林产业技术路线图2010

林产业技术路线图2010

2010年4月，美国森林和工业股份公司（nationaldrugadministration）宣布了2010年森林工业技术计划，这是自2006年公布的技术计划以来的首次延续。关于《林产业技术路线图2006》里的技术思路多数被实际生产中所采用并沿用至今,但由于近期环境保护意识的增强,温室气体排放量减少要求的压力与生产厂商要求提高生产能力之间的矛盾日益突出,仅靠原来的技术指导思路不能满足生产的要求,鉴于此,美国林业纸业协会针对造纸产业发达国家的目前需要,特别公开了《林产业技术路线图2010》,为林纸业的进一步发展提供技术思路支持。《林产业技术路线图2010》虽然以造纸发达地区的现状为基础,但对于正在由“纸业大国”向“纸业强国”转变的中国,也具有巨大的借鉴意义。《林产业技术路线图2010》主要论述和列举了:(1)在制浆造纸厂有效减少碳排放和能耗;(2)至少减少在制造过程中的清水取水量50%;(3)增加高质量纤维和低成本生物质的供应;(4)增加来自高质量纤维和低成本生物质供应的附加值;(5)开发未来新产品;(6)改善废木材和纤维产品的回收利用。六个方面应优先考虑研发的技术及最终应达到的工艺要求。本刊将在2010年第17期、第19期连载《林产业技术路线图2010》编译版,以期正在为中国造纸行业发展而奋斗着的纸业同仁能从中找到些许灵感。《林产业技术路线图2010》为行业和研究团体提供指导,其内容包括林产品的更新换代与制造工艺,以及行业可持续发展和长期发展所必需的优先研发。推动行业的不断进步需要突破性技术。作为以可再生的天然碳源为原料的商品制造者,为了加强其在生物能源与废物循环利用领域的领导地位,尤其需要这种突破性技术。《林产业技术路线图》发表于2006年,其中许多内容至今仍适用。但四年以来,由于气候变化、水源短缺、能源安全以及可持续性等因素,形势变得更为复杂与严峻。2010技术路线图主要在以下方面作出努力,重新思考优先性与产业目标。●社会性●制造上的考虑●经济上的压力●市场影响力●政府木材供应政策影响1行业面临的战略问题《林产业技术路线图2010》是在来自行业、大学、政府部门的100多位资深代表的帮助下完成的。采用多步骤方法,首先识别出行业面临的战略问题,然后将这些问题转化成特定的开发需求和提供给具有清楚的相关问题切入点的研究人员。图1为技术路线图的内容与结构。1.1改变制造企业的资源排放源《林产业技术路线图2010》识别出林产工业的六个战略性问题。这六个问题代表了来自行业领导人、政府以及大学的多数人的意见,构成了一整套应对行业的发展趋势与发展动力所带来的挑战的举措。◆在制浆造纸厂有效减少碳排放和能耗;◆至少减少在制造过程中的清水取水量50%;◆增加高质量纤维和低成本生物质的供应;◆增加来自高质量纤维和低成本生物质的供应的附加值;◆开发未来新产品;◆改善废木材和纤维产品的回收利用。1.2行业技术优势对企业资技术战略是:(1)定义在研发过程中的“优先性”,它可为林产业提供可行的突破性技术措施,用于行业的工艺和产品的更新改造;(2)预先制订一合作性计划,该计划使行业保持技术优势。技术路线图给出了一全新的技术战略,将战略性问题标在了产业链上。如图1所示,战略问题涵盖了整个林产业,从森林、制造到消费品及其回收利用。这一技术战略为增强行业的竞争力、为总量经济以及对能源独立和环境持续性的社会目标连续贡献奠定了基础。这一技术战略也建立在行业强大的基础上,一个巨大的、可再生的、可以持续发展的原料基地,一座将木材资源加工成多种产品的制造基地,产品从传统的木材、纸浆和纸产品到生物新产品。1.3确定技术需要,为学界指明方向技术战略包含了总体技术挑战,但并不确定技术需要和目标。为了确定技术需要,并为研究者指明方向,标记路线的过程,要求行业、政府和学术界的领导者们为每一个战略性问题建议技术目标。每一套技术目标,都要确定方法,帮助行业解决战略性问题。1.4基于研究的战略转换路径为了完成从行业远景到研发远景的转换,技术路线图在技术目标范围内确定具体的研发需要。它们构成以研发为定向的战略问题的转换,这些转换可以直接对研究者提供可付诸实施的指导。对于一个选定的需要,路线图提供了路径图。每一幅路径图都是一特定的研发需要的详细指导,包括客户的信息、困难以及期望的影响因素。1.5有效实施协调机制技术战略聚焦于创新和突破性解决措施,该措施不是可以由一个公司单独完成的。鉴于此,合作性研发,分摊成本的研发是实施战略的基石。由于问题涉及到多学科,研发的协作性努力是必须的,只有具备广泛知识的庞大团队才能将这些概念变为商业运作。富有意义的行业与政府之间的协作有利于保证足够的资源,包括资金、技术秘诀、用于行业和国家的验证设施等。2市场份额由10.7%上升到16%世界造纸工业涵盖五大洲,北美、欧洲、亚洲产量最大。北美浆产量(39%)大于纸产量(25.6%),而亚洲相反,浆(21.9%)小于纸(38.5%)。值得一提的是,中国的市场份额由1990年的7%上升到2006年的16%。2007年世界纸浆产量是1.942亿吨,纸产量是3.943亿吨。2.1产业增值链的转化图1中的技术战略框架说明了对两个问题的高端观点,问题(1)生物质向产品转换的产业增值链,问题(2)为使转换过程对社会和行业增值更多,而必须从事的优先性问题。为了使战略问题表示清楚,六个战略性问题放在了林产品增值链上。从资源和原料的获得到产品制造、产品消费、废物循环。2.2加强行业发展,推进科技创新林产品工业面临的战略性问题需要大批的技术革新,这些技术革新可由行业内的公司去完成。但是,一些民营公司没有足够的研发能力资源支撑这些研发需求。本技术路线图要求政府、学术社团以及其它研究者协同攻关,为行业提供所需技术的研究成果。需要一项强大的、具备革新能力的协作性研发计划,该计划应瞄准突破性技术。这对于整个行业强化竞争力、节能节水、改善投资质量是十分重要的,可使行业成为优秀人才工作的地方,继续用可以再生的原材料为世界提供必须的、革新性的、环境友好的产品。在该路线图中,研发工作需要来自各界的研发人员的参与。尽管近年来学术研发团队成为急需技术研发的生力军,仍然需要在其它部门工作的具备研发所需知识的研发人员的积极参与。3降低能源消耗的法律环境对林产品产业来说,降低制造过程中的温室气体排放量和能源消耗量非常重要。来自客户和利益相关方对于降低产业碳足迹要求的压力、关于目前还不确定的气温变化方面的法律所带来的不确定环境及近几年来波动幅度较大的能源价格,使越来越多的林产品相关产业专注于降低碳排放和能源消耗。3.1降低温室气体排放量林产品相关产业已经运用有效的技术在降低碳排放方面作出了不少努力,并取得了显著的成果。从2000~2006年,美国直接和间接降低温室气体排放量0.1吨/吨(产品),从原来的0.738吨/吨(产品)降低到0.637吨/吨(产品),降低约13.6%。在美国产业中业绩优良,尤其是在新设备投入降低的阶段,但接下来的几年还需进一步降低碳排放量和能源消耗量。3.2降低矿物燃料的消耗量对于林产品产业,能源消耗成本是整个产品生产成本的第三大组成部分。将整棵树木转化成木材和木材制品或纸浆和纸制品的过程属于能源密集型。2006年,美国林产品产业消耗了约280万的四次方Btu,约占美国总制造产业能源消耗的13%,其中230万的四次方Btu用于纸浆和造纸生产过程,50万的四次方Btu用于生产木材产品。总之,林产品产业是继石油和化学之后的第三大能源消耗密集型产业。就全球来看,根据国际能源署的调查显示,纸浆造纸产业是第四大能源消耗产业,约消耗掉全球产业能源需求量的6%。目前,所消耗掉的能源大部分来源于矿物燃料,林产品产业也正在致力于降低矿物燃料的消耗量。2002年,矿物燃料占美国产业能源供给量的36%,而无碳木质生物质占54%,并且采用外购电源提供所需能源的平衡。截止到2002年,通过可再生资源获取的能源已经上升到64%,矿物燃料的消耗量不断下降。为继续这个趋势,利用新的过程技术和采用新可再生能源,使纸浆和造纸企业所用的矿物燃料全部被替代。降低矿物燃料消耗量是一个适时和应优先考虑的问题,这样也可以助力于完成政府关于降低二氧化碳排放量和对国外能源的依存度。2006年,一项由美国能源部门发起的调查显示,美国纸浆和造纸产业能够降低自身的能源消耗量,降低幅度与2002年相比降低25%,消耗量由236万的四次方Btu降低到175万的四次方Btu,当然这是建立在充分运用最佳的工艺技术的基础上。该报告同样指出,通过开发降低能源消耗相关技术,纸浆和造纸产业可进一步降低能源消耗量到145万的四次方Btu,这样便可在2002年能源消耗的基础上降低40%。对制浆造纸行业,提高生产过程中燃料转化效率和通过气电联用增加副产品产电量是需要优先考虑的问题。近几年,能源密集度已得到不断提高,并且期待采用新能源节约型技术使其得到进一步提高。许多生产厂家采用热电联产系统来生产电,同时生产工艺中用到的蒸汽,甚至有部分工厂生产的电能超出了自身所需量,将部分电量卖给当地的电力部门,以增加经济效益。3.3生产工艺和解决方案的技术目标二氧化碳排放量和能源消耗量是两个相互联系的方面,降低其中的一个方面会直接导致另一个方面的降低。(1)技术目标表1列出了降低能源消耗和二氧化碳排放的技术目标。所列出的技术目标明确说明了必须实现新技术解决方案的开发和调配来解决当前存在的问题。技术目标需要新技术装备、新原料和新工艺技术的发展支持来帮助生产工艺提高效率和改善能源利用率。需要改进的技术包括加强生产工艺流程中能源消耗量的降低力度和采用降低能耗的技术所存在的生产工艺瓶颈技术的解决方案。因为能源消耗是碳排放的主要贡献者,因此提高能源利用效率可以直接降低碳排放量。创新的技术可以在生产过程中用再生能源代替矿物燃料,并且可以提高“绿色”电能的生产量,因此不断创新的技术是必须的和行业发展所要求的。完成上述的技术目标可以降低能源消耗和二氧化碳的排放量,并最后提高生态环境效益,保障更好的资金可持续性,逐步提高林产品产业的公众形象。(2)研发需要表2为每一项技术目标列出了研发需要。这些研发优先考虑的项目代表了最有潜力进行突破和创新的领域,当进行有效的说明和配置便可满足技术目标的要求。因此研发需要中优先考虑的项目是研发部门所能向行业贡献的最大力量。(3)路径图图2~图4分别列出了干燥部、降低50%的黑液浓缩所消耗的能量及生物质取代矿物燃料应优先考虑的研发需要,并且对研发技术应达到的目标进行了介绍。4高校造林行业的取水量将进一步减少研究表明,林产品制造产业是取水量最大的产业之一,随着全球水资源的紧缺和政府对水资源的日益控制,迫使制浆造纸产业的取水量须降低目前用水量的50%甚至更多。美国关于对近几年造纸产业生产过程的取水量统计表明,自从20世纪70年代以来,制浆造纸厂的取水量已经下降了50%,但随着水资源的紧缺以及社会用水量的增长,要求纸浆造纸产业进一步降低生产过程的取水量,至少继续减少至目前的50%。降低生产过程中的取水量不仅产生社会效益,也会直接减少过程能源的消耗量,如降低浆料泵送和过滤所需的能源,也会降低进入废水中的生物质能源的损失。但取水量的进一步降低需要实用和高效率的过程技术进行支持和配合,因此首先需要研究相关技术以使取水量的降低不会影响工艺的正常进行,甚至可以提高工艺过程指标。4.1密闭循环水系统新技术解决方案包括废水处理、回收利用、废水