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未来农药制剂的发展方向″纳米农药″
发布人:江山化工  发布时间:2023-10-30 9:19:16  浏览次数:189

在近几年备受行业关注的农药市场高成长品类中,纳米农药绝对是最具爆发力的增量品类。


相比传统农药剂型,采用纳米技术研制的高效、安全、低残留的纳米农药制剂,具有传统农药剂型所不具备的小尺度效应,既符合国家农业农村部农药减量增效及零增长的政策导向,也满足植保无人机的超低容量喷雾对农药新剂型的特殊性能要求,能在很大程度上降低植保作业强度,提高作业效率。


因此,纳米农药,已经逐渐成为行业内公认的高效绿色农药剂型创新发展的未来趋势,也被称为″植保方式的一场革命″。


纳米农药既是农药制剂产业中一个充满挑战的创新领域,又是一个商机勃发的新生赛道,不但引得众多科研院所的学者、专家投身于此,也吸引了不少企业、资本争相竞逐布局,是农药制剂产业面向未来实现升级迭代、空间巨大的新蓝海。


纳米农药时代


自从 20 世纪 80 年代纳米材料与纳米技术诞生以来,纳米技术在众多领域都有了重大突破。尤其是近十年来,美国、巴西、印度、日本、加拿大等国家都相继开始了纳米农药的相关研究工作。进入 21 世纪后,中国的科研工作者启动了纳米技术在农药制剂领域的研究探索。经过近二十年的积累沉淀,中国的纳米农药技术趋于成熟,不但研发出多种纳米农药新型制剂,而且技术转化和产业化进程不断加快,并在纳米农药预混剂技术领域领跑全球。2019 年,纳米农药被国际纯粹与应用化学联合会评为″未来将改变世界的十大化学新兴技术″的首位。作为纳米农药技术产业化的领军企业,南京善思生态科技有限公司总裁梁冰指出,″纳米农药是未来农药制剂的发展方向,已逐渐成为学界和业界的共识″。


什么是纳米农药?


2021年,农业农村部批准由中国农业科学院植物保护研究所、农业农村部农药检定所、南京善思生态科技有限公司等单位共同编写制定的《纳米技术农药产品标准编写规范》行业标准通过审定,这是全球较早由官方(政府)批准制定的关于纳米农药的标准。该标准对纳米农药给出的定义是 :通过纳米制备技术,使农药有效成分在制剂和使用分散体系中的平均粒径以纳米尺度分散状态稳定存在的农药。


纳米载药颗粒是研究和产业化的主流


暨南大学博士生导师张子勇教授认为,″目前纳米农药主要分为三类,第一类是有效成分的微粒尺寸小于 100 纳米,在水中实现表观水溶的体系,如纳米胶束(纳米乳剂、微乳剂)、纳米悬浮剂、纳米凝胶、纳米胶囊等。第二类是有效成分被载体物质所负载形成的纳米载药体系,如纳米球、纳米管、纳米黏土等。载体材料包括有机高分子(壳聚糖、淀粉和纤维素等天然多糖及其衍生物类 ;聚酯、聚脲、聚氨酯、聚醚等不同化学结构合成高分子与齐聚物等)、无机高分子(中空多空纳米二氧化硅、纳米层状黏土、纳米石墨烯、纳米分子筛等)、有机 - 无机杂化高分子等。第三类是金属或金属氧化物单独使用或与农药合用,包括纳米银、纳米锌、纳米二氧化钛、纳米氧化锌等。从纳米农药的生产工艺难易、生产成本的高低、产品性能的优劣、农户对新科技的接受程度考虑,目前中国纳米农药产业化的发展方向是以前两类为主。


出色的性能优势助力做大做强


纳米农药备受业界关注原因之一就在于,相比传统农药剂型,纳米农药有着出色的性能。


邦农达(潍坊)作物科学有限公司营销总监高志国介绍说,对于农药来说,微粒的尺寸直接影响到药效。同样质量的药物,其有效成分的微粒尺寸越小,能够接触作物的面积就更大,接触生物靶标就越充分,药效也将更好。


纳米农药相当于将传统农药制剂的农药微粒″掰开揉碎″。善思生态公司总裁梁冰形象地比喻,″传统悬浮剂的微粒尺寸通常在 2微米,如果将它的微粒尺寸降至相应的纳米尺寸即 2 纳米,就如同将一个直径 2 米的大球,分散成直径 2 毫米的小米粒,其微粒数量就可以增加 10 亿倍,表面积可增加 1000倍。如果将农药微粒比喻成‘地雷’,一个变成 10 亿个,害虫触雷的概率是不是就增大了许多倍?因此,纳米农药对靶标具有更高的传输效率和吸收性,可以大幅提升农药的利用率,即使减少农药用量仍然可以实现更好的防治效果。″


仲恺农学院、广东省农业纳米共性关键技术创新团队首席专家周新华指出,纳米农药能够有效进入植物、真菌、害虫体内,提高药效性能与利用率,助推实现减药增效与农业绿色发展目标。


总而言之,与传统农药剂型相比,纳米农药剂型具有高效、安全、经济、环保四大突出性能优势,符合国家农药减量增效政策,是大势所趋。但需要指出的是,纳米农药并不是天生的″绿色″,它是否具有生态友好性能,取决于所使用的助剂和载体物质的性质。


国内研发到应用已步入产业化发展阶段


国内对纳米农药的研究与欧美国家同时起步,不仅论文发表数量居世界第一,而且产业化发展进程也处于世界领先水平。


暨南大学博士生导师张子勇教授表示,我国纳米农药的发展过程大致可以分成三个阶段 :


  • 2007 年以前,属于起步摸索阶段。这一阶段,能够借鉴或参考的文献资料不多,研究者大都从事纳米农药探索性研究和实验,主要集中在制备方法和表征上,关注如何能制备出纳米农药,如何表征它的性能。在此基础上,研究者开始逐渐建立和加深对纳米农药种类和形态的认知。

  • 2007-2015 年,属于创新研究阶段。这一阶段,越来越多的研究者投入到纳米农药相关领域的研究中。研究结果丰富了人们对纳米农药的认知,制备出了不少种类的纳米农药类型,在国际上有众多研究论文发表,中国研究论文的发表数量曾在一个时间段占据国际首位,取得了不凡的实验室研究进展。

  • 2015 年至今,属于产业化发展阶段。这一阶段,在农药制剂领域,纳米农药开始出现在制剂产品、无人机植保等众多应用中,纳米农药从研发到应用出现了质的飞跃。


据了解,2007 年,国家自然科学基金委就批准了第一个纳米农药研究课题项目,并在此后十年内连续资助暨南大学三项研究课题,完成了从基础研究到产业化关键问题的突破,为 2015 年纳米农药的产业化奠定了基础。2014 年,纳米农业领域的第一个国家重大科学研究计划项目启动。2020 年,中国农业科学院宣布启动科技创新工程院级重大科研任务—农业纳米药物靶向递送机理研究与新产品创制。


经过十余年的科研攻关,我国逐渐建立起了具有完全自主知识产权的纳米农药核心制备技术体系,在国际上具有领先优势。


政策利好是产业发展助推器


一个产业的发展与繁荣离不开国家政策的助推,国内纳米农药产业能够迅猛发展,政策利好是强劲的助推器。


近几年,国家陆续出台了有关纳米农药的多项政策和文件 :


  • 2017年2月,中国农业科学院发布《″跨越 2030″农业科技发展战略》指出,争取在纳米农药、分子设计育种、智慧农业技术方面实现重大突破。

  • 2018年7月,农业农村部印发的《农业绿色发展技术导则(2018-2030)》指出,重点研发纳米智能控释肥料、绿色环保型纳米农药,新型可降解地膜及地膜制品、农产品包装材料与环境修复制品。

  • 2022年1月,农业农村部会同国家发展改革委、工业和信息化部等八部门联合印发的《″十四五″全国农药产业发展规划》明确指出,倡导纳米技术在农药剂型上的创新应用,鼓励企业充分利用新工艺、新技术,大力发展水基化、纳米化、超低容量、缓释等制剂,适应大中型施药器械和多元化用药需求。

  • 2022 年 5 月,中国农业科学院植物保护研究所、农业农村部农药检定所和南京善思生态科技有限公司等单位起草行业标准《农药纳米制剂产品质量标准制订规范》。

  • 2022年7月,农业农村部在对十三届全国人大五次会议第 5084 号建议答复中表示,大力发展推广应用纳米化农药多元复配技术,推动产业化发展。2018 年以来,持续开展纳米化农药单剂和多元复配制剂防治病虫害试验示范,结果表明纳米农药具有良好的防效,明显提高田间作业效率,深受专业化防治服务组织好评和欢迎。下一步,农业农村部、科技部将继续支持纳米农药科技研发和产品创制。

  • 2023年6月5日,农业农村部发文《农业农村部办公厅关于推介发布 2023 年农业主导品种主推技术的通知》(农办科[2023] 15 号),善思生态公司的″纳米农药预混技术″被列为 2023 年农业主推技术″植保类″首位


国家多项政策的助推,为纳米农药产业化的蓬勃发展积聚了人才、资金等力量。多个项目的推进及前沿研究在极大地推动了国内纳米农药产品升级换代的同时,也为抢占国际纳米农药产业制高点和话语权、增强竞争力打下坚实基础。


无疑,我国已经驶入纳米农药发展的快车道,产业化迎来了蓬勃发展的新局面。


新蓝海爆发在即


发展高效、安全、经济、绿色的纳米农药是大势所趋,这个新生的、高价值的优质赛道蕴藏着无限的商机,是一片充满无限可能、爆发在即的新蓝海。


全球纳米农药复合年均增长率达12.5%


近年来,全球纳米植保产品及作物营养产品以其功效强、利用率高等优点持续获得市场与资本的青睐,产业价值不断凸显。


美国联合市场研究公司发布的数据显示,2021年全球纳米材料市场价值达到163 亿美元,其中纳米农药为 5 亿美元 ;预计到 2031 年全球纳米材料市场将达到628 亿美元,纳米农药为 16 亿美元,纳米材料和纳米农药的复合年均增长率分别达14.6% 和 12.5%。另据欧洲化学品管理局(ECHA)发布的信息,纳米技术的未来发展将会呈现 4 个明显不同的阶段,目前尚处于第一阶段或第二阶段早期。可以想见,纳米农药未来的发展空间巨大。


国内市场容量超百亿元


我国当前纳米农药制剂的市场容量有多大?有哪些企业在布局?可挖潜的机遇点又有哪些?


善思生态公司总裁梁冰表示,″纳米农药将推动农药制剂产业的换代升级,成为未来农药制剂的最主流剂型。打个比方,如果说汽车工业以前是燃油车时代,未来将会进入电动车时代,那么,纳米农药技术就像是农药制剂领域的电动车技术代表着未来。如果这个比方逻辑成立,未来的纳米农药制剂市场容量,应该是整个制剂行业的市场。当然,这需要国家政策的强力引导。″


明德立达营销支持部经理、允芯研究院副院长罗宝民透露,随着纳米材料和技术工艺的迭代升级,纳米农药已经取得了长足进步与发展,正迎来实用化的发展新阶段。纳米技术拥有助推农药领域出现下一个蓝海的实力,保守估计国内纳米农药制剂市场容量可达 150 亿元。


山东麒麟农化有限公司总经理王肖则坦言,国内纳米农药销量处于上升通道,未来前景广阔,但是纳米农药属于新兴板块,具体的市场容量,暂时难以评估给出确切数字。邦农达(潍坊)作物科学有限公司营销总监高志国也指出,从 2015 年以来,国内纳米农药研发和市场推广是稳步发展的,在产业应用层面,已经从″概念″走向″验证″,从″实验室内″走向″车间″和″田间″,量产的纳米级的农药产品在增多,市场潜力正在逐步被激发和释放,市场容量保守估计将超百亿元。


入局者加速涌现


我国在纳米农药研究方面发表的文章和申请的专利数量处于国际前列。


随着纳米农药逐渐成为农药学中的″显学″,国内诸多院校和科研机构都相继成立了研究纳米农药的团队,也涌现出不少纳米农药方面的专家学者。如中国农业大学沈杰、吴学民、杜凤沛,中国农科院崔海信、黄啟良、曹立冬,暨南大学张子勇、刘明贤、刘宗华,南京农业大学窦道龙、刘泽文,华南农业大学徐汉虹、张志祥,仲恺农业工程学院周新华等。


中国农业科学院是国内较早开展纳米科技与农业科学交叉研究的机构,形成了一批具有完全自主知识产权的创新成果 ;中国农业大学植物保护学院植物生物安全系的专家团队于2022 年先后在《环境科学 :纳米》《ACS 应用材料与界面》《今日纳米》《纳米生物学杂志》等国际权威期刊上连发 5 篇高水平论文,系统阐释了在农药纳米载体领域取得的创新性研究成果。


产学研紧密相关,纳米农药的研究成果不断推陈出新的同时,纳米农药产业更是在持续升温。一个持续火热的赛道,更不缺乏新入局者。


其中,南京善思生态公司是行业中公认率先突破纳米农药产业化共性技术,实现多品种纳米农药单剂和多元预混剂产业化生产的企业。善思创制出针对农户″多靶标″防治需求的纳米农药多元预混剂,不但解决了农业生产实际应用问题,还开启了农药定制化生产的新时代。


邦农达与中国农科院纳米农药研究中心、南开大学绿色农药研究中心、山东农科院植保所纳米研究组共同建立了纳米农药增效省级企业技术中心,具备 1~ 50 纳米载体工艺和聚合工艺等先进生产技术,拥有微纳米悬浮剂品牌产品,代表产品有鑫势、思达地卫士等。


惠州银农从病虫害防治拓展到根部研究,创新地将纳米农药与小分子生物激活剂结合,″农丰深耕系统″不仅践行″减量增效″政策,更是抓住市场机遇,做恢复土壤生态环境、提高作物抗病能力和实现作物提质增产的先行者。


此外,浙江新农化工的纳米″碧生″(20%噻唑锌悬浮剂 ),明德立达的杀菌剂(纳米明润丰、纳米明赞)、杀虫剂(纳米德歼、纳米德满光等),山东麒麟农化的纳米福佳(25% 甲硫·氟环唑)等都是纳米农药行业的优质产品。


这些企业均表示拥有纳米农药核心技术,并能制备纳米(级)农药产品。随着纳米农药市场价值越来越大,布局纳米农药的企业和投资机构也将越来越多,难免鱼龙混杂。需要特别说明的是,以上所有企业的产品,本刊并未核实其产品在储存状态和使用状态下的微粒粒径大小。


航空植保是大风口


善思生态公司总裁梁冰回忆说,″直到2016 年,植保无人机登上历史舞台,航空植保的超低容量喷雾和农户多靶标防治的需求,给纳米农药提供了一个难得的应用场景。″


如今,从大田作物水稻、小麦、玉米,到经济作物辣椒、黄瓜、西红柿、大姜、大蒜、柑橘、苹果、梨、桃等,随着航空植保覆盖的作物增多,纳米农药的作物应用场景也愈加广泛。


在邦农达(潍坊)作物科学有限公司营销总监高志国看来,纳米农药技术的出现,完美解决了一些农药难溶、不溶于水的痛点,使不同类型的农药混配服务成为可能,也满足了植保无人机这种低容量、细雾滴施药器械的要求。现在纳米农药已经成为植保无人机高效作业剂型适宜的农药产品。


善思生态公司总裁梁冰强调 :″航空植保需要的不再是单剂的产品,解决超低容量条件下多元农药的复配瓶颈,才是航空植保的刚性需求。根据病虫害实际防治需求而复配的农药预混剂,必须达到外观透明、表观水溶、热力学稳定,方便无人机喷施。″


2016 年开始,从植保无人机专用药剂入手,善思公司率先提出″航空植保专用药剂″这个细分品类的命名,即利用纳米农药技术,解决了超低容量条件下多元农药均匀混配的难题。目前善思所有登记生产的具有纳米性能的产品,均属于航空植保专用药剂,这些产品都非常契合植保无人机的超低容量喷雾需要。

未来尚需立体挖潜


相比传统农药,纳米农药算是一个新生事物,还属于一个小品类。客观来说,″纳米农药热″的背后叫好不叫座的问题亟待破解,在基层推广销售方面″难″与″痛″并存。


推广上量尚缺乏″势能″


″上量″是企业产品销售的终极目标,占有相当体量的市场份额是支撑一个企业健康发展、行稳致远的底层逻辑所在。但就目前来看,相比传统农药,纳米农药的上量是有难度的。


邦农达(潍坊)作物科学有限公司营销总监高志国表示,纳米农药是未来农药企业破除内卷、抽离同质化竞争的发力点。但是在基层推广层面,经销商对纳米农药只有初步的认知,农户大多还处于对其感到陌生的阶段,农户长期的用药习惯还是以传统的速效药为主,纳米农药推广起来还相对吃力,所以拉新上量也相对较难。


山东麒麟农化有限公司总经理王肖也直言,纳米农药产品在业内很热,但行业整体对纳米农药的认识也十分有限,在基层推广上更是还属于初期阶段,多数企业还属于″摸着石头过河″,还缺乏上量的″势能″。经销商和农户对纳米农药的认识相对陌生,尤其是农户还需要相当长一段时间来教育指导,才能逐步对纳米农药由认识到接受到使用再到正确科学使用,最终大面积使用。未来还需要企业在保证自身纳米农药产品质量、性能稳定的基础上,加大对产品的营销造势和技术服务。


锻造品牌要坚持长期主义


现在量产推向市场和田间的纳米级农药产品也不算少,但是针对某一细分品类的纳米农药行业″人气″产品和品牌都没有出现,所以这个赛道上还算不上拥挤,还不存在所谓的″霸主″。


那么企业如何打造纳米农药大品和品牌?


明德立达营销支持部经理、允芯研究院副院长罗宝民认为,锻造品牌的前提还是要做好继续深挖纳米农药价值,深入研究纳米农药的应用价值,减少用药量,提高吸收率,提高药效。同时要持续升级产品,加快产品迭代,加大产品的试验示范广度,做好技术服务,让更多的农户看到实效,进而得到农户对产品的认可,对品牌的认可。


″纳米农药品牌的打造要坚持长期主义,不可能一蹴而就,没有捷径可循。善思愿意与业内同行共同推动纳米农药的发展。″善思生态公司总裁梁冰表示。


在山东麒麟农化有限公司总经理王肖看来,打造纳米农药品牌和大品要徐徐图之。第一要找出纳米农药和普通农药的诸多差异化特征,优选出最佳的一条进行推广;第二是要做好纳米农药产品的代表性试验、示范,第三方认证等信任状做背书 ;第三是要利用新媒体的传播平台有效传播,形成传播矩阵;第四要做好客户布局,利用有效促销快速铺货、分销 ;第五就是要展开地头战,还原农户价值需求,抢占农户心智。


未来还需进行立体深探


未来纳米农药的发展趋势是什么?要真正成为行业爆点还要攻克哪些关卡?


罗宝民指出,靶向纳米农药是未来发展趋势。大家提到药效降低常常就归咎于抗性变大这一方面,实际上真正到达靶标的有效成分量是关键因素。通过靶向纳米农药技术靶向携带有效成分,更高效地精准定位靶标,攻克任何难题都有了可能性。


王肖表示,毋庸置疑,纳米农药市场的未来发展前景肯定是广阔的,但目前市场仍处于发展的初级阶段。农药剂型还相对单一,未来纳米农药行业还需要在制备技术、产品剂型、标准制定、机理研究等方面进行立体深探。


梁冰则强调,″企业继续进行纳米农药性能创新的同时,必须对产业化简化生产技术予以关注,降低生产成本,才能使纳米农药具有旺盛的生命力。行业主管单位对纳米农药的登记需要拿出相应的规定与标准,对纳米农药新剂型与传统农药的剂型进行清晰的区分,在制剂和稀释液的微粒尺寸上均应有明确要求和检测方法,对纳米农药剂型在有效成分含量上不能作与传统剂型一样的简单要求。通过规范发展,避免一哄而上,将纳米农药庸俗化。″

未来已来,但仍任重道远


自古以来,任何一个新生事物的诞生,都不可避免地伴随着质疑。它的诞生都与巨大的商机挂钩,且它的可贵就在于有着无限的成长活力。


纳米农药时代来临,技术的迭代驱动了改革的发生和新旧的更迭,农药行业正面临一次破局之战,是继续在旧的轨道内卷,还是从价格竞争迈向价值创造?

作为新生事物的纳米农药,具有光明的前景是毋庸置疑的,它绝对称得上是一个不容小觑的增量新蓝海。


我们欣喜地看到,我国在研究层面建立了绿色纳米农药创制原理与方法,创制了一批高效、安全与低残留的纳米农药新制剂,揭示了纳米农药安全性改良机理,创立了纳米农药关键制备技术与工艺装备,加速推进了大规模集成示范与推广应用。


但我们也要清醒地看到,围绕纳米农药的争议和讨论难以避开。具体来看,还缺少指导科学施用和管理的明确规范,新产品登记与市场准入制度尚未建立,加工成本高,集成示范与推广应用难等诸多难点与痛点亟待破局,纳米农药要成为真正的行业″爆点″还需要时间的投入。


就像中国农业科学院植物保护研究所曹立冬研究员所说的那样,中国纳米农药的未来已来,爆发在即,但仍任重而道远,对标″四个面向″方能行稳致远,即在基础研究和产业化应用层面,找准自己的定位 ;在科学问题层面,进一步完善纳米农药的定义,明确高效利用的机制 ;在技术和产品层面,突破产业化技术瓶颈和成本局限 ;在产业应用层面,从″概念″走向″验证″,从″实验室内″走向″车间″和″田间″,在农业主战场上验证其有效性和安全性。


期望行业的先行者们,锚定纳米农药技术方向,坚持长期主义价值理念,在纳米农药时代的开启和发展中扛起产业迭代升级的历史责任。


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