陳克復(fù)院士談漿紙業(yè)未來科技發(fā)展方向

陳克復(fù)先生，漢族，生于1942年，廣東海豐人，華南理工大學(xué)教授，博士生導(dǎo)師，中國工程院院士。1966年畢業(yè)于復(fù)旦大學(xué)工程力學(xué)專業(yè)�，F(xiàn)任中國輕工業(yè)聯(lián)合會副會長，中國造紙協(xié)會副理事長，華南理工大學(xué)制漿造紙工程國家重點實驗室學(xué)術(shù)委員會主任、學(xué)科帶頭人。

陳克復(fù)院士長期從事輕工、制漿造紙工程的科研與教學(xué)工作。工程研究領(lǐng)域有中高濃制漿漂白技術(shù)、紙頁成形技術(shù)、涂料與涂布技術(shù)、制漿造紙清潔生產(chǎn)技術(shù)與裝備、現(xiàn)代造紙機的關(guān)鍵技術(shù)與裝備；在理論方面的研究領(lǐng)域有化工流體力學(xué)、纖維懸浮液流變學(xué)。編著或主編出版9本（部）著作，發(fā)表SCI、EI收錄論文200余篇，已獲得發(fā)明專利30多項。獲國家技術(shù)發(fā)明二等獎1項，國家科技進步二等獎1項，國家科技進步三等獎1項，教育部科技進步一等獎2項。2003年當選為中國工程院院士。

祝賀《中華紙業(yè)》創(chuàng)刊40周年。在《中華紙業(yè)》這個傳媒平臺上，我曾發(fā)表了“對廣東省造紙工業(yè)持續(xù)發(fā)展的思考”（2001年5月）、“民營紙業(yè)的發(fā)展及對策”（2001年10月）、“我國制漿造紙裝備制造業(yè)自主創(chuàng)新戰(zhàn)略研究的若干問題”（2006年6月）、“提高造紙行業(yè)自主創(chuàng)新能力 構(gòu)建造紙技術(shù)創(chuàng)新體系”（2007年7月）等多篇文章。

《中華紙業(yè)》與我們國家改革開放同步，與我國造紙業(yè)共成長�，F(xiàn)在，改革開放進入新時代，造紙業(yè)發(fā)展進入調(diào)整升級新時期，《中華紙業(yè)》進入新舊媒體融合發(fā)展的新階段。借此，談?wù)勎覈�造紙產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域工程科技的新方向與新目標。

對造紙先進國家來說，多數(shù)先進技術(shù)已成熟應(yīng)用；節(jié)能減排、清潔生產(chǎn)，已成為常態(tài)，單位產(chǎn)能的水耗、電耗、污染物排放量都處于該國家和社會允許的范圍內(nèi)，已走上綠色發(fā)展的道路；裝備制造業(yè)的設(shè)計產(chǎn)能、運行速度及智能化控制已滿足行業(yè)的需求。

有專家認為，目前國際先進國家的制漿造紙技術(shù)足以延續(xù)使用多年。但是，為了推動造紙產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，必須探索造紙領(lǐng)域未來發(fā)展的工程科技，制定工程科技未來的研發(fā)重點，即中長期發(fā)展戰(zhàn)略。

1、制漿造紙先進地區(qū)未來重大科技計劃

1.1初歐洲地區(qū)

歐洲造紙工業(yè)聯(lián)合會（CEPI）于2011年11月推出了“森林纖維工業(yè)2050路線圖”。路線圖的主要目標是尋求如何能夠使CO2的排放量降低80%，與此同時產(chǎn)生50%以上的附加值。需要以突破性技術(shù)來實現(xiàn)這個設(shè)定的目標。意味著如果要求在2050年完全應(yīng)用這些突破性技術(shù)的話，那么這些突破性技術(shù)則必須在2030年開始實現(xiàn)商業(yè)應(yīng)用。

CEPI首先建立突破性技術(shù)的概念（技術(shù)清單），要求這些突破性技術(shù)在10-20年之后，可進行工業(yè)上的應(yīng)用。共提出8個技術(shù)性概念，如這些技術(shù)成功實施，對于行業(yè)來說，將創(chuàng)造更好的機會，使行業(yè)未來更具有競爭力和創(chuàng)造更多的價值，促使制漿造紙業(yè)持續(xù)發(fā)展。

CEPI公布的未來突破性技術(shù)主要為：

（1）制漿生產(chǎn)新技術(shù)——低共熔溶劑法生產(chǎn)紙漿

該技術(shù)要開辟以低溫和常壓的方式生產(chǎn)紙漿的新途徑。通過使用低共熔溶劑（deep eutectic solvents），任何類型的生物質(zhì)都能以最少能耗、碳排放量和殘留物量溶解成木質(zhì)素、纖維素和半纖維素，目標是實現(xiàn)制漿能耗減少50%。

如果能減少現(xiàn)在制漿能耗的50%，這將是制漿造紙工業(yè)節(jié)能的重大突破，因為制漿能耗是制漿造紙過程的最大耗能單之一。

（2）提出無水造紙技術(shù)概念

目前造紙技術(shù)消耗了大量的能源和水資源，紙漿上網(wǎng)纖維濃度才1%左右，造紙過程需要復(fù)雜裝備單來脫水，使造紙成為最大能耗單。國際造紙科技界對極低纖維濃度的耗能造紙方法已看出極大的弊病，擬想法解決這一難題。

屬于這一概念的有二項技術(shù)：一是汽流造紙，這是一種非常接近無水造紙的生產(chǎn)方法。使用蒸汽攪拌將基本干燥的纖維吹到成形區(qū)，隨后沉降成紙幅。要求水用量只相當于目前的l／1000。二是紙漿固化成形造紙技術(shù)，該技術(shù)也是很少用水的造紙工藝技術(shù)。把經(jīng)處理后纖維送進黏稠溶液中制成濃度在40％以上的懸浮液，最后將溶液壓出，并通過助劑將纖維層固化成紙頁。根據(jù)不同紙種選用不同助劑。

（3）紙頁輕量化的技術(shù)概念

以較少的纖維生產(chǎn)更多產(chǎn)品，獲取更大附加值，生產(chǎn)低定量產(chǎn)品是關(guān)鍵之一。紙頁成形技術(shù)和原材料混合技術(shù)的進步將使未來的紙產(chǎn)品更加輕量化。

紙頁輕量化了，但性能特別是強度保持不變，還有賴于化學(xué)品的作用，化學(xué)品的應(yīng)用是關(guān)鍵。這里除了要解決紙頁成形及與化學(xué)品的混合方面的問題外，還需解決綠色化學(xué)品的制備。

（4）納米纖維素

納米纖維素在水中形成穩(wěn)定的膠體懸浮液，可與增稠劑和乳化劑混合在一起應(yīng)用。

植物纖維可用于開發(fā)生產(chǎn)納米纖維素產(chǎn)品。與其他纖維相比，植物纖維由于具有高長寬比和較高比表面積以及加強的氫鍵鍵合能力，使得這些基纖維具有固有形成薄膜的傾向。

納米纖維素溶液的優(yōu)點已經(jīng)得到了廣泛的體現(xiàn)。可以預(yù)見，這種特殊材料系列納米纖維素產(chǎn)品可以用于造紙、食品、化妝品、涂料，還可以預(yù)期在電子、醫(yī)療和藥物方面的應(yīng)用，將產(chǎn)生新的巨大商機。對在商業(yè)化進程中這種納米材料的研究，已取得重大成果。

（5）生物質(zhì)精煉技術(shù)

提出制漿造紙轉(zhuǎn)型升級理念，并將繼續(xù)重視木質(zhì)生物質(zhì)組分的可持續(xù)開發(fā)。如已在研究離子液體與酶一起在木質(zhì)纖維素處理過程的作用，各種纖維素、半纖維素、木質(zhì)素衍生物和組合物已被開發(fā)用于諸如薄膜、阻隔劑、吸附劑、黏合劑和復(fù)合材料中。

（6)提出“造紙機醫(yī)生”的理念

目前裝備制造業(yè)能設(shè)計并能生產(chǎn)的造紙機產(chǎn)能、車速、幅寬已完全滿足行業(yè)的需要，而運行中的現(xiàn)代造紙機的診斷、維護及維修已提到重要位置，因此科技領(lǐng)域提出“造紙機醫(yī)生”的理念，保證現(xiàn)有造紙機能正常運行以及適應(yīng)新的要求。

1.2北美地區(qū)

北美地區(qū)仍然把節(jié)能、降耗、減少碳排放，通過生物質(zhì)精煉技術(shù)使制漿造紙企業(yè)轉(zhuǎn)型升級作為未來工程科技的重點。

（1）節(jié)能。美國造紙工業(yè)能耗占工業(yè)總能耗的10.5%，是四大耗能工業(yè)之一，節(jié)能是重點研發(fā)技術(shù)的目標。如：①在保證紙頁質(zhì)量條件下，通過脫水壓榨技術(shù)的改進使進入干燥部紙頁干度達到65%，提高10%——15%。②開發(fā)新一代磨漿機以提高化機漿得率，降低單位能耗20%，如采用生物酶預(yù)處理、熱回收技術(shù)。③通過提高黑液洗滌濃度、蒸發(fā)濃度及進入回收爐濃度，降低50%黑液堿回收能耗。

（2）降低水耗。通過研發(fā)和實施廢水100%回收利用新技術(shù)，使水耗減少50%。重點研發(fā)廢水中污染物的潔凈分離技術(shù)。

（3）植物資源高效高值化利用。①提高化機漿、溶解漿的得率，其中化機漿得率要達到90%及以上。②木材廢料及生產(chǎn)過程廢棄物的高效利用，提出“生物質(zhì)全組分利用”理念。③生物質(zhì)精煉技術(shù)，其具體技術(shù)范疇與歐洲造紙工業(yè)聯(lián)盟提出的木質(zhì)生物質(zhì)精煉技術(shù)類同。④纖維素高值化利用的研究。近年來興起維素納米晶（Cellulose Nanocrystal，CNC）或纖維素納米纖（Cellulose Nanofibrils，CNF）等纖維素類衍生產(chǎn)品的高值化應(yīng)用的研發(fā)。

2、面向未來國際造紙領(lǐng)域工程科技發(fā)展趨勢

從北歐及北美兩個國際造紙工業(yè)及科技領(lǐng)域發(fā)達的地區(qū)所從事的未來研發(fā)計劃可以看出，造紙領(lǐng)域面向未來工程科技發(fā)展趨勢主要重點：

（1）進一步節(jié)省能耗、水耗及減少污染物的排放，未來的科技還是把這一點放到首位。

（2）進一步節(jié)約植物資源，實現(xiàn)植物資源的全利用。盡管國外的木材資源豐富，近50%的木材資源用于造紙工業(yè)，但還是把節(jié)省木材的消耗放在重要位置。

（3）通過生物質(zhì)精煉技術(shù)，實現(xiàn)造紙業(yè)的轉(zhuǎn)型升級。

（4）清潔分離植物組分，高效高值化利用植物中的纖維素、木質(zhì)素及半纖維素及其附屬產(chǎn)品，提高造紙產(chǎn)業(yè)的整體價值。

（5）現(xiàn)代造紙機技術(shù)已發(fā)展到較高程度，維修保養(yǎng)的花費將影響原本就價格高昂的現(xiàn)代造紙機的運行利潤。如何保證現(xiàn)代造紙機的正常穩(wěn)定運行，其智能化預(yù)警及診斷、智能化維護保養(yǎng)就提到新的日程。

陳克復(fù)院士在“2016中國紙業(yè)高層峰會”上，以“探索造紙領(lǐng)域未來發(fā)展的工程科技”為題進行演講，引起與會者高度關(guān)注。

3、我國造紙領(lǐng)域未來對工程科技的需求及重大科技工程

考慮到我國造紙領(lǐng)域工程科技目前與國際先進國家存在的差距，也考慮到我國原料資源、水資源、環(huán)境條件與國際先進國家的差距，結(jié)合我國造紙領(lǐng)域的實際情況，提出未來需要解決的重大科技問題。

3.1環(huán)境生態(tài)

主要是指農(nóng)業(yè)秸稈生物質(zhì)的高效利用與可持續(xù)發(fā)展研究。

我國是一個農(nóng)業(yè)大國，僅農(nóng)業(yè)秸稈每年可收集資源量達7億噸，其中麥稈、稻稈及玉米稈可收集資源量約為5億噸。大量的農(nóng)業(yè)秸稈生物質(zhì)資源是寶貴的財富，但也給我國帶來如何高效充分利用農(nóng)業(yè)秸稈生物質(zhì)資源的重大任務(wù)。

我國已實施了一批以制漿造紙、燃燒發(fā)電、沼氣技術(shù)、固化成型、秸稈氣化及液化等資源利用的工程項目。但由于種種原因，沒有達到預(yù)期效果，利用量不大，效果欠佳，使農(nóng)林生物質(zhì)特別是秸稈焚燒的現(xiàn)象普遍存在，在浪費大量資源的同時，給生態(tài)環(huán)境帶來嚴重污染，也給交通安全帶來巨大壓力。

如何高效清潔、經(jīng)濟環(huán)保的綜合利用秸稈資源，對促進農(nóng)業(yè)發(fā)展、加強環(huán)境保護、減少資源浪費和提高農(nóng)民收入意義重大，也引起了全國人民的關(guān)注和重視。本題目將在重點研究農(nóng)業(yè)秸稈生物質(zhì)高效高值化利用最佳技術(shù)的同時，提出可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略目標。

3.2節(jié)能減排

（1）高濃造紙技術(shù)研究

目前抄紙的紙漿濃度在1%以下，因此后續(xù)過程為了脫除水分而耗費大量的能量，造紙的能耗基本上大都耗費在紙頁的脫水和干燥上。如果將抄紙濃度提高1倍，進入干燥部的干度將提高5%-10%，造紙機的能耗將減少20%以上。提高抄紙濃度的關(guān)鍵技術(shù)問題是高濃度紙漿的流動及流動均勻性、纖維的分散與絮聚的監(jiān)控、為適應(yīng)高濃抄紙的裝備優(yōu)化。

（2）廢紙制漿造紙廢水的全封閉循環(huán)利用技術(shù)研究

如果廢水能夠封閉循環(huán)使用，廢水回用率達到100%，將既節(jié)約了水資源，又解決了環(huán)境問題，實現(xiàn)真正意義上的零排放。

其關(guān)鍵技術(shù)是廢水中污染物的分段清潔分離與處理集成技術(shù)。

（3）草漿黑液增濃技術(shù)的研究

配合我國農(nóng)業(yè)秸稈的高效利用，草漿黑液的高濃洗滌及高濃濃縮技術(shù)必須解決，洗滌濃度要達到15%及以上，蒸發(fā)濃縮后黑液固形物燃燒濃度要達到65%及以上，真正解決草漿黑液堿回收問題、工藝技術(shù)及裝備技術(shù)。

3.3轉(zhuǎn)型升級

（1）植物生物質(zhì)精煉技術(shù)

提出“植物生物質(zhì)全組分利用”理念，清潔組分分離，高效利用木素、半纖維素，充分利用廢棄物。

（2）植物資源的納米纖維素技術(shù)研究

納米纖維素技術(shù)是將納米技術(shù)應(yīng)用到自然界中取之不盡、用之不竭的纖維素領(lǐng)域，由于其強度高、剛性大、光學(xué)性能優(yōu)良、質(zhì)量輕、生物降解性、可持續(xù)發(fā)展等特點而廣泛地應(yīng)用到電子、生物醫(yī)學(xué)、化工、紡織、造紙等方面。

3.4智能化先進制造

（1）高速造紙機的智能化控制技術(shù)研究

現(xiàn)代造紙機智能化生產(chǎn)主要配備生產(chǎn)全過程智能化控制系統(tǒng)、智能化在線監(jiān)測與故障診斷。智能化控制系統(tǒng)實現(xiàn)造紙生產(chǎn)全過程的集散控制、紙張質(zhì)量的全自動控制。智能化監(jiān)測實現(xiàn)紙幅高速運行在線監(jiān)測、紙病在線監(jiān)測和設(shè)備運行狀態(tài)在線監(jiān)測與故障診斷全自動執(zhí)行，可隨時根據(jù)用戶的訂單智能調(diào)整生產(chǎn)，自動切換生產(chǎn)品種控制；智能管理系統(tǒng)實現(xiàn)從制定生產(chǎn)計劃到生產(chǎn)、質(zhì)量管理、成本管理、生產(chǎn)跟蹤、入庫和發(fā)貨等全程化智能管理，實現(xiàn)造紙的智能化制造。

（2）實現(xiàn)進入干燥部紙頁干度提高5%-10%的技術(shù)

通過改造，提高造紙機整體技術(shù)水平，使進入干燥部紙頁干度提高5%-10%，在未來10-20年內(nèi)，應(yīng)可以解決。

3.5展望技術(shù)

利用氣流（或汽流）的無水或少水造紙技術(shù)研究值得關(guān)注。汽流造紙技術(shù)是利用氣（或汽）流攜帶纖維形成纖維懸浮流體，在完全封閉的流道中纖維相互交織，通過壓榨、壓光形成紙頁的過程，這是造紙產(chǎn)業(yè)的重大變革。

其技術(shù)難點：纖維懸浮氣流的形成；纖維懸浮平面流如何保持流動速度和流動量沿橫向和縱向保持一致；抄造的封閉流道如何設(shè)計；與環(huán)境友好的新型化學(xué)品的研究。

責(zé)任編輯：趙曉一