中国化工业“产业升级”“农药篇”系列之一：L草铵膦：行业革命喷薄欲出.pdf

Table_main行业研究类模板专题化 工 行 业报告日期：2020年4月8日L 草 铵 膦 ： 行 业 革 命 喷 薄 欲 出中国化工业“产业升级”“农药篇”系列之一行业公司研究化工行业：陈煜执业证书编号：S1230520040001：021-80106011：chenyustocke table_invest行 业 评 级化工看好Table_relate相 关 报 告1原油、乙二醇触底反弹、MDI或挑战万元底线2020.04.062全行业仍处于剧烈调整中2020.03.283MDI价格是否历史大底？2020.03.264PTA创历史记录低点，部分产能退出市场在所难免2020.03.215看好R22的配额削减带来的中期上行机会2020.03.14table_research报 告 撰 写 人 ： 陈 煜数 据 支 持 人 ： 陈 煜 、 范 飞报 告 导 读L草铵膦浪潮来临，农户草铵膦使用成本将下降，估计市场规模达10亿美元，是草铵膦的4-5倍，同时L草铵膦行业集中度只会更高。投 资 要 点 L 草 铵 膦 工 业 化 提 速2020年4月1日，永农生物精草铵膦铵盐获准正式登记，这是精草铵膦铵盐在我国的首次登记。利尔化学2020年4月7日公告，投资10亿元在绵阳基地建设年产2万吨L-草铵膦生产线，是全球首条大规模的化学法工业化生产线，建设期18个月。利尔化学2019年2月公告，投资10亿元在广安基地建设15000吨/年甲基二氯化磷等项目，包括3000吨L-草铵膦，预计2020年开建，2020年达产。 L 草 铵 膦 市 场 规 模 相 对 于 传 统 草 铵 膦 将 有 4-5 倍 的 提 升全球看，草甘膦的市场规模在约30-50亿美元的规模；而草铵膦当前仅在约2-5亿美元的规模，市场仅为1/10。2019年中国出口91%含量L草铵膦99吨，均价达8万美元/吨。国外日本明治制果、国内等都主要为发酵法，产量都较小，价格昂贵导致了其局限性。未来L草铵膦实现工业化后，价格拉低将刺激需求。如果实现L草铵膦的平价推广，对于提升整个行业市场规模具有极大意义，我们估计L草铵膦市场规模达10亿美元，较草铵膦规模是4-5倍提升。 投 资 建 议目前尚无法精确估计成本，参照山东省农科院介绍，考虑三废的减少以及D草铵膦充分利用，将使农户草铵膦使用成本降50%，带来需求量的持续改善。未来大概率L草铵膦将明显优于DL草铵膦时代的格局，我们预计集中度将更高，龙头企业的市场份额参照30%估计，重点关注有望率先投建“全球首条大规模化学法生产线”的利尔化学。 风 险 提 示安全生产的风险；环保风险；技术不能完全突破或者建设进度推迟的风险。证券研究报告table_pageresearch.stocke 2/12请务必阅读正文之后的免责条款部分正 文 目 录1. 投 资 要 点 .41.1. L草铵膦工业化提速.41.2. L草铵膦市场规模具有极大的提升空间：相对于传统DL草铵膦4-5倍.41.3.工艺路线的探讨：.4不对称催化加氢或是主流工艺.4山东省农药科学研究院的路线.4中国药科大学路线：D草铵膦反转生成L草铵膦.41.4.投资建议.41.5.风险提示.52. L 草 铵 膦 简 介 . 62.1.国内草铵膦工业化提速.62.2. L-草铵膦投产的意义. 72.3.市场规模具有极大的提升空间.83. 工 艺 路 线 的 探 讨 ： .93.1.工业化路线.93.1.1.不对称催化加氢.93.1.2.不对称Michael加成.93.2.浙江永农的路线.103.3.山东省农药科学研究院的路线.103.4.中国药科大学路线.104. 投 资 建 议 .104.1.相关上市公司：利尔化学. 115. 风 险 提 示 .11图 表 目 录图1：L草铵膦(右)和DL草铵膦（左）的结构式：手性对称.6图2：当前草铵膦与草甘膦价格对比（万元/吨）. 8图3：草甘膦、草铵膦、百草枯的市场规模对比（亿美元）.8图4：永农L草铵膦路线.10表1：L-草铵膦项目情况.6表2：L-草铵膦登记情况.7表3：永农生物L-草铵膦时间表.7table_page 化 工 行 业 专 题research.stocke 3/12请务必阅读正文之后的免责条款部分表4：L草铵膦使用成本与草甘膦对比.7表5：精草铵膦化学制备法.9表6：草铵膦全球产能（吨）.11table_page 化 工 行 业 专 题research.stocke 4/12请务必阅读正文之后的免责条款部分1. 投 资 要 点1.1. L 草 铵 膦 工 业 化 提 速永农精草铵膦首登：2020年4月1日，永农生物科学有限公司精草铵膦铵盐（商品名：金百速）获准正式登记，这是精草铵膦铵盐在我国的首次登记；2020年永农，发酵工艺精草铵膦投产，宁夏永农生物化学法万吨级精草铵膦原体药项目在建。利尔化学：2020年4月7日公告，与绵阳经济技术开发区管理委员会签订协议，拟投资10亿元人民币，建设年产2万吨L-草铵膦生产线及配套设施建设项目，建设期18个月。利尔化学2019年2月23日公告，投资10亿元在广安基地建设15000吨/年甲基二氯化磷、含磷阻燃剂、L-草铵膦等项目，其中包括3000吨L-草铵膦，预计2020年开始建设，2022年1月达产。1.2. L 草 铵 膦 市 场 规 模 具 有 极 大 的 提 升 空 间 ： 相 对 于 传 统 DL 草 铵 膦 4-5 倍全球看，草甘膦的市场规模在约30-50亿美元的规模；而草铵膦当前仅在约2-5亿美元的规模，市场仅为1/10。另外，由于百草枯的禁用，百草枯的市场4-7亿美元的规模也将部分由L草铵膦替代。目前L草铵膦价格超50万元/吨，国外日本明治制果、国内等都主要为发酵法，产量都较小。2019年中国出口91%含量L草铵膦99吨，均价达8万美元/吨，折合人民币57万元/吨。发酵法工艺产业化难，价格昂贵导致了其局限性。未来L草铵膦实现工业化后，价格拉低将刺激需求，如果实现L草铵膦平价推广，对于提升整个行业的市场规模具有极大意义，L草铵膦的市场规模或将提升一个数量级到20-30亿美元以上的规模；即使不考虑草甘膦的转基因作物替代部分，L草铵膦的市场规模相对于现在草铵膦市场规模扩大也将在4-5倍，达10亿美元级别。1.3. 工 艺 路 线 的 探 讨 ： 不 对 称 催 化 加 氢 或 是 主 流 工 艺Hoechst公司和明治制果公司先后以不对称催化加氢法制备精草铵膦，这也是目前明治制果产业化的方法。亚磷酸单酯与丙烯酸乙酯反应后，与草酸二乙酯进行克莱森缩合反应，产物经热消除后得到酮酸中间体，再与乙酰胺反应制备不对称氢化反应的底物烯胺。以手性磷配体铑催化剂催化不对称氢化反应，经水解转化得到精草铵膦，e.e.值最高为95.6%。该路线以不对称氢化法构建手性中心，反应温和，产率高，催化剂用量少，且效率高，适于工业化生产。 山 东 省 农 药 科 学 研 究 院 的 路 线以手性原料导入手性碳原子,通过手性碳构型保持技术实现L-草铵膦定向合成,得到高收率、低成本的产品；未见到公开文献披露山东农科院具体路线，但是参照过往文献探讨，我们判断，其创新点并不在合成路线上，不对称加氢仍是首选。 中 国 药 科 大 学 路 线 ： D 草 铵 膦 反 转 生 成 L 草 铵 膦王志坚（2019年4月），在氢氧化钠的作用下，DL-草铵膦与手性辅基NiCl2.6H2O络合形成配位化合物，此过程中D-草铵膦构型反转生成L-型草铵膦，该配位化合物再经水解得到L-草铵膦。反应总收率达到94%，产品光学纯度为96%，手性辅基可回收利用。1.4. 投 资 建 议综合上述的文献，我们估计，L-草铵膦的技术已经取得了实质性的进展，目前尚无法精确估计成本，参照山东省农药科学研究院的介绍，考虑三废的减少以及D草铵膦的充分利用，粗略估计或将使得农户草铵膦的使用成本下降50%，带来需求量的持续改善。table_page 化 工 行 业 专 题research.stocke 5/12请务必阅读正文之后的免责条款部分未来大概率L草铵膦将明显优于DL草铵膦时代的格局，集中度将更高，按照我们估计的L草铵膦市场规模提升4-5倍，达10亿美元，龙头企业的市场份额参照30%估计，重点关注率先投资建设化学法L草铵膦的利尔化学。1.5. 风 险 提 示安全生产的风险；环保风险；技术不能完全突破或者建设进度推迟的风险；table_page 化 工 行 业 专 题research.stocke 6/12请务必阅读正文之后的免责条款部分2. L 草 铵 膦 简 介草铵膦，是德国赫斯特（Hoechst）公司开发的高效、广谱、低毒的非选择性除草剂。L-草铵膦（也称为精草铵膦）是迄今为止唯一含有C-P-C结构的天然化感除草剂，除草活性约为草甘膦的4倍，为百草枯的2倍，为外消旋体草铵膦（DL-型）的2倍。目前市场销售的草铵膦皆为外消旋体，由50% L-草铵膦与50%D-草铵膦组成的混合物。真正发挥除草活性的是L-草铵膦，D-草铵膦不仅没有活性，反而向环境中引入手性污染物。国内外DL-草胺膦生产工艺已十分成熟，但L-草胺膦至今未实现工业化量产，只有小批量生产。图 1： L 草 铵 膦 (右 )和 DL 草 铵 膦 （ 左 ） 的 结 构 式 ： 手 性 对 称资料来源：公开资料整理、浙商证券研究所2.1. 国 内 草 铵 膦 工 业 化 提 速永农精草铵膦盐首登：2020年4月1日，永农生物科学有限公司精草铵膦铵盐（商品名：金百速）获准正式登记，这是精草铵膦铵盐在我国的首次登记；2020年永农，发酵工艺精草铵膦投产。利尔化学：2020年4月7日公告，与绵阳经济技术开发区管理委员会签订协议，拟投资10亿元人民币，建设年产2万吨L-草铵膦生产线及配套设施建设项目。建设期18个月。利尔化学2019年2月23日公告，投资10亿元在广安基地建设15000吨/年甲基二氯化磷、含磷阻燃剂、L-草铵膦生产线及配套工程建设项目，其中包括3000吨L-草铵膦，预计2020年开始建设，2022年1月达产。表 1： L-草 铵 膦 项 目 情 况公司名称L-草铵膦设计产能（吨/年）预计达产时间利尔化学（广安项目）3000 2022年1月利尔化学（绵阳项目）20000 2021年10月以后永农生物200在建，预计2020年资料来源：浙商证券研究所table_page 化 工 行 业 专 题research.stocke 7/12请务必阅读正文之后的免责条款部分表 2： L-草 铵 膦 登 记 情 况登记证号农药名称农药类别剂型总含量有效期至登记证持有人PD20200119精草铵膦铵盐除草剂可溶液剂10% 2025-3-22永农生物科学有限公司PD20183296精草铵膦除草剂原药91% 2023-8-20永农生物科学有限公司PD20171743精草铵膦除草剂原药90% 2022-8-30日本明治制果药业株式会社PD20171742精草铵膦钠盐除草剂水剂10% 2022-8-30日本明治制果药业株式会社资料来源：中国农药信息网，浙商证券研究所表 3： 永 农 生 物 L-草 铵 膦 时 间 表时间动作2009年与明治制果合作，开发精草铵膦2012年永农生物精草铵膦中试成功2015年获精草铵膦原药登记，化学合成法投产；同年启动精草铵膦发酵法研究2018年精草铵膦原药获批正式登记2020年获首张精草铵膦铵盐（金百速）登记，发酵工艺精草铵膦投产资料来源：现代农药，浙商证券研究所2.2. L-草 铵 膦 投 产 的 意 义当前的草铵膦价格在约12万元/吨，草甘膦价格在约2万元/吨，即使考虑到除草效果上的差距，草铵膦在性价比上仍不占优势。如果L草铵膦实现价格与混旋DL草铵膦相当，用量较减少一半，那么将极大拉近与草甘膦的竞争（简单参照效果计算，L草铵膦定价在10万元/吨的话，亩均使用成本将与草甘膦相当，见表1）。国际除草剂抗性行动委员会（HRAC）将草铵膦、双丙氨膦归于H组（谷氨酰胺合成酶抑制剂），该组中目前只有这两个有效成分；草甘膦属于G组（EPSP合成酶抑制剂）；百草枯和敌草快属于D组（光系统电子转移抑制剂）。因此，精草铵膦与草甘膦、百草枯、敌草快及其他除草剂无交互抗性，可用于抗性杂草的综合治理。另外考虑到草甘膦经过多年使用，抗性杂草较多，且草甘膦一般要710天见效，而草铵膦一般为23天见效，综合看将会使得竞争的天平向草铵膦倾斜。表 4： L 草 铵 膦 使 用 成 本 与 草 甘 膦 对 比原药单价（万元/吨）用量（公斤/亩）制剂使用成本（不含人工，元/亩）使用作物对抗性杂草效果草甘膦2.1 0.096 3.46广泛用于橡胶、桑、茶、果园及甘蔗地（一般不用于浅根或根系暴露在外的作物）对抗性杂草如牛筋草、小飞蓬，效果不好。抗性杂草逐年增加。DL草铵膦12.25 0.06 9.56可用于所有作物，但不能喷到作物上。对牛筋草、小飞蓬等抗性杂草防效好。对部分地区莎草科杂草防效较差。L草铵膦12.25 0.03 4.78资料来源：知网、浙商证券研究所table_page 化 工 行 业 专 题research.stocke 8/12请务必阅读正文之后的免责条款部分图 2： 当 前 草 铵 膦 与 草 甘 膦 价 格 对 比 （ 万 元 /吨 ）资料来源：百川资讯、浙商证券研究所2.3. 市 场 规 模 具 有 极 大 的 提 升 空 间全球看，草甘膦的市场规模在约30-50亿美元的规模；而草铵膦当前仅在约2-5亿美元的规模，市场仅为1/10。另外，由于百草枯的禁用，百草枯的市场4-7亿美元的规模也将部分由L草铵膦替代。目前L草铵膦价格超50万元/吨，国外日本明治制果、国内等都主要为发酵法，产量都较小。2019年中国出口91%含量L草铵膦99吨，均价达8万美元/吨，折合人民币57万元/吨。发酵法工艺产业化难，价格昂贵导致了其局限性。未来L草铵膦实现工业化后，价格拉低将刺激需求，如果实现L草铵膦平价推广，对于提升整个行业的市场规模具有极大意义，L草铵膦的市场规模或将提升一个数量级到20-30亿美元以上的规模；即使不考虑草甘膦的转基因作物替代部分，L草铵膦的市场规模相对于现在草铵膦市场规模扩大也将在4-5倍，达10亿美元级别。因此，如果实现L草铵膦的平价推广，对于提升整个行业的市场规模具有极大的意义，L草铵膦的市场规模或将提升一个数量级到20-30亿美元以上的规模，即使不考虑草甘膦的转基因作物替代部分，L草铵膦的市场规模相对于现在的草铵膦市场规模扩大也将在4-5倍，达10亿美元。图 3： 草 甘 膦 、 草 铵 膦 、 百 草 枯 的 市 场 规 模 对 比 （ 亿 美 元 ）资料来源：知网、浙商证券研究所table_page 化 工 行 业 专 题research.stocke 9/12请务必阅读正文之后的免责条款部分3. 工 艺 路 线 的 探 讨 ：目前国内外报道的L-草铵膦制备方法主要有化学法和生物法。生物法的一般成本较高，我们重点关注化学法。3.1. 工 业 化 路 线精草铵膦具有1个手性中心，其手性中心的构建方式主要有4种：1）利用手性辅助试剂，通过手性诱导作用，构建手性中心；2）借助天然氨基酸作为手性源，经转化得到精草铵膦；3）通过手性催化剂的催化不对称反应，构建手性中心；4）外消旋体的手性拆分。我们重点介绍不对称合成法，其余细节参见化学法合成精草铵膦的研究进展。3.1.1. 不 对 称 催 化 加 氢Hoechst公司和明治制果公司先后以不对称催化加氢法制备精草铵膦，这也是目前明治制果产业化的方法。亚磷酸单酯与丙烯酸乙酯反应后，与草酸二乙酯进行克莱森缩合反应，产物经热消除后得到酮酸中间体，再与乙酰胺反应制备不对称氢化反应的底物烯胺。以手性磷配体铑催化剂催化不对称氢化反应，经水解转化得到精草铵膦，e.e.值最高为95.6%。该路线以不对称氢化法构建手性中心，反应温和，产率高，催化剂用量少，且效率高，适于工业化生产。3.1.2. 不 对 称 Michael 加 成2015年，毛明珍等在专利CN105131032A中报道了辛可尼丁衍生的季胺盐类催化剂催化合成精草铵膦的方法。芳香酮与甘氨酸形成席夫碱，然后在手性催化剂作用下，与甲基乙烯基磷酸酯经不对称Michael加成反应构建了精草铵膦的手性中心，水解转化后得到精草铵膦，e.e.值最高为81%。该路线催化剂用量较大，产品e.e.值和收率较低。表 5： 精 草 铵 膦 化 学 制 备 法方 法 报 道 源 主 要 步 骤 特 点外 消 旋 体 拆 分法 Hoechst公 司 草 铵 膦 消 旋 体 和 奎 宁 得 到 高 纯 L-草 铵 膦 酸奎 宁 盐 ， 再 用 氨 中 和 等 效 率 高 ， 但 拆 分 后 的 D-草 铵 膦 易 造 成 浪 费不 对 称 合 成 法 Hoechst、明 治 制 果公 司 在 合 成 过 程 通 过 不 对 称 定 向 反 应 直 接 得 到L-草 铵 膦 ， 又 包 括 不 对 称 催 化 加 氢 、 不 对 称Strecker反 应 、 不 对 称 Michael加 成 等 不 对 称 氢 化 产 率 高 、 催 化剂 用 量 少天 然 氨 基 酸 手性 源 法 Hoechst公 司 等 以 天 然 氨 基 酸 为 手 性 源 ， 通 过 合 成 方 法 得 到 产 率 较 低 、 步 骤 较 多 、 较难 产 业 化手 性 辅 助 剂 诱导 法 Hoechst、明 治 制 果公 司 通 过 外 加 手 性 辅 助 剂 构 建 手 性 中 心 产 率 较 低 、 合 成 温 度 苛刻 、 较 难 产 业 化中 国 药 科 大 学路 线 王 志 坚 DL-草 铵 膦 与 手 性 辅 基 NiCl2.6H2O络 合 形 成配 位 化 合 物 ， 此 过 程 中 D-草 铵 膦 构 型 反 转 生成 L-型 草 铵 膦资料来源：知网、浙商证券研究所table_page 化 工 行 业 专 题research.stocke 10/12请务必阅读正文之后的免责条款部分3.2. 浙 江 永 农 的 路 线据专利号CN106188134A的永农专利所记载，浙江永农与日本明治治果公司合作，采用酮酸法不对称加氢合成L草铵膦。图 4： 永 农 L 草 铵 膦 路 线资料来源：专利、浙商证券研究所不过，该方法面临的难题是如何分离残留的D草铵膦，如果不能经济的分离和合理利用D-草铵膦，仍然面临经济性问题；3.3. 山 东 省 农 药 科 学 研 究 院 的 路 线山东省农药科学研究院突破了核心技术难点,打破了技术封锁，以手性原料导入手性碳原子,通过手性碳构型保持技术实现L-草铵膦定向合成,得到高收率、低成本的产品。L-草铵膦收率、质量、环保、循环利用等工艺指标达到国内领先水平,开发了一种创新L-草铵膦晶型,打破国外公司的晶型专利技术壁垒。据公开报道，这款L-草铵膦，减少了处理环节，在“三废”上大幅度缩减，该项技术已经转让给了国内的某农药企业,万吨规模的产业化项目正在建设过程中。3.4. 中 国 药 科 大 学 路 线据中国药科大学王志坚报道（2019年4月），在氢氧化钠的作用下，DL-草铵膦与手性辅基NiCl2.6H2O络合形成配位化合物，此过程中D-草铵膦构型反转生成L-型草铵膦，该配位化合物再经水解得到L-草铵膦。反应总收率达到94%，产品光学纯度为96%，手性辅基可回收利用。该制备工艺反应条件温，操作简单，适合工业化生产。4. 投 资 建 议综合上述的文献，我们估计，L-草铵膦的技术突破已经取得了实质性的进展，当然在具体的产品成本上目前尚无法精确估计，参照山东省农药科学研究院的介绍，三废的减少以及D草铵膦的充分利用，粗略估计或将使得农户草铵膦的使用成本下降50%，带来需求量的持续改善。