我国非木材纤维制浆的发展概况李忠正【摘要】Non wood fiberous raw materials resource, non wood fibers pulping and its technology advancement in China are introduced; the development trend, the problems and its solutions of non wood pulping are discussed.%介绍了我国非术材纤维的资源状况、非木材纤维制浆的状况以及近年来非木材纤维制浆造纸的技术进步,指出了我国非木材制浆的发展趋势和存在的问题,提出了解决问题的办法.【期刊名称】《中国造纸》【年(卷),期】2011(030)011【总页数】9页(P55-63)【关键词】非木材纤维;制浆造纸;资源利用【作者】李忠正【作者单位】南京林业大学,江苏南京,210037【正文语种】中文【中图分类】TS721+.2;TS721+.3;TS721+.4造纸纤维原料资源不足,已成为影响我国造纸工业可持续发展的瓶颈之一。
我国有丰富的非木材纤维资源 (竹子、麦 (稻)草、芦苇、蔗渣、棉秆、玉米秆等),按国家《造纸产业发展政策》,在努力增加木浆比例、充分利用废纸的同时,应该合理利用好非木材纤维原料。
我国非木材纤维制浆历史悠久,产量最高时曾占原生纸浆产量的84%、在总用浆量中占57%以上(1990年)。
国家对环境保护的要求日益严格,而草浆污染治理没有得到根本解决,因而大量中小型草浆厂被迫关、停、并、转,加上近年废纸用量猛增,林纸一体化措施逐渐发生效力,木浆生产量增加等因素,使非木浆在总浆耗中以及在原生浆中的比例逐年下降(见表1),到2010年非木材浆已降至总浆耗的15%。
近年,非木材制浆的结构发生了一些变化,其中稻麦草类浆产量逐年下降。
特别是近几年,由于中小型草浆厂关闭,产量下降速度很快。
禾草浆占非木材浆比例由2000年的77.2%降至2010年的55.4%;而竹子制浆发展迅速,近十年来竹浆由年产30万t增加到2010年的近200万t,提高了5.5倍,在非木浆中的比例也由2000年的2.7%提高到2010年的15.0%。
近年苇浆和蔗渣浆产量虽有所增加,但在非木浆中所占比例基本没有变化 (见表2)。
目前,我国非木材原料制浆的主要生产企业及产能见表3所列。
我国的非木材纤维原料主要包括农业秸秆、竹材、芦苇、蔗渣等。
非木材纤维的资源状况是纸业界关注的基本问题之一。
我国是世界上最主要的产竹国,无论是竹子的种类、面积、蓄积量及竹材产量都居世界首位,最新修订的中国植物志 (英文版)记载我国竹子种类为39属550余种。
根据第七次全国森林资源清查结果,目前我国天然竹林318万hm2,人工竹林220万hm2,占林地面积的2.97%,集中分布于浙江、江西、安徽、湖南、湖北、福建、广东,以及广西、贵州、四川、重庆、云南等地的山区,这部分竹林面积占全国竹林总面积的93.78%;其中毛竹林面积占69.63%,杂竹林面积占30.37%。
四川东南部、湖南、江西、浙江、安徽南部及福建西北部都有散生竹和丛生竹混合分布的竹林,竹子资源最丰富,是我国竹林面积最大的地区,也是我国人工竹林面积最大、竹材产量最高的地区,其中毛竹林的面积280万hm2,是我国毛竹分布的中心地区。
据统计,全国年产竹材达11.52亿根,毛竹眉径 (树木是用胸径)10 cm的毛竹每根约重25 kg,12 cm的每根约重36 kg,14 cm的每根约重50 kg;如按平均值计竹材产量,约为4000万 t/a(不包括丛生杂竹)。
杂竹为壁厚2~8 mm,竿径20~60 mm的中小径竹,如黄竹、水竹、白夹竹、西凤竹、龙竹、苦竹、慈竹、青皮竹、麻竹等。
杂竹是目前我国用量最多的制浆造纸竹种。
竹子生长快、易繁殖、周期短、单产高,一次造林、年年长竹,每年合理间伐,可永续利用。
而我国造纸木材纤维原料缺乏,竹子纤维属于中长纤维,其纤维长度介于针叶木和阔叶木之间,具有很好的制浆造纸特性,是优良造纸纤维原料,可以生产各种优质生活用纸和文化用纸。
芦苇属禾本科芦苇属 (Phragmites)。
据报道,芦苇属在世界范围内有10个种,在我国有3个种,即卡开苇[P.karka(Retz.)Trin.ex Steud(大芦)]、日本苇(P.japonica Steud.)和普通芦苇[P.australis(Cav.)Trin.ex Steud.]。
普通芦苇在我国分布广阔,资源丰富,生于江河湖泽,一般分布在海拔较低及沿海一带;在海拔较高的谷地有少量日本苇。
日本苇产于黑龙江 (宁安、镜泊湖),生于水中或沼泽地,位于湖区迎风面或砾石地;卡开苇不如普通芦苇分布广泛,一般生于海拔1000 m以下的江河湖岸与溪旁湿地,在我国仅分布于南部、西南部。
我国芦苇现有面积约87万hm2,主要分布在长江以北 (包括长江中下游地区,其中东北地区面积最大)。
北方的芦苇主要是苇子 (南方称之为泡苇),长江中下游地区主要是荻苇。
东北的苇子主要生长在盐碱地;西北地区主要在湖泊之中,较东北地区的苇子秆高、茎粗、壁厚,植株高的可达4 m;长江中下游地区的荻苇主要生长在河流及湖泊的滩涂,秆高、茎粗、壁厚、质硬,株高可达4.6~5.4 m。
据报道,我国的芦苇主要产区有4个:一是辽宁苇区,约有8.667万hm2,蕴藏量约52万t/a;二是新疆苇区,约有6.667万hm2,蕴藏量约30万t/a;三是黑龙江苇区,13.333万hm2,蕴藏量约20万t/a;四是内蒙古苇区,有7.333万hm2,蕴藏量约11万t/a。
其他蕴藏量在6万~8万t/a的有吉林、河北、江苏等省。
从上面分布产区统计,我国现有的芦苇原料基地年产量约为130万t。
蔗渣资源与我国蔗糖业的发展及其分布密切相关。
我国蔗区主要分布在北纬24°以南的热带、亚热带地区。
20世纪80年代中期以来,由于农业结构调整,蔗糖产区迅速向广西、云南等西部地区转移,基本形成桂中南、滇西南、粤西琼北三大优势蔗区。
2009年,我国甘蔗种植面积为169.7万hm2、甘蔗总产量为1.1559亿t。
2010年,广西、云南、雷州半岛等蔗区甘蔗种植面积占全国糖料面积的92.7%,蔗糖产量占全国的94.7%。
广西是我国甘蔗种植面积最大的省份,甘蔗年种植面积稳定在100万hm2左右,占全国甘蔗种植面积的62.47%,蔗糖产量占全国的67%以上,其次为云南、广东。
按甘蔗榨糖后产生23%的蔗渣量计算,我国蔗渣产量有2658万t。
如果糖厂全部用蔗渣作为锅炉燃料,则应烧掉75%的蔗渣量,剩余蔗渣量为664.5万t/a,可用于造纸。
实际上目前如广西糖厂锅炉燃料只有60%左右使用蔗渣。
如按4 t蔗渣产1 t蔗渣浆计,蔗渣浆生产能力最少应为166万t。
因此蔗渣资源在我国仍还有一定的发展空间。
我国是世界第一秸秆大国,秸秆总产量占全球的17.3%,比居第二位的美国高8.5%。
我国农业秸秆产量增长迅速,1980年,我国秸秆总量不到4.5亿t,1990年达到近7亿t,1998年首次突破8亿t;2003年降为不足7.7亿t。
2004—2005年是我国秸秆总产量的快速增长期,年总产量稳定在8亿t以上,2005年全国秸秆总产量达到 8.4183亿 t,与 1980年相比增长了88.59%。
近年来,随着秸秆产量增加、农村产业结构和能源结构改变,各类替代物品的应用,加上秸秆分布零散、体积大、收集运输成本高、综合利用经济性差和产业化程度低等原因,秸秆出现了地区性、季节性和结构性过剩,大量秸秆资源浪费较严重。
特别是部分经济较发达地区和粮食主产区,农民为抢农时播种,焚烧秸秆现象屡禁不止,造成大气环境污染,严重时威胁到交通运输和农民生命财产安全以及城乡居民生活。
2.4.1 我国秸秆资源区域分布按照《中国种植业区划》,根据我国主要农作物的地域分布,把我国秸秆资源分布及其利用划分为八大区域,2005年秸秆产量及比例如表4所示。
其中,长江中下游区和黄淮海区秸秆总产量最高,约占全国的25%;其次为东北区和西南区,约占全国的13%;再次为华南区和西北干旱区,两区合计约占全国的20%;黄土高原区秸秆较少,占全国的5.73%;青藏高原区最少,只占全国的0.43%。
2.4.2 农业秸秆资源量的估算秸秆资源数量估算是秸秆资源综合利用的基础。
运用不同的估算方法,计算结果存在很大差异。
一般多用草谷比以作物产量来估算秸秆产量,但对草谷比取值不同,导致估算结果严重失实,如水稻、小麦、玉米是中国各类农作物中种植面积最大、产量最高、秸秆产量最大的三大农作物。
但这三大粮食作物的草谷比,在不同的文献中取值相差悬殊。
中国农科院农业资源和农业区划研究所毕于运等人[10]对我国各类农作物的草谷比进行了系统的比较分析和实测验证,确定了较具有全国性使用价值的草谷比体系,列入表5。
以国家农业分类统计资料为基础数据,以省为单元计算出各类秸秆产量和秸秆总产量。
草谷比 (SG)是指农作物地上茎秆产量与作物经济产量之比,即有经济价值的农作物主要产品的产量,对于粮食等农作物,籽实产量即是经济产量。
可用公式 (1)计算农作物秸秆产量。
式中,WS为农作物秸秆产量,t;Wp为农作物经济产量,t;SG为草谷比。
例如水稻的草谷比 (SG)为0.9,稻谷的产量(Wp)为10万t,则稻草的产量 (WS)为9万t。
草谷比法是计算农作物秸秆产量的最主要的方法。
2.4.3 农业秸秆的构成农业秸秆主要由粮食、棉花、油料、糖、菜等五大类农作物秸秆构成。
其中主要粮食作物 (稻、麦、玉米)秸秆是我国农作物秸秆的主体,约占全国秸秆总产量的70.22%,经济作物秸秆 (棉秆、油料秸秆、糖料作物)占25.18%,其他农作物秸秆产量占4.6%。
三大粮食作物 (水稻、玉米和小麦)的秸秆产量合计为52056.14万t,其中,水稻秸秆、玉米秸秆(芯)与小麦秸秆分别占全国秸秆总产量的25.10%、24.00%和12.73%。
根据表6中的各种农作物的草谷比可计算出2010年我国主要的几种秸秆产量,见表6。
表6表明,2010年我国实际可收集秸秆量为4.2亿t,其中玉米秆资源最多,占总量的38%,稻秆次之约占29.6%,麦秆占21.5%。
我国秸秆资源表现为相对的过剩,既有阶段性过剩,也有结构性过剩和地区性过剩。
传统农业秸秆被广泛用作饲料和肥料,也是农村能源的主要来源和建筑材料来源。
近些年来随着传统农业生产使用大量化肥替代农家肥、农机动力替代畜力、煤和天然气替代秸秆燃料、现代建筑材料替代秸秆建材等,使秸秆在农村的用量日趋减少。
计算表明,2005年,我国剩余秸秆 (扣除上述用途外)总量约为1.42亿t,占全国可收集利用秸秆总量的21%。