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低碳经济下绿色造纸与造纸和记国际产业
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1 低碳与低碳经济 1.1 何为低碳与低碳经济 碳指的是石油、煤炭、木材等由碳元素构成的自然资源。低碳(low carbon)指的是低能源消耗,低二氧化碳排放。 如何减碳?追踪碳足迹,就是计算商品从原材料开采、生产、运输,直到丢弃、回收、利用,这整个循环过程所产生的二氧化碳量。了解生产过程中哪些工段碳排放量最大,就能有效地对症下药,是实现减碳目的的有效方法。 低碳经济是依靠太阳能、风能、水能等可再生能源为主要能源,以低能耗、低排放、低污染为特征的新型经济发展方式;而不是高碳经济以依靠化石燃料石油、天然气、煤炭为主要能源,以高耗能、高排放、高污染为特征的经济发展方式。低碳经济的实质是能源高效利用、清洁能源开发、追求绿色GDP。低碳经济的核心是能源技术和减排技术创新、产业结构和制度创新以及人类生存发展观念的根本性转变。 1.2 中国的经济现状及资源、环境情况 2009年中国出口总额1.2万亿美元,是全球最大的出口国,产品在全球产品份额占9%左右。对外贸易总量居全球第二。预计2010年将超越日本,仅次于美国,跃居全球第二大经济体。但中国的发展问题很多,需要我们居安思危。突出的困难和问题是:经济增长的资源、环境代价过大……。这可从中国创造的几个世界之最中得到说明,比如主要污染物二氧化硫、COD、重金属污染物、持久性有机污染物的排放量;煤炭产量与消费量(40%以上);温室气体排放量(24%);石油(1993年)和煤炭(2009年)净进口量;石油探明储量仅能用13年等。 再看看2010年中国污染源普查数据。废水中化学需氧量为3029万吨(含农业源1324万吨);氨氮为173万吨;重金属(镉、铬、砷、汞、铅)0.1万吨;总磷为42万吨;总氮为473万吨;废气中二氧化硫为2320万吨,氮氧化物为1797万吨,烟尘为1166万吨,工业粉尘为764万吨;工业固体废物为4914万吨;工业危险废物4万吨。 普查数据中中国污染物排放量分布为:经济发达、人口密集的地区工业源主要污染物(化学需氧量、氨氮、二氧化硫、氮氧化物排放量)等4项位于全国前列;造纸、纺织等8个行业化学需氧量、氨氮排放量分别占工业排放总量的83%和73%;电力热力、非金属矿物制品等6个行业二氧化硫、氮氧化物排放量分别占工业排放总量的89%和93%。其中造纸及纸制品业化学需氧量(COD)排放量全国排名第一,为176.91万吨(占全国总量的24.8%)。 正如北京大学国际关系学院国际组织研究中心主任张海滨向《国际先驱导报》直言,“如今,能阻碍中国崛起的问题之一或许就是环境问题”。现实情况与问题要求我们必须转变观念,形成节约能源资源和保护生态环境的产业结构、增长方式、消费模式。实现循环经济,显著提高可再生能源比例,使主要污染物排放得到有效控制,生态环境质量明显改善,生态文明观念在全社会牢固树立。 2 绿色造纸工业与绿色造纸和记国际工业 2.1 绿色化工 绿色化工又称环境无害化工,是近年来形成的一个新概念,是指利用化学的原理和方法从根本上实现资源的最大减量化、使资源及能源消耗最少、追求单位产品排污系数最低、强调从源头控制污染物的产生、消除化学工业对环境污染的先进工艺技术,其核心是“杜绝污染源”。绿色化工的基本原则是采用无毒害、可再生的原料,使用无污染的催化剂和溶剂,控制衍生物和其他副产品的产生,进行完全转化的化学反应,实现零排放,同时要求获得的产品易于储存、运输,产品可以循环利用,或在自然环境中可以无害降解。 绿色化工的主要内容包括: (1)预防:防止产生废物,比在生产后再处理或清除更好。 (2)原子经济性:设计合成方法时,应尽可能使用于生产加工过程的材料都进入最后的产品。 (3)无害(或少害)的化工过程:设计的化工过程所采用的原料与生成的产物对人类与环境都应当是低毒或无毒的。 (4)设计无危险化工产品:设计生产的产品性能要考虑限制其毒性。 (5)安全的溶剂和助剂:所使用的辅助物质包括溶剂、分离试剂和其他物品应是无害的。 (6)设计要讲求能效:加工过程的能源要求应考虑它们对环境和经济的影响并应尽量节省。 (7)使用可再生的原料:当技术和经济上可行时,原料和加工厂粗料都应可再生。 (8)减少衍生物:如果可能,尽量减少和避免利用衍生化反应。因为,此种步骤需要添加额外的试剂并且可能产生废物。 (9)设计要考虑降解:化工产品的设计应使它们在功能完成后,可分解为无害的降解产物。 (10)为了预防污染进行实时分析:需要进一步开发新的分析方法,使可进行实时的生产过程监测并在有害物质形成之前予以控制。 (11)催化作用:采用具有高选择性的催化剂替代化学计量学的助剂。 (12)防止事故发生的固有安全化学:在化学过程中使用的物质和物质形态的选择,应使其尽可能地减少发生化学事故的潜在可能性,包括释放、爆炸以及着火等。 绿色化工概念出现于20世纪末,该概念刚一提出即以其可持续的环保理念引起全球的极大重视。自20世纪90年代,美国政府部门、学术界和工业界合作首先开展绿色化工研究,制定“绿色化学挑战计划”并设立了“总统绿色化学挑战奖”。世界其它大国对绿色化工及其技术的研究也非常重视,普遍对绿色化工的基础科学、绿色化工与相关学科的交叉领域,以及绿色化工技术在工业企业的应用等领域投入巨资,展开如火如荼的研究。 2.2 绿色造纸 2.2.1 造纸产业对低碳和绿色的呼唤 作为重要的制造业之一,制浆造纸产业是资源、资金、人员、能源和技术密集的产业。制浆造纸过程需要消耗植物纤维和水资源,消耗电能与蒸汽,同时也会产生废液、废渣和废气等污染物。传统造纸工业采用大量消耗、大量生产和大量排放的粗放经营模式,不仅使得产业效益低下,更会造成资源枯竭、环境污染等严重问题,是无法持续进行的。正如20世纪中叶发达国家的造纸工业和其后中国大量中小造纸企业所面临的严酷局面一样,由于资源和能源消耗高、污染严重,许多制浆造纸企业面临关停并转的形势。中国造纸工业已走到必须技术转型、产业升级的生死关头。中国造纸产业的发展呼唤绿色造纸工业。 2.2.2 何谓绿色造纸 绿色造纸是指资源消耗少、环境友好型的、可持续发展的制浆造纸工业。其核心体现在生产过程的清洁化、终端产品和过程产品生命周期延长化、废物的资源化等先进生产理念在造纸工业的广泛贯彻实施,以清洁生产、循环经济和生态工业为其主要特征。从本质上来说,清洁生产是一种对生产过程与产品采取整体预防的环境策略,减少或者消除它们对人类及环境的可能危害,在满足人类需要的同时,使社会经济效益最大化的生产模式。 2.2.3 造纸产业与循环经济、生态工业 循环经济是一种以资源的高效利用和循环利用为核心,以减量化、再利用、资源化为原则(3R),以低消耗、低排放、高效率为基本特征,符合可持续发展理念的经济增长模式,是对大量消费、大量生产、大量废弃的传统增长模式的根本变革。循环经济尽量进行再生利用和资源化,把废弃物再次变为资源以减少最终处理量。生态工业是依据生态经济学原理,以节约资源、清洁生产和废弃物多层次循环利用等为特征,以现代科学技术为依托,运用生态规律、经济规律和系统工程的方法经营和管理的一种综合工业发展模式。它能够以一个更大的视角(包括产品生命周期、工业代谢、生态园区)考虑防治污染和有效利用资源的问题,在实现区域工业系统的绿色产业目标中尤为重要。 2.2.4 循环经济是造纸产业发展的必由之路 综观世界造纸工业的发展,与其他制造业相比造纸工业具有可循环利用并持续发展的先天优势。植物纤维占造纸原料的89%左右,提供其来源的树木、竹子、麦草等是可以循环再生的,并且废纸已经成为造纸植物纤维的重要来源,此举不仅为造纸提供了理想原料,也直接减轻了环境污染负荷,并节约大量的能源与资源,故废纸被称为“城市的森林”。 碱回收不仅是化学浆生产企业减污、治污的重要手段,还是实现造纸工业废物资源化利用的重要手段。目前工艺先进的制浆造纸企业的碱回收率可达98%以上,碱自给率接近100%,同时结合热电联产技术的抽汽背压汽轮机组可把碱回收工段产生热能的利用效率提高到57%左右,在满足企业自身用汽、用电的同时还可以向外出售相当可观的电量。另外,造纸工业采用多种方法处理生产废水并回用于生产,使得造纸行业的单位产品清水消耗量及污水排污量连年下降。鉴于技术的可行性,美国环境保护局已对其境内新建非脱墨再生纸厂和纸板厂提出了废水“零排放”的要求。同时伴随水处理产生的造纸污泥,也随着技术进步,逐渐得到无害化和资源化处理。 2.2.5 造纸产业是绿色产业 实践证明,造纸业具有进行产业绿色化的充分条件,这其中有造纸装备和控制技术的创新、生产工艺革新、秉承绿色理念的和记国际工艺、技术和产品的开发及应用所产生的重要推动作用促进了造纸产业的绿色化。没有化学工业的发展就没有造纸产业的今天。 3 造纸和记国际工业与造纸工业唇齿相依 随着资源日益紧缺,环保要求不断提高,高新技术的不断进步,废纸回用比例革命性地提高,纸机车速越来越高,人们对纸与纸板的需求也越来越多样化、高档化,各种新颖的造纸和记国际不断涌现,它们对提高纸机运行性能、改善纸张质量、降低单位产品消耗、减轻环境污染以及增加经济效益等方面,均起着举足轻重的作用。 3.1 造纸和记国际的特点 (1)技术含量高、产量不等、品种多,归属于精细化工领域。 (2)应用技术强、产品的技术研发难度大,商业开发周期较长,因此可以归属于高新技术产业。 (3)作为造纸工业重要支柱的造纸和记国际,其材料的组成、性能的优劣不仅直接影响到纸产品的质量和档次,同时也在很大程度上决定着造纸工艺的技术进步和对环境的影响。 (4)造纸产业的发展和不断变化的纸产品市场需求不断促进造纸和记国际产业的快速发展。 3.2 目前中国造纸和记国际行业存在的问题与差距 国内造纸和记国际行业,在产品的性能、配套性、系列化、质量稳定性等方面,与国外大公司都存在明显差距。其原因为:科研组织方式落后,缺乏良好的科研环境,研究经费不充分,原料工业落后,生产工艺不精细、生产装置规模小、自动化程度偏低,缺乏产业协作和产学研协作。 3.3 造纸和记国际开发研究现状与发展 3.3.1 制浆与制浆和记国际的开发 制浆和记国际是造纸工业和记国际的重要组成部分。无(少)污染制浆技术、化学机械法制浆、废纸制浆需要制浆和记国际效率高、成本低、对环境影响小,同时可以提高浆料的得率。生物法制浆、生物漂白和生物脱墨技术需要相容性良好、协同作用强的化学助剂。无元素氯漂白(ECF)、全无氯漂白(TCF)的推广呼唤传统含氯漂白工艺的改革和低成本漂白及其助剂的开发,需要降低漂白后废水中的COD负荷。 3.3.2 湿部/干部和记国际 造纸湿部和记国际种类繁多,尤以淀粉价廉物美用量最大。仅以淀粉为例,就有着很多具有不同功能和特性的品种。很多问题需要新的技术视野:分子结构、电荷密度、功能基团。原淀粉用于纸板表面施胶以提高纸板的挺度和环压强度。 纸机成形部助留助滤和记国际的开发进步很快。在纸机成形部助留助滤和记国际的开发更是成果喜人。以阳离子改性淀粉/硅胶、阳离子聚丙烯酰胺/改性膨润土、聚氧化乙烯/辅助助剂等双元、多元助留助滤体系的开发及应用,解决了成形部面临快速脱水与有效留着的双重挑战,使得废纸原料使用比例的增大、纸机车速的提高、纸机白水封闭程度的增强得以实现。目前,国内部分新上马的高速新闻纸机已采用100%废纸原料,同时生产污水实现或接近“零排放”。在压榨部使用毛毯清洁剂,可以减少停机时间、延长毛毯使用寿命并改善纸张表观质量,而有机硅剥离剂的使用更是高速纸机纸页与烘缸快速剥离的重要保障。 3.3.3 施胶和记国际 在纸页施胶方面,由于AKD、ASA等施胶剂的开发和应用,使得造纸业正在由酸性抄造向中性、碱性抄造转换。纸机在中性、碱性条件下运行,具有诸多优点,如提高成品纸的白度和不透明度,提高纸品的抗返黄能力及耐久性,减轻设备腐蚀,降低废水污染负荷,并可以使用更加廉价的碳酸钙填料等。 为了进一步节约成本、提高效益,中性、碱性浆内施胶有重新采用改性松香的趋势,尤以阳离子分散松香为主。 3.3.4 特种纸和记国际 特种纸生产过程中,除原料或工艺可能不同外,通常还需要添加特别的和记国际,如无碳复写纸生产过程中需要添加无色染料、显色剂等制备的微胶囊,面巾纸生产时需加入湿强剂和柔顺剂,装饰纸生产需要浸渍三聚氰胺树脂等。 涂料是造纸和记国际的重要组成部分,包括颜料和粘合剂,其组分的优化与改进可以改善纸机的适印性、光泽性及其它物理性能。 3.4 造纸工业的发展拉动和记国际工业特别是化工助剂产业的快速发展 据不完全统计,目前国际主要的造纸大集团公司及附属企业在美国、西欧和日本三大市场消费的造纸和记国际价值近300亿美元,其中100多亿美元是普通的和记国际,例如氯气、填料、颜料和铝化合物,其余的200多亿美元是专用造纸和记国际。据统计,2006年世界造纸和记国际工业的销售额约为350亿美元,其中制浆和记国际100多亿美元,湿部和记国际100多亿美元,涂布和记国际150亿美元,而且世界化工前50强中近20家企业从事造纸和记国际的生产。但是,造纸和记国际也不断接受纸和纸板需求疲软的影响,尤其是国际金融危机的影响,导致生产造纸和记国际企业的利润下滑,一些从事造纸和记国际生产的跨国公司出现裁员减产,甚至出售部分业务偿还债务的局面。 近年来我国的造纸产业发展迅猛,纸和纸板的产量多年以高于GDP的速率递增,现居世界第一,而我国造纸业还有巨大的发展空间。发达国家造纸精细和记国际消费量占造纸工业总产量的2%~3%,并且还在不断上升,而我国所占比重不足1%。 可见无论是从造纸工业总产量提高拉动需求考虑,还是从造纸和记国际比重增大拉动需求考虑,我国都有巨大且快速增长的造纸和记国际市场,因此服务于全世界造纸企业的世界著名造纸和记国际公司,如陶氏化学、巴斯夫、纳尔科、巴克曼、科莱恩等纷纷抢滩登陆中国,独资或合资抢占国内市场,部分外国和记国际公司更是把生产基地、研发中心移师到中国,通过本土化扩大竞争优势。 同期我国造纸和记国际工业也高速发展。近十年来,我国造纸和记国际的产量和产值一直以大约10%的速度增长,2008年全国造纸和记国际的产值近600亿元,约占全国制浆造纸工业总产值的13.4%。我国造纸常用和记国际已经有了产业基础,并逐渐形成自己的产业和产品优势。如杭州传化华洋生产的荧光增白剂,苏州天禾和记国际公司采用无溶剂法开发的AKD蜡,均已达到国际先进水平;杭州纸友科技有限公司的变性淀粉,在国内造纸界取得较大市场。不过,总体来说,无论在经营规模上,还是在产品质量上,我们与世界先进水平还有很大的差距。 4 时代呼唤绿色化工发展中的绿色造纸发展战略 绿色化工理念的不断形成和发展,成为指导发达国家造纸绿色化工的重要理论指导和技术支撑。在此过程中,世界造纸和记国际行业为更好服务于造纸产业表现出两种发展趋势:一是通过兼并、整合、重组形成综合性造纸和记国际公司,使得本来只有个别主打产品的造纸和记国际企业短期内获得其他类优质和记国际的技术和市场,并且通过公司内部资源整合后,仅单个企业就可能为造纸企业提供全套的制浆造纸和记国际;二是校企合作,整合资源,实现跨领域、跨行业联合攻关,如造纸和记国际企业、造纸机械企业、印刷企业、包装企业等联合出资或公用实验资源,就造纸涂布工艺展开联合研究。本质上是整合全社会资源推动某一行业快速发展,进而拉动相关产业的发展。 我国造纸工业整体上远落后于发达国家,在环境治理与资源利用方面表现尤为突出。如吨纸COD排放量,单位产品清水、木材、电能等消耗量均远高于发达国家,而我国人均森林拥有面积约为世界平均水平的1/5,水资源是世界平均水平的1/4,面对我国快速发展的造纸工业,资源的严重不足问题日益严重。近年来为了缓解我国纤维原料的不足,每年进口大量废纸,2008年废纸进口量占世界总出口量的50%以上。纤维原料对外的高度依赖成为制约我国造纸业建康发展的主要问题之一。 但毋庸置疑,我们也取得一些进步,林纸一体化项目有望在可预见的将来初步告别植物纤维短缺的窘境;另一方面在我国纸及纸板产量由1995年的2400万吨增至2008年的8000万吨,产量增大至3.33倍的情况下,主要污染物COD排放量却降低到原水平的51%,切实做到了增产减污。不过存在的问题依然很多,面临的形势依然严峻。2007年造纸废水COD排放量占全国工业COD总排放量的34.74%,而GDP贡献率不足3%。重庆市是我国首座发布绿色GDP的城市。2005年6月,重庆市对40个区县19个行业2002年数据进行了核算,发现造纸行业的绿色GDP为负,即造纸行业赚的钱还不够治理其造成的污染。因此,我国必须发展由绿色化学支撑的绿色造纸工业,真正实现我国造纸业的可持续发展。 5 发展绿色造纸和造纸和记国际产业的几点认识 5.1 造纸是绿色产业,生命树常青,造纸和记国际前景广阔 (1)绿色造纸和记国际是造纸业进一步发展的重要支撑,是促使传统造纸业向可持续发展的、环境友好的绿色造纸转化的重要力量。 (2)我国造纸和记国际企业面临挑战与机遇并存,要关注国内快速发展的巨大造纸和记国际市场,更要不断提升自己的实力,以应对国外造纸和记国际公司的激烈竞争。 5.2 提升造纸和记国际产业的核心竞争力 (1)通过资源整合、兼并重组,做大做强造纸和记国际产业。 (2)大力开展产学研活动,提高造纸和记国际产业的科技创新力。 (3)学习、借鉴国外造纸和记国际行业的发展模式和管理经验,提升我国造纸和记国际的现代企业运行水平。 (4)注重跨学科、跨行业联合攻关,开发新产品、新技术,推动企业的技术进步。 (5)针对我国造纸产业的发展特点与要求,组织力量就相关专题,如废纸制浆、高阴离子垃圾含量的纸浆助留助滤技术、废纸浆白水全封闭循环关键技术等进行专题研究,以促进绿色造纸的发展,同时给自己创造新的产品空间。 (6)加强绿色化工技术和高新技术产业如材料科学、生物化工技术等领域的融合,开拓新的交叉学科产品和相应的新技术,以迎接造纸技术的革命性发展。
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