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陈嘉川
近几年，国家陆续出台“禁止废纸进口”、“限塑令”等政策以及发布“碳达峰”“碳中和”远景目标，引发制浆造纸企业纤维原料供应持续紧缺，如何拓宽原料来源渠道、绿高效利用纤维资源、布局建设纸浆项目、开发应用制浆新技术、提高运行效率质量，是造纸企业普遍关心的问题。围绕绿高效利用纤维资源，我国造纸行业科技创新的领头人——生物基材料与绿造纸国家重点实验室主任陈嘉川教授在研讨会上作了《造纸纤维原料绿高效利用与碳平衡》的主旨演讲，分享了他多年从事生物技术、生物质精炼、绿制浆的研究与成果，提出行业应该通过多种渠道解决原料短缺问题，通过拓展产业链、开发新资源、构建绿造纸技术体系等实现纤维资源绿高效利用， 并努力实现造纸行业碳平衡。
占总浆量的约8%。1.4
环境问题依然受关注挤爆胶囊
由于近几年的数据没有公开，能查到最新的环保部的数据来自于2017年，当年公布的造纸废水排放量占全国工业废水排放量的11.9%，C O D排放量占全国工业废水排放量的11.4%。说实话，在环保方面，我们造纸行业做了大量的工作，成效非常显著，但排放占比还是偏高，还是排放大户，这个帽子还没有摘掉，所以我们必须要坚持绿发展。1.5
碳达峰、碳中和影响行业未来布局
中国是最主要的温室气体排放国，排放量占全球的20%以上，经济快速发展伴随着二氧化碳排放量持续提升。我国已明确2030年碳达峰、2060年碳中和的目标。
造纸工业必须提前谋划、布局。造纸行业碳排放类型：化石燃料燃烧、外购电力热力、生产过程和有机废水厌氧处理等。目前我国造纸工业能耗约4000万t标准煤，还不属于高能耗产业，远低于钢铁、水泥等行业。但低碳发展是大势所趋，已排入日程，造纸工业无法回避。1.6
产品结构面临进一步调整
(1）产品升级：高品质、低消耗、节能产品。(2）新产品开发：造纸与生物质精炼相结合衍生出新的纸基材料、生物基材料、代塑材料、化学品与平台化合物、生物质能源产品等。1.7
智能化自动化相对滞后
总的来看，造纸工业是不适合人工操作的行业（温度高、噪音大等），迫切要求实现生产过程的自动化智能化。目前自动化智能化水平与我国造纸工业的未来发展不协调。工艺技术创新与装备研发尚不匹配。
2 多措并举应对原料短缺问题
解决原料短缺问题，有以下三个路径：2.1挖掘非木材利用潜力2.1.1
机遇及挑战
我国农业剩余物资源丰富，我国仅农业秸秆每年就达到8亿t以上。农林生物质材料、能源和化学品领域
陈嘉川 先生
博士，教授，博士研究生导师；生物基材料与绿造纸国家重点实验室主任，中国造纸学会副理事长、中国生物发酵产业协会副理事长、山东造纸学会理事长；中央联系的高级专家、国务院特贴专家、百千万人才工程国家级人选。曾任齐鲁工业大学校长、山东省科学院院长。
主要研究方向：绿制浆造纸技术、生物质精炼技术。先后主持“973”计划课题、国家科技攻关课题、国家自然科学基金项目等研究项目或课题，目前为国家重点研发计划项目主持人。
主要成果：获国家技术发明二等奖1项、国家科技进步二等奖2项、教育部科技进步一等奖1项、山东省技术发明一等奖1项、山东省科技进步一等奖2项、山东省专利奖一等奖1项；授权发明专利60余项；发表学术论文400余篇；出版专著5部。
主要业绩：针对造纸工业面临的资源与环境问题，积极倡导绿造纸理念，创造性地将现代生物技术成功应用于传统造纸工业，是我国制浆造纸生物技术应用领域的开拓者，也是我国第一个专攻制浆造纸生物技术的生物学博士后。
1 背景
磨头
1.1
皮革涂饰世界第一造纸大国地位稳固
根据中国造纸协会2020年度报告，2020年我国纸及纸板产量1.13亿t，消费量1.18亿t，产销基本平衡，人均消费量84 k g 。
但是我们的人均消费量离发达国家和地区仍有明显差距，发达国家年人均消费量200 k g 以上，也有约150 k g ，因此还有很大的发展潜力。1.2
鲁纸发展依然强劲
据统计，2020年山东省纸和纸板产量（含域外）50万t以上骨干企业共有11家，总产量2232万t，不包括纸浆产量。年产10万t以上企业40家，10万t以下企业140家，总产量在3000万t以上，占到全国总产量的约30%。1.3
纤维资源短缺问题日益突出
近几年，我国造纸工业纤维资源的对外依存度一直在40%左右。2020年，我国进口木浆2556万t，占总浆量的约25%；进口木片约1200万t，生产浆约750万t，占总浆量的约7.5%；
进口再生浆和进口废纸产浆约800万t，
的研究开发已成为国家之间竞争新的制高点，热度不减。《国家中长期科学和技术发展规划纲要》提
出要大规模进行农林生物质综合开发利用的研究。国家科技部、生态环境部已经明确要在“十四五”及未来十年重点突破农业秸秆的利用瓶颈问题，因此利用非木材制浆造纸将迎来新的发展机遇。
但是，非木材的利用也面临着很多问题，首先农业剩余物等生物质资源尚未实现高效利用，基础研究相对薄弱，尚未取得重大突破，原创性、颠覆性技术仍然缺乏。其次，绿发展理念迫切要求加快发展绿技术，实现绿无污染、环境友好，最终实现碳平衡目标。第三，纤维质量不均一、不稳定，限制了使用范围。第四，原料收集、生产集中度、生产效率面临的若干问题。第五，装备水平落后、不匹配等问题。2.1.2
案例
(1）秸秆生物化机浆
在二三十年前，我国就有这方面的研究，生物预处理可以起到化学预处理的某些作用，从而达到降低能耗、减轻污染的目的；生物化机浆在环境保护和资源充分利用等方面具有独特优势，代表着未来绿制浆技术发展的重要方向之一；农业秸秆等剩余物适合制备生物化机浆。
下一步的研究方向包括开发秸秆生物化机浆关键技术与装备，实现部分代替废纸和木浆；优化出适合秸秆类原料处理的生物酶制剂；建立废液封闭循环与高效提取系统、高效蒸发浓缩系统、生物质废渣处理系统和生物质燃料制备系统等。
目前，由世纪阳光纸业投资建设的年产20万t麦草秸秆生物机械浆示范生产线已经投产，产品可以用来生产纸浆或模塑材料，废渣、废液等副产品可以用作生物质燃料。该项目也入选了山东省新旧动能转换重大工oltc
程。
(2）秸秆化学浆
该技术的研发方向包括开发全无硫、全无氯、全封闭、资源化的绿制浆技术；采用生物—化学联合制浆、溶剂制浆等；采用低成本或可回收蒸煮药剂；将废弃物、溶出物进行资源化利用，可作为燃料、肥料、原料等。
结合研发的方向，下一步行业要建立秸秆高效收集体系；设计开发干湿法结合备料系统、物料输送和计量系统；完善备料系统的智能化、自动化设计等。2.2
建立海外再生浆基地
我国进口废纸从高峰期2012年3000万t到2021年进口废纸归零，相对应地，我国进口再生浆从2017年进口1万余吨到2020年进口178万t，进口量快速增长。
以废纸为主要原料的中国大型造纸企业纷纷启动海外建厂计划，建立海外再生浆生产基地，这些项目应在充分论证的基础上稳妥推进。近期，美国、东南亚、印度等国家正在扩大再生浆生产规模，这是值得关注的动态。2.3
增加木片和商品浆进口
我国的原生商品浆进口在2018年为2170万t，2020年增长到2556万t。木片进口在2020年约1200万t。沿海地区有优势。像太阳纸业还通过在老挝植树建厂，实现原料供给。
3 实现纤维资源绿高效利用
3.1
拓展产业链
电磁大锅灶
拓展产业链的指导思想是构建基于造纸平台的纤维原料利用技术体系，实现传统造纸向现代造纸和生物质炼制相结合的转变。两者如何结合是未来要着重研究的重点。图1、图2是我们承担的国家重点研发计划的整体研究框架和思路。
在这条大的产业链上我们正在进行多种新产品、新材料的开发，例如代塑产品、再生纤维素材料、生
物大分子材料、植物纤维基纳米多元共晶控温材料等。同时还可以在纳米纤维素、纤维素的改性与功能化、木素
分子活化与功能化、
半纤维素分级纯化与转化等领域开
图1 拓展产业链
图2 生物质精炼
图3 生物质精炼框架图
展更深入的研究。3.2
开发纤维新资源
我们的国家重点实验室按照国家科技部、山东省政府的安排，在进行纤维植物基因组学、纤维形成关
键基因挖掘、纤维植物分子育种的研究；黄河流域（农业主产区）农业剩余物开发利用；黄河三角洲耐盐碱植物资源开发利用等。3.3
构建绿造纸技术体系
该项研究有三个方向，包括完善生物化机浆等高得率制浆技术、突破全无硫全无氯制浆技术和实现废
液和固体废物全封闭资源化利用。3.4
建立生物炼制平台
我们的目标就是通过生物炼制，制备生物基平台化合物。图3是目前国际上生物质精炼框架图的一部分，目前我们一个大的团队正在开展这方面的工作。3.5
加强造纸生物技术的研究与应用
主要研究方向包括开发制浆造纸过程各种专用酶制剂；构建耐碱耐高温木质纤维素水解酶芽孢杆菌工程菌高效表达平台；构建毕赤酵母胞外分泌阿魏酸酯酶、木聚糖酶、
漆酶表达系统等。
4 造纸工业应率先实现碳平衡
4.1造纸工业具有碳平衡的先天优势
所谓“碳中和”就是在全球范围内碳排放与碳去除实现平衡，亦即通过碳汇，碳捕集、利用与封存等方式抵消全部的二氧化碳或温室气体排放量，达到“零排放”。
造纸工业是生物质产业，“林纸一体化”、“农纸一体化”是基本模式，也是一种“碳平衡”模式，或者说是“碳中性”模式。我们要努力的目标就是实现造纸植物资源增长与造纸过程碳排放的平衡。
4.2把握碳达峰前的发展机遇
目前主要发达国家基本实现了碳达峰，而我国明确到2030年实现碳达峰目标，对造纸工业来说要抓住这个机遇期，继续淘汰落后产能、提高集中度；做到增产不增碳。同时，可以通过产能转移来实现行业增产目标。
4.3如何实现碳平衡
《巴黎协定》要求，公约缔约方尽早碳达峰，在21世纪下半叶全球实现碳中和，在21世纪末地表温升控制在2℃以内。
芬兰是确认碳中和时间点最早的国家，为2035年。我国已明确2060年实现碳中和，从碳达峰到碳中和仅有30年时间，欧盟从1990年碳达峰到2050年碳中和，时间差60年，我国的减碳压力还是很大的。
造纸工业要争取率先实现碳平衡，为我国碳中和目标做出贡献，具体可以从三个方向出发。
射频调制器
4.3.1节能减碳——碳减排
我国造纸工业总能耗呈下降趋势，从2010年的4475万t标准煤下降至2018年的4102万t标准煤，吨纸能耗累计下降18.6%。未来全行业要通过技术进步进一步降低单位能耗，新增产能单位能耗持续优化。行业要加快推进动能转换、转型升级、关停并转，实现低能耗发展。
4.3.2绿能源——碳抵消
造纸厂可以通过能源结构的转换，使用更多的清洁能源，比如水能、风能、太阳能、核能等，实现不排碳。同时，通过生物质燃料代替化石燃料实现能源自给，实现碳抵消，首先生物质燃料是碳平衡燃料（无净增加）。其次我国造纸工业生物质燃料占比还较低，约20%，而欧洲占比60%以上，发展潜力很大。
4.3.3循环经济——碳平衡
(1）林纸一体化模式：造林、制浆、造纸形成绿低碳循环。
(2）农纸一体化模式：秸秆、制浆、造纸形成绿低碳循环。
(3）植树造林：森林是陆地生态系统中最大的碳库，具有不可替代的独特作用。造林量要大于采伐量。
只要我们造纸工业实现了碳平衡，对于整个国家实现碳中和目标是有很大推动作用的。
5 结语
(1）世界造纸工业因数字化、电子媒体的发展导致总消费量有所下降。我国造纸工业因人口基数庞大、经济增速平稳等原因未来仍可能保持低速增长，人均消费量达到100kg是可期待的。绿低碳发展、创新发展、高质量发展是必然趋势。
(2）农纸一体化是中国特造纸工业值得探索的一条路径。作为林纸一体化的补充，实现“以农养纸、以纸惠农、农纸结合、协同发展”，有效对接“三农”问题和乡村振兴战略。加快开发非木材绿低碳造纸技术与装备。非木浆适合中低速纸机、中低档产品，在纸浆模塑材料领域也有发展潜力，有可能部分弥补进口废纸的缺口并替代部分木浆，带来原料结构的变化。
(3）随着新技术的突破，非木浆比重将会提高，作为纤维原料的有效补充。除用于造纸，农业秸秆也是生物炼制的主要原料。海外废纸数量大、质量好，有可能以再生浆的形式进入我国。资源的全球化带来商品浆和木片进口量持续增加，弥补国内纤维原料的缺口。
(4）造纸工业本质上属于碳平衡经济，必须率先实现碳达峰、碳平衡。实现碳平衡需要构建“造林、制浆、造纸”的绿循环经济模式，围绕“碳减排、碳抵消、碳平衡”持续用力，最终在造纸植物资源增长（碳汇量）与造纸过程碳排放之间达成碳平衡，为碳中和目标作出
贡献。
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