竹漿企業利用竹子生產再生纖維漿粕和燃料乙醇

汪義華

(貴州赤天化紙業股份有限公司，貴州赤水，564707)

竹漿企業利用竹子生產再生纖維漿粕和燃料乙醇

汪義華

(貴州赤天化紙業股份有限公司，貴州赤水，564707)

竹漿企業利用豐富的竹資源開發并生產再生纖維漿粕和生物燃料乙醇，可以實現竹資源的充分利用和低碳生態循環。在紡織行業的再生纖維漿粕生產過程中，依托大型竹漿企業，利用優勢的資源配置，能夠解決再生纖維漿粕制造過程中的環保問題。

竹子;低碳;竹漿;燃料乙醇;再生竹纖維漿粕;低碳生態循環

我國是世界上竹資源最為豐富的國家，全國第六次森林資源清查統計顯示，我國現有竹林面積突破480萬hm2，分布在全國的竹種類多達500余種［1］。為了人類的可持續發展和應對全球氣候變暖問題，發展低碳經濟已成為全球的共識［2］。據日本研究報告，每年每公頃竹林可以固持大于12 t的CO2，比同樣的闊葉木樹林多釋放35%的O2［3］，因此，竹林被大家公認為是典型的天然制氧機。由于竹子是生長周期短的可再生資源，在木材行業的應用領域中，以竹代木是最佳選擇。根據2010—2015年中國竹產業發展前景分析報告，竹產品年銷售收入達億元的企業可達9家，5000萬元以上的企業將達25家，產業涉及人造板、制漿造紙、醫藥、竹炭、旅游等行業，我國在2009年已實現全年竹產業總值700多億元［4-5］。

我國在“十二五”規劃中向世界明確承諾，到2020年實現單位國內生產總值CO2排放比2005年下降40%～45%的目標，這對竹產業的發展是前所未有的機遇，利用我國豐富的竹資源，培育竹產業的領軍企業發展低碳路線，帶動區域內竹資源的綜合利用，實現對竹資源的低碳循環，使中國由“竹子大國”變為“竹子強國”。利用竹子為原料生產再生纖維漿粕和生物燃料乙醇發展低碳路線，應根據應用領域對原料進行簡單分類，以提高竹資源的最佳使用價值，進一步擴大竹資源的生態優勢和經濟價值。

1 根據應用領域對竹原料進行分類

研究表明，竹子在各種屬中的纖維形態差距并不是很大，作為纖維原料優于其他禾本科植物，接近于木材纖維的闊葉木［6］。根據應用領域對竹原料分類，主要是依據各種竹子的化學成分差異，對竹原料確定大致的采購方向，能夠更加促使生產的穩定，實現資源配置經濟價值的最大化。合理的分類和加強對竹子在中間流通環節的管理，能夠有效控制約70%的生產成本［7］。以竹資源配置給再生纖維漿粕、制漿造紙和燃料乙醇為例，一般優質竹原料首先可以滿足再生竹纖維的生產，其次分配給一般制漿造紙企業，最后將竹原料在生產環節中所有剩余物 (竹屑、漿渣等含有纖維素的物質)，包括林區的枝丫和筍用竹材等纖維原料分配給生物燃料乙醇。表1為竹資源常用竹種的化學組成［8-10］。

表1 竹子的化學組成 %

再生纖維的生產需要竹原料中含有較多的α-纖維素和較少的抽提物，一般慈竹屬中的慈竹和料慈竹是較佳的原料，這類原料生長區域廣泛，以貴州省和四川省最為集中。竹子的冷水抽出物主要是單糖、低聚糖、氨基酸、水溶性色素等強極性、親水性的低分子化合物。在熱水抽出物中，除上述成分外，還包含有淀粉和果膠質，這些抽提物含量對生物燃料乙醇用原料影響有限。綜纖維素主要指纖維素和半纖維素，是衡量竹子用于制漿造紙和生物燃料乙醇用原料的重要經濟指標，其含量越高，使用價值也越高。

2 發展再生竹纖維

2.1 再生纖維受國家產業政策的支持

現階段，我國大部分服裝面料仍是以合成面料為主，如尼龍、滌綸等都是以石油、石化產品為原料。隨著國際油價的不斷攀升，各行業都在開發石油的替代品，以緩解日益增長的原材料成本。再生纖維代替合成纖維發展紡織工業，不僅能夠滿足于服裝的吸濕性，穿著舒適，更符合低碳經濟的發展方向。據資料分析，利用再生纖維發展紡織工業，在2009年我國節約石油資源約2100萬 t，減少 CO2排放1130萬t。國家在2009年頒布的《紡織業調整和振興規劃》白皮書中明確指出應充分利用農產品、農作物廢棄物和竹、速生材等資源，實現可降解、可再生生物纖維及綜合開發利用的產業化，并要求在2009—2011年的規劃期間實現生物質纖維素纖維比例由目前的6.3%提高到8.0%的發展目標。

2.2 再生纖維對低碳經濟的貢獻

歐瑞康 (Oerlikon)公司2009年紡織年報顯示，2009年全球對天然纖維的需求量上升了4.5%，達到2640萬t。隨著人們生活質量的不斷提高，對紡織消費品需求和更新速度不斷加快，導致廢棄紡織品等比例上升。任何一件紡織品的自然降解都會釋放出CO2。以一件成人的化纖合成面料衣服和純棉衣服作比較，日本研究發現，化纖衣服釋放的CO2量是純棉衣服的7倍［11］。因此，對人類賴以生存的紡織行業來說，選擇降解時排放CO2更低的再生生物質纖維為發展方向，對環境來說是非常有必要的。由于紡織行業發展再生纖維，當前面臨土地資源匱乏，棉田產能受限的問題。同時，木材資源在短時間又不能完全解決再生纖維用原料的需求。因此，可以加大對我國豐富可再生竹資源制造再生纖維產品的開發力度，確定“以竹代木”的發展方向，充分利用竹纖維本身具有的天然空隙和抗菌性，在防紫外線和抗菌紡織產品開發應用領域中實現“以竹勝木”的可持續發展道路。

2.3 再生竹纖維生產工藝

竹子通過制漿造紙工業的硫酸鹽法蒸煮、氧脫木素和多段漂白工藝技術處理制成紡織工業所需要的原材料竹漿粕，再用黏膠工藝技術制成再生竹纖維。其生產流程大體為:竹原料→切片→洗滌→蒸煮→氧脫木素→漂白→除砂→抄漿→竹漿粕→粉碎→浸漬→堿化→磺化→初溶解→溶解→頭道過濾→二道過濾→熟成→紡前過濾→紡絲→塑化→水洗→切斷→精煉→烘干→打包［12-13］。由于采用更為可靠的制漿造紙生產技術進行竹漿粕生產，使漿粕質量更加穩定，黏膠竹纖維各項性能均優于或接近普通黏膠纖維。韌性、耐磨性較好，可紡性優良［14］。一般竹漿粕的制造由制漿造紙企業完成，紡織企業以直接購買竹漿粕為原材料進行后序加工。

3 發展竹子燃料乙醇

3.1 建立“低碳生態循環”模式

國家發改委公布的《能源發展“十一五”規劃》中指出，中國在2010年原油產量達到1.93億t。國家發改委在2010年7月份統計公布的油價數據顯示，僅2010年上半年，我國成品油表觀消費量10963萬t，同比增長12.5%［15］。資料分析和試驗結果表明，汽車燃燒1 t 90#汽油向大氣排放大約3 t的CO2。而汽油加入10%的生物燃料乙醇后，可使辛烷值提高3%，CO排放量減少25%～30%，CO2排放量減少10%［16-18］。100%的生物燃料汽車能夠將燃料乙醇燃燒排放的CO2降得更低，產生的動力完全可以替代石油，這對緩解石油資源匱乏和控制CO2減排具有舉足輕重的意義。利用竹子為原料生產生物燃料乙醇，發揮竹資源固持CO2的巨大潛能，使燃料乙醇燃燒過程中向空氣中排放的少量CO2可重新被竹林資源完全吸收，并不斷釋放出更多的氧氣，建立起“低碳生態循環”的可持續發展模式。

3.2 由一代生物燃料乙醇向二代生物燃料乙醇轉換

在國家“十一五”規劃中指定的4家定點生產燃料乙醇企業主要以玉米、木薯等糧食作物為原材料，屬于第一代生物燃料乙醇生產技術。面對我國耕地減少，糧食緊缺的問題，國家逐漸限制生物燃料的發展不能再繼續“與糧爭地”和“與人爭糧”的發展模式。二代燃料乙醇的生產就是以大量的農作物剩余原材料，如秸稈、木屑和廢紙等，也可以利用速生材或竹子等生長周期短的可再生資源發展生物燃料乙醇。歐洲造紙工業研究認為，將這些廢棄的木質纖維原料直接供給鍋爐提供能源，是對木材資源產品生命周期的縮短，沒有將木材資源的使用效率最大化，至少降低了4倍的經濟附加值和6倍的就業崗位［19］。二代燃料乙醇技術進一步延長了纖維原料的生命周期和提高了附加值，并且還能解決“不與人爭地，不與地爭糧”的可持續發展。目前，包括中糧集團在內的多家企業開始對生物燃料乙醇原料的組織結構進行轉型，而河南天冠集團利用秸稈生產生物燃料乙醇年產3000 t的項目已經投產。

3.3 工藝原理及價值比較

植物纖維原料主要由纖維素、半纖維素和木素3大部分組成，纖維素化學構造都是由糖基組成的高聚糖，分子形狀都是鏈狀，當把纖維素分子鏈打碎成單個分子時，葡萄糖也就釋放出來。葡萄糖經過酵母作用，自然就生成了酒精，酒精再經過提純就能得到燃料乙醇。在植物細胞壁中，纖維素、半纖維素和木素緊緊纏繞，制漿造紙技術可以實現在加酸或堿的條件下將其纖維素和半纖維素分開。再用特定的酶去接觸纖維素和半纖維素，在酶的作用下發酵后纖維素酶解成六碳糖，半纖維素酶解成戊糖。通過普通酵母菌代謝六碳糖成乙醇，高效酵母菌的研究技術已經能夠為代謝戊糖提供技術保障。南京林業大學在1998年就完成了在黑龍江利用植物纖維生產燃料乙醇的中試試驗［20］。竹子屬于禾本科植物，纖維特性優于玉米稈和高粱稈。從表1中可以看出，麻竹、龍竹、云南甜竹以及毛竹的冷水抽提物和熱水抽提物含量都比一般木材要高，而經過實驗分析，在這些竹材的抽提物中都含有較多的糖和淀粉。因此，燃料乙醇的生產不但能夠將纖維素制成乙醇，還能充分利用抽提物中的部分糖和淀粉直接作為原料。日本研究的技術可以將竹子研磨成50 μm的超細粉末，選擇高效的微生物分解酶處理，可以使纖維素到葡萄糖的轉化率提高至 75%［21］。

與以糧食為原料生產燃料乙醇比較，竹子和農作物廢棄的秸稈、高粱稈具有更低的成本優勢。從不同原料價值比較表2可知，在2010年9月份玉米市場價格已突破2000元/t，木薯價格也接近800元/t［22］。玉米為原料生產一般需要3 t原材料才能轉化成1t生物燃料乙醇，實際生產成本已經超過6000元/t。目前國內燃料乙醇的價格是每噸按照90#汽油出廠價的0.9111的比例換算，加工企業就按照這個價格賣給中石油、中石化，然后國家再補貼企業1373元/t［23］。利用糧食作為原料生產生物燃料乙醇，隨著糧食價格的不斷上漲，企業的毛利潤逐漸減少，財務上面臨國家降低和放棄補貼政策的風險。

利用秸稈等禾本科植物生產1 t燃料乙醇大約需消耗7 t原材料。由表2可知，由于可以大量使用廢棄的竹枝丫、竹屑和農作物廢棄物作為原料，按照2010年9月份國內90#汽油出廠價6900元/t計算，利用二代燃料乙醇生產模式帶來的較高毛利收入可以抵消水解酶的投入，在經濟效益上是可行的。

圖1 竹漿廠“低碳生態循環”圖

表2 不同原料價值比較 元·t－1

4 大型竹漿企業應承擔利用竹資源發展低碳經濟的責任

中國竹資源主要分布在長江流域沿岸，主要用于制漿造紙、人造板和食用筍，而涉及產業鏈最具有規模效應的屬于制漿造紙開發。目前全球竹資源利用規模最大的單線制漿造紙項目就位于貴州黔北，生產產品范圍可以覆蓋再生竹纖維的漿粕制造，年處理竹原料達100萬t，涉及竹種類最廣，竹資源最為集中，環境治理配套工程最齊全。利用這樣的企業生產再生竹纖維漿粕，可以解決紡織加工企業生產漿粕帶來的廢水處理問題。大型竹漿企業能夠充分利用自身有利條件，發展以竹產業為龍頭的“低碳生態循環”發展模式，為我國在全球推廣節能減排新模式樹立標本。

竹漿企業發展“低碳生態循環”模式的路線貫穿整個生產環節。CO2減排控制環節應縱深到原料林基地的培育，培育出既能滿足生產需求的原材料，又能通過生長過程中大量吸收空氣中CO2的特性，不斷凈化空氣。企業在不增加額外生產成本的同時，生產過程中將竹資源按照不同的應用領域，對不同產品生產選擇不同的原料，分類收購，優化資源配置，穩定生產，提高原材料利用率，在不斷創造豐富收益的同時減排CO2。大型竹漿企業利用生產中產生的廢棄物，如竹枝丫、竹屑和漿渣作為燃料乙醇的直接原材料，實現竹資源的充分利用，不產生污染的二次轉移和新增加CO2排放。企業發展到一定規模后，國家應鼓勵和支持將蒸煮工段分離出來的半纖維素進行回收處理，直接將蒸煮水解廢棄物中的半纖維素和單糖、淀粉類物質作為燃料乙醇原材料使用。

大型竹漿企業具有資源配置優勢，能夠在發展生產的過程中扮演低碳經濟路線的主角，圖1為一個單線年產20萬t以上的竹漿廠“低碳生態循環”圖，充分利用竹資源大量吸收空氣中CO2并釋放O2的特性，實現CO2的持續減排。

5 結語

利用竹子為原料制造的再生纖維漿粕和生物燃料乙醇，不僅符合國家在產業結構調整時滿足節能減排的要求，而且還能夠豐富和適應人們對物質生活的追求，并在一定程度上減少人類社會對石油資源的依賴程度，達到控制石油的開采量，從源頭上抑制了帶到地球表面的CO2總量，實現在紡織行業和汽車尾氣排放環節持續減排CO2。已有竹漿企業將產品定位成竹纖維用漿粕和制漿造紙同時發展的經營模式，提高企業抵御經營風險的能力。

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The Prospect of Production of Paper Grade Pulp，Dissolving Pulp and Fuel Ethanol in a Bamboo Pulp Mill

WANG Yi-hua
(Guizhou Chitianhua Paper Group Co．，Ltd．，Chishui，Guizhou Province，564707)
(E-mail:wyh-bamboo@163．com)

Using the abundant bamboo resource to produce biomass fuel ethanol and dissolving pulp can achieve fully utilization of bamboo resource and“low-carbon ecological cycle”．Relying on the large bamboo pulp enterprises，taking the advantage of resource allocation，environmental problems in the dissolving pulp production are able to be solved．Using bamboo to develop second-generation bio-fuels，can realize“not snatch the land from the people，not snatch the food from the land”．In the bamboo pulp enterprises，simultaneous production of dissolving pulp，biomass fuel ethanol，paper grade pulp，the components of bamboo raw material can be fully application and produce high value products．The enterprises can make contribution to improve the atmospheric environment while it creates wealth．

bamboo;low-carbon;bamboo pulp;fuel ethanol;dissolving pulp;low-carbon ecological cycle

TS721+.2

A

0254-508X(2011)09-0059-05

汪義華先生，工程師，南京林業大學在讀碩士研究生;主要從事制漿造紙技術和生產管理工作。

2011-05-03(修改稿)

(責任編輯:郭彩云)