生物质精炼与制浆造纸

生物质精炼与造纸业的集成发展王（长沙理工大学化学与生物工程学院轻化工程专业，长沙410114）摘要：对全球的资源短缺与能源危机，生物质资源由于其可再生性和环保性而越来越受到人们的重视。

生物质精炼(Biorefinery)作为一个重要的理念近来引起了人们的关注。

制浆造纸工业作为生物质资源的巨大消耗者，其与生物质精炼的结合可以是多方面的。

文章综述了生物质精炼与制浆造纸工业相结合的有关研究与展望。

关键词：能源；生物质精炼；生物酶；综合林产；黑液；木素目前，人类面临着全球环境污染、资源短缺、能源危机等一系列问题。

石油、煤和天然气等能源的开采已不能满足人类日益增长的物质需求。

所以生物质精炼的提出和发展，为解决这一系列问题提供了一种根本性的新方法全球生物质精炼的研究和发展给制浆造纸工业带来了巨大的挑战，同时也提供了很好的发展机遇。

制浆造纸工业为生物质资源的巨大消耗，其与生物质精炼的结合时多方面的。

生物质精炼的原料可以是各种农作物秸秆如玉米秸秆、麦草秸秆、棉杆等也可以是丰富的林木资源。

我国每年仅农作物用秸秆产量就达到7亿吨相当于3.5亿吨煤炭资源。

利用各种处理原料的制浆方法对原料进行预处理，可以提高酶水解木质纤维素原料的效率，进一步提高乙醇转化率和转化效率。

制浆造纸工业目前面临着能耗高、污染严重等问题。

利用生物质精炼的方法对原料或浆料进行预处理，在磨解过程中降低能耗，漂白过程中减少漂液的用量、提高纸浆质量等。

美国可再生能源国家实验室将生物质精炼定义为：以生物质为原料(木质纤维原料、植物基淀粉、农业废弃物等)，整合生物质转化的各种过程和设备，进行再资源化和增值化，生产燃料、动力和化学品的综合产业。

生物质精炼是生物转化技术和化学裂解技术的组合，可以高效地利用可再生植物资源，使源，使之成为环境友好的可持续发展的工业门类。

加拿大的研究者认为生物质精炼是综合多种生物转化技术和设备，将生物质转化成为燃料、电力和多种化学品的技术。

生物技术在制浆造纸工业的应用与研究进展摘要：近年来随着生物技术研究的进步，其在造纸工业中的应用变得越来越广泛，尤其是在原料日益短缺、能源供应紧张、环境污染严重的今天，生物技术逐渐显示出在制浆造纸方面应用的优越性，成为推动造纸工业实现可持续发展的动力之一。

生物技术在制浆造纸工业中的应用涉及到制浆、造纸、漂白、脱墨、废水处理等很多方面，本文就生物技术在制浆造纸领域中的应用及研究进展做一综述。

关键词：生物技术；生物制聚；生物漂白引言随着工业生产的不断发展，不可再生资源逐渐面临枯竭，人类对大自然的无节制索取，导致生态环境遭到严重破坏，一系列环境问题由此产生。

制浆造纸工业同样面临这些问题，阻碍了其可持续发展，所以必须对制浆造纸技术进行合理性改革。

生物技术的使用，可以使传统的制浆造纸企业减少能源消耗、降低废水排放，主要应用方式有造纸原料生物处理、生物制浆、生物漂白、生物酶废纸脱墨、制浆造纸废水生物处理等。

1生物造纸原料近年发现一些细菌能产生纤维素，为了把这种微生物来源的纤维素与植物纤维素区别，把这种纤维素称为“微生物纤维素”或“细菌纤维素”。

与植物来源的纤维素相比，细菌纤维素最突出的优点：一是纤维素极纯而不含半纤维素、木素和其他细胞壁成分，提纯过程简单；二是具有优越的物理性能和机械性能；三是由于其内部有很多“孔道”，又有良好的透水、透气性能。

具有很强的亲水性。

四是细菌纤维素的弹性模数为一般纤维的数倍至10倍以上，抗拉强度高。

用细菌纤维素作为造纸原料，因其极高的纤维素纯度，免去了一般植物纤维脱木素的制浆过程。

细菌纤维素添加到纸浆中，可提高强度和耐用性，并解决了废纸回收再利用后纸纤维强度下降的问题。

造纸原料问题是全世界造纸产业面临的共同难题，利用微生物开发造纸新材料在我国还是空白，将其广泛应用于造纸工业将会是非常有意义的工作。

2生物制浆生物法制浆就是利用微生物及其产生的酶来降解木素，脱除制浆原料中的木素并对纸浆进行漂白，它包括生物化学制浆和生物机械制浆。

制浆造纸生物质精炼技术研究进展制浆造纸会产生大量的高浓度废水，对生态环境造成了严重的破坏，随着互联网科技的发展，人们对纸制品的需求越来越少，造纸厂要想在资源紧张、纸制品需求量减少的两大危机下顺利发展，必须对高耗能、高污染的造纸技术进行改良。

生物质精炼技术在制浆造纸中的应用，就很好的将造纸技术转型成为低耗能、低污染的绿色技术。

文章重点分析了制浆造纸生物质精炼技术的研究进展，以供造纸人员参考，促进造纸厂的产业转型和技术进步。

标签：制浆造纸；生物质；精炼随着生产工业的不断发展，我国的不可再生资源逐渐面临枯竭，人类对大自然的无节制索取，导致生态环境遭到严重破坏，一系列环境问题由此产生，不利于可持续发展战略。

制浆造纸作为一种非常普遍的生产技术，其具有高耗能、高污染的劣性，再加上电子信息技术的高速发展，人们对纸制品的需求越来越少，造纸厂的社会地位已经变得岌岌可危，所以必须对制浆造纸技术进行合理性改革，生物质精炼技术是一种近几年新出现的技术，它可以将传统的制浆造纸企业转型为生物精炼企业，实现产业结构的多样化，生产内容的多元化，使造纸厂不再局限于对纸制品的制造，也逐渐生产一些生物质材料、化学能源等，从而告别生产结构的单一性，减少能源的消耗，降低高浓度废水的排放。

目前制浆造纸生物质精炼技术已经成为造纸企业发展的必然趋势。

生物质精炼是通过运用蒸煮、燃烧、分离等手段对生物质原材料进行深层次的加工技术，从而改变生物质原材料的固有形态，慢慢向气态、液态转变。

制浆造纸技术的第一道工序就是对造纸原料进行蒸煮，在蒸煮的过程中，会产生大量的废水，也就黑液，黑液的成分会对生态环境造成破坏，生物质精炼技术就是为了对黑液进行转化而存在的。

当前，木材蒸煮前的提取技术以预水解提取为主，采用低浓度碱液或者酸液提取工艺；蒸煮后黑液转化技术包括黑液分离技术、黑液气化联合发电技术和黑液气化联合化学合成技术。

1 制浆造纸生物质精炼的基础技术1.1 木片抽提液的发酵技术虽然通过色谱层析法可以在木材等原材料中提取各种糖类和乙醇，但是这种提取的技术难度比较高，生产成本比较高，不能被广泛的使用，而且所提取出来的物质，研究意义比较低。

・论文与综述・生物质原料的酶解及其在制浆造纸工业中的应用王凤娟1,黄　峰2(1.山东轻工业学院制浆造纸科学与技术省级重点学科,山东济南250353;2.山东大学生命科学学院微生物技术国家重点实验室,山东济南250100)[摘　要]　纤维素、半纤维素和木素是主要的生物质原料,它们对自然界的碳循环是必不可少的。

每种聚合物都可被能产生协同作用的酶系的多种微生物降解。

不久的将来,基于微生物和酶的新工艺会引起新的环境友好技术。

主要介绍了三大生物质原料的生物降解所需要的微生物和酶,对主要酶的作用机制和分子生物学进展也进行了阐述,另外概述了基于木质纤维原料酶水解的生物制浆和生物漂白的研究进展。

[关键词]　纤维素;半纤维素;木素;生物降解 植物纤维是自然界中主要的生物质原料,主要包括纤维素、半纤维素和木素。

由于纤维原料的吸收性差、空隙度低、孔径小,限制了酶对木材和纤维的作用。

另外,植物纤维细胞壁的各组分的分子结构形成了木素2碳水化合物复合体(L CC),也限制了微生物和酶对木材和它的纤维组分的作用。

因此对于植物纤维原料酶水解的问题,首先需要对其底物的分子结构,酶活机理和各种物质特殊的降解方法进行充分地研究。

本文主要综述了植物纤维原料酶的水解机理及其在制浆造纸工业中的应用的研究进展。

1　植物纤维的组成和结构植物纤维细胞壁的主要组分是纤维素、半纤维素和木素。

纤维素和半纤维素是由不同的单糖分子形成的大分子;而木素是由以苯环为核心带有丙烷支链的芳香族化合物的聚合物(如苯丙烷、松柏醇等),具有酚的特性。

这些聚合物的成分及百分含量随植物种类的不同而不同。

此外,同一种植物在不同生长时期、生长阶段和其他不同的条件下,这些聚合物的组成也不同[1]。

纤维素占木材干重的45%,由D2葡萄糖单元通过β21,42苷键连接形成纤维二糖,纤维二糖再进一步形成线性长链,这些长链(称为基原纤维)通过氢键和范德华力相互连接在一起。

半纤维素和木素覆盖大原纤维(由基原纤维形成)。

生物质精炼与制浆造纸马乐凡（长沙理工大学化学与生物工程学院，湖南长沙410114）摘要：介绍了生物质炼制的概念，以及木质纤维原料生产生物质燃料的工艺和过程，重点介绍了制浆造纸工业与生物质精炼相结合的主要技术。

关键词：生物质；精炼；半纤维素；木素；黑液气化化石资源（煤、石油、天然气）日益枯竭和化石燃料燃烧产生的大气污染是制约人类社会可持续发展所面临的重大难题。

生物质来源于绿色植物的光合作用，是一种取之不尽、用之不竭的可再生资源，如果人类能用生物资源替代化石资源，就可以实现资源的可持续利用，以及地球上碳的自然循环，解决化石燃料燃烧所引起的温室效应等环境问题。

进入21世纪以后，各国政府先后制定了利用生物质资源的发展框架。

美国计划到2030年用生物质产品和生物质燃料替代25%的有机化学品、20%的运输燃料、以及5 %的电、热等能源；欧盟计划到2020和2050年分别用生物质产品替代20%的运输燃料和58%的总能源；日本和印度等国家也纷纷制定了本国的生物炼制发展战略。

同时，世界上许多大公司也参与到生物炼制（精炼）的研发中来，例如美国嘉吉(Cargill)公司建立了世界上第一座工业化的生物炼制工厂，杜邦(DuPont)公司投资近1亿美元开发生物质化学品，并成功地工业化生产出丙二醇产品，BP(British Petroleum)公司投资5亿美元，与美国加里福尼亚大学、伊利诺伊大学和劳伦斯伯克利国家实验室合作，共同研发生物质能源。

我国政府也高度重视生物质炼制产业的发展，相继启动了一大批与生物炼制有关的“973”、“863”、以及自然科学基金等研究项目，提出了到2020年用生物质能源替代运输燃料15%。

很多企业也在生物质精炼研发项目上投入了巨资，取得了一系列成果。

一、生物质炼制1、什么是生物质炼制1）概念生物质（biomass）是指一切直接或间接利用绿色植物光合作用形成的有机物质，即一切有生命的可以生长的有机物质通称为生物质。

造纸制浆行业新兴技术1.生物质制浆技术：生物质制浆技术是一种以生物质为原料制造纸浆的技术。

传统的造纸制浆过程主要使用木材作为原材料，但使用木材存在着对森林资源的过度开采以及对环境的不可持续的影响。

而生物质制浆技术可以使用废弃物、农作物秸秆、能源作物等作为原料，从而减少对森林资源的需求，并且降低对环境的影响。

这种技术的发展有助于推动可持续发展的造纸制浆行业。

2.数字化制造技术：数字化制造技术是将传统的制浆生产过程与互联网、大数据等技术相结合，实现智能化生产和管理。

通过数字化制造技术，可以实现数据的实时监测与收集，从而对制浆生产过程进行精细化管理。

这种技术可以提高生产效率，降低生产成本，并且提高产品质量。

同时，数字化制造技术也可以对供应链进行优化，提高供应链的可视性和响应能力。

3.循环经济技术：循环经济技术指的是将纸浆制造过程中产生的废水、废纸浆等废弃物资源化利用的技术。

将废水经过处理后进行再利用，可以减少对水资源的需求，并且降低环境污染。

废纸浆可以作为再生纸浆的原料，实现资源的循环利用。

同时，循环经济技术也可以利用废弃物生产能源，从而提高能源利用效率。

4.低碳环保技术：低碳环保技术是指在制浆过程中减少二氧化碳排放和降低对环境的影响的技术。

传统的制浆过程中使用大量的能源，并且会产生大量的二氧化碳排放。

而低碳环保技术可以通过采用节能设备、改善工艺流程、使用环保材料等手段来减少能源消耗和碳排放。

同时，低碳环保技术也可以减少对环境的污染，保护生态环境。

总之，随着科技的进步，新兴技术在造纸制浆行业中得到广泛应用。

这些新兴技术不仅可以提高生产效率和产品质量，降低生产成本，还可以减少对森林资源的需求，降低环境污染和碳排放。

因此，在未来的发展中，造纸制浆行业将不断迎来新的科技突破。

绿色综合林产生物质精炼：能够在制浆造纸厂实现的新理念陈军伟【摘要】绿色综合林产生物质精炼(GIFBR)是一种能够在制浆造纸厂实现的新理念,具有温室气体排放量少、用水量和废水产生量低、化石燃料消耗量为零等特点.文中提出了实施GIFBR的措施、未来几年的投资及如何降低将现有制浆造纸厂改造成GIFBR的经济风险.为了实施GIFBR,首先要选择受体工厂和生物质精炼厂,然后对这2个工厂进行能源和物料的整合及安装气化装置,最后配备多联产单元.将这种方法应用于加拿大硫酸盐浆厂,通过具体实例阐述了GIFBR的实施方法.【期刊名称】《国际造纸》【年(卷),期】2015(034)006【总页数】9页(P69-77)【作者】陈军伟【作者单位】【正文语种】中文生物质精炼已经被加拿大国家可再生能源实验室（NREL）定义为“集成了生物质提取、转化及生产燃料、电能、热量及增值化学品的过程”。

林产生物质精炼（forest biorefinery，FBR）将为制浆造纸业提供一个多元化的产品组合及利用新产品赚取利润的机会。

可以将生物质精炼装置整合到制浆造纸设备中以生产除纤维素基产品之外的生物质产品。

这种整合的特点是共享原料、副产品、公用设备和基础设施，从而具有更大的经济优势，如减少资金投入、降低运营和公共设备成本，以便带来额外收入。

在不同的制浆工艺中，硫酸盐法制浆特别适合作为生物质精炼技术的受体，这是因为硫酸盐法制浆能够从生物质中提取出部分木素和半纤维素（通常被焚烧以回收能量），而这些提取物可以被用作生产高附加值生物质产品的原料。

在加拿大，至少有43家漂白浆厂，它们主要应用硫酸盐法制浆工艺。

硫酸盐浆厂还具有如下优势，如具有能源和水网络、废水处理系统、训练有素的人员以及与供应商和消费者间的合作伙伴关系。

此外，硫酸盐浆厂的生产能力非常重要，且其运营成本合理。

生物质精炼能够提供大量具有潜在吸引力的产品（从生物质燃料到专用化学品）。

除了提供传统产品运输燃料外，NREL还将12种基础化学品认定为有前景的生物质产品，它们可通过糖类物质，或者通过生物或化学转化而获得。

利用生物质废料作为纸浆和纸张生产和生物油生产的原料解读利用生物质废料作为纸浆和纸张生产和生物油生产的原料达到减排方法学类别：常规项目方法学方法学编号：AM0057方法学所属行业及其编号：废物处置（陆地固体废物、废水、废物焚化）（13）版本号：Version 2.2发布时间：2007.12.14来源：该方法学是基于Kunak, Sabah的项目活动“利用生物质废料作为纸浆和纸张生产和生物油生产的原料达到减排”。

其基准和监测方法和项目设计文件由马来西亚碳研究组的编写。

有关该建议和执行理事会对其审议的更详细信息, 请参考: 案例NM0220: “利用生物质废料作为纸浆和纸张生产和生物油生产的原料达到减排”,所载网站为：http://cdm.unfccc.int/methodologies/PAmethodologies/ap proved.html该方法还提到下列最新版本的工具：1.额外性论述与评估工具2.避免固体废物处置场甲烷的排放工具3.用来计算矿物燃料燃烧中二氧化碳排放量项目或泄漏的工具4.用来计算电力消耗中排放量项目或泄漏基准的工具5.确保气体燃烧时减少甲烷的排放的工具从第48个清洁发展机制的方式和程序中选定的方法减排技术代表着有经济吸引力的行动方针，并将投资障碍列入考虑范围。

所载网站为: .定义：据此方法学的目标，采用以下定义：源于粮食生产和加工过程中的农业废弃物，包括副产品残留物或废物流，但不包括木材生产加工和都市固体废弃物。

在失去氧气的热分解中产生的热能。

所载网站为：.适用范围：该方法学适用于利用生物质废料作为纸浆和纸张生产或生物油生产的原料达到减排，其最终产品的特点和质量，和现在市场上存在的高品质的产品相似相似，且并不要求特殊用途或处置方法。

适用于此方法的条件：1.该项目活动利用农业废弃物为原料建设一个新型纸浆和纸张生产厂或生物油生产基地。

2.废物不应当存放在会导致厌氧分解而产生新的甲烷的环境中。