PDF《曹邦威 （》

曹邦威 ( 广西造纸学会 广西 南宁

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2 3 ) 曹邦威,教授级高级工程师,广西造纸学会名誉理 事长,原广西轻工厅副厅 长,总工程师.

摘要:由于竞争加 剧,使纸浆价 格持续下跌.为保 持活力,北美制浆造纸工业除生产浆纸产品外,需要 通过生产生物能源和生物材料来增加收入.这可以藉将硫酸盐浆厂转变为综合林业生物精炼厂而实现.关键词:生物技术;

硫酸盐浆厂;

综合林业生物精炼厂中图分类 号:F407.85文献标 识码:C文章编号 :

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7 十7月思考1美国制浆造纸工业遇到的问题美国制 浆造纸工业目前 面临着一个困难 时期,据报道,受低价格、高成本和全球市场 竞争的冲击,美国(包括加拿大在内)的制浆造纸工业正在丧失它原有的活力和辉煌.现有的产业 模式(它从1950年代至1970年代曾工 作得如此有效)已经 不能使美国制浆造纸工业运行在良性 、 健康的轨道上.1990年代后期,华尔街 日报 》 曾发 表一篇文 章,指出从1976年至1996年的20年间,美国制 浆造纸工业所获得的平均回报 率 已低 于其资本的加 权平均成本(WeightedAv e r a g e Co s t o f C a p i t a l简称 w ACC) . 到 目前 为止,又几乎已经整整过去了4o~a.,制浆造纸工业的平 均 回报 率依然低于WACC. 虽然 美 国企 业力图通 过兼并与收购来解决效益低下的问题 , 这对它们能幸存下来也许是必要的,但历史表明,它并不是能使未来获得成功的重要解决办法.一个产业的本质就 是购买原料,进行制造 , 然后作价售予他人.其产业愈是别具一格,就愈是能兴旺发达.在美国制 浆造纸工业中,老的产业模式是将原木运进工厂并将它们转化成纸浆和纸产品出售 . 公司有一套专门针对用户的 策略,不时开发出满 足用户需要的产品,这方面应该说还是做得很成功的.例如,Jame s Ri v e r 公司发现以纤维与高 温树脂相粘合所制成的自动 过滤纸有很好的效益;

在薄型纸方面,P&

G公 司以 其专利 透气风 干法 获得了34%面巾纸 的市场份额等等.但这些并不能从根本上挽回制浆造纸工业的颓势.由于 Ch a r l e s He r t yJ l ~士发现美国南 部的南方松(湿地松 、 火炬 松等 ) 速生材 的生 长周期 只有北 方冷杉或云杉 的一半后,大大激励了美国在南方种植南方松并以南方松制浆造纸的积极性,使美国制浆造纸工业从约1950年代到约1970年代经历了2

0 多年 的辉 煌期.从1950年代一维普资讯 http://www.cqvip.com 直到1980年代的30年问,在美国南部纷纷建立起了许 多大纸厂,这可由美国的碱 回收 生产能力有70%在南方这样一个事实加以证明.但这些纸厂都只是生产诸如纸浆、新闻纸 和箱纸板那样的大路货.这种流行的产业模式是以低成本优势满足美国 国内和海外 市场对 纸和纸 浆的产 品需 求.工厂 主要的任务(有时是单一任务)就是成为低成本生产者,而低成本的原动力则是廉价的南方松.随着市场竞争的压力和新技术的进展,新纸厂都致力于实现经济规模,以便更充分有效地利用进厂的木材原料,并能自产 适量能源.但主要产品仍 然是纸浆、纸和纸板,能量不能自给 , 更谈不上外送.图1示出一个传统产业模式的硫酸盐浆厂.此模式的特点是 虽然输入了不 少原材料,产出的却只有浆纸产品.此外,虽然工厂使用了大量木材,因为硫酸盐法的热 效率低,木材的能源价值没有得到很好利用.结果还要输入大量的能量.1970年代,巴西在北欧的帮助下首先发展了桉 木等热带阔叶木(主要是桉木)的速生品种 , 生产出了很好的造纸用浆.桉树可在约6年内长 到80英尺,其生长速度又远远快于南方松速生材.大约1990年,热带阔叶木浆厂开始冲击美国,这好象五六十年代美国以南方松速生材制浆冲击北欧一样.那时的激烈竞争曾迫 使北欧的纸厂通过降低劳动力和能源成本、开发新技术以及生产像液体纸板那样的高效益品种才获得了50年的投资回收期.对巴西和印尼(甚至还有后起的中国、印度)这些发展中国家而言,除了原料优势外,还有低廉劳动力的优势.我们知道,在美国现今的产品和经营结构中,劳动力成本也占了很大一块.据估计,美国的劳动力成本要比巴西和东南亚高出40倍,低廉的劳动力成本有时也许比低廉原料具有更大的冲击力.对美国制浆造纸工业来说,目前 世界经济状况已不允许任何接近50年的回收周 期.任何 新的产业 模式甚至必须 要有比50年图1 传统 产业模 式的硫酸 盐浆厂 S 还要短的周期.尽管作了种 种努力,美国造 纸工业显然仍处于麻烦之中.为扭转这种局面,进行彻底改革是必需的.他们已经找到一个可为造纸公司创造 比生产浆纸产品更多价 值的产业模式,这就是发展林业生物精炼厂,看来这可大大提高回报 率.经过一系列 的研 究、开发和试验,已显 示出,传统的制 浆厂有可能转化为生物精炼厂,从而获取更高附加值的产品.2转向林业生物精炼厂的主要原因综合林业生物精炼厂(Int eg rat ed F O re st Bi o r e f i n e r y, 简称 I F BR) 是以美国缅 因州州立大学 化学与生物工程系为代表的美国科学家们正在深 入研究的一项重大变革,其主要内容是将传统的漂白硫 酸盐浆厂进行改变,使之不再仅仅局限于生产纸浆和与其相关的纸产品;

除纸浆和纸产品外 , 它们还将生产具有更高附加值的生物产品,诸如乙醇、有机聚合物、碳纤维和内燃机燃料等.因为 这种设想的新型工厂 以木材为原料,生产出多种生物 制 品和 能源,所以称之为综合林业生物精炼厂.对IFBR的研究已受 ~ U

4 1 : 美制浆造纸业界的很大重视,在国际上也引起了不少反响.这方面的资料很多,我们仅从Go o g l e 搜索网站 , 即可查找到37100条有关IFBR方面的内容 . I FBR设想之所以能在美国甚至北美受到重视的主要原因是:第一,如上所述,美国制浆造纸工业要走出困境 , 必须生产高附加值产品,才能与使用桉木等热带阔叶木原料的发 展 中国家相抗衡 . 第二,石油供应日益 紧张与价格的不断攀升,已使生物能源有了发 展空间.现在全世界每天约消耗8400万桶石油,美国就 占了 其中的四分 之一,而且在这部分石油当中,高达三分之一都进口于 世界上那些社会动荡的地 区.这使得寻找石油替代品成为当务之急.而石油价格的一再攀升,则使得从可再生的生 物资源提取燃料,在成本上能与石油相竞争.第三,大气中不 断上升的CO, 排放量,导致全球气候 变暖,永冻土融化.专家警告,如果排放量保持在目前 水平,下一代人将面临史无前例的环 境灾难.因此 对温室气体排放规定的强化,也迫使寻找除石油、煤炭以外的绿色能源.从植物原料制成的生物 能源是绿色的、可持续的能 源,理所当然 地受到了人们的重视.图2 示 出一 个 可能是 有代表 性 的新 型林 业生物 精炼 厂模式 . 这种模式 的特 点是用 同样 的原 材料 , 不需输入能 源,而产品则除产出浆 纸产品外,还产出很 多高附加值产ChinaP&

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No7JuL.200779维普资讯 http://www.cqvip.com S 图2有代表性的生物精炼厂图3IFBR产业模式全厂综合利用流程品和绿色能源.3IFBR的 产品及其可获得的效益在图3 的 方块 流程图中,示出了一个以碱法制浆为主的I F BR ( 综合林业生物精炼厂).新增加的产品在 图的右侧用虚线圆角 框表示,它们是复合木材、液体燃料、木素基化学品、乙醇 和糖基聚合物.图中间的虚 线方框代表研究中的 新工艺.归纳起来,IFBR可提供的产品及 其效益大致如下:3.1在制浆前先从木片中抽 提 出半 纤维素,再转化成乙醇和糖基 聚合物 在碱法制浆前,先用温度100℃以上的碱液,将半纤维素从木片中抽 提 出来 . 形成杂有若干木素的聚合半纤维素溶液.预抽提后的木 片再进行碱煮以离解纤维和产80爿'

华钗 : |第28卷第期2 o o

7 年7月出黑液.预抽提除了能 获得制取新生物产品的原料液外,还可减少碱耗、加快脱木素速率和降低黑液负荷.它对 保持甚至增加纸浆得率也很重要.木材抽提液中的半纤维素提供了生产乙醇、糖基聚合物和化学品的原料.糖基聚合物将开发出可再生的生物合成材料,用以取代复合木材中使用的以石油为原料的树脂.传统的木片制浆是在强化学品作用下脱除木素,但同时又破坏和溶解了部分纤维素和绝大部分半纤维素.在IFBR中,干制浆前首先以相当温 和的条件抽提出醋 酸和若干半纤维素,然后使半纤维素发酵成乙醇.估计每 年从全美国硫 酸盐浆厂可生产出2 O { LJ

3 1 仑乙醇~n6{L3n仑醋酸.实验室研究已表 明这对制成纤维的数量和质量并没有负面影响.美国制浆造纸工业仅这两项的年收入按目前 价格计算即分别为4O{L~

2 4 { L美元 . 表1美国在2004年各类产品的市场规模表1所示是2004年美国浆 纸 工业 的市........