优质林木生物质能源树种——栓皮栎
栓皮栎(Quercus variabilis Bl.) 壳斗科栎属,俗称橡树,是我国特有的落叶乔木,分布广,北自辽宁,河北,陕西,甘肃南部,南到两广,西到云南,贵州,四川,而以鄂西,秦岭,大别山区为其分布中心;朝鲜,日本也有分布。
一、植物学特性
落叶乔木,高达23米;树皮灰褐色,深纵裂,木栓层厚而软,深褐色。叶椭圆状披针形或椭圆状卵形,长8-15厘米,宽2-5厘米,顶端渐尖,基部圆形或阔楔形,边缘有刺芒状细锯齿,背面密生白色星状细绒毛,侧脉9-18对;叶柄长1.5-2.5(-3)厘米。雄花序生于当年生枝下部,雌花单生或双生与当年生枝叶腋。壳斗杯状,几无柄,包围坚果2/3以上,直径1.9-2.1厘米;苞片锥形,粗刺状,反曲;坚果近球形或卵形,直径1.3-1.5厘米;果脐隆起。花期4月,次年10月果熟。
二、生长特性
栓皮栎喜光,常生于山地阳坡,但幼树以有侧方庇荫为好。对气候,土壤的适应性强。能耐-20℃的低温,在pH4-8的酸性,中性及石灰性土壤中均有生长,亦耐干旱、瘠薄、而以深厚、肥沃、适当湿润而排水良好的壤土和沙质壤土最适宜,不耐积水。幼苗(1-5年生)地上部分生长缓慢,地下主根则迅速生长,以后,枝于生长逐渐加快。在生长季节,由于水分等条件的变化,能有1-3次新梢生长,栓皮栎总的生长速度中等偏慢。深根性,主根明显,侧根也很发达,成年树根达6-7m,故抗风力强,但不耐移植。萌芽力强,易天然萌芽更新,寿命长。
三、 应用价值
栓皮栎是优质林木生物质能源树种。栓皮栎具有如下优势:首先,栓皮栎为优质薪柴,火力旺、耐燃烧,所以欧盟很多国家已经开始将废弃的橡树枝桠在高压及加热条件下压缩成棒状、颗粒状且质地坚硬的成型物来作为发电燃料和工业锅炉燃料。其次,栓皮栎具有较强的生态稳定性,到目前为止,并未有关于栓皮栎发生大面积病虫害的报道,可以与槐树、胡枝子等植物建立混交能源林。另外,栓皮栎适应性强,耐干旱瘠薄土壤,适宜于在山区发展,有大量的荒山荒地可供利用,不与农争地,不影响粮食生产。
栓皮栎是重要软木资源树种。其软木具有比重小、浮力大、弹性好、不透水、不透气、绝热、隔音、耐压、耐摩擦及耐酸、耐碱、不与化学药品起反应等优良特性,素有“软黄金”之称,是我国轻工、汽车、飞机、轮船、高级装饰建材不可缺少的原料。软木饰材以其绿色环保、回归自然、返朴归真等诸多优势,将广泛地进入装修领域,软木装饰材料也正在逐渐受到国人的青睐。栓皮栎是良好的绿化观赏树种。树干通直,枝条广展,树冠雄伟,浓荫如盖,秋季叶色转为橙褐色,季相变化明显,孤植、丛植或与它树混交成林,均甚适宜。
四、 高效繁殖
栓皮栎大多以种子繁殖,后代遗传变异大,并且橡实象鼻虫的侵害使种子不能较长时间贮藏,而传统的无性繁殖(扦插)困难,目前栓皮栎嫩枝扦插成活率仅为56%,硬枝扦插成活率10%,优良株系的繁殖远不能满足发展的需要。建议用李长潇研究员发明的科隆植物非试管高效快繁技术,该技术生产成本低、操作简单,适应性极广,大规模生产繁殖系数高,一年四季都可进行连续快繁,并按几何数量增长,能快速满足供应市场。
林业生物质能源是通过植物的光合作用贮存于植物中的太阳能,是一种可再生能源,就其能源当量而言,仅次于煤、石油、天然气。据估算,我国现有可作为林业生物质能源利用的原料约3亿吨,折合标准煤约2亿吨。http://news.xinhuanet.com/politics/2007-01/12/content_5595915.htm
林业生物质能源布局重点:对主要木本燃料油能源树种进行良种化,加快现有低产低效林改造和丰产栽培示范。 开展高生物量、抗病虫害的柳类、栎类、其它灌木类等速生短轮伐期能源树种培育,以柳树、栎类、其他灌木类等速生短轮伐期能源树种为主,培育改造木质能源林预计每年可提供总装机容量100万千瓦生物质直燃发电的木质原料。植物纤维素转化燃料乙醇工艺技术的研发,尽快使植物纤维素生产燃料乙醇达到实用化。
文/段劼 李海英 贾黎明
近期,国家发改委连续发布了《“十四五”生物经济发展规划》(以下简称《生物经济规划》)和《“十四五”可再生能源发展规划》(以下简称《可再生能源规划》)。《生物经济规划》是我国首部生物经济五年规划,也是“生物经济”概念的首次提出,聚焦面向人民群众在医疗 健康 、食品消费、绿色低碳、生物安全等领域更高层次需求和大力发展生物经济的目标。生物能源是《生物经济规划》中的战略性新兴产业,与生物医药、生物农业、生物安全一起被列为生物经济的四大重点发展领域。《生物经济规划》中提到,发展生物能源对维护国家能源安全、粮食安全、生态安全,实现乡村振兴与绿色发展具有重要意义。《可再生能源规划》中指出发展生物质能源对于碳达峰和应对气候变化具有重要作用,是保障国家能源安全的重要选择,是我国生态文明建设、可持续清洁能源发展、建设生态宜居美丽乡村的客观要求。林业生物质能源发展正处于大有可为的战略机遇期。
林业生物质能源产业是生物经济与可再生能源的重要组成部分
《生物经济规划》中将生物能源定位为生物经济的支柱产业,目标是推动化石能源向绿色低碳可再生能源转型。《可再生能源规划》明确提出了将推动林业生物质能源多元化开发,包括生物质发电、生物质能清洁供暖、生物天然气和非粮生物质液体燃料四种类型,与《生物经济规划》中提到的生物能源领域产业发展类型一脉相承。此外,《生物经济规划》还明确了林业生物能源领域产业发展可采取的工程路径,包括:定向选育、推广和应用高产、高抗、速生的油料和能源林新品种,因地制宜开展生物能源基地建设,加强热化学技术创新,推动高效低成本生物能源应用在有条件的区域开展纤维素乙醇、生物柴油、生物天然气产业示范,打通生物质原料收集等重要环节,提高生物燃料生产规模建设以生物质热电联产、生物质成型燃料及其他可再生能源为主要能源的产业园区支持有条件的县域开展生物质能清洁供暖替代燃煤,稳步发展城镇生活垃圾热电联产,推进生物质成型燃料、沼气等生物质能清洁取暖在有条件的地区开展生物柴油推广试点,推进生物航空燃料示范应用。
我国国情特殊,富煤贫油少气,当前原油对外依存度超过70%,能源安全问题突出。同时,我国人口基数大,18亿亩耕地的红线不能突破,发展生物质能源不可能像国外一样使用粮食原料,必须以“不与人争粮、不与粮争地”为原则。依托我国46亿亩林地发展林业生物质能源是最佳选择,可以促进对化石能源的加速替代,保障国家能源向低碳、零碳方向发展,同时兼顾生态、粮食、能源和 社会 多重效益。
林业生物质能源具有可再生、储备量大、能值高、绿色低碳、能源转化类型多、安全等特点,是生物经济产业和可再生能源的重要组成部分,是绿色低碳能源银行。林业生物质能源不仅能促进实现碳中和,部分产业还可实现负碳排放。两个《规划》是在我国迈向“双碳”目标和第二个百年目标的背景下提出的,为我国林业生物质能源提供了巨大的发展机遇。
北林能源中心致力林业生物质能源产业发展
自2013年以来,依托于北京林业大学“国家能源非粮生物质原料研发中心”和“林业生物质能源国家国际 科技 合作基地”等科研平台,在国家自然科学基金、 科技 部 科技 基础资源调查专项和国家国际 科技 合作项目等支持下,北林林业生物质能源研发团队经过10年多系统研究,助力“能源林”写入新版《森林法》,牵头编制了《能源林培育技术规程》《油料能源林培育技术规程》和《纤维素乙醇能源林培育技术规程》等3项林业行业标准,协助国家林草局生物质能源办起草发布了刺槐、灌木、文冠果、元宝枫、欧李、山桐子等7项能源原料林可持续培育指南。在高能效先进生物质原料林可持续经营技术和“林油一体化”产业可持续发展模式等方面取得了重要标志性科研成果,为落实两个规划奠定了雄厚的技术基础。
(1)高能效先进生物质原料林可持续经营技术
为解决限制我国林业生物质能源产业发展原料短缺这一瓶颈问题,在 科技 部国家国际 科技 合作项目和教育部重大项目培育项目等的支持下,北林团队以刺槐、柠条、沙棘、沙枣、胡枝子、紫穗槐、三倍体毛白杨B301、欧美107杨、文冠果、无患子、黄连木等11个主要能源原料树种为研究对象,创新形成了高能效先进生物质原料林可持续经营技术。团队基于雄厚的前期研究基础,依托 科技 部“林业生物质能源国家国际 科技 合作基地”,与德国哈尔博格学院、西班牙马德里理工大学等一流高校的相关机构,围绕燃料型、燃油型能源原料林可持续经营技术开展了务实合作,形成了刺槐和杨树能源林高密度超短轮伐培育技术体系,生物质收获量比原有培育模式提高20%以上;形成了立地-树种(品种)适配、合理密度确定、平茬复壮等灌木能源林培育技术体系,生物量提高35%,还可形成能-饲联产产业体系;建立了我国主要燃油树种高含油率、高皂苷含量优良种质资源筛选技术,可实现多目标利用最优种质精确选择,并形成了系列新品种;形成了无患子、文冠果等主要燃油树种种质资源经济性状与立地适配、冠形及花果精准调控等原料林高效标准化培育技术,果实原料产量比现有措施分别提高47.4%和51.0%提出了国际接轨的能源原料林培育经济、环境、能耗可持续评价指标体系和评价技术。以上技术为保障林业生物质能源产业原料稳定供应奠定了坚实基础。
文冠果高产单株
刺槐高密度超短轮伐原料林
杨树高密度超短轮伐原料林
柠条饲能兼用原料林
(2)“林油一体化”产业可持续发展模式
为解决我国林业生物质能源产业原料供应不足、原料林培育技术体系不完善、产品单一、企业投资回报期长等问题,北京林业大学团队牵头,联合我国林业生物质能源龙头企业开展了“林油一体化”产业可持续发展模式及相关因素研究。以无患子、小桐子、光皮树等油料能源树种为研究对象,创新提出了“优良无性系种植园原料林培育模式+多联产产业链可持续发展模式”。研究表明:无患子无性系种植园的果实产量是实生林的2.3倍,经济效益是实生林的3.3倍,林油-皂-碳多联产产业链扭转了仅生产生物柴油的亏损局面1吨无患子干果的净收益可达3.5万元;1吨无患子生物柴油的碳足迹为-11.5t CO2eq,相比石化柴油,温室气体减排量达15.2 t CO2eq/t。除此之外,研究还形成了我国自主创新的“林油一体化”生产工艺及多联产路线图提出了符合我国国情的优先享受营造林普惠财政补贴政策、国家种业和良种优惠政策、财税优惠政策等7条产业可持续发展扶持政策建议。该模式为我国乃至世界林业生物质能源“林油一体化”产业发展提供了一条优化路径,对推进我国林业生物质能源产业高质量发展具有重要现实意义。
林业生物质能源生物产业发展展望
十多年来,北林林业生物质能源研发团队已基本摸清了适合各主要气候区的各类型最优能源原料发展树种,并围绕这些树种构建了原料高产稳产培育技术体系,在各能源林树种主要发展区域建立了优良种质资源收集与种植试验基地,作为技术支撑单位有效带动了一大批坚定开展林业生物质能源相关领域研发与推广应用的企业。同时,在国家林业和草原局的带领下,建立了“无患子产业国家创新联盟”“国家林草刺槐工程技术研究中心”等。这些平台的建立打通了 科技 成果转化通道,形成了林业生物质能源产业的良性合作和推广转化机制,在我国林业生物质能源原料树种良种选育和原料林培育、应用开发、绿色精深加工等方面实现了“政产学研用”的有机结合,为逐步形成有效的林业生物质能源市场化开发机制奠定了重要基础。
两个《规划》的发布为我国林业生物质能源的发展提出了纲领,也为“能源中心”的 科技 创新指明了方向。“十四五”期间,“能源中心”制定了8大专项计划共27条具体措施,将重点在油料能源林、固体燃料能源林及纤维素能源林等方面开展理论和技术突破,并开创淀粉能源林、新型林草生物质能源等新领域,在行业标准化建设方面继续发挥积极作用,扩大在生物质能源领域的国内外影响力,助力我国生物经济与林草生物质能源事业高质量可持续发展,最终为服务国家“双碳”战略和维护我国能源安全发挥重要作用。(作者单位系北京林业大学国家能源非粮生物质原料研发中心)
所谓“高光效植物”,就是指那些光合作用效率高于5‰的植物,例如甘蔗、玉米、甜菜、甘薯等,它们具有更高的吸收二氧化碳的能力。选育和大面积种植高光效植物,已成为生物质能开发利用的重要途径,在林业方面研究和培育光合作用效率高、成长快、繁殖力强的树种,十分重要。新西兰用“无土栽培法”快速繁殖杨树,一个树芽在一年内就可繁殖出100万棵树苗,这种小树苗,3个月内便可长成1.5米高的幼树。
为了快速、增量获得生物质能的原料,许多科学家在研究林木培育技术。美国宾夕法尼亚州大学培育出一种杂交白杨。这种白杨能使6‰的太阳能转化为碳水化合物,生长得特别快,且可密植,每平方米平均可栽培2~3棵。成材砍伐后,留下的树桩还会长出新树。种植这种杂交白杨,生产、砍伐、管理都很简便。美国加利福尼亚大学还成功地用“无土栽培法”无性繁殖了一种红杉。采用这种方法,能使同一良种木材产量增加50%。
以森林植物及其副特产品为主要原料,借化学或生物化学的方法加工成各种产品的工业。它与森林采运、木材工业等部门构成森林工业。林产化学工业对充分合理利用森林资源、发展多种经营、提高木材综合利用率起着重要作用。
发展历史
森林化学产品从简单的利用发展到近代的工业生产有着悠久的历史。人类约在1万年前对树木泌出物已有利用。造纸的起源,可追溯至公元前3000~前2500年,埃及人将生长在尼罗河的纸莎草髓心压制成一种书写材料。但真正纸的制造,世人公认约在公元105年为中国人所发明。这项技术于12世纪传到欧洲,14世纪末制造技术得到改进,直至17世纪发展成为一项工业。18世纪初美国建立了世界第一座纸厂。初期造纸的原料主要为破布。由于造纸原料的缺乏,1841年机械法木浆造纸发明以来,各种造纸方法不断出现,到20世纪已发展成为现代化大规模生产的工业部门。
松脂制品,英文称“Naval stores”,与“海军补给品”一词相同。此名起源于早期从木材提取出状如焦油沥青的物质作为木制船捻缝以及涂于绳索防水作维护之用。后来发现从松树可获得量大质佳的松香、松节油及由它衍生出来的各种产品而发展成为一项工业。松脂制品工业最早在北欧林区出现,于1608年传至美国东部及东南部,19世纪初已成为当时大宗商品之一。1857年法国在采集和生产技术方面作了改进,于1909年实现商业化。俄罗斯采脂始于1780年,1922~1923年(苏联时期)开始采用化学刺激法而使产量大增。20世纪初期瑞典开始以针叶树材为原料用硫酸盐法制浆时回收松节油和松香,随后世界各国以该法造纸回收松脂制品的技术不断改进而发展成为高技术的化学工业之一。
利用植物单宁鞣皮,从古埃及的坟墓中证实,已有4490年的历史。而用于鞣革的栲胶工业是随着制革工业的兴起才发展起来的。1803年已有槲树皮液体栲胶的生产,继有块状栲胶及粉状栲胶的出现。主要的生产国家有阿根廷、南非、苏联、巴拉圭、德国、法国、巴西等。主要品种有166136木、栗木、黑荆树皮及橡碗、诃子等栲胶。
木材干馏也起源于古埃及。通过干馏不仅制得木炭,还可回收流体木焦油和木醋液。后者可用以保存尸体。早期的木材干馏主要用以取得木炭。使用针叶树材干馏时还可得到木焦油和松油。随着染料中间体和有机合成工业的发展,对木精和醋酸需求量增加,世界各国,特别是美国与匈牙利都在积极发展木材干馏工业。后来这些产品可以从其他途径取得而使该工业受到影响。活性炭是木材热解中的重要产品。20世纪初问世以来,因其吸附及脱色性能都优于当时制糖工业常用的骨炭而需求量大增。第一次世界大战期间由于用作防毒面具吸附剂而称著于世,成为一种用途广泛的吸附剂。之后制造方法不断改进,新用途陆续发现,当今仍在发展中。
木材水解,本世纪初在德国即进行工业试验。1910年美国开始建立以木屑为原料用稀硫酸水解的方法生产酒精的工厂,因得率低而关闭。在此期间德国用类似方法生产酒精,并发现用40%浓盐酸在常温下很易使纤维素溶解,而逐步发展成为浓盐酸水解制取结晶葡萄糖的方法。第二次世界大战期间,德国、苏联、美国均对稀硫酸水解法进行了深入的开发研究并相继建厂投产。主要产品是酒精,还可生产饲料酵母、木糖醇、糠醛等。日本在50~60年代又进行过各种水解方法的研究,由于木材价格上涨而中断。自本世纪中叶,木材水解这一工业已逐步过渡到以植物原料为主的水解工业。
紫胶虫及其寄主植物和紫胶的使用,在公元前15~前10世纪印度梵文《吠陀经》等古籍中已有记载。这种印度紫胶虫在公元前80年用于生产有色物质称紫胶染料,而作为更有价值的树脂直到16世纪才被人们所认识。自1869年苯胺染料发明以来紫胶染料工业宣告结束。这种粗制的紫胶经过加工或精制可制成紫胶片,用它制成的涂料、绝缘材料、粘结剂等均具有特殊的优良性能。到20世纪50年代前后紫胶发展成为重要的天然树脂工业之一。在世界范围内,各国林化生产各有侧重。英国、加拿大和北欧一些国家以木材制浆造纸为主,同时生产浮油松香、木素磺酸盐、香草素、酒精、饲料酵母等。日本除制浆造纸外,并有松香、松节油的再加工,木炭、活性炭及香蕈生产。苏联除制浆造纸外,在木材水解、木材热解及松脂加工方面占有重要地位。
中国从商代(公元前16~前11世纪)冶铜遗址中发现过残遗木炭。早在西汉时代已经用植物纤维造纸,东汉蔡伦总结西汉用麻质纤维造纸的经验,采用树皮、麻头、破布等为原料,用石灰沤制,提高了生产效率和纸张质量。这种当时称为“蔡侯纸”的发明,为人类文明作出了巨大贡献。造纸业到唐朝进入极盛时代并逐渐传到国外。随着近代造纸技术的发展,造纸原料从草本纤维转用木材纤维,清代末期开始建立机制纸工厂。1000多年前的《神农本草经》中有松脂作为药物的记载。在林副特产品如五倍子,自古就以药用著称,有敛肺、止血、化痰等疗效;白蜡虫的放养和蜡的加工,自元代即有记载;公元3世纪已知道利用紫胶作涂料、火漆和药用。中国在木炭、桐油、茶油、松脂等利用方面从古代的简单采集,手工式作坊式的生产,逐步发展到具有现代化水平和建立一定规模的松香加工厂、栲胶厂、水解厂和干馏厂。
从20世纪50年代开始,中国的林化事业发展很快,到80年代末已经建成以树木提取为主体,包括植物水解(见植物原料水解)与木材热解等门类组成的林化工业体系。
生产内容
树木的干、枝、根、皮、叶、花、果,木材加工剩余物(板皮、木屑、碎片),林木受伤后流出的分泌物、寄生昆虫作用的形成物、树木以外的森林植物等,都可作为林产化学加工用的原料。
木材制浆造纸
是林产化学工业中历史较长、产量最大、产值最高的产业门类。许多国家已独立组成生产体系。世界纸和纸板总产量1988年为22632.9万吨,纸浆产量为16055.1万吨。纸浆产量中90%以上由木材制造。世界每年纸与纸板人均耗量为40余千克。中国造纸工业80年代初以来发展较快,据国家统计局公布,机械纸及纸板的产量1980年为535万吨,1985年为911.15万吨,1988年为1264.5万吨,品种达500多种。木材在造纸纤维原料中所占比重不大,约占20%,竹材占8%,非木、竹材占70%以上。以木材为原料的较大纸厂有佳木斯、广州、南平和青州等造纸厂。以草类浆为原料的有民丰、华丰、岳阳等造纸厂。中国的纸厂中,小规模占多数,污染比较严重,今后随着对制浆纸方法的改进,将逐步减轻污染,提高浆的得率和质量,增加以木材造纸的比重。
树木提取物加工
木材的非细胞壁物质(内含物),存在于细胞壁间和细胞腔内,分子量较低。用水、水蒸气或有机溶剂提取出加工的产品,如栲胶、单宁酸、樟脑、木本精油以及林木受伤后流出的分泌物,如松香、橡胶乳汁经提炼加工后所得的产物,统称树木提取物(见木材提取物)。
松香、松节油
是重要的林化产品之一。有三个来源:一是从松树立木采脂得到的松脂通过蒸馏分离出的非挥发性部分称脂松香,挥发性部分称脂松节油;二是从富含树脂的松根(即明子)经有机溶剂浸提取得的产品称木松香、木松节油;三是从松木硫酸盐法制浆的浮油中制得的称浮油松香,用该法回收的松节油副产物称硫酸盐松节油。中国脂松香和脂松节油的比重占各类松香、松节油总量90%以上。采脂用的树种,中国以马尾松为主,美国为湿地松和长叶松,苏联为欧洲赤松和西伯利亚松。世界的松香20世纪80年代以来年产量约110万吨,其中中国30余万吨,居世界首位。
中国的松香再加工始于20世纪70年代初期。产品有聚合松香、歧化松香、马来松香、氢化松香、松香胺、松香酯(见松香脂和改性松香)等。松香经过改性可改善其原有性能,进一步扩大松香的使用范围和提高它的使用价值。松节油的主要组分是α-蒎烯和β-蒎烯。用松节油可制得合成樟脑、冰片、松油浮选剂、萜烯树脂、松油醇、芳樟醇和从松节油的重油部分生产异长叶酮等。中国的松脂加工厂中多采用蒸汽法,部分工厂已实现生产连续化和部分工序自动化。70年代初广东省蕉岭县松香厂首先改造为连续化生产的工厂。梧州松脂厂是规模最大的连续化生产的工厂,松香年生产能力达6万吨,松香、松节油系列产品近20种。较大的工厂还有德庆林产化工厂、信宜松香厂、岑溪松香厂、武平林产化工厂等。
栲胶与单宁酸
由富含单宁的木材、树皮、果壳、五倍子经加工制成的各种产品。用作鞣皮剂、木材胶粘剂、磺胺增效剂等。世界年需栲胶量约30万吨,来源于南非联邦、阿根廷、巴西、意大利生产的黑荆树、167137木、栗木三类栲胶。这些国家资源较集中,生产规模多在万吨以上。具有原料基地化、生产大型化等特点。中国以利用杨梅、橡碗、落叶松多种森林资源或野生资源生产栲胶,年产量4万吨以上;生产规模较小;利用五倍子作原料生产单宁酸、桔酸等。上述产品用于制革、化工、冶金、石油制药、印染、饮料、食品等部门或行业。中国生产规模较大、技术条件好的栲胶工厂有内蒙古牙克石,广西百色、武鸣等厂。原贵州遵义第二化工厂、湖北竹山林化厂生产单宁酸为主,同时生产桔酸、焦棓酸、苯甲醛等精细产品。
植物原料水解
植物原料(包括木材)中的纤维素、半纤维素在催化剂作用下水解生成单糖,进一步可转换成酒精、饲料酵母、糠醛、木糖等产品。苏联水解工业最发达,采用稀硫酸渗滤法生产酒精,利用富含半纤维素的植物原料生产饲料酵母和糠醛等。中国在20世纪50年代利用木材开始建立木材水解厂,生产酒精与酵母,或利用农、林剩余物建立糠醛厂。糠醛年产量约4万吨。
木材热解
薪炭材、木屑、果壳或木质材料在隔绝空气或通入少量空气条件下,使之分解而制得各种热解产物。木材热解领域中木炭的烧制历史最为悠久。中国迄今在林区和农村仍大量生产,年收购量达50万吨以上。木炭除用作生活和工业燃料外,还可用作冶金的还原剂,金属精制时的覆盖剂、渗碳剂等。经活化后制得具有吸附力强的活性炭,用作饮水、废水处理、空气净化、烃回收等方面的吸附剂。中国活性炭年产量由20世纪50年代1000吨左右到80年代末达到4万吨以上。
木材干馏
根据原料不同有以下几种:①阔叶树材干馏,主要产品为木炭、醋酸、甲醇、木焦油、杂酚油;②根材干馏,产品有松炭、松焦油、干馏松节油和松油;③桦皮干馏,产品为桦皮焦油等。
木材气化
木材在高温下部分燃烧并转变为可燃性气体的热解过程。生成的气体含一氧化碳、氢、甲烷等,可作为燃料合成原料。
木材处理与化学改性
木材经过防腐、防虫、防火处理以达到提高木材质量、延长使用寿命的目的。20世纪70年代以来,世界各国日益重视木材防护。枕木经过防腐、防虫处理比未处理的提高使用年限3~5倍。美国仅木材防腐一项约占加工锯材的40%左右,相对地每年少采伐4600万立方米的木材。中国年防腐材仅70万立方米,急待大力加强。防腐处理后的木材主要用作枕木、坑木。木材经过化学改性可增强抗水性和机械强度,改善木材表面性状及耐燃、耐腐性能等。在中国习惯把木材处理和化学改性列入木材工业范畴。
其他
中国有放养的紫胶虫、白蜡虫(见白蜡)、棓蚜虫(见五倍子)等,在适生环境和条件下,可以从中取得经济价值较高、数量较大的林特产品。昆明紫胶厂规模较大。广州龙眼洞林场紫胶厂除生产脱色胶外还回收食用色素。
科学研究和教育
为适应林化工业发展,50年代中国东北、华东、西南以及北京设置有林产化学研究室。1960年在南京建立中国林业科学研究院林产化学工业研究所。根据各地区资源特点在四川、广东、广西、浙江、福建等省(自治区)林业研究所相继设置了林化研究室。高等院校和规模较大的林化工厂也设有林化研究机构或课题组。中央建立了林产工业设计院,承担建厂设计任务。
林产化学加工的研究,除木材制浆造纸外主要分三大类:①树木提取物加工,重点为松香、松节油和栲胶;②木材化学加工,通过水解或热解的方法取得酒精、酵母、糠醛、木炭、活性炭、木煤气等;③对林特产资源进行开拓性的化学利用。松脂的采集从20世纪50年代开始施用硫酸黑膏和亚硫酸造纸过程中的酒精醪液作为化学采脂法的刺激剂,提高了松脂质量和劳动生产率。松脂的加工技术对原有直接火滴水法进行了技术改造。蒸汽蒸馏法逐步向连续化发展,使生产效率提高1倍以上,质量明显改进。从60年代至今研究了多种松香再加工产品及用松节油制备合成樟脑、合成冰片、萜烯树脂等。热解方面对制木炭烧炭窑的窑型作了改进。提出了各种型式的连续炭化活化炉、流态化活化炉以生产不同类型的活性炭,提高生产能力和改进质量。水解方面,50年代和60年代对稀酸常压法、中压法、浓硫酸大酸比法、小酸比法、振动磨法、酶水解法都作过大量试验,浓硫酸法中一些已达到中试规模。
1956年南京林学院首先建立林产化学与工程专业,1959年扩建为系。东北林学院、北京林学院(上述三院现改名为林业大学)、中南林学院、福建林学院相继设置相应的专业。南京林学院1964年在林化系中设立制浆造纸专业。南京林业大学和中国林业科学研究院林产化学工业研究所,经国务院学位委员会批准,获林产化学加工硕士学位与博士学位授予权,东北林业大学有硕士学位授予权。
展望
森林不仅在调节气候、保持水土、保护生物基因等方面具有优越的生态功能,也是人类从森林再生资源取得化学产品和能量的来源。它可以利用伐区和木材厂的“废料”以及农、林“剩余物”加工成种类繁多的产品;树木的内含物可采取各种方法与方式加以利用。还可以对木材和各种林产品进行化学改性或化学处理,以提高产品的使用价值和扩大用途。根据世界的经济发展和中国实际情况,今后林产化学工业的发展趋向主要为:①建立速生优质原料基地,进一步稳定和发展林化生产。中国的林化产品如松香、栲胶绝大多数是利用原有森林资源。因资源分散,规格不一,收集困难,原料与产品的质与量得不到保证,进一步发展受到限制。只有实现原料的良种化、基地化,既有利于改进目的树的品质,又便于管理和采集,才是促进林化工业现代化和取得高效益的主要途径。②加强林化产品的深度加工和开发。现有的林化产品品种单一,初制产品多,改性产品少。除提高原有的产品质量扩大其使用范围外,对初制产品的再加工逐步向精细化延伸,使林化工业向更高一级阶段发展。木炭、木煤气、酒精是生物质能的来源,活性炭用于废水处理和防治空气污染,酵母、葡萄糖等对日益增长的世界人口和畜牧业的需求将取得应有的发展。③重视科学研究和科学技术人材的培养。林化产品种类繁多,均属天然有机化合物,成分复杂。进一步开发利用,将遇到对产品的成分、结构、性质和分离技术等问题。为适应林产化学工业的发展,需要有化学家、生物学家、化学工程学家、木材学家、遗传学家、生理学家、林学家的跨学科的合作;还应开展新工艺、新技术的研究,加强应用技术的基础研究,并培养一支适应新形势的、多层次的科学技术队伍。
《中华人民共和国循环经济促进法》第三十四条规定,国家鼓励和支持农业生产者和相关企业采用先进或者适用技术,对农作物秸秆、畜禽粪便、农产品加工业副产品、废农用薄膜等进行综合利用,开发利用沼气等生物质能源。
国务院办公厅《关于加快推进农作物秸秆综合利用的意见》中的基本原则是统筹规划,重点突出;因地制宜,分类指导;科技支撑,试点示范;政策扶持,公众参与。以及大力推进产业化,加大政策扶持力度。
2009年1号文件《中共中央国务院关于2009年促进农业稳定发展农民持续增收的若干意见》中的第7条:加快发展畜牧水产规模化标准化健康养殖。
国家各部委相关政策
国家发改委的“生物质能综合利用示范项目”中示范内容有:生物质成型燃料。以农作物秸秆、林木枝桠材、农林产品加工剩余物等生物质为原料,生产颗粒状、棒状和块状等致密成型燃料,主要用于为农村和小城镇居民提供炊事、取暖等生活燃料,多余产品可向市场出售。通过示范项目建设,完善生物质成型技术,建立生物质成型燃料的商业化经营模式。
农业部的《农业生物质能产业发展规划》:到2010年,重点在东北粮食主产区、黄淮海粮食主产区和长江中下游粮食主产区建设村镇级秸秆固化成型燃料示范点500处。
财政部的《生物能源和生物化工非粮引导奖励资金管理暂行办法》第二条中央财政安排生物能源和生物化工非粮引导奖励专项资金,用于支持以非粮为原料的生物能源和生物化工放大生产,优化生产工艺,促进生物能源和生物化工产业健康发展,专项资金支持范围:(一)秸秆类木质纤维制乙醇放大生产示范;《秸秆能源化利用补助资金管理暂行办法》第四条支持对象为从事秸秆成型燃料、秸秆气化、秸秆干馏等秸秆能源化生产的企业。工业和信息化部的《国家长期粮食安全中长期规划纲要(2008~2020年)》中第四点:保障粮食安全的主要任务。(二)利用非粮食资源。加快农区和半农区节粮型畜牧业发展,积极推行秸秆养畜。转变畜禽饲养方式,促进畜牧业规模化、集约化发展,提高饲料转化效率。
科技部的《国家科技支撑计划“十一五”发展纲要》第4点农业中的重大项目(1)农林生物质工程。以充分利用我国农林生物质材料、促进循环农业发展为目标,以农作物秸秆、林业采伐及加工剩余物、畜禽粪便等农林剩余物及能源植物为主要原料,重点研究高活性糖化酶和纤维素酶制造、共代谢基因工程菌构建、非相变产物分离、分子合成、接枝共聚、生物可燃气高效转化、低成本农林生物质集储、专用能源植物培育等共性关键技术,突破农林生物质转化过程中降解与改性、分离与合成、能源和材料转化等环节的技术瓶颈,构建农林生物质转化创新技术平台。
环境保护部《关于公布资源综合利用企业所得税优惠目录(2008年版)的通知》中三、再生资源第16项综合利用的资源指:农作物秸秆及壳皮,包括粮食作物秸秆、农业经济作物秸秆、粮食壳皮、玉米芯。生产的产品是代木产品、电力、热力及燃气。技术标准要求产品原料70%以上来自所列资源。
国家税务总局《关于发展生物能源和生物化工财税扶持政策的实施意见》中规定了生物能源与生物化工财税扶持政策的原则是:国家鼓励利用秸秆、树枝等农林废弃物,利用薯类、甜高粱等非粮农作物和小桐子、黄连木等木本油料树种为原料加工生产生物能源,鼓励开发利用盐碱地、荒山和荒地等未利用土地建设生物能源原料基地。今后将具备原料基地作为生物能源行业准入与国家财税政策扶持的必要条件。介绍了秸秆高效生态循环利用技术集成创新工程:秸秆高效生态循环利用工程技术,是以玉米秸秆制取低浓度酒精技术、秸秆固体燃料烘干果蔬技术、秸秆固体燃料烘干粮食技术为核心技术,集成 “玉米秸秆固体燃料成型技术”、“秸秆酒糟饲养牛、羊、鹅、鸭技术”、“畜禽粪污沼气发电技术”、“发酵牛粪养蚯蚓技术”、“蚯蚓养鸡鸭鱼生产绿色食品技术”、“有机肥生产技术”、清洁能源入户工程等技术,形成秸秆处理零排放的生态农业循环经济产业化模式。
申请补助资金的企业应满足以下条件:
(一) 企业注册资本金在1000万元以上。
(二) 企业秸秆能源化利用符合本地区秸秆综合利用规划。
(三) 企业年消耗秸秆量在1万吨以上(含1万吨)。
(四) 企业秸秆能源产品已实现销售并拥有稳定的用户。
详情咨询当地有关部门
2, 生物质燃料国家政策
随着发改委对二代生物质燃料乙醇补贴政策的出台,生物质能源开发市场规模的进一步开启,行业形势呈现一片大好,与之相关的压缩机、循环流化床气化炉、燃气轮机等设备的前景也是一片光明。
但由于生物质能装备研发和推广跟进之中面临技术不完善、商业模式不确定等问题,生物质能装备市场需求存在着诸多不确定性。
据悉,市场不稳定性是由于缺乏相关标准和系统支持,除政府重点支持企业外,中小企业的生物质能产品在进入市场销售中时常受阻。
补贴政策相关研究报告
此外,该产业的竞争平台并不公平。“国家对生物质能产业有优惠、补贴和奖励政策,但这些政策很难落实到生物质能源装备中小企业。”有关专家表示。
从根颈到第一主枝(没有主枝则以第一个分枝)的部分叫主干。主干以上的部分叫树冠。从树体结构上分,树冠主要由骨干枝和辅养枝组成。
大地是离不开树木、森林的。而由繁枝密叶织成的树冠理所当然就是生命的象征。
更何况木秀于林风必摧之,庞大的树冠总是默默迎击着风霜雨雪,吸纳着尘埃污浊,吐露出新鲜空气,晶莹露珠,滋养世间的万种生命。树冠是大地的肺叶,季节的信使,没有不飘落的秋叶,也没有不萌生的春芽,树冠又是永恒变幻着的生命星空,思想星空。
扩展资料:
树冠密度影响:
资料显示,世界上最高的树木高达百米左右.树木的高矮除与树种有关外,还与土壤成份、湿度、环境温度、光照强度等环境因素有着密切的关系.请你回答大树在生长变化过程中与物理知识相关的几个问题。
(1)树冠越大的树木,需要的水分也越多,其主要原因是树冠与空气接触的面积大,导致水份蒸发快。
(2)叶片的光合作用是植物生长营养的来源.光合作用过程是植物将光能转化为生物质能的过程。
(3)俗话说“大树底下好乘凉”,意思是夏天树荫下温度较低,除了树荫下没有阳光照射外,还有原因是树的蒸腾作用要吸收热量。
大地是离不开树木、森林的。而由繁枝密叶织成的树冠理所当然就是生命的象征。
更何况木秀于林风必摧之,庞大的树冠总是默默迎击着风霜雨雪,吸纳着尘埃污浊,吐露出新鲜空气,晶莹露珠,滋养世间的万种生命。树冠是大地的肺叶,季节的信使,没有不飘落的秋叶,也没 有不萌生的春芽,树冠又是永恒变幻着的生命星空,思想星空。
参考资料来源:百度百科-树冠密度
参考资料来源:百度百科-树冠
白杨树(Populus alba)是一种落叶乔木,一般高15~30米,树皮灰白色,是一种很普通的树。生存能力极强,大路边,田埂旁,有黄土的地方,就有它的存在。用途多样,可以当柴烧,打家具,做屋檩栋梁,制作农具。共有4个亚种。