竹浆企业利用竹子生产再生纤维浆粕和燃料乙醇

汪义华

(贵州赤天化纸业股份有限公司，贵州赤水，564707)

竹浆企业利用竹子生产再生纤维浆粕和燃料乙醇

汪义华

(贵州赤天化纸业股份有限公司，贵州赤水，564707)

竹浆企业利用丰富的竹资源开发并生产再生纤维浆粕和生物燃料乙醇，可以实现竹资源的充分利用和低碳生态循环。在纺织行业的再生纤维浆粕生产过程中，依托大型竹浆企业，利用优势的资源配置，能够解决再生纤维浆粕制造过程中的环保问题。

竹子;低碳;竹浆;燃料乙醇;再生竹纤维浆粕;低碳生态循环

我国是世界上竹资源最为丰富的国家，全国第六次森林资源清查统计显示，我国现有竹林面积突破480万hm2，分布在全国的竹种类多达500余种［1］。为了人类的可持续发展和应对全球气候变暖问题，发展低碳经济已成为全球的共识［2］。据日本研究报告，每年每公顷竹林可以固持大于12 t的CO2，比同样的阔叶木树林多释放35%的O2［3］，因此，竹林被大家公认为是典型的天然制氧机。由于竹子是生长周期短的可再生资源，在木材行业的应用领域中，以竹代木是最佳选择。根据2010—2015年中国竹产业发展前景分析报告，竹产品年销售收入达亿元的企业可达9家，5000万元以上的企业将达25家，产业涉及人造板、制浆造纸、医药、竹炭、旅游等行业，我国在2009年已实现全年竹产业总值700多亿元［4-5］。

我国在“十二五”规划中向世界明确承诺，到2020年实现单位国内生产总值CO2排放比2005年下降40%～45%的目标，这对竹产业的发展是前所未有的机遇，利用我国丰富的竹资源，培育竹产业的领军企业发展低碳路线，带动区域内竹资源的综合利用，实现对竹资源的低碳循环，使中国由“竹子大国”变为“竹子强国”。利用竹子为原料生产再生纤维浆粕和生物燃料乙醇发展低碳路线，应根据应用领域对原料进行简单分类，以提高竹资源的最佳使用价值，进一步扩大竹资源的生态优势和经济价值。

1 根据应用领域对竹原料进行分类

研究表明，竹子在各种属中的纤维形态差距并不是很大，作为纤维原料优于其他禾本科植物，接近于木材纤维的阔叶木［6］。根据应用领域对竹原料分类，主要是依据各种竹子的化学成分差异，对竹原料确定大致的采购方向，能够更加促使生产的稳定，实现资源配置经济价值的最大化。合理的分类和加强对竹子在中间流通环节的管理，能够有效控制约70%的生产成本［7］。以竹资源配置给再生纤维浆粕、制浆造纸和燃料乙醇为例，一般优质竹原料首先可以满足再生竹纤维的生产，其次分配给一般制浆造纸企业，最后将竹原料在生产环节中所有剩余物 (竹屑、浆渣等含有纤维素的物质)，包括林区的枝丫和笋用竹材等纤维原料分配给生物燃料乙醇。表1为竹资源常用竹种的化学组成［8-10］。

表1 竹子的化学组成 %

再生纤维的生产需要竹原料中含有较多的α-纤维素和较少的抽提物，一般慈竹属中的慈竹和料慈竹是较佳的原料，这类原料生长区域广泛，以贵州省和四川省最为集中。竹子的冷水抽出物主要是单糖、低聚糖、氨基酸、水溶性色素等强极性、亲水性的低分子化合物。在热水抽出物中，除上述成分外，还包含有淀粉和果胶质，这些抽提物含量对生物燃料乙醇用原料影响有限。综纤维素主要指纤维素和半纤维素，是衡量竹子用于制浆造纸和生物燃料乙醇用原料的重要经济指标，其含量越高，使用价值也越高。

2 发展再生竹纤维

2.1 再生纤维受国家产业政策的支持

现阶段，我国大部分服装面料仍是以合成面料为主，如尼龙、涤纶等都是以石油、石化产品为原料。随着国际油价的不断攀升，各行业都在开发石油的替代品，以缓解日益增长的原材料成本。再生纤维代替合成纤维发展纺织工业，不仅能够满足于服装的吸湿性，穿着舒适，更符合低碳经济的发展方向。据资料分析，利用再生纤维发展纺织工业，在2009年我国节约石油资源约2100万 t，减少 CO2排放1130万t。国家在2009年颁布的《纺织业调整和振兴规划》白皮书中明确指出应充分利用农产品、农作物废弃物和竹、速生材等资源，实现可降解、可再生生物纤维及综合开发利用的产业化，并要求在2009—2011年的规划期间实现生物质纤维素纤维比例由目前的6.3%提高到8.0%的发展目标。

2.2 再生纤维对低碳经济的贡献

欧瑞康 (Oerlikon)公司2009年纺织年报显示，2009年全球对天然纤维的需求量上升了4.5%，达到2640万t。随着人们生活质量的不断提高，对纺织消费品需求和更新速度不断加快，导致废弃纺织品等比例上升。任何一件纺织品的自然降解都会释放出CO2。以一件成人的化纤合成面料衣服和纯棉衣服作比较，日本研究发现，化纤衣服释放的CO2量是纯棉衣服的7倍［11］。因此，对人类赖以生存的纺织行业来说，选择降解时排放CO2更低的再生生物质纤维为发展方向，对环境来说是非常有必要的。由于纺织行业发展再生纤维，当前面临土地资源匮乏，棉田产能受限的问题。同时，木材资源在短时间又不能完全解决再生纤维用原料的需求。因此，可以加大对我国丰富可再生竹资源制造再生纤维产品的开发力度，确定“以竹代木”的发展方向，充分利用竹纤维本身具有的天然空隙和抗菌性，在防紫外线和抗菌纺织产品开发应用领域中实现“以竹胜木”的可持续发展道路。

2.3 再生竹纤维生产工艺

竹子通过制浆造纸工业的硫酸盐法蒸煮、氧脱木素和多段漂白工艺技术处理制成纺织工业所需要的原材料竹浆粕，再用黏胶工艺技术制成再生竹纤维。其生产流程大体为:竹原料→切片→洗涤→蒸煮→氧脱木素→漂白→除砂→抄浆→竹浆粕→粉碎→浸渍→碱化→磺化→初溶解→溶解→头道过滤→二道过滤→熟成→纺前过滤→纺丝→塑化→水洗→切断→精炼→烘干→打包［12-13］。由于采用更为可靠的制浆造纸生产技术进行竹浆粕生产，使浆粕质量更加稳定，黏胶竹纤维各项性能均优于或接近普通黏胶纤维。韧性、耐磨性较好，可纺性优良［14］。一般竹浆粕的制造由制浆造纸企业完成，纺织企业以直接购买竹浆粕为原材料进行后序加工。

3 发展竹子燃料乙醇

3.1 建立“低碳生态循环”模式

国家发改委公布的《能源发展“十一五”规划》中指出，中国在2010年原油产量达到1.93亿t。国家发改委在2010年7月份统计公布的油价数据显示，仅2010年上半年，我国成品油表观消费量10963万t，同比增长12.5%［15］。资料分析和试验结果表明，汽车燃烧1 t 90#汽油向大气排放大约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排放量减少25%～30%，CO2排放量减少10%［16-18］。100%的生物燃料汽车能够将燃料乙醇燃烧排放的CO2降得更低，产生的动力完全可以替代石油，这对缓解石油资源匮乏和控制CO2减排具有举足轻重的意义。利用竹子为原料生产生物燃料乙醇，发挥竹资源固持CO2的巨大潜能，使燃料乙醇燃烧过程中向空气中排放的少量CO2可重新被竹林资源完全吸收，并不断释放出更多的氧气，建立起“低碳生态循环”的可持续发展模式。

3.2 由一代生物燃料乙醇向二代生物燃料乙醇转换

在国家“十一五”规划中指定的4家定点生产燃料乙醇企业主要以玉米、木薯等粮食作物为原材料，属于第一代生物燃料乙醇生产技术。面对我国耕地减少，粮食紧缺的问题，国家逐渐限制生物燃料的发展不能再继续“与粮争地”和“与人争粮”的发展模式。二代燃料乙醇的生产就是以大量的农作物剩余原材料，如秸秆、木屑和废纸等，也可以利用速生材或竹子等生长周期短的可再生资源发展生物燃料乙醇。欧洲造纸工业研究认为，将这些废弃的木质纤维原料直接供给锅炉提供能源，是对木材资源产品生命周期的缩短，没有将木材资源的使用效率最大化，至少降低了4倍的经济附加值和6倍的就业岗位［19］。二代燃料乙醇技术进一步延长了纤维原料的生命周期和提高了附加值，并且还能解决“不与人争地，不与地争粮”的可持续发展。目前，包括中粮集团在内的多家企业开始对生物燃料乙醇原料的组织结构进行转型，而河南天冠集团利用秸秆生产生物燃料乙醇年产3000 t的项目已经投产。

3.3 工艺原理及价值比较

植物纤维原料主要由纤维素、半纤维素和木素3大部分组成，纤维素化学构造都是由糖基组成的高聚糖，分子形状都是链状，当把纤维素分子链打碎成单个分子时，葡萄糖也就释放出来。葡萄糖经过酵母作用，自然就生成了酒精，酒精再经过提纯就能得到燃料乙醇。在植物细胞壁中，纤维素、半纤维素和木素紧紧缠绕，制浆造纸技术可以实现在加酸或碱的条件下将其纤维素和半纤维素分开。再用特定的酶去接触纤维素和半纤维素，在酶的作用下发酵后纤维素酶解成六碳糖，半纤维素酶解成戊糖。通过普通酵母菌代谢六碳糖成乙醇，高效酵母菌的研究技术已经能够为代谢戊糖提供技术保障。南京林业大学在1998年就完成了在黑龙江利用植物纤维生产燃料乙醇的中试试验［20］。竹子属于禾本科植物，纤维特性优于玉米秆和高粱秆。从表1中可以看出，麻竹、龙竹、云南甜竹以及毛竹的冷水抽提物和热水抽提物含量都比一般木材要高，而经过实验分析，在这些竹材的抽提物中都含有较多的糖和淀粉。因此，燃料乙醇的生产不但能够将纤维素制成乙醇，还能充分利用抽提物中的部分糖和淀粉直接作为原料。日本研究的技术可以将竹子研磨成50 μm的超细粉末，选择高效的微生物分解酶处理，可以使纤维素到葡萄糖的转化率提高至 75%［21］。

与以粮食为原料生产燃料乙醇比较，竹子和农作物废弃的秸秆、高粱秆具有更低的成本优势。从不同原料价值比较表2可知，在2010年9月份玉米市场价格已突破2000元/t，木薯价格也接近800元/t［22］。玉米为原料生产一般需要3 t原材料才能转化成1t生物燃料乙醇，实际生产成本已经超过6000元/t。目前国内燃料乙醇的价格是每吨按照90#汽油出厂价的0.9111的比例换算，加工企业就按照这个价格卖给中石油、中石化，然后国家再补贴企业1373元/t［23］。利用粮食作为原料生产生物燃料乙醇，随着粮食价格的不断上涨，企业的毛利润逐渐减少，财务上面临国家降低和放弃补贴政策的风险。

利用秸秆等禾本科植物生产1 t燃料乙醇大约需消耗7 t原材料。由表2可知，由于可以大量使用废弃的竹枝丫、竹屑和农作物废弃物作为原料，按照2010年9月份国内90#汽油出厂价6900元/t计算，利用二代燃料乙醇生产模式带来的较高毛利收入可以抵消水解酶的投入，在经济效益上是可行的。

图1 竹浆厂“低碳生态循环”图

表2 不同原料价值比较 元·t－1

4 大型竹浆企业应承担利用竹资源发展低碳经济的责任

中国竹资源主要分布在长江流域沿岸，主要用于制浆造纸、人造板和食用笋，而涉及产业链最具有规模效应的属于制浆造纸开发。目前全球竹资源利用规模最大的单线制浆造纸项目就位于贵州黔北，生产产品范围可以覆盖再生竹纤维的浆粕制造，年处理竹原料达100万t，涉及竹种类最广，竹资源最为集中，环境治理配套工程最齐全。利用这样的企业生产再生竹纤维浆粕，可以解决纺织加工企业生产浆粕带来的废水处理问题。大型竹浆企业能够充分利用自身有利条件，发展以竹产业为龙头的“低碳生态循环”发展模式，为我国在全球推广节能减排新模式树立标本。

竹浆企业发展“低碳生态循环”模式的路线贯穿整个生产环节。CO2减排控制环节应纵深到原料林基地的培育，培育出既能满足生产需求的原材料，又能通过生长过程中大量吸收空气中CO2的特性，不断净化空气。企业在不增加额外生产成本的同时，生产过程中将竹资源按照不同的应用领域，对不同产品生产选择不同的原料，分类收购，优化资源配置，稳定生产，提高原材料利用率，在不断创造丰富收益的同时减排CO2。大型竹浆企业利用生产中产生的废弃物，如竹枝丫、竹屑和浆渣作为燃料乙醇的直接原材料，实现竹资源的充分利用，不产生污染的二次转移和新增加CO2排放。企业发展到一定规模后，国家应鼓励和支持将蒸煮工段分离出来的半纤维素进行回收处理，直接将蒸煮水解废弃物中的半纤维素和单糖、淀粉类物质作为燃料乙醇原材料使用。

大型竹浆企业具有资源配置优势，能够在发展生产的过程中扮演低碳经济路线的主角，图1为一个单线年产20万t以上的竹浆厂“低碳生态循环”图，充分利用竹资源大量吸收空气中CO2并释放O2的特性，实现CO2的持续减排。

5 结语

利用竹子为原料制造的再生纤维浆粕和生物燃料乙醇，不仅符合国家在产业结构调整时满足节能减排的要求，而且还能够丰富和适应人们对物质生活的追求，并在一定程度上减少人类社会对石油资源的依赖程度，达到控制石油的开采量，从源头上抑制了带到地球表面的CO2总量，实现在纺织行业和汽车尾气排放环节持续减排CO2。已有竹浆企业将产品定位成竹纤维用浆粕和制浆造纸同时发展的经营模式，提高企业抵御经营风险的能力。

［1］郭雪峰，孟志芬，熊彩云．竹子天然产物种类及其加工利用的研究［J］．世界竹藤通讯，2006(2):1．

［2］刘焕彬，李继庚，陶劲松．发展低碳造纸工业的几点思考［J］．中国造纸，2011，30(1):60．

［3］周国模．毛竹林生态系统中碳储量、固定及其分配与分布的研究［D］．杭州:浙江大学，2006．

［4］刘羊旸．国际竹藤组织董事会联合主席江泽慧谈中国竹产业发展［OL］．(2010-7-15)［2010-10-21］．http://news．xinhuanet．com/fortune/2010-07/15/c_111959443．htm．

［5］中国产业竞争情报网．2010-2015年中国竹产业发展前景预测分析-深度分析［OL］．(2010-9-2)［2010-10-21］．http://www．chinacir．com．cn/ywzx/201092153143．shtml．

［6］赵奇僧，汤庚国．中国竹子分类的现状和问题［J］．南京:南京林业大学学报，1993，17(4):1．

［7］汪义华．从生产实际谈竹材原料的控制问题［J］．中国造纸，2010，29(10):75．

［8］薛崇昀，贺文明，聂 怡．八种竹子材质性能的研究［J］．中华纸业，2009，30(17):83．

［9］史正军，辉朝茂，张加研，等．云南甜竹化学成分与纤维形态的研究［J］．生物质化学工程，2009，43(4):21．

［10］吴 萌，罗代荣．四川主要造纸竹种特性及生长量研究［J］．四川林业科技，1989(3):19．

［11］胡占莉．纺织低碳从纱线开始［N］．中国纺织报．2010-8-4(2)．

［12］杨仁党，陈克复．竹子作为造纸原料的性能和潜力［J］．林产工业，2002，29(3):8．

［13］周衡书，钟文燕．竹纤维的开发与应用［J］．纺织科学研究，2003(4):30．

［14］杨庆斌，刘逸新，杨 晓，等．竹粘胶纤维成纱工艺及性能研究［J］．青岛大学学报:工程技术版，2006，21(4):10．

［15］国家发改委经济形势分析．2010年上半年油气行业运行情况［OL］．(2010-07-22)［2010-10-21］．http://www．ndrc．gov．cn/jjxsfx/t20100722_362191．htm．

［16］中国石化工股份有限公司石油化工科学研究院．GB 18351—2004．车用乙醇汽油［S］．北京:中国标准出版社，2004．

［17］郑海心．天然气汽车发展现状及对策［OL］．(2006-05-02)［2010-10-21］．http．//www．chinavalue．net/Article/2933/．html．

［18］《上海环境年鉴》编辑委员会．上海环境年鉴2007［M］．上海:上海人民出版社，2007．

［19］孙漪凡．造纸工业认为燃烧木材获得能源是一种浪费［J］．环球纸业，2007(5):40．

［20］余世袁．植物纤维制备燃料乙醇的关键技术［J］．生物质化学工程，2006，40(Z1):8．

［21］王文灿．新产品新技术．日本开发出竹子提取生物乙醇新技术［J］．化工科技市场，2009，32(1):62

［22］中国粮油信息网．9月21日大连玉米期货行情早报［OL］．(2010-9-21)［2010-10-21］．http://www．chinagrain．cn/yumi/2010/9/21/20109211334087663．html．

［23］发改工业［2004］230号．国家发展改革委、公安部、财政部、商务部、国家税务总局、国家环保总局、国家工商总局、国家质检总局、国家发展改革委、公安部、财政部、商务部、国家税务总局、国家环保总局、国家工商总局、国家质检总局关于印发《车用乙醇汽油扩大试点方案》和《车用乙醇汽油扩大试点工作实施细则》的通知［EB/OL］．(2004-2-20)［2010-10-21］．http://www．taxchina．com/ssfg/2004-02/10/cms218004arti cle．shtml．

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

汪义华先生，工程师，南京林业大学在读硕士研究生;主要从事制浆造纸技术和生产管理工作。

2011-05-03(修改稿)

(责任编辑:郭彩云)