前言

资源和能源问题是目前全球面临的主要问题，在众多的自然资源中，生物质资源丰富、可持续再生、清洁环保、价格低廉等特点而被认为是目前唯一具有可替代化石资源潜力的天然资源，生物质精炼技术及其产业发展也随之成为人类充分利用这一天然资源实现人类可持续发展和生态文明的有效途径。

制浆造纸产业是最早大规模利用生物质的产业，拥有规模化收集、处理、加工植物生物质的基础设施和技术。传统制浆造纸工业是生物质精炼工艺的雏形，具备实现生物质精炼与研发应用生物技术的基本优势条件。

我国自2009年以来，纸和纸制品的生产与消费量超过美国而成为第一造纸大国，但还不是造纸强国。总体上来说，制浆造纸产业就工艺技术而言，多数先进技术已经成熟并已公开应用；节能减排、清洁生产已在造纸领域中成为常态，单位水耗、电耗、污染物的排放量都处于国家和社会允许的范围内，已走上循环发展、绿色发展的道路，相关装备的设计产能、速度及智能化已超过行业的需求。

基于上述背景，本咨询课题基于制浆造纸产业，从造纸行业整体转型升级的角度出发，研究我国造纸工业整体实现突破的关键技术及模式。此课题是我国造纸行业首次聚焦“生物质精炼产业”的战略咨询研究，与绿色发展、高值化利用等相关课题比较，有更高的立足点及行业前瞻性，颠覆行业技术不断改进提升的传统思路，以多个产业交叉，多个学科交叉为立足点，彻底打破行业技术的细化，以提升全产业链价值为出发点，实现全行业改变，重塑一个以造纸业为基础的全新的生物质精炼产业，为造纸产业未来10年甚至20年的发展，提供具有前瞻性、科学性、指引性的探索研究成果。

课题组历时一年多，形成了研究报告，研究报告共分为6部分内容：

（1）生物质精炼的基本概念；

（2）国际制浆造纸产业生物质精炼发展现状；

（3）我国制浆造纸产业生物质精炼发展现状；

（4）基于制浆造纸产业生物质精炼的科学问题与关键技术；

（5）基于制浆造纸产业生物质精炼的产业链发展前景；

（6）政策与建议。项目咨询研究的重心放在第四、第五部分，研究基于制浆造纸产业生物质精炼的科学问题及实现生物质精炼的关键技术；研究基于制浆造纸产业生物质精炼的产业链路线图、产业发展模式以及产业发展前景。

研究报告主要观点如下：

1.国际制浆造纸产业生物质精炼技术进展

国际上生物质精炼技术已发展到第三代，无须以粮食作物为原料，可将农作物秸秆等废弃物或林产木材加工废料为原料，为新一代生物质精炼的开发与发展提供了良好的平台，使得基于制浆造纸产业的生物质精炼产业链发展更加紧密、更加广阔。

国外先进发达国家为实现制浆造纸与生物质资源结合的高效利用，美国林产和造纸工业协会于1994年提出了“复合型森林生物质精炼工业（Integrated Forest Biorefinerie，IFBR）”的概念，旨在将现有的化学制浆工业进行升级，将更多的木材组分加以利用，从而转化为更多的化学品和能量载体，实现生物质资源的高效和高值利用，对农业、林业和造纸业的发展都将具有极其重要的促进作用。以美国、加拿大、日本等为代表的发达国家已经开始对传统制浆造纸产业进行深度调整和转型升级，由传统的制浆造纸厂向复合型生物质精炼厂生产模式过渡，实现高值化利用原料和资源化利用三废的目标。发达国家的生物质精炼技术发展现状和相关战略政策，以及生物制精炼过程中关键技术开发与应用，可为我国生物质精炼技术的可持续发展提供有益的经验和参考。

2.我国制浆造纸产业生物质精炼发展主要模式

根据生物质精炼原料来源，我国制浆造纸产业生物质精炼主要形式分为两类：一类是其他工业副产物作为造纸原料进行二次生物质精炼；另一类是以制浆造纸过程产生的副产物进行高附加值生物质精炼。我国基于制浆造纸产业的生物质精炼技术与工程应用虽然与国外发达国家比有较大差距，但也取得了可喜的进展，其中具有典型代表性的模式有以下3个：

（1）山东太阳纸业生物质精炼模式。是以木片为原料，通过不加酸的自催化预水解及多段逆流脱木素技术实现木片三大组分的连续深度分离，半纤维素、纤维素和木质素分别精炼功能性糖醇、高纯度纤维和表面活性剂等高值化产品，从而实现全组分的高效综合利用。太阳纸业生物精炼模式也正在向世界推广，相关项目正式落地美国阿肯色州。

（2）山东泉林纸业模式。是依靠技术创新，在实施传统秸秆制浆造纸转型升级的过程中，逐步探索构建的以秸秆资源高值化深度利用为核心的新型工农业循环经济模式。前瞻性地提出“生态纸业”循环经济模式，解决农作物秸秆焚烧难题，并凭借研发“秸秆清洁制浆新技术”“环保型秸秆本色浆制品技术”和“秸秆废液精制木素有机肥技术”等3项国际领先技术，破解了制约造纸企业发展的纤维原料、环境保护和水资源三大技术瓶颈，实现资源—产品—再生资源的良性循环。

（3）山东华泰纸业模式。是基于公司的一条废水处理线，在废水处理过程中采用“厌氧+好氧”的处理工艺，厌氧工段每天产的沼气经过简单的脱硫处理用来燃烧产生蒸汽用于发电或纸张干燥，达到资源综合利用的目的。

3.制浆造纸产业生物质精炼的主要科学问题与关键技术

实现充分合理地高值化利用植物纤维原料中的纤维素、半纤维素和木质素三大组分是制浆造纸科学技术研究的新发展趋势。基于制浆造纸产业生物质精炼的主要科学问题与关键技术主要是围绕着“细胞壁微观结构和木质素化学结构解译、基于生物质预处理三大组分清洁高效分离以及分离组分的高值化利用”三大方面。

多元化的造纸原料存在差异性，且制浆方法也不同，故生物质精炼及其新产品的研发应具有针对性地优选适用技术。针对我国几种主要造纸原料实用情况，结合生物质精炼技术研发，要达到高效预处理、半纤维素有效分离和高效利用、木质素的高值化利用，以及充分合理利用纤维素、半纤维素和木质素三大组分的目的，应注重研发减量化、再利用和资源化新技术，为制浆造纸产业实现循环经济提供适用先进技术支撑。根据原料特征与制浆方法，化学木浆和溶解浆生物质精炼技术应作为研究重点。

4.制浆造纸生物质精炼企业与传统制浆造纸企业的价值比较

从规模及产业化的角度考虑，制浆厂副产品的有效利用潜力巨大。IFBR构想下的林纸生物质精炼联合企业有着可观的利润空间，它在促进制浆造纸工业发展的同时，也为将来生物质资源部分取代甚至全部取代传统的石油资源提供了一条可行的途径。未来的林产生物质精炼集成工厂中应当保留浆纸产品的生产。这样，制浆厂的工艺设备和基础设施可以直接作为IFBR的主要组成部分，从而最大限度地利用化学法制浆系统的现有设备和设施，以较小的投入和可行的路线将制浆造纸、林产化工与能源开发有机地结合在一起，构建新型的林产生物质精炼集成工业。

5.我国制浆造纸生物质精炼发展的产业链

我国木质纤维生物质产量巨大，仅秸秆生物质年产量就超过7亿t，是造纸和生物能源等工业领域的主要原材料。充分利用生物质需要各种技术的交叉，以及各个科研和产业领域的合作与融合，实现多产业融合形成新兴产业：从纵向上，需要自上而下打通农林业、与生物质精炼结合的造纸产业、包装印刷业等一系列产业，形成大的产业链；从横向上，需要相关设备制造产业的支持，与材料、食品、化工、能源甚至信息、制造等产业相联系，并催生出更多新兴产业。

6.实现制浆造纸产业转型升级的新动能

生物质精炼是制浆造纸产业新旧动能转换的关键。目前，虽然生物质精炼技术在制浆造纸工业中的大规模应用还面临着不少困难，如面临着制浆造纸企业技术上和思维方式上的革新以及需要先进的技术支持和大量的额外投资等，但是，制浆造纸工业是发展和组合生物燃料和生物产品工业的基础，并是实现组合生物质精炼业所能提供的最理想的平台；高效益、低能耗、低污染的生物质精炼技术研究及推广应用，符合产业绿色高效、资源节约的发展趋势，必将带给传统制浆造纸产业一个巨大的革新，是造纸产业革新、转型的方向。

咨询报告第六部分，在对国内外相关政策的比较研究之后，提出6点主要建议：

（1）企业要因地制宜，采用不同的发展模式；

（2）由高校、研究院所与企业联合建立研发平台；

（3）加强高校相关专业基础教育，培育企业转型人才队伍，建立培训基地；

（4）对于积极推动向生物质精炼转换的先进企业，主管部门应给予多方面支持；

（5）鼓励农业废弃物的高值化利用；

（6）发挥行业组织和专家的作用，做好宣传和推广工作。

为了宣传制浆造纸产业的生物质精炼发展研究成果，供广大造纸科技工作者和工程技术人员学习参考，并可作为生物质精炼培训教材，作为高等学校相关专业的教学参考用书，我们在中国轻工业出版社的支持下，编写了本书，同时之后将根据不同阶段的研究成果，不断再版修订，本书仅作为第一版。

本书编写工作如下：第1章 生物质精炼的基本概念，由张美云、徐宝财、李金宝编写；第2章 国际制浆造纸产业生物质精炼发展现状，由侯庆喜、刘苇编写；第3章 我国制浆造纸产业生物质精炼发展现状，由周景辉、王海松编写；第4章 基于制浆造纸产业生物质精炼的科学问题与关键技术，由孙润仓、袁同琦编写；第5章 基于制浆造纸产业生物质精炼的产业链发展前景，由张辉、田晓俊、朱文远编写；第6章 政策与建议，由田晓俊、周雅文编写；全书由陈克复、张辉、田晓俊负责统编定稿。

由于生物质精炼科学与技术发展迅速，涉及科技领域较多，受知识水平所限，因此本书错漏之处在所难免，希望广大读者给予批评指正。

陈克复

2018年3月20日