我国林产化工产业的现状与发展趋势

CGRWW · 发表于 2006-4-28 12:29:00

(发布日期：2004-12-9)
中国工程院院士中国林科院首席科学家宋湛谦
作者简介：宋湛谦，江苏苏州人，1942年生于上海。中国工程院院士、中国林业科学院首席科学家、博士生导师。一直从事林产资源化工利用的研究和开发工作，是我国松脂化学及其工程化系列开发的开拓者之一。先后获得国家科技进步二等奖2项、三等奖1项等奖励。1986年授予“国家级有突出贡献的中青年科技专家”称号，1991年起享受政府特殊津贴。现任国务院学位委员会林业工程学科组召集人、国家林业局专家咨询委员会委员、国家林业局林产化学工程重点开放性实验室学术委员会主任。

林产化工产业是将可再生的森林资源经过化学加工，生产出国民经济和人民生活所需要的各种产品。它是森林资源高效可持续利用的一个重要组成部分。林产化工产业的发展要以营林为基础，才能保证原料供应。林产化工产业的发展又可以提高林业的经济收益，以短养长，以林养林，促进林业的可持续发展和生物多样性保护。对于提高林农收入，增加就业机会，也有显著的社会效益。林产化工产业具有悠久的历史，它曾是天然有机化学的基础，对松香、单宁酸、纤维素等分子结构的研究曾推动天然有机化学的发展。20世纪以来，随着有机合成工业和石油化工的发展，林产化工产业受到严重挑战，一些林化产品减少市场，甚至消失，而另一些产品却在激烈竞争中得到发展、壮大。我国是个文明古国。在四大发明中造纸技术和火药技术都离不开林产化工技术。造纸需要纤维，火药需要木炭。至于松香、松节油、单宁、生漆、桐油、白蜡、色素等林化产品的应用也具有悠久的历史。但是，在解放前，我国的林化资源只局限于原料的利用和简单的加工。没有发展科学，也没有建立工业。我国林产化工产业近50年来得到全面发展。五十年代，以非木质资源（树木提取物）和木材水解、热解为林产化工产业的主要内容。八十年代，提出“林纸结合”，木材制浆造纸逐步代替污染严重的草浆造纸，木材制浆造纸也成为林产化工产业的一个组成部分。中国林科院林产化学工业研究所是我国林产化工产业的国家级研究单位。南京林大、东北林大、北京林大等林业院校，中科院上海有机所、广州化学所，及一些省级林科所都有一定的研究力量。下面就我国林产化工产业涉及的各个主要领域的现状和发展趋势作一简单介绍。一、我国林产化工产业现状我国林产化工产业生产厂家1000多家，其生产总值达数百亿元，年产木浆150万T，松香40～50万T，松节油6万T，木质活性炭5万T，糠醛、糖醇5万T，栲胶及植物单宁深加工产品2万T，各种芳香油1万多T，保健与药用植物数百T，……。许多林化产品还大量出口，为国家创汇，如松香出口20多万T，年创汇2亿多美元，活性炭、生漆、桐油、糠醛、糠醇等都是重要的出口商品。 1．松脂产业这是我国林产化工产业最重要的产品，也是支柱产业。松树资源丰富，各省区都有分布，松林面积有1600万km2。可采脂面积占10%～20%，年可采脂量150万T。早在1700年前，在《神农药典》中就有松脂作为药物使用的记载。目前松脂主要产区是广西、广东、云南、福建、江西、湖南等省区。产脂量70多万T/年。近50年来，我国松香产业发展很快，从1950年产量0.8万T，到1980年增加至32.7万T，超过美国，以后一直居世界第一位,现在占世界松香总产量的50%。我国松香、松节油所涉及行业的产值占国民经济总产值1/10。松香也是我国主要的出口商品，占世界贸易量的60%。松香具有许多特性，如防腐、防潮、绝缘、粘合、乳化、软化等。早期是以原料直接使用。随着使用部门发展需要和应用领域不断扩大，原料松香不能适应要求。自四十年代起，国外对松香分子结构进行化学改性，人为地赋于它各种新的特性，制成一系列深加工产品，如用于汽车轮胎工业的丁苯橡胶聚合乳化剂—歧化松香，用于胶粘剂工业的增粘树脂—氢化松香，用于造纸工业的施胶剂—马来松香……等。现在国外发达国家几乎100% 使用松香深加工产品。当前松香消费主要在造纸施胶剂、胶粘剂及增粘树脂、油墨、涂料、合成橡胶、及电子、食品、医药等领域。松节油最早是作为溶剂使用，现在主要用于香精香料、清洁剂、医药和合成树脂等方面。过去我国低价出口松香松节油初级原料，高价进口深加工产品。自六十年代起开始研制各种深加工产品。目前我国松香深加工产品率已由90年代初的10% 增加到25%以上，松节油由25% 增加到50% 以上。1980年以后深加工产品也从进口变为出口，目前出口量约4万多T。1998年又将萜烯树脂生产技术出口到土耳其，实现了松香深加工技术出口。随着石油化工的发展，利用C5，C9副产品合成生产石油树脂，冲击了松香松节油传统市场，占领了松香在胶粘剂、涂料等行业的部份销路。但是，松香作为一种天然原料，具有一些独特的性质，是合成化学品无法取代的。早在1900年，美国的松香产量就达40多万T，到1970年产量仍保持40多万T，现在松香年消费量还在25万T左右，这说明作为世界上石油树脂产量最大的美国仍离不开松香。目前在合成橡胶、油墨、造纸等行业仍然使用大量的松香深加工产品。我们作为一个发展中国家，松香应用范围更大，据统计，有400多种用途，国内消费量达15-20万T。当前国际上出现可再生资源代替日趋枯竭的石油资源发展精细化学品的趋向。各国科学家也利用松脂这一丰富的可再生资源，开发精细化学品。九十年代初，原林业部提出了《振兴松香产业工程》，委托中国林科院林产化工研究所制订了全国松香发展规划和科研项目指南。原国家科委设立了松脂专用化学品专项，拨款600万元，资助20个项目。经有关科研院所、高等学校和生产企业的共同努力，开发许多创新产品，申报国内外专利16项。如松香类表面活性剂（包括乳化剂、缓蚀剂、油田降粘剂等），PVC增塑剂，聚酰胺亚胺树脂，环氧树脂固化剂，杀虫增效剂，四氢荼香料等。随着我国创新体系的深入发展，尤其在当前发达国家脂松香产量下降，新产品研制力量减弱的情况下，我们应抓住机遇，结合国情，加强研究，开发创新产品，适应市场需求，使我国在松脂产业方面早日进入世界领先地位。 2．栲胶产业从一些植物中的皮、果中可以提取一些天然多酚类物质，通称为栲胶，它的主要成份是单宁。它在我国也有丰富的资源。产量从解放初数百T，到1987年达到最高年产量5万T，目前一直保持在2万多T。其原因是栲胶的传统用途是鞣革，而我国栲胶大多来自于落叶松，毛杨梅，余柑等，其产品色泽深，不能适应市场浅色化需求。近年来引种黑荆树等品种，以提高产品质量。栲胶用途除鞣革外，还有许多用途。可以取代间苯二酚制成胶粘剂，用于刨花板、胶合板和竹材板中；可以作木材防腐剂；水处理絮凝剂及油井泥浆稀释剂。由于单宁具有杀菌、驱虫、收敛、抑制病毒、抗氧化等作用。如没食子单宁酸可以加工成一种广谱抗菌药和抗肿瘤药的重要中间体。某些单宁如没食子单宁、鞣花单宁、及其衍生物具有抑制HIV病毒和肿瘤等作用，经过深加工，可以制成治疗抗心血管药物，抗菌增效剂，还极有可能制成低毒的抗艾滋病药物。生物活性和药效研究是今后栲胶利用的一个主攻方向。 3．饲料添加剂产业从树木绿冠可以提取维生素、叶绿素及多种生物活性物质。如每T松针原料可以提取叶绿素约0.24 kg，维生素原浓缩物8.4 kg，香脂膏9.63 kg，针叶蜡6.83 kg，针叶药物提取物82.1 kg，针叶饲料粉372.8 kg。从绿色树叶又可以提取大量的蛋白质和氨基酸，也是饲料的重要来源。据调查，我国3万多种植物，其绿叶可食用或饲料用的近2000种，其中900种分布广泛、可利用性大的木本植物。我国每年仅各种乔木的嫩枝绿叶的产量约5亿T。目前利用率很低。八十年代系统研究松树绿冠提取饲料添加剂，建立各种针叶加工厂，分布全国24个省区，生产针叶维生素粉80000 T，并生产松针叶绿素—胡罗卜素软膏和松针生物活性饲料添加剂等产品。 4．香料产业树木挥发物—精油是香料的原料。1万m2针叶树林一昼夜可释放精油3-5 kg，阔叶树林约2 kg。精油含量比较丰富的树木有：松科，樟科，桃金娘科等。精油主要从种子、树皮、根和叶中提取，全世界天然精油产量4万T。我国也有丰富的资源，如山苍子油年产量2000 T，是世界上最大的生产国和出口国，桂油年出口250 T，是美国可口可乐，百事可乐的主要配方之一。其他还有柏木油、八角油等。树木精油还有保健作用，国外推行的精油芳香疗法，有助于精神不安，神经过敏，身心疲劳等症状的治疗。 5．医药产业森林资源的提取物是保健医药的重要来源。据报导，国际市场药品总值约150亿美元，其中20% 即30亿美元为植物提取的药物，在“回归自然”要求日益增长下，人们也愈来愈青睐天然药物。从银杏叶提取内酯和黄酮，是治疗心脑血管及哮喘的有效药物；从红豆杉分离抗癌物质—紫杉醇；从黄花蒿分离抗疟疾药物青蒿素等。早在五十年代末我国就进行杜仲叶利用。以后从柠檬桉叶提取黄酮，绞股兰提取总苷，沙棘果提取沙棘油，红豆杉提取紫杉醇，黄柏提取黄连素，喜树提取喜树碱等均已成功，并批量生产。九十年代发展的银杏产业，到1995年产值已达10亿元，每年出口银杏叶2000 T，内酯和黄酮提取物10多T。今后发展方向是着重在树木提取物的深加工，开发高附加值产品。精油也具有广泛的生物活性，如杀虫、抗菌和防霉作用。针叶油对霉菌具有较强活性，侧柏中精油有较强的抗菌能力，樟科精油对螨虫有抑制作用，都可以加工成各种药物。山苍子油主要成份—柠檬醛是制药工业重要中间体。 6．活性炭产业木材经过干馏可以得到木炭、木焦油、木醋液和木煤气。早在战国初期，我国就用木炭作防腐剂，在《本草纲目》中也有用炭治疗痢疾的记载。现在木炭的最大用途是制活性炭，还可以制成二硫化碳，或作燃料使用。活性炭是一种优质吸附剂，它具有独特孔隙结构和表面基团，广泛用于化工、医药、环保、国防等方面。随着工业的发展，活性炭已经深入各个经济部门，需求量剧增。日本1996年使用活性炭8.9万T，美国在1994年使用量达14.3万T。我国活性炭行业在产量、品种、质量等方面都取得很快的发展，产量一直在9-10万T间，是仅次于美国的世界第二大生产国。年出口超过5万T，是第一出口大国。发达国家已将活性炭作为解决环境保护的重要材料，活性炭消费量的40-50 % 用于水处理，20-30 % 用于废气处理。我国活性炭主要用于食糖精制脱色，制药工业等。随着环境意识的加强，活性炭在环境保护方面用量也将日益增加。同时，重视开发活性炭深加工产品，应用于高新技术领域。 7．木材制浆产业我国发明造纸技术已有1900年历史。造纸工业原料主要以草浆为主，生产效率低，产品质量差，长期依赖进口木浆生产高中档纸张，纸厂废水又严重影响环境。为此，在九十年代初，我国提出林纸结合，造纸将由草向木材造纸过渡。但是木材资源缺乏，现存自然成熟林难以满足要求，所以大力营造速生用材林，如世界银行贷款3亿美元营造670万km2速生造纸用材林，这是今后我国造纸工业潜在的原料来源。当前使用小径材、次生材、薪炭材、劣质材和林区加工剩余物等，是造纸工业的主要原料。目前我国发展高得率制浆技术，可以利用价格低廉、来源广泛的速生材及林产工业剩余物生产强度、洁净度和白度均好，且得率高的纸浆，该法具有污染负荷小，投资费用低等优点，对于改变目前我国木浆短缺局面，振兴造纸工业有良好前景。 8．林业废弃物综合利用我国林业废弃物很多，如果连同农业废弃物更多。其中纤维素和木素含量都很大。纤维素在酸或酶作用下发生水解，再进一步发酵，制成酒精。也可以水解制成糠醛，目前年产量已达5万T，产值超过2亿元，再深加工得到糠醇，年产量3万多T，它们出口创汇近1亿美元。纤维素经稀酸水解、降解得到微晶纤维素，可以用于医药压片的赋形剂、食品添加剂，也可以作为助剂用于轻工、化工。木素可以制成木材胶粘剂、食用酵母，油井钻探减粘剂和乳液稳定剂等。如果今后重视农林废弃物的综合利用，形成一个产业加以发展，将会产生巨大的经济效益和社会效益。二、发展趋势 1.加强创新研究，开发深加工产品是进一步发展我国林产化工产业的关键我国林化资源极其丰富，应用面广。但是大多数资源仅粗加工、低价值应用；或者原料直接出口，换取低额外汇；有的资源甚至还没有开发利用。所以在今后市场竞争中林产化工产业能否进一步发展壮大，取决于能否将这一资源优势尽快转化成经济优势，产生显著的经济效益。如近年来我国出口银杏叶一吨仅1000美元，粗加工得到的提取物，出口是5000美元，如果能进一步深加工成药用制剂出口，则价值高达10万美元，比原料价格提高了100倍，单银杏叶一项每年就可以增加经济价值20-40亿元。目前临床应用的紫杉醇、喜树碱、美登素、苦杏仁苷等抗癌药物，杜仲、槐米芦丁、龙脑等治疗心脑血管病药物，单宁酸及衍生物的抗艾滋病毒都来自于树木提取物，至1998年，我国出口到美国的天然植物提取物有100多种，价值4亿美元。如果进一步深加工制成药物制剂再出口，则经济价值将增加百倍，千倍，甚至万倍。同样，我国松脂也具有资源优势，但是目前松脂资源利用率仅1/2。创新开发深加工产品，扩大松脂资源利用，才能保证松脂产业持续发展。活性炭进一步深加工，在超导、微电子器件、高能量密度物质的存贮，抗癌药物缓释剂等高新技术领域应用，将会给活性炭产业带来全新的面貌。所以坚持创新，不断开发具有自主知识产权的深加工产品，并降低成本，开拓国内外市场，进一步提高经济效益和出口创汇能力，保持在激烈竞争中不断壮大，持久不衰，是发展林产化工产业的关键。为了创新研究，必须通过多种渠道，包括国际合作，增加科研投入，组织多学科协作，从政策上、经济上支持水平高、难度大的新产品研制工作。同时，要加强应用基础研究，尤其是催化机理和反应机理的研究，以提高反应得率，改进产品质量，增加经济效益。 2．推进林产化工企业向大型化发展，是进一步发展我国林产化工产业的另一个关键我国林产化工企业与国外先进水平相比，数量多、规模小、效益差、资源破坏严重。而国外经济发展证明中小型企业在激烈的市场竞争中是难以生存的，一个行业的发展，没有企业间联合，就不可能形成规模优势和竞争优势。如日本松香企业通过兼并，形成荒川，东邦，播磨三大公司控制日本市场，开发的深加工产品各有侧重、各具特色。既减少不必要竞争，又保证经济利益。所以我国林产化工产业要进一步发展必须实现大集团战略，使企业优胜劣汰，并根据资源分布、交通能源、工业基础和技术力量等条件，选择少数技术力量较强，管理水平较高的生产厂给予必要的经济和技术扶持，鼓励它们与科研院所结合，促进其产品上规模、上技术、上效益，形成拳头产品，成为骨干企业。由于我国林化资源、加工能力及技术力量的分布很不均衡，所以林化企业的地区布局既要考虑资源产地的利益和经济发展需要，更要坚持优化结构，以整体利益为重的原则，确保采用高新技术开发的骨干企业的原料供给和生产能力的充分利用。为了避免重复建设，必须从区域特点出发，各有侧重，定向发展，形成不同技术走向的产品系列，达到林化企业整体发展的目的。林化企业还要加强营销队伍，在国内外建立销售网点，迅速反馈市场信息，实现科工贸良性循环，促进林化产品向产业化、规模化和国际化方面发展。 3．发展生物农药将是我国林产化工产业一个重要内容当前我国农业使用大量农药，造成农产品污染，不仅影响出口，也危害人们健康。因此，发达国家已逐步改用生物防治和生物农药来取代化学农药。随着人们对环境保护和自身健康的日益关注，我国农业生产正开始从数量型向质量与安全型转变，生物农药已成为农药产业发展的大趋势。计划到2010年使生物农药使用量占农药总量的30%。目前我国农药耗用量每年达150万吨以上，按此比例计算，2010年需生产生物农药45万吨，而目前我国生物农药年产量仅8000吨，在农药总量中不到1%，发展潜力显而易见。我国有丰富的植物资源，通过植物提取液以及植物微生物发酵制生物农药，是生产生物农药的主要途径，如除虫菊、印楝、苦楝等。今后研究重点将集中于植物有效成分及微生物的筛选和评价性研究，建立新的筛选模型；新技术如超临界萃取技术、层析分离技术、分子蒸馏技术、超细粉碎技术等在天然产物分离纯化中的应用；发酵技术和后处理技术的应用。由于生物农药的稳定性及其作用机理与化学农药不同，必须针对生物制剂中有效活性成分的特点、用途，筛选各种助剂、增效剂，进行复配，确定不同的后处理生产工艺流程，实现生物农药产品的剂型化和规格化。 4．开发木质（生物质）能源将是我国林产化工产业又一个重要内容随着经济和社会的发展，对能源的需求也会不断增加，但是目前石油、天然气和煤炭不能持久地支撑这种需求。而且这些燃料的燃烧也造成日益严重的环境问题，因此迫切需要开发可再生能源，这是解决世界能源问题的一项战略措施。木质（生物质）能源最大特点就是可再生性。它是一种可以同环境协调发展的能源,具有分散性和规模不大的特点，基本建设投资少，有利于为农村和边远山区提供廉价能源。目前生物质能源已占世界总能源消耗的14%，其中薪材占6 %。在发展中国家的总能耗中分别占有38 %和18 %。发达国家过去把生物质能看作是“穷人的燃料”，现在则看作是对环境、社会有利的能源，重视对它的开发利用。近几年，发达国家的生物质能在总能耗中比例增加得很快。如奥地利建立木材剩余物的区域供电站，使生物质能在总能耗中由2%～3%增加到10% ，近期将增加到25%。美国还重视林产品制造厂利用自身的木材剩余物转换成热能和电能，达到能源的自给或部份自给。生物质能源在我国已有几千年历史，对我国人民生活和生产有重要影响。目前农村65 %的能源来自生物质能源，其中薪炭林消耗占农村总能耗29%。但是我国生物质能源利用大多还处于低级阶段，耗用资源过大。为了提高使用效率，我国在生物质能源的加工转化方面已进行一定的工作。如将木屑、树皮、刨花等物料在一定温度和压力下加工成压缩型燃料，以提高热效率；将木质原料在高温下气化，转化成可燃性木煤气等。今后将重点开发高效的生物质能源转换技术，如生化技术、流化床技术、发电技术和液化技术等，并扩大规模，加强综合利用，促进产业化。三、结语我国地域辽阔，资源丰富，林产化工产业已经形成一定的基础，具有进一步发展的能力，但是也应该清楚地看到，与国际先进水平相比，还存在一定的差距，资源相对分散，人工收集原料，企业规模小效益低，劳动生产率较低，深加工程度不高等。所以必须重视建立原料基地，发展速生树种，提供优质原料，开发新的资源，加强综合利用，坚持技术创新，重视深度加工，扩大应用研究，降低生产成本，提高规模放益，在新世纪面临的机遇和挑战中，加速我国林产化工产业进一步发展，从而促进森林资源高效利用和林业的持续发展。