基于生物經濟產業鏈的芬蘭造紙工業新技術和新產品

郭彩云

(中國制漿造紙研究院，北京，100102)

?

·芬蘭造紙工業·

基于生物經濟產業鏈的芬蘭造紙工業新技術和新產品

郭彩云

(中國制漿造紙研究院，北京，100102)

介紹了芬蘭的生物經濟戰略及生物經濟發展概況、基于生物經濟產業鏈的領先造紙企業、芬蘭國家級研究機構及領先設備供應商的新技術和新產品。芬蘭造紙工業發展生物經濟的成功案例可為經濟新常態下處于轉型升級關鍵期的我國制漿造紙相關企業尋找新的發展機遇帶來更多的啟示。

造紙工業；可持續發展；生物經濟；生物質能源；轉型升級

(E-mail: 195546946@qq.com)

芬蘭是世界林業發達國家，將近80%的國土為森林所覆蓋。林業一直是芬蘭的支柱產業，因而與林業相關的造紙工業和清潔技術也曾蓬勃發展。在當前全球經濟不景氣、環境保護以及氣候變化壓力加大、因數字化影響紙張需求出現下降等國際形勢下，芬蘭的森林工業尤其是造紙工業發展表現出新的趨勢，各大造紙企業在芬蘭政府提出的生物經濟發展戰略的基礎上，紛紛重新調整業務重心，積極開發新產品及清潔能源技術，致力于深化可持續發展理念和提高能源效率，從根本上解決好資源和環境問題。本文介紹了芬蘭的生物經濟戰略及生物經濟發展概況、基于生物經濟產業鏈的芬蘭造紙企業、芬蘭國家級研究機構及領先設備供應商的新技術和新產品，希望能為經濟新常態下處于轉型升級關鍵期的我國制漿造紙相關企業尋找新的發展機遇帶來更多的啟示。

1 生物經濟的發展戰略及發展概況

1.1 生物經濟發展戰略

2011年3月，芬蘭發布《可持續生物經濟：芬蘭的潛力、挑戰和機遇》報告；由芬蘭就業經濟部、農林部和環境部聯合制定的芬蘭首個“生物經濟發展戰略”于2014年正式啟動，旨在刺激芬蘭產業與商業的新一輪發展，推動芬蘭經濟在生物與清潔技術重要領域的進步，目標是到2025年將芬蘭的生物經濟產值提升至1000億歐元，并創造10萬個新的就業崗位。戰略確定了4個重點：一是為生物經濟發展創造有競爭力的良好環境；二是通過風險融資、勇于探索和實驗、跨領域合作等方式刺激新的生物經濟領域的商業行為；三是通過教育和研發提升生物經濟領域的知識水平；四是保障生物質原料的供給和可持續使用。戰略的確定及實施過程中，得到各界利益相關者的參與。芬蘭認為生物經濟是解決人類面臨的全球變暖、人口增長等問題的一個很好的方案，是未來發展的方向。

1.2 生物經濟發展概況

近年，芬蘭引領全球積極發展生物經濟。2013年，芬蘭的生物經濟產出達到640億歐元，與2004年相比增加了100億歐元，遠遠超出了芬蘭政府的預算。生物經濟產出中各類產品占比情況如圖1所示。由圖1可見，生物經濟產出中的50%以上來自于林業產品(其中，不考慮技術及產品相關的服務產出，含印刷在內的制漿造紙業的產出占23%)。芬蘭總出口額中，1/3來源于生物經濟領域，其中2/3來源于林業(含印刷在內的制漿造紙業的占比達50%以上)。芬蘭生物經濟領域的就業人口為285000人，超過芬蘭總就業人口的10%，其中含印刷在內的制漿造紙業的就業人口占8%。

圖1 2013年芬蘭生物經濟產出中各類產品占比情況

由于發展生物質經濟需要可靠的、可持續的生物質供應。20世紀70年代以來，芬蘭實施了可持續森林使用管理，使得種植量高于砍伐量，經濟地使用木材的同時考慮了自然環境的生物多樣性，實現了目前芬蘭的木材總量較50年前翻一番。

芬蘭在發展生物經濟的過程中注重創新和合作，整合林業、能源、化工產品、建筑等各個行業技術經驗，通過材料逐級利用、多線利用以及回收再生等，尋找100%利用生物質的方法。芬蘭在發展生物經濟中將各個行業整合在一起的幾個案例如下。

(1)UPM芬蘭Lappeenranta生物質精煉廠

UPM芬蘭Lappeenranta生物質精煉廠(見圖2)基于UPM研發的加氫處理工藝，每年可生產近10萬t 的UPM BioVerno生物柴油。采用的原料是UPM位于芬蘭的紙漿廠制漿過程的殘留物粗妥爾油。

圖2 Lappeenranta生物質精煉廠

(2)Mets?集團氣化工廠

Mets?集團氣化工廠以紙漿生產的廢料樹皮為原料，生產可替代天然氣的生物質燃氣。

(3)Fortum生物質煉油廠

Fortum生物質煉油廠使用林業殘渣、副產品生產可以代替輕油和重油的生物質油，該廠與熱電聯產電廠進行整合，負責當地的供電供熱，具有很好的示范意義。

2 領先的制漿造紙企業

芬蘭造紙行業同樣面臨印刷書寫用紙需求下降的挑戰。但芬蘭的造紙行業現在已經走出低谷，迎來復蘇契機。這可由芬蘭制漿行業的投資額變化加以說明。以往制漿行業的投資額正常是每年約為10億歐元，2009年則降為5億歐元，大幅下降了50%；但2015年，這一投資額又恢復到了10億歐元。在這個過程中，芬蘭制漿造紙企業自發尋找產品替換，確定優先發展領域，并開拓新業務。

2.1 芬歐匯川

2.1.1 簡介及發展概況

芬歐匯川有140多年的發展歷史，在13個國家建有生產基地和工廠，擁有2萬名員工，2014年集團總銷售額為100億歐元。芬歐匯川的主要業務領域為紙張、能源、生物質燃料、紙漿、林業和木材采購、鋸木、標簽、膠合板、木塑復合材料。芬歐匯川擁有世界上最大的4個現代化高效生產基地：FRAY BENTOS，桉木漿產能為130萬t/a；PIETARSAARI，針葉木漿及樺木漿產能為79萬t/a；KYMI，目前針葉木漿及樺木漿產能為53萬t/a，擴能項目于2015年4季度完成后產能將達到70萬t/a；KAUKAS，針葉木漿及樺木漿產能為74萬t/a。除FRAY BENTOS基地位于南美洲外，另外3個基地都位于芬蘭。

芬歐匯川的愿景是成為新型森林工業的引領者——The Biofore Company，通過成本領先、靈活應變和引領創新來重新塑造市場。芬歐匯川在2009 年率先提出頗具前瞻性的“Biofore”戰略?！癇iofore”這個詞描述了芬歐匯川業務的發展未來，傳遞了生物、森林、創新的理念。

資源效率是“Biofore”戰略的基石。在芬歐匯川的生產基地，可持續管理森林的木材被采伐之后，較粗的部分被直接運往木材加工廠，生產鋸木材或膠合板，木材及膠合板加工所產生的廢料木屑，又可以被送往制漿廠和生物質精煉廠重新作為制漿或生產生物質燃氣的原料；較細的樹梢、枝丫等則被運往制漿廠、造紙廠作為制漿原料；制漿后的廢料如漿渣，則經過發酵、燃燒發電，作為生產紙漿所需電力能源；制漿過程的殘留物粗妥爾油經過回收，作為生物柴油的生產原料。由上可見，芬歐匯川在生產中對原料采取了最大限度的循環利用，生產出可再生和可回收的產品和能源，努力實現資源效率最大化，并通過變廢為寶盡量降低生產對環境的影響。

2.1.2 基于“Biofore”戰略的持續創新

在過去的幾年中，芬歐匯川的研發投資逐步增長，2014年達到1.1億歐元，其中80%都應用于新技術、新業務的研發。這是因為芬歐匯川正積極探索希望向新的業務領域轉行。芬歐匯川基于生物質的新產品(見圖3)及技術如下。

圖3 基于生物質的新產品及應用

(1)UPM BioVerno生物柴油

UPM BioVerno生物柴油是芬歐匯川一項獨特的創新，它與傳統的化石燃料柴油相比，可使溫室氣體排放量甚至下降80%，并且適用于所有的柴油發動機。2015年初投入運行的芬歐匯川Lappeenranta生物質精煉廠，是全球首家以木材原料生產可再生生物柴油的商業規模的工廠，投資額1.75 億歐元，每年可生產10萬t的UPM BioVerno生物柴油。

(2)UPM ForMi生物合成材料

UPM ForMi生物合成材料是一種可再生資源含量高的新型天然纖維增強復合材料，由可再生木材纖維與塑料制成，可在音箱、家具等產品生產中取代塑料。使用UPM ForMi，除多達50%的油基塑料可以被木質纖維材料取代外，其更輕、更堅韌，碳足跡可降低50%，且可100%回收。

(3)UPM ProFi木塑復合材料

UPM ProFi木塑復合材料是由可回收紙張和芬歐藍泰標簽材料生產過程中所產生的剩余塑料制得，是一種環保的建筑材料，可重復使用，曾經在2010年作為上海世界博覽會芬蘭國家館的外墻裝飾材料。UPM ProFi木塑復合材料的最大優點是其環保性和可回收性，兼具生態和經濟的雙重意義。

(4)UPM Biochemicals生物化學制劑

UPM Biochemicals生物化學制劑，實際上是由化學漿提煉而成，具有多種用途。如作為生物潤滑油或應用到醫學上。

2.2 芬寶(Mets?Fibre)公司

2.2.1 簡介及發展概況

芬寶公司是世界領先的針葉木漿生產商，隸屬于Mets?集團，是該集團五大核心機構之一，其他4個機構是Mets?Tissue、Mets? Board、Mets? Wood以及Mets?Forest，分別提供生活用紙及廚房用紙、紙板、木制品、木材和林業服務等。Mets?集團2014年的銷售額約為50億歐元。

芬寶公司2014年銷售額約為13億歐元。芬寶公司產品主要銷售市場是歐洲，占總銷售額的74%，其中僅芬蘭占總銷售額的53%；其次是亞洲(占總銷售額的24%)，該地區的最大客戶為中國，占總銷售額的21%。公司銷售收入中90%來自于可用于優質印刷紙、辦公用紙、紙板、特種紙和生活用紙生產的針葉木漿及闊葉木漿。芬寶公司在芬蘭擁有4家制漿廠：Joutseno、Kemi、Rauma和?nekoski，2014年生產紙漿246萬t，消耗木材1220萬m3。

2.2.2 制漿廠又是現代化的生物質精煉廠

芬寶公司的制漿廠又是現代化的生物質精煉廠。據了解，芬寶公司2014年的銷售收入中6%來自于可作為化學工業生產生物質燃料原料的妥爾油、松節油等生物化學品，4%來自于以電力、熱力、樹皮、木屑、生物燃氣等形式出售的生物質能源。芬寶公司整體的能量自給水平已經高達150%，50%外銷，可滿足50000戶家庭的需要。芬寶公司的2個典型的生物質能源生產項目如下。

(1)Joutseno制漿廠樹皮氣化項目

芬寶公司Joutseno制漿廠(見圖4)是世界上最大的單一針葉木漿現代化生產線，年產能約69萬t。漿廠生產的紙漿95%用于出口，其中65%出口至中國。

圖4 Joutseno制漿廠

Joutseno制漿廠2012年投資2000萬歐元建設的樹皮氣化項目，將從木材原料上剝下來的樹皮，用制漿過程中的剩余的熱量加以干燥，然后傳輸到氣化裝置，將其轉化為生物燃氣，這種生物燃氣中的甲烷含量高達95%，非常接近于天然氣。該漿廠用生物燃氣替代天然氣供堿回收石灰窯使用。整個生物燃氣的生產過程是封閉的，而且不需要任何的化石燃料。該項目消耗的樹皮量僅為漿廠生產產生樹皮量的60%，其余樹皮作為燃料外售。目前，漿廠能源自給率達175%，多余的能源供應給Joutseno市或者周邊農村。此外，漿廠的其他生物化學產品生產情況為：妥爾油1.9萬t/a、松節油1200 t/a、電力275 GWh、樹皮燃料170 GWh。

工廠將不會使用任何化石類燃料，需要的所有能源均通過木質原料獲得，預計每年生產電力1.8 TWh，是自身電力消耗的2.4倍，因此工廠將作為生物質電廠向社會供應生產外的多余電力。此外，工廠獨特的生物經濟生態系統還將生產妥爾油、松節油以及其他硫酸、乙醇等生物質新產品。工廠預計于2017年第三季度投產。項目建成后將成為全球制漿廠轉型為生物質一體化工廠的一個重要嘗試和標志。

2.3 斯道拉恩索

2.3.1 簡介及發展概況

斯道拉恩索在全球逾35個國家擁有約27000名員工，擁有包裝紙板、包裝解決方案、生物質材料、木材、紙張5大事業部。2014年銷售額為102億歐元，經營性息稅前利潤為8.1億歐元。斯道拉恩索在全球都設有辦事處和工廠，核心區域集中在歐洲，南美洲和亞洲是業務增長迅速的區域，南美洲主要集中在烏拉圭和巴西，亞洲主要集中在中國。斯道拉恩索正從一家傳統的漿紙生產公司轉型成為致力于價值創造且專注成長型市場的可再生材料公司，專注于提供包裝解決方案、包裝紙板、生物質材料和木質建筑材料木材產品。

2.3.2 Imatra工廠——可再生制造的典范

Imatra工廠由Kaukop??和Tainionkoski兩個工廠組成，是斯道拉恩索在芬蘭最大的造紙廠，也是全球最大的液體包裝紙板生產基地。Imatra工廠2014年消耗500萬m3木材，生產紙漿130萬t，其中80%～90%供本廠生產使用；紙和紙板111萬t(由5條生產線生產)，其中液體包裝紙板63萬t；塑料涂層27.5萬t。工廠90%以上的產品用于出口，其中70%以上的產品銷往歐洲。Imatra工廠生產的紙及紙板可應用于食品、糖果和煙草等行業的各種包裝，其中液體包裝紙板可用于牛奶、果汁等所有液體的包裝。

多年來，Imatra工廠通過回收鍋爐以及紙漿干燥機的改造升級，不斷降低能源消耗及生物質燃料利用率。2014年Imatra工廠消耗燃料6638 GWh，其中生物質燃料5806 GWh(其中4672 GWh來自于黑液，1134GWh來自于樹皮)，化石燃料832 GWh，生物質燃料使用率達87.5%。消耗電力1352 GWh，其中45%通過外部采購獲得。

圖5 Imatra工廠

除了在生物質能源的使用方面，Imatra工廠每年的環保投資平均為100萬～2000萬歐元，通過采用世界上最先進的環保技術以及最好的管理方法，進行綠色環保生產，實現真正的可再生制造。如通過對惡臭氣體的處理，目前工廠的粉塵排放降低了99.9 %，99%的SO2和NOx回用；通過廢水處理設施使BOD排放降低了98%，COD排放降低了75%(目前，工廠生產廢水處理前COD濃度為2000 mg/L，處理后的COD排放濃度為400 mg/L，遠遠低于歐盟的廢水排放標準)，磷排放降低了80%；2014年產生的37.1萬t固體廢物中，81%作為燃料進行燃燒，17%回收利用，只有2%填埋。

3 典型科研機構及設備供應商

3.1 芬蘭國家技術研究中心(VTT)

3.1.1 簡介

芬蘭國家技術研究中心(VTT)是北歐地區最大的綜合性研究機構，下屬于芬蘭就業與經濟部，主要研究方向為生物經濟、低碳、清潔環境、數字化、資源節約型生產、人類健康和生活方面的解決方案等。2014年營業額近3億歐元，擁有2500多名員工。在芬蘭、韓國、巴西等地設有多個研發中心，并且在日本東京、美國華盛頓、比利時布魯塞爾等地設有市場營銷部門和辦事處等分支機構。擁有多個研發平臺：如Bioruukki，北歐最大的生物經濟試驗工廠和研究中心；生物技術和食品研究試驗室； PrintoCent，世界上第一個印刷智能產業化試驗室；纖維處理研究中心等。

3.1.2 新產品研究方向

(1)生物質燃料

芬蘭的生物質燃料尤其是交通用途生物質燃料生產技術處于世界領先地位。這些生物質燃料包括生物質燃油、生物質燃氣、生物質乙醇及生物質煤等。生物質燃料生產的關鍵就是進行聯合生產。聯合生產是指在生產任何出口產品的同時，都能生產燃料或進行熱電聯產為當地的社區供電供暖。

(2)DWoC(Design Driven Value Chains in the World of Cellulose)項目

由VTT負責協調的DWoC項目，目的是開發新型的以纖維素為基礎的混合生物質材料以代替化石原料。DWoC項目正進行一些基于纖維素材料的研究試驗，比如采用新的方法生產纖維素；合成材料；以回收的辦公用紙、白卡紙、舊織物等為原料生產紡織品；視覺效果染色漿料；專門適用于3D打印的紙漿；泡沫材料等。

3.2 維美德

3.2.1 簡介

維美德是制漿、造紙、生物質燃料精煉、能源生產等行業集設備、技術、自動化、服務于一體的領先供貨商，并可針對客戶的需求研發新技術和產品。目前在全球的33個國家強勢布局，建立了130個網點，有超過100家服務中心、80個銷售辦公室、34個生產單位、15個技術中心，擁有12000名專業人員在全球各地為客戶服務，致力于推進客戶的可持續運營。2014年凈銷售額約28億歐元。

3.2.2 制漿造紙業務中與生物質能源生產相關的技術應用案例。

維美德目前開發的生物質精煉技術主要是綜合利用生物質原料生產纖維素乙醇、生物質燃氣、生物質燃油和從紙漿廠黑液中提取木素等。

(1)生物質能源生產關鍵技術

(2)LignoBoostTM木素分離技術

維美德為Domtar公司位于美國北卡羅來納州Plymouth工廠提供的全球首套LignoBoostTM木素分離設備成功投入運行。Plymouth工廠年產44萬t絨毛漿，采用LignoBoostTM木素分離設備將木素從制漿工藝中分離，年產木素2.5萬t，創造了豐富的利潤：一方面，木素產品是可替代化石燃料的高質量生物質燃料或其他行業中的新型生物質材料；另一方面，木素的分離有助于減輕回收鍋爐的負荷，使紙漿產量提高5%。該技術應用的另一個案例是，維美德向斯道拉恩索Sunlia工廠提供的LignoBoostTM木素分離設備，年產木素達5萬t。

4 結 語

(責任編輯：馬 忻)

New Technologies and Products Based on Bio-economy Industrial Chain of Finnish’s Paper Industry

GUO Cai-yun

(ChinaNationalPulp&PaperResearchInstitute,Beijing, 100102)

The bio-economy strategy and development of bio-economy, new technologies and products based on bio-economy industrial chain of the leading paper companies, as well as new technologies and research projects that were based on wood and related to the pulp and paper industry of Finnish were introduced in this paper.As China’s economy steps into the “new normal” phase, successful cases in developing bio-economy of Finnish’s paper industry will provide plenty of stimulation for the enterprises that were related to the pulp & paper industry and still in the transformation and upgrading stages in china to seek new development opportunities.

papermaking industry; sustainable development; bio-economy; biomass energy; transformation and upgrading

2015-09-28(修改稿)

TS7

A

10.11980/j.issn.0254-508X.2015.11.015