a commencé à prendre son essor en Europe et aux États-Unis. À cette époque, cependant, l'impression 3D restait un domaine de recherche très confidentiel dans mon pays et ses applications industrielles, notamment dans la construction aéronautique, commençaient tout juste à se développer.

Au cours de cette même année, Guanghua Weiye, fondée en 2002 et initialement spécialisée dans la recherche et le développement de produits tels que les esters d'acide lactique, l'acide polylactique (PLA) et la polycaprolactone (PCL), a décidé de s'étendre aux marchés d'application en aval après cinq ans de développement.

Après une étude de marché approfondie, Guanghua Weiye a décidé de faire des matériaux d'impression 3D l'un de ses principaux axes de développement. En 2007, l'entreprise a été la première à commercialiser à l'échelle mondiale des consommables d'impression 3D en acide polylactique et a créé la marque « eSUN ».

Au cours des quinze dernières années, eSUN est devenue une marque mondiale leader dans le domaine des consommables d'impression 3D, avec des produits vendus dans plus de 100 pays. Parallèlement, Guanghua Weiye s'est activement diversifiée dans d'autres domaines d'application, enregistrant une croissance rapide dans son segment des matériaux biodégradables et contribuant ainsi à la mise en place d'un modèle de développement à double moteur : « impression 3D + matériaux biodégradables respectueux de l'environnement ».

D’une part, Guanghua Weiye étend horizontalement ses domaines d’application de produits et, d’autre part, elle approfondit continuellement son intégration verticale, s’engageant à créer une chaîne industrielle verte en boucle fermée pour l’acide polylactique.

En 2006, Guanghua Weiye a entamé des recherches sur le recyclage et la réutilisation à haute valeur ajoutée de l'acide polylactique (PLA). En 2013, l'entreprise a construit à Xiaogan, dans la province du Hubei, une ligne de production bénéficiant de droits de propriété intellectuelle indépendants, capable de produire 5 000 tonnes de lactide recyclé chimiquement par an. Elle a ainsi mis en place un système technologique écologique en circuit fermé, depuis la synthèse et la modification du matériau jusqu'à son application, en passant par la digestion des sous-produits et le recyclage chimique et la réutilisation du polymère.

En décembre 2023, Guanghua Weiye a finalisé l'acquisition de 51,265 % des parts de Hengtian Changjiang Biomaterials Co., Ltd. (ci-après dénommée « Hengtian Changjiang »), marquant ainsi une autre étape importante pour Guanghua Weiye en termes de développement de scénarios d'application horizontaux et d'extension de la chaîne industrielle verticale.

La société Hengtian Changjiang, spécialisée dans la recherche, le développement et la production de fibres et de produits en acide polylactique (PLA), a officiellement changé de nom pour devenir Yisheng New Materials (Suzhou) Co., Ltd. (ci-après dénommée « Yisheng New Materials »). Grâce à cette acquisition, Guanghua Weiye a finalisé son développement dans quatre grands domaines d'application : le biomédical, l'impression 3D, les fibres écologiques et les produits biodégradables. Elle a ainsi mis en place une chaîne industrielle verte et intégrée, combinant le recyclage chimique du lactide de PLA et le filage direct de fibres de PLA.

« En amont de la chaîne industrielle, nous avons construit une usine de synthèse de lactide d'une capacité de 5 000 tonnes par an à Xiaogan, dans le Hubei. Outre l'acide lactique, nous utilisons également de l'acide polylactique recyclé pour produire du lactide. En aval, la technologie de Yisheng New Materials utilise le lactide comme matière première pour produire des fibres d'acide polylactique. Ainsi, nous avons établi une connexion entre l'amont et l'aval de la chaîne industrielle et acquis des avantages complémentaires sur le plan technologique. »Yang Yihu l'a déclaré à Bio-based Ecology lors d'une discussion sur cet investissement à l'étranger.

Brève introduction de Yang Yihu :

Président de Shenzhen Guanghua Weiye Co., Ltd., vice-président du Comité des matériaux dégradables de l'Association chinoise de l'industrie des plastiques, président de l'Alliance technologique de l'industrie des bioplastiques à faible émission de carbone, membre du Comité technique national pour la normalisation des matériaux biosourcés et des produits dégradables, et membre du Comité technique national pour la normalisation des méthodes d'inspection des produits clés sous contrôle de la qualité. Nommé pionnier scientifique chinois par Forbes en 2013, talent de premier plan en entrepreneuriat scientifique et technologique dans la province du Hubei en 2014, figurant parmi les 10 personnalités les plus influentes de l'industrie chinoise de l'impression 3D en 2015, sélectionné pour le programme de promotion des talents innovants du ministère des Sciences et des Technologies en 2016, sélectionné pour la troisième promotion du programme national « Dix mille talents » destiné aux jeunes talents entrepreneurs en 2017, et figurant parmi les 10 chefs d'entreprise les plus influents du secteur des nouveaux matériaux en 2018. Il a dirigé la rédaction de la norme internationale d'impression 3D ISO 5425:2023, « Spécifications pour l'utilisation de filaments à base d'acide polylactique dans les applications de fabrication additive », et a participé à la rédaction de normes nationales telles que « Polycaprolactone », « Acide polylactique » et « Consommables d'impression 3D PLA ». Il a dirigé et mené à bien de nombreux projets de développement scientifique et technologique financés par la Commission nationale du développement et de la réforme, le ministère des Sciences et des Technologies de la province du Guangdong et la municipalité de Shenzhen. Il a déposé plus de 100 demandes de brevets d'invention, tant nationaux qu'internationaux, dont plus de 60 ont déjà été accordés.

1. Fortement ancrée dans le domaine de l'impression 3D, elle a bâti une marque de renommée mondiale.

Ces dix dernières années ont été marquées par une croissance fulgurante du marché mondial de l'impression 3D. Selon le rapport Wohlers 2023, ce marché a atteint 18 milliards de dollars en 2022, avec un taux de croissance annuel composé de 18,3 %, soit près de huit fois les 2,288 milliards de dollars enregistrés en 2012.

Depuis 2007, Guanghua Weiye se consacre à la recherche et au développement de matériaux pour l'impression 3D. L'entreprise a été témoin de l'évolution du marché de l'impression 3D, passé de quelques centaines de millions à plusieurs dizaines de milliards de dollars américains, et a su saisir les opportunités de développement qui en ont découlé, faisant d'eSUN une marque de référence dans le secteur mondial des consommables pour l'impression 3D.

Le choix de créer sa propre marque, eSUN, dès les débuts du développement des matériaux d'impression 3D a été une étape cruciale franchie par Guanghua Weiye.

« Lorsque nous avons commencé à nous intéresser à l’impression 3D en 2007, il s’agissait encore d’un marché de niche. À cette époque, deux options s’offraient à nous : soit fabriquer des imprimantes 3D pour les fabricants existants, soit promouvoir notre propre marque. Nous avons opté pour une approche à deux volets : d’une part, fabriquer des imprimantes 3D pour les fabricants existants, et d’autre part, créer et promouvoir la marque eSUN », a expliqué Yang Yihu.

Selon lui, le succès de la marque eSUN repose sur deux piliers : d'une part, l'innovation continue, consistant à proposer constamment au marché de nouveaux produits répondant aux besoins des consommateurs tout en améliorant la qualité, afin de marquer les esprits et de bâtir une marque forte ; d'autre part, Guanghua Weiye accorde une grande importance à la promotion de l'image de marque eSUN par le biais du marketing, en renforçant sa notoriété grâce à une participation active à des salons professionnels internationaux de renom et à des actions marketing.

Actuellement, eSUN compte plus de 50 agents agréés à travers le monde, et son réseau de distribution couvre plus de 100 pays. En 2019, eSUN a lancé sa propre plateforme de commerce électronique transfrontalière, et ses boutiques en ligne, exploitées directement, sont désormais présentes dans plus de 15 pays d'Amérique du Nord, d'Europe et d'Asie. L'essor rapide des plateformes de commerce électronique transfrontalières contribue à renforcer la notoriété de la marque eSUN.

« En réalité, avec le développement du marché chinois des consommables d'impression 3D, de nombreux concurrents désireux d'entrer rapidement sur le marché négligent la construction d'une marque forte. Tous utilisent la même étiquette « Fabriqué en Chine », ce qui signifie que, du moins en apparence, leurs produits sont homogènes. Cette homogénéité engendre des guerres de prix. En développant la marque eSUN, nous avons évité cette concurrence et ces guerres de prix internes, acquis un pouvoir de négociation accru et des profits raisonnables, ce qui nous a permis d'investir continuellement dans la R&D, d'améliorer la qualité, d'innover et de créer un cercle vertueux », a ajouté Yang Yihu.

Ce cercle vertueux a permis à eSUN de maintenir une dynamique de croissance continue. Actuellement, son portefeuille de produits se compose de deux grandes catégories : les filaments pour imprimantes 3D FDM et les résines photosensibles pour imprimantes 3D photopolymères SLA/DLP/LCD, avec plus de 90 sous-produits. Par ailleurs, l’entreprise développe activement des matériaux en poudre polymère, tels que l’acide polylactique et la polycaprolactone, pour les imprimantes 3D à poudre.

Concernant l'avenir de l'impression 3D, Yang Yihu se montre confiant. Il estime qu'après des années de développement, l'impression 3D est entrée dans une phase de croissance rapide, passant progressivement de la fabrication de prototypes à la production de pièces finies, des applications grand public aux applications industrielles, de la production en petites séries à la production de masse, et des matériaux uniques aux solutions intégrées. De nouveaux modèles économiques émergent pour accompagner cette évolution. Qu'il s'agisse de remplacer les méthodes de production inefficaces des industries traditionnelles grâce à l'impression 3D, ou de développer de nouveaux modèles économiques via l'impression 3D+, les perspectives sont vastes.

Pour 2024, compte tenu des tendances et de la dynamique de développement de l'industrie de l'impression 3D, eSUN continuera de défendre sa philosophie d'entreprise axée sur un « positionnement différencié et une innovation ouverte », en se concentrant sur les nouveaux matériaux, les nouvelles technologies et les nouvelles applications afin de développer des produits diversifiés et de parvenir à un développement de marque de haute qualité.

Plus précisément, eSUN optimisera en profondeur les performances d'impression à grande vitesse de ses matériaux, en passant des matériaux d'usage général aux matériaux techniques et fonctionnels, afin de fournir aux industriels des produits de haute qualité, économiques et à faible empreinte carbone. Parallèlement, l'entreprise explorera de nouvelles technologies et de nouveaux procédés, en s'appuyant sur son expertise en R&D et en application du PLA (acide polylactique) pour développer des matériaux d'impression par frittage laser sélectif (SLS), permettant ainsi l'industrialisation de l'impression par poudre de PLA et offrant au secteur une alternative plus écologique. De plus, eSUN se développera activement dans de multiples domaines d'application, tels que la fabrication intelligente, la dentisterie, l'électronique automobile, l'aménagement paysager, les implants médicaux et la médecine de réadaptation, en utilisant l'innovation en matière de matériaux pour impulser un développement plus efficace et durable de l'industrie de l'impression 3D.

Consommables d'impression 3D eSUN

2. Développer les applications en aval et explorer de nouveaux secteurs de croissance pour les biomatériaux.

Selon European Plastics, en 2021, la capacité de production mondiale de matériaux biodégradables était de 1,553 million de tonnes, tandis que la production mondiale de produits en plastique s'élevait à 390 millions de tonnes.

Cet écart considérable représente un vaste marché potentiel.

Dans un contexte de pressions mondiales croissantes en faveur de l'interdiction et de la restriction des plastiques, l'acide polylactique (PLA), l'un des matériaux biodégradables les plus prometteurs, connaît depuis quelques années un essor de sa production à l'échelle mondiale. Depuis 2020, des entreprises internationales telles que TotalEnergies Corbion et Natureworks, ainsi que des entreprises chinoises comme Fengyuan Group, Hisun Biomaterials, Jindan Technology, Kingfa Science & Technology et Wanhua Chemical, ont déployé de nouvelles capacités de production afin de saisir cette opportunité.

Yang Yihu estime que même si l'expansion des capacités de production de matières premières bat son plein, l'absorption de la nouvelle offre par les utilisateurs finaux pourrait ne pas être suffisante.

« Selon notre évaluation, la capacité de production de matières premières en amont, l’acide polylactique (PLA), augmente relativement vite. Cependant, si les applications en aval ne se développent pas, le marché pourrait avoir du mal à absorber une telle hausse de la production », a déclaré Yang Yihu. « En réalité, nous nous sommes intéressés dès 2006 au développement d’applications en aval pour le PLA et au recyclage chimique des déchets, dans l’espoir de pallier les faiblesses du développement global de l’industrie grâce à ces deux axes. Ainsi, outre l’impression 3D, nous nous sommes successivement déployés dans les domaines de la biomédecine, des éco-fibres et des produits biodégradables, formant ainsi quatre grands axes d’application. »

« Ces dernières années, avec l'interdiction et la restriction mondiales des plastiques, et la maturité croissante des biomatériaux, notamment la technologie des matériaux à base d'acide polylactique (PLA), le marché des matériaux biodégradables respectueux de l'environnement s'est progressivement développé. Nous avons également intensifié nos efforts pour étendre les applications dans ce domaine. Aujourd'hui, nos produits biodégradables jetables et nos produits en éco-fibres constituent le deuxième moteur de croissance après les consommables d'impression 3D, et nos produits à base de lactate, issus du recyclage chimique, connaissent également une croissance rapide. Les principaux fabricants chinois de résine photosensible utilisent nos produits à base de lactate de qualité électronique. Le volume actuel reste modeste, mais les perspectives d'application sont prometteuses », a expliqué Yang Yihu.

Selon le rapport intermédiaire 2023 de Guanghua Weiye, le segment des matériaux biodégradables respectueux de l'environnement de la société (y compris les produits biomédicaux, les éco-fibres et les produits biodégradables) a enregistré une forte croissance de ses revenus au cours de la période considérée, en hausse de 161,53 % par rapport à l'année précédente.

« Notre modèle technologique innovant de coproduction en configuration X nous permet de diversifier nos sources de matières premières et de produits finaux, enrichissant ainsi les fonctionnalités de nos lignes de production, améliorant l'efficacité du système et réduisant la consommation d'énergie et les coûts. Nous pouvons produire du lactide à partir de deux matières premières, l'acide lactique ou l'acide polylactique recyclé, puis le polymériser pour obtenir divers biomatériaux. À partir d'acide polylactique recyclé, par exemple, le lactide purifié obtenu peut être utilisé pour une polymérisation ultérieure afin de produire de l'acide polylactique, de la polycaprolactone ou des polyols. Les sous-produits moins purifiés peuvent réagir avec de l'éthanol pour produire des esters de lactate chimiquement purs, ou le lactide de haute pureté peut être utilisé directement comme matière première pour produire des esters de lactate de haute pureté. »Yang Yihu a ajouté.

Fibre discontinue d'acide polylactique, filament, tissu non tissé

3. L’acquisition de Hengtian Changjiang donne un nouvel élan à la production de fibres écologiques.

Les fibres d'acide polylactique (PLA) sont utilisées depuis longtemps dans l'industrie textile. Dès 1989, la société japonaise Kanebo a collaboré avec Shimadzu pour développer la fibre de PLA pur Lactron™ et sa variante mélangée Corn Fiber™ (d'où son nom de « fibre de maïs »), présentée aux Jeux olympiques d'hiver de Nagano en 1998.

Par la suite, la « fibre de maïs » a semblé devenir très populaire. Cependant, en raison de sa faible hydrophilie, de sa grande fragilité et de son toucher rugueux et dur, la fibre d'acide polylactique (PLA) de première génération n'a pas pu étendre son champ d'application et est restée cantonnée à un usage de niche dans le secteur textile.

Ces dernières années, face aux interdictions et restrictions mondiales sur les plastiques, la tendance « verte » a également gagné l'industrie textile. Les grandes entreprises et les marques se sont tournées vers les matières premières et ont conquis le marché de la protection de l'environnement, et la fibre d'acide polylactique a de nouveau attiré l'attention du secteur textile.

Yang Yihu a rappelé que Guanghua Weiye avait commencé à explorer les fibres d'acide polylactique (PLA) et leurs applications en 2006. Cependant, en raison de la longueur de la chaîne industrielle, il était difficile d'intégrer l'ensemble de la chaîne en se concentrant uniquement sur les matières premières, ce qui empêchait d'atteindre une capacité de production à grande échelle. Depuis 2020, Guanghua Weiye a constaté que le marché des applications des fibres de PLA connaissait une croissance soutenue grâce aux politiques publiques et a donc relancé ses efforts dans ce domaine.

En 2021, nous avons signé un accord de coopération stratégique avec Hengtian Changjiang afin de renforcer notre collaboration dans des domaines tels que la modification des matières premières, le traitement des fibres, l'élargissement des applications et le recyclage des fibres. Après trois années de coopération, nous avons établi des bases solides et obtenu d'excellents résultats. En 2023, nos ventes sur le marché des éco-fibres ont connu une croissance rapide et, grâce à cette collaboration, Hengtian Changjiang a également réalisé des bénéfices. Par ailleurs, Hengtian Fiber Group s'apprêtait à céder sa participation dans Hengtian Changjiang ; nous avons donc repris cette part. Hengtian Changjiang est désormais membre de Guanghua Weiye et opère sous le nom de Yisheng New Materials.

D'après les informations disponibles, au premier semestre 2018, Yisheng New Materials a été la première entreprise au monde à construire une ligne de production capable de produire 10 000 tonnes d'acide polylactique par an, synthétisé à partir de lactide et de fibres d'acide polylactique filées à l'état fondu. Sa technologie brevetée de « filage à l'état fondu de l'acide polylactique » permet de réduire les coûts énergétiques de 30 % sans découpe et de réaliser des économies de 2 100 yuans par tonne sur les coûts globaux.

« En amont de la chaîne industrielle, nous avons construit une usine de synthèse de lactide d'une capacité de 5 000 tonnes par an à Xiaogan, dans le Hubei. Outre l'acide lactique, nous utilisons également de l'acide polylactique recyclé pour produire du lactide. En aval, la technologie de Yisheng New Materials utilise le lactide comme matière première pour produire des fibres d'acide polylactique. Ainsi, nous avons établi une connexion entre l'amont et l'aval de la chaîne industrielle et acquis des avantages complémentaires sur le plan technologique. »

« Grâce à cette acquisition, nous avons comblé le déficit de capacité dans le domaine des fibres d'acide polylactique, finalisé la mise en place de quatre applications majeures : biomédicale, impression 3D, éco-fibres et produits biodégradables, et établi une chaîne industrielle verte en boucle fermée, depuis le lactide d'acide polylactique recyclé chimiquement jusqu'à la production de fibres d'acide polylactique par filage à l'état fondu », a déclaré Yang Yihu au sujet de l'acquisition.

diagramme du cycle de vie des fibres PLA

4. Développer le recyclage chimique pour créer une chaîne industrielle verte en circuit fermé.

En 2006, alors que le marché se concentrait sur la biodégradabilité de l'acide polylactique et vantait ses avantages dans le domaine des produits jetables, Guanghua Weiye s'est lancée dans la recherche sur le recyclage chimique des matériaux en acide polylactique.

Le recyclage chimique de l'acide polylactique (PLA), un matériau biodégradable, est-il pertinent ?

Yang Yihu a dit :« La dégradation signifie aussi, dans une certaine mesure, une forme de déchet. »

En 2012, après six années de percées technologiques, Guanghua Weiye a officiellement déposé une demande de brevet pour « un procédé de préparation de lactide raffiné à partir d'acide polylactique recyclé », qui a été accordé avec succès en 2014. Cette technologie, une première mondiale, permet d'obtenir du lactide de haute pureté à partir d'acide polylactique recyclé, et les sous-produits peuvent également être utilisés pour produire divers esters d'acide lactique, résolvant ainsi le problème mondial du recyclage et de la réutilisation des matériaux biodégradables d'origine biologique, et créant une chaîne industrielle en boucle fermée pour former une économie circulaire « verte ».

Parallèlement, l'élimination inadéquate des plastiques biodégradables en fin de vie est de plus en plus reconnue par l'industrie ces dernières années. Selon le rapport de recherche intitulé « Évaluation de l'impact environnemental et soutien aux politiques relatives aux plastiques biodégradables », publié conjointement par l'Université Tsinghua et Sinopec, 96,77 % des plastiques biodégradables en Chine finissent incinérés ou enfouis, 3,1 % se retrouvent dans l'environnement et seulement 0,007 % sont acheminés vers des installations de traitement biologique en aval et sont entièrement dégradés.

Les lignes directrices de la Commission européenne sur les plastiques à usage unique (SUP), publiées en 2021, proposaient d'interdire l'utilisation de plastiques dégradables par oxydation, de plastiques biodégradables et de plastiques compostables dans les produits en plastique à usage unique ; la directive PPW, publiée en 2022, exige que tous les emballages soient recyclables ou réutilisables d'ici 2030 ; et le projet de réglementation sur les véhicules hors d'usage (VHU), publié en 2023, proposait d'accroître l'utilisation de matériaux recyclés dans les voitures neuves, en précisant que ces dernières devraient contenir au moins 25 % de plastiques recyclés.

Ces politiques témoignent de la volonté de l'UE de promouvoir la réduction des plastiques, le recyclage et la réutilisation. Toutefois, leur mise en œuvre limitera également l'expansion des capacités de production des entreprises de plastiques biodégradables, ce qui soulève la question suivante : les plastiques biodégradables ont-ils encore un avenir ?

Yang Yihu estime que, dans le contexte de la neutralité carbone, l'utilisation de l'acide polylactique (PLA) d'origine biosourcée est pertinente et précieuse. Il convient donc d'exploiter davantage les avantages du PLA biosourcé en matière de séquestration du carbone et de protection de l'environnement. D'une part, il est nécessaire de développer et de promouvoir des produits en PLA durables, tels que la papeterie résistante et les tasses en PLA brillant imitant la céramique ; d'autre part, il est essentiel de privilégier le recyclage et la réutilisation après usage.

D'un point de vue technique, le recyclage chimique de l'acide polylactique (PLA) présente des avantages par rapport à d'autres plastiques comme le PET et le TPU. En effet, le PLA ne contient qu'un seul monomère, le lactide, qui peut être recyclé et purifié pour obtenir du lactide de haute pureté. D'un point de vue économique, le recyclage du PLA peut remplacer certaines matières premières comme l'amidon et le sucre, ce qui peut atténuer, à l'avenir, le problème de la concurrence entre les matières premières du PLA et les ressources alimentaires.

« Du point de vue du recyclage, trois options s'offrent à nous selon la qualité des déchets : les déchets de haute qualité, comme les déchets industriels, peuvent être recyclés physiquement par regranulation. Par exemple, les flocons de bouteilles peuvent être utilisés comme matières premières pour les fibres après regranulation, ou modifiés par l'ajout d'additifs pour des usages moins poussés. Pour les déchets déjà dégradés lors de leur utilisation et de leur élimination, entraînant une diminution significative de leur masse moléculaire, le recyclage chimique permet de les décomposer en monomères. Ces derniers peuvent ensuite être repolymérisés pour produire de l'acide polylactique (PLA), ou mis à réagir avec de l'éthanol pour produire des esters d'acide lactique. Enfin, pour les déchets de très mauvaise qualité, pour lesquels ni le recyclage physique ni le recyclage chimique ne sont économiquement viables, le recyclage biologique par compostage industriel permet de les dégrader en dioxyde de carbone et en eau, leur permettant ainsi de participer à nouveau à la photosynthèse. La combinaison organique du recyclage physique et chimique pourrait constituer une source importante de matières premières pour la future production de PLA », a proposé Yang Yihu.

Aujourd'hui, la ligne de production de recyclage chimique de lactide de Guanghua Weiye, d'une capacité de 5 000 tonnes par an, est industrialisée et validée. Yang Yihu a révélé que l'entreprise prévoit également d'étendre ses capacités de recyclage chimique d'acide polylactique à l'étranger.