我國林業(yè)生物質(zhì)材料產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

段新芳，葉克林，張宜生

(中國林科院木材工業(yè)研究所，北京100091)

　　摘要：介紹生物質(zhì)與生物質(zhì)材料的定義與分類，概述我國生物質(zhì)材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀以及存在問題，提出了發(fā)展林業(yè)生物質(zhì)材料產(chǎn)業(yè)的建議。

　　隨著我國經(jīng)濟(jì)和社會的快速發(fā)展，能源和資源供給的巨大缺口，已成為我國經(jīng)濟(jì)與社會可持續(xù)發(fā)展的瓶頸。生物質(zhì)材料替代石油、煤炭、礦產(chǎn)等不可再生資源，已成為世界基礎(chǔ)原料領(lǐng)域的重大課題。加快生物質(zhì)資源利用，發(fā)展生物質(zhì)材料戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，對緩解資源與環(huán)境壓力意義重大，同時(shí)也是發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)和生物經(jīng)濟(jì)的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)。

　　十一五以來，特別是農(nóng)林生物質(zhì)工程0被列入2004年國家中長期科技發(fā)展規(guī)劃(2005~2020)和十一五國家科技支撐計(jì)劃重大項(xiàng)目之后，我國生物質(zhì)材料開發(fā)利用開始加速發(fā)展。在國家有關(guān)政府部門的有力推動(dòng)下，經(jīng)過全國產(chǎn)學(xué)研各界的共同努力，生物質(zhì)材料產(chǎn)業(yè)取得了很大進(jìn)展。為推動(dòng)我國林業(yè)生物質(zhì)材料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，筆者對林業(yè)生物質(zhì)材料產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀和存在問題進(jìn)行了研究，以期為林業(yè)生物質(zhì)材料戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供參考和指導(dǎo)。

　　1生物質(zhì)、生物質(zhì)材料的定義與分類

　　1.1生物質(zhì)的定義

　　廣義的生物質(zhì)是指：利用太陽能經(jīng)光合作用合成的有機(jī)物，如木本、草本和藤本植物的莖、葉、花、果實(shí)等，或間接利用光合作用產(chǎn)物形成的有機(jī)物質(zhì)，如水產(chǎn)業(yè)的蝦皮、蟹殼等。

　　廣義的林業(yè)生物質(zhì)主要指：喬木、灌木、竹藤、草等植物，與采伐、間伐和加工利用的木材剩余物、廢棄木材和農(nóng)作物秸稈等。

　　狹義的生物質(zhì)概念源自2008年頒布的歐盟可再生能源法令(The New EU Renewable Energy Directive)：主要來源于農(nóng)業(yè)，包括蔬菜、畜牧產(chǎn)業(yè)，林業(yè)及水產(chǎn)業(yè)的可生物降解的產(chǎn)品組分、剩余物和廢棄物，以及工業(yè)和城市垃圾中的可生物降解的組分。一般不包括人類食用農(nóng)作物、家養(yǎng)動(dòng)物，及常規(guī)木材生產(chǎn)。

　　狹義的林業(yè)生物質(zhì)是指：除喬木、竹、藤以外的灌木、草本植物，以及林業(yè)剩余物、廢棄木材和農(nóng)作物秸稈等。

　　1.2生物質(zhì)材料的定義與分類

　　根據(jù)生物質(zhì)的定義，生物質(zhì)材料亦有廣義和狹義之分。廣義的生物質(zhì)材料是以木本、草本、藤本植物及其加工剩余物和廢棄物為原料，通過物理、化學(xué)和生物學(xué)等技術(shù)手段，或與其他材料復(fù)合，加工制造而成的。包含實(shí)木、竹材、藤材以及木質(zhì)人造板等。

　　狹義的生物質(zhì)材料是以灌木、草本植物以及林業(yè)剩余物、廢棄木材、農(nóng)作物秸稈等組分為原材料，通過物理、化學(xué)和生物學(xué)等技術(shù)手段，或與其他材料復(fù)合加工而成的。如生物質(zhì)重組材料、生物質(zhì)復(fù)合材料、生物質(zhì)膠黏劑、生物質(zhì)基塑料以及利用生物質(zhì)加工而成的油墨、染料、顏料和油漆等。

　　我國目前發(fā)展態(tài)勢良好的生物質(zhì)材料主要有：木塑復(fù)合材、生物質(zhì)基塑料、麥秸板、稻草板、生物質(zhì)基膠黏劑和生物質(zhì)基陶瓷等。

　　林業(yè)生物質(zhì)材料按照其來源可分為：

　　1)喬木基生物質(zhì)材料：實(shí)木和木質(zhì)人造板等；

　　2)灌木基生物質(zhì)材料：灌木人造板、灌木基復(fù)合材料和傳統(tǒng)的柳編制品等；

　　3)竹藤基生物質(zhì)材料：竹材、藤材、竹藤基復(fù)合材料等；

　　4)秸稈與草本基生物質(zhì)材料：麥秸刨花板、麥秸纖維板、稻草中密度纖維板、草/木復(fù)合中密度纖維板、軟質(zhì)秸稈板、輕質(zhì)秸稈復(fù)合墻體材料、秸稈塑料復(fù)合材、甘蔗渣纖維板等非木質(zhì)人造板，以及椰棕纖維及其材料與制品等。

　　按照林業(yè)生物質(zhì)材料的組成和生產(chǎn)特點(diǎn)，分為：

　　1)合成生物質(zhì)材料，即以化學(xué)或生物化學(xué)方法將生物質(zhì)加工成可降解的高分子材料、功能高分子材料、生物質(zhì)膠黏劑、精細(xì)化學(xué)品以及新型碳吸附材料等，如灌木刨花板、灌木纖維板、秸稈刨花板、定向麥秸板、蛋白類膠黏劑、淀粉類膠黏劑、木質(zhì)素膠黏劑、生物質(zhì)高分子防腐劑、聚乳酸和生物乙烯等。

　　2)生物質(zhì)基復(fù)合材料，即生物質(zhì)與生物質(zhì)、生物質(zhì)與廢舊塑料等合成高分子材料、生物質(zhì)與水泥和石膏等無機(jī)物質(zhì)制造的復(fù)合材料，如木塑復(fù)合材料和木基陶瓷復(fù)合材料等。

　　2生物質(zhì)材料產(chǎn)業(yè)的效益預(yù)期分析

　　我國CO2排放量居世界第1位，為應(yīng)對全球氣候變化，減少CO2排放，發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)，已成為我國經(jīng)濟(jì)方式轉(zhuǎn)變的必然選擇。我國是世界林產(chǎn)工業(yè)大國，人造板、木地板產(chǎn)量，紙和紙板產(chǎn)量與消費(fèi)量、木家具產(chǎn)量和家具出口均居世界前列，目前我國每年進(jìn)口木材類產(chǎn)品折合原木達(dá)1億多m3，進(jìn)口額高達(dá)200多億美元，對進(jìn)口木材依存度過高，將影響我國木材安全。

　　生物質(zhì)材料產(chǎn)業(yè)是以非食用的可再生生物質(zhì)原料，代替石化原料，生產(chǎn)新材料的新興產(chǎn)業(yè)。發(fā)展生物質(zhì)材料，可替代部分木材，減少森林資源的消耗，保障國家木材安全。我國現(xiàn)有森林面積1.95億hm2，森林蓄積量137.21億m3，林木生物質(zhì)資源總量在190億t以上，林地廢物2億多t。

　　我國農(nóng)作物秸稈產(chǎn)量約7億t/年，其中玉米、高粱、棉花等為2億t左右，麥秸和稻草約4億t，豆類及油料作物秸稈約1億t，其中可供收集利用的約為6億t。但目前的開發(fā)利用率較低，大量的秸稈焚燒，既造成了大氣污染，又浪費(fèi)了資源。

　　據(jù)測算，如果將1億t農(nóng)林剩余物用于纖維板、木塑或秸稈基復(fù)合材料等生產(chǎn)，其產(chǎn)量可分別達(dá)0.64億m3和1.7億t，相當(dāng)于替代1.25億m3和3.0~3.7億m3木材，原料價(jià)格以200元/t計(jì)，增加農(nóng)民收入200億元，減少CO2排放量達(dá)4500萬t；根據(jù)現(xiàn)有市場價(jià)格計(jì)算，如果每年生產(chǎn)1.7億t木材或秸稈基塑料復(fù)合材料，其產(chǎn)值可達(dá)2萬多億元，可提供3000萬個(gè)就業(yè)崗位，新增收入3000億元。將成為農(nóng)民致富的新增長點(diǎn)，有助于新農(nóng)村建設(shè)和農(nóng)村富余勞動(dòng)力轉(zhuǎn)移。

　　3我國生物質(zhì)材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

　　3.1生物質(zhì)材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

　　按照狹義的生物質(zhì)材料分類，目前灌木人造板、木基或生物質(zhì)基塑料復(fù)合材料和農(nóng)作物秸稈復(fù)合材料發(fā)展迅速，產(chǎn)業(yè)化進(jìn)展良好；而生物質(zhì)膠黏劑、生物質(zhì)基碳質(zhì)吸附新材料和功能生物質(zhì)材料等，還處于研究階段，產(chǎn)業(yè)化程度較低。

　　1)灌木人造板是指利用灌木原料生產(chǎn)而成的人造板，主要產(chǎn)品為灌木纖維板、中纖板和刨花板等。灌木林主要分布在我國北方和西部省區(qū)，面積已達(dá)2.92億畝，檸條、沙柳、沙棘等已成為灌木人造板的重要原材料。

　　灌木人造板產(chǎn)業(yè)已成為內(nèi)蒙古、寧夏等地區(qū)沙產(chǎn)業(yè)的重要產(chǎn)業(yè)之一。如內(nèi)蒙古2006年就建立了20多家沙生灌木人造板企業(yè)，年產(chǎn)人造板25萬t。僅在鄂爾多斯市，以沙柳為原料的人造板企業(yè)近10家，年加工能力達(dá)17萬m3；寧夏青銅峽市建成年產(chǎn)10萬m3的沙柳/紫穗槐/楊木高密度纖維板生產(chǎn)線，并在銀川投資建設(shè)年產(chǎn)25萬m3沙生灌木高密度纖維板項(xiàng)目，預(yù)計(jì)2011年10月投產(chǎn)。

　　2)木基或生物質(zhì)基塑料復(fù)合材料木塑復(fù)合材料(Wood plastic composite，WPC)或生物質(zhì)基塑料復(fù)合材料，是以木材或竹材的纖維和粉末、苧麻、花生殼、稻殼、農(nóng)作物秸稈、廢棄塑料為主要原料，經(jīng)特殊工藝處理后，加工而成的復(fù)合材料。

　　分為結(jié)構(gòu)型木塑復(fù)合材料和輕質(zhì)裝飾型木塑復(fù)合材料2大類，涵蓋原木、塑料、塑鋼、鋁合金及其他類似復(fù)合材料的使用領(lǐng)域。在我國，應(yīng)用范圍還包括門窗、保溫材料、室外家具、步道、園林建筑和高樓安裝的遮光板等。

　　我國已成為世界第二大木塑復(fù)合材料生產(chǎn)國，制造水平與歐美發(fā)達(dá)國家基本處于同一產(chǎn)業(yè)平臺。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，截至2009年底，全國直接從事WPC研發(fā)、生產(chǎn)的企事業(yè)單位200多家，從業(yè)人員10余萬人，年產(chǎn)量達(dá)20萬t，年產(chǎn)值超過30億元，并應(yīng)用于北京奧運(yùn)場館和上海世博會等國家重點(diǎn)工程。市場年增長率為30%，預(yù)計(jì)到2015年，WPC產(chǎn)量將達(dá)到250萬t。

　　3)農(nóng)作物秸稈復(fù)合材料主要包括麥秸刨花板、麥秸定向刨花板、稻草中密度纖維板、麥秸纖維板及草/木復(fù)合中密度纖維板、軟質(zhì)秸稈板復(fù)合墻體材料、秸稈塑料復(fù)合材料等，并在家具制造、建筑裝修和包裝等領(lǐng)域得到應(yīng)用。

　　目前，世界秸稈復(fù)合材料的產(chǎn)量240萬m3/年，其中美國約150萬m3/年，加拿大約50萬m3/年，主要為麥秸刨花板。我國秸稈板產(chǎn)量約40萬m3/年，包含稻草中密度纖維板、草/木復(fù)合中密度纖維板、秸稈塑料復(fù)合材料等。

　　我國的稻草板產(chǎn)量居于世界前列，德國的秸稈人造板設(shè)備制造水平處于領(lǐng)先地位。目前，我國已建成年產(chǎn)1.5萬m3的秸稈板生產(chǎn)線6條，年產(chǎn)5萬m3的生產(chǎn)線4條，秸稈建筑材料生產(chǎn)線10余條，初步形成了農(nóng)作物秸稈材料產(chǎn)業(yè)。2009年，世界第一條定向結(jié)構(gòu)麥秸板(OSSB)生產(chǎn)線在陜西建成。

　　我國秸稈復(fù)合材料生產(chǎn)主要分布在湖北、江蘇、黑龍江，山東、四川、上海和安徽。通過自主技術(shù)創(chuàng)新以及對國外先進(jìn)技術(shù)的消化吸收，南京林業(yè)大學(xué)和中國林科院木材工業(yè)研究所等進(jìn)行了/稻/麥秸稈人造板制造技術(shù)與產(chǎn)業(yè)化開發(fā)，并獲2009年國家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。我國已能自主生產(chǎn)年產(chǎn)1.5萬m3和年產(chǎn)5萬m3的秸稈板成套生產(chǎn)線，正在進(jìn)行年產(chǎn)8萬m3秸稈板生產(chǎn)線的技術(shù)攻關(guān)。

　　我國秸稈人造板制造技術(shù)研究，列入十一五國家科技支撐計(jì)劃，中國林科院木材工業(yè)研究所與江蘇大盛板業(yè)有限公司合作，重點(diǎn)開發(fā)秸稈處理技術(shù)、秸稈纖維二次分離技術(shù)、生物質(zhì)膠黏劑制備技術(shù)以及秸稈全生物量利用技術(shù)；并研制國產(chǎn)化秸稈建材制造設(shè)備及產(chǎn)品，建成一條年產(chǎn)3萬m3的秸稈生產(chǎn)線；同時(shí)，研究林業(yè)剩余物與回收塑料發(fā)泡復(fù)合成型、輕質(zhì)中空綠色型材等成套技術(shù)和裝備，制造發(fā)泡輕質(zhì)建材產(chǎn)品，并建成年產(chǎn)1萬m3的發(fā)泡輕質(zhì)建材示范廠。通過關(guān)鍵制造技術(shù)示范以及相關(guān)技術(shù)在建筑裝飾、輕型板材、裝飾角線、門套、整體門等方面的應(yīng)用，推動(dòng)高效利用農(nóng)作物秸稈資源，部分替代石油基材料。

　　4)生物質(zhì)膠黏劑與其他生物質(zhì)材料據(jù)中國膠黏劑工業(yè)協(xié)會統(tǒng)計(jì)，2008、2009年我國膠黏劑的產(chǎn)量分別為583和646萬t。甲醛系樹脂膠引起的污染問題受到社會的廣泛關(guān)注，也為生物質(zhì)膠黏劑的發(fā)展提供了契機(jī)。

　　我國生物質(zhì)膠黏劑的研發(fā)，主要集中在單寧、淀粉、木質(zhì)素，以及大豆蛋白質(zhì)、油茶餅粕、木材液化產(chǎn)物利用等方面。與合成樹脂的性能相比，還有一定差距，在合成工藝、耐水、貯藏性能等方面的關(guān)鍵技術(shù)有待突破。同時(shí)，需要針對生物質(zhì)膠黏劑的生產(chǎn)和應(yīng)用制定新標(biāo)準(zhǔn)，以利于生物質(zhì)膠黏劑的開發(fā)和推廣利用。此外，生物質(zhì)基碳質(zhì)吸附材料、功能生物質(zhì)材料研究剛起步。

　　3.2林業(yè)生物質(zhì)材料標(biāo)準(zhǔn)化現(xiàn)狀

　　全國林業(yè)生物質(zhì)材料標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(SAC/T C416)自2009年成立以來，主要負(fù)責(zé)以灌木、椰棕、農(nóng)作物秸稈、木材廢棄物等原料，制造加工的材料，及以生物質(zhì)原料經(jīng)化學(xué)、生物技術(shù)加工制成的材料與產(chǎn)品等領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)化工作。按照國民經(jīng)濟(jì)行業(yè)分類代碼(GB/T 4757)，以林業(yè)生物質(zhì)為原料，生產(chǎn)專用化學(xué)產(chǎn)品，包含木材防護(hù)化學(xué)藥品、化學(xué)試劑、助劑等三大類。

　　林業(yè)生物質(zhì)材料標(biāo)準(zhǔn)體系框架，由生物質(zhì)材料基礎(chǔ)和綜合、生物質(zhì)材料保護(hù)、生物基膠黏劑與合成高分子材料、重組材料與飾面材料、生物質(zhì)復(fù)合材料、生物質(zhì)制品等6大類構(gòu)成，包括基礎(chǔ)通用標(biāo)準(zhǔn)、方法標(biāo)準(zhǔn)、產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)和管理標(biāo)準(zhǔn)。

　　目前歸口管理的國家標(biāo)準(zhǔn)有4項(xiàng)：GB/T 21723-20085麥(稻)秸稈刨花板6、GB/T 23471-20095浸漬紙層壓秸稈復(fù)合地板、GB/T 23472-20095浸漬膠膜紙飾面秸稈板、GB/T24508-20095木塑地板6；林業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)2項(xiàng)：LY/T 1613-20045擠壓木塑復(fù)合板材、LY/T 1795-20085椰殼纖維板，其中LY/T 1613-2004需要修訂。

　　中國林學(xué)會生物質(zhì)材料科學(xué)分會于2006年成立，連續(xù)召開了三次學(xué)術(shù)研討會，進(jìn)行生物質(zhì)材料基礎(chǔ)知識普及，確立了廣義的生物質(zhì)材料概念，提出我國生物質(zhì)材料科學(xué)九大研究領(lǐng)域：

　　1)生物質(zhì)材料結(jié)構(gòu)、組分與性能；

　　2)生物質(zhì)材料性能、生物學(xué)形成與對材料性能的影響；

　　3)生物質(zhì)材料保護(hù)與理化改良；

　　4)生物質(zhì)材料的化學(xué)利用資源化；

　　5)生物質(zhì)材料生物技術(shù)；

　　6)生物質(zhì)重組材料設(shè)計(jì)與制備；

　　7)生物基復(fù)合材料設(shè)計(jì)與制備；

　　8)生物質(zhì)材料先進(jìn)制造技術(shù)；

　　9)生物質(zhì)材料標(biāo)準(zhǔn)化研究。

　　4我國林業(yè)生物質(zhì)材料產(chǎn)業(yè)存在問題與政策建議

　　4.1存在問題

　　1)產(chǎn)業(yè)和企業(yè)規(guī)模小

　　由于多種原因，生物質(zhì)材料產(chǎn)業(yè)多呈小散亂的狀態(tài)，缺少大型骨干企業(yè)，產(chǎn)業(yè)集中度不高。

　　2)生物質(zhì)原料收集季節(jié)性強(qiáng)，原料存儲成本高

　　農(nóng)作物秸稈原料生產(chǎn)的季節(jié)性強(qiáng)，收集時(shí)間短、收集范圍大，致使原料存貯成本高；木材廢棄物收集點(diǎn)雖多，但收集成本亦高，影響產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

　　3)生物質(zhì)材料產(chǎn)品總體成本高，經(jīng)濟(jì)效益低

　　生物質(zhì)材料加工多使用的異氰酸酯類膠黏劑價(jià)格高；加之原料收集、存貯成本高，使產(chǎn)品成本偏高，導(dǎo)致產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)效益普遍偏低。

　　4)產(chǎn)業(yè)發(fā)展缺乏政策支持

　　2007年，國務(wù)院辦公廳轉(zhuǎn)發(fā)了國家發(fā)展改革委5生物產(chǎn)業(yè)發(fā)展十一五規(guī)劃，為我國生物產(chǎn)業(yè)發(fā)展制定了規(guī)劃，并實(shí)施九大專項(xiàng)，但不包括生物質(zhì)材料產(chǎn)業(yè)。缺乏國家政策支持，林業(yè)生物質(zhì)材料產(chǎn)業(yè)難以健康持續(xù)發(fā)展。

　　5)科技投入不足，產(chǎn)業(yè)發(fā)展缺乏科技支撐

　　建立以可再生生物質(zhì)資源為基礎(chǔ)的現(xiàn)代生物質(zhì)材料科學(xué)技術(shù)體系，開展共性關(guān)鍵技術(shù)、高新應(yīng)用技術(shù)和應(yīng)用基礎(chǔ)等研究，為生物質(zhì)材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供科技支撐。但目前研究投入嚴(yán)重不足，科學(xué)技術(shù)研究工作滯后于產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求。

　　6)生物質(zhì)材料標(biāo)準(zhǔn)化工作起步晚，標(biāo)準(zhǔn)制定缺乏前期科學(xué)研究

　　4.2政策建議

　　1)對生物質(zhì)材料企業(yè)收購和儲存秸稈、木材廢棄物等原料所需要的流動(dòng)資金進(jìn)行貼息，對秸稈加工裝備進(jìn)行退稅補(bǔ)貼。

　　2)繼續(xù)實(shí)施資源綜合利用增值稅即征即退政策，并盡快擴(kuò)大到廢棄木材的回收利用。

　　3)將生物質(zhì)材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展納入國家木材安全戰(zhàn)略，制定產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃，為產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供指導(dǎo)。

　　4)設(shè)立生物質(zhì)材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展關(guān)鍵技術(shù)科技專項(xiàng)研究，開展生物質(zhì)材料結(jié)構(gòu)、組成與性能、生物學(xué)形成及其對加工利用的影響、保護(hù)與理化改良、化學(xué)利用資源化、生物技術(shù)、生物質(zhì)重組材料設(shè)計(jì)與制備、生物質(zhì)基復(fù)合材料設(shè)計(jì)與制備、生物質(zhì)材料先進(jìn)制造技術(shù)、生物質(zhì)材料標(biāo)準(zhǔn)化等研究，為生物質(zhì)材料的產(chǎn)業(yè)化提供技術(shù)支撐。

　　5)加快開展生物質(zhì)材料標(biāo)準(zhǔn)化工作，組建生物質(zhì)材料產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新技術(shù)戰(zhàn)略聯(lián)盟，加強(qiáng)產(chǎn)學(xué)研合作。

　　6)發(fā)揮學(xué)會和協(xié)會作用，加強(qiáng)生物質(zhì)材料科學(xué)技術(shù)的普及與推廣，促進(jìn)生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。