生物质经济炙热 林产化学工业大有可为
□ 中国林业科学研究院研究员、中国工程院院士 宋湛谦
世界生物质产业发展显示勃勃生机
煤、石油和天然气等化石资源，属于不可再生，且造成严重的环境污染，鉴于资源与环境的压力迫使人们寻找
新型的可再生资源，目前可再生的生物质资源被认为是化石资源的最佳替代资源。
生物质（biomass）是指由植物、动物或微生物生命体所合成得到的物质的总称。现代的生物质产业是指利用
农作物、树木和其他植物及有机废弃物等为原料，生产生物基产品、生物燃料和生物能源的新兴产业。以生物质替
代化石资源发展化学工业是人类可持续发展的必经之路，尽管现在仍处于初级阶段，但其强大的生命力已经显示出
来，越来越多的国家重视该领域的研究。
2000年美国国会通过了“生物质研究与开发法案”，要求在可持续发展的基础上,大量增加由生物质生产的燃料
油、化学品、材料和能源以减少对石油的依赖，并促进生物质产业的发展。美国计划到2010年可再生生物质能达
5300万t乙醇和1200万t生物柴油，计划到2020年生物基产品和生物质能较2000年增加20倍，分别占电能和
热能、燃料油、化学品和材料总量的5%、10%和18%。从1988年起，欧盟陆续投入12亿美元开发生物质能源，2001
年欧盟国家生物柴油产量已超过100万t。巴西2002年已有1100万t生物乙醇用于交通运输。
林产化学为生物质产业发展提供多方位支撑
我国拥有丰富的森林植物资源，其中高等植物3万多种，居世界第三位，包括药用植物、芳香植物、油脂植物、
纤维植物、食用植物和能源植物等。我国也是世界上木本植物最丰富的国家之一，有115科、302属、7000多种，
占世界总量的1/3，特有的森林植物有1000多种。每年产生7亿t作物秸秆（相当于3.5亿t标煤）、2亿t林产
废弃物和木材加工剩余物、数百万吨树木果实和天然树脂以及废弃生物油脂。我国可开发的生物质资源总量达8亿
t标准煤，预计到2020年林业生物质资源量将达15亿t标准煤。这些丰富的生物质资源为我们通过绿色化学技术
开发生物质能源、生物质化学品、生物质新材料提供了可靠的原料保证。
林产化学工业在原料、加工工艺和品种等方面都与生物质产业密切关系，利用生物质资源可以开发生物质新材
料、生物质化学品和生物质能源，从而大大扩充了原有林产化工的研究领域。
1.生物质新材料
生物质资源中，纤维素含量最为丰富。通过纤维素功能化的分子设计，可以在保持纤维素原有特征的同时赋予
某些特殊的性能。利用纤维素可以制成超吸水材料，用于沙土改良、医药卫生和食品等领域；利用纤维素可制成吸
附材料，从工业废水中吸附重金属离子或废油；还可以制成生物活性材料、膜材料、液晶材料等。由木质纤维原料
还可以加工成可降解的木基塑料和木塑复合材料。
●木质素 木质素是仅次于纤维素的一种天然高分子化合物，也是造纸工业的副产物,目前还没有被充分利用。
采用化学接枝、生化接枝、电化学接枝等方法制得的改性木质素可以制备土壤调节剂、助凝剂、增稠剂、石油钻井
液、分散剂等，20世纪90年代以来，该领域更注重开发以木质素为基础的合成高分子材料，生产合成树脂、表面
活性剂和胶粘剂等产品。2001年日本报道了改性木质素制备碳纤维的方法，阔叶材的乙酸木质素经溶解纺纱很容
易获得纤维，经过热稳定化处理可以转化为碳纤维，再经蒸汽处理可获得与商业活性炭性能相当或更优越的活化碳
纤维。
●甲壳素和壳聚糖 甲壳素和壳聚糖可以制成液晶材料、膜材料、吸附材料及催化剂，全世界每年生物合成的
甲壳素约100亿t。甲壳素主要存在于虾、蟹等节肢动物的壳中，其甲壳素含量达58%～85%。用甲壳素制成的纤维
材料具有抗菌、防腐、止血和促进伤口愈合等特殊功能，在医用方面应用很具吸引力。此外，甲壳糖和壳聚糖也可
以制成医药中间体。
●淀粉 淀粉广泛分布在植物的根、茎、种子内，在自然界多糖类化合物中数量仅次于纤维素和甲壳素。它的
结构式与纤维素相似，经羟基反应生成系列衍生物。淀粉常用于食品与医药、造纸、纺织等行业，也可以作高吸水
树脂。日本丰田公司已成功开发出淀粉塑料制成的汽车配件，富士通公司用玉米淀粉制成聚乳酸脂塑料。
2.生物质化学品
生物质绿色平台化合物具有来源丰富、价格低廉、用途众多等优势，可以进一步合成一系列高附加值产品。可
再生生物质资源具有获得新型绿色平台化合物的各方面优势，可以作为典型的绿色替代原材料用于合成各种化学
品，如葡萄糖（乳酸，乙醇）、糠醛（羟甲基糠醛）和乙酰丙酸等。Cargill-Dow公司已建成14万t/a以玉米糖为
原料生产聚乳酸的装置，从而进一步开发多种聚合物塑料。
生物质提取物和分泌物是生物质资源综合利用的重要领域,具有广阔的发展空间和良好的产业化前景。今后发
展方向是利用松脂、精油、栲胶和药用提取物等进行深加工，开发高附加值产品。
3.生物质能源
生物质能是未来最重要的可再生性能源，许多国家已把高效利用生物质能放在一个相当重要的地位，21世纪
初，西方发达国家生物质能占总能耗的15%。目前生物质能源转化主要集中在气化（发电、供热）、液化（生物油、
乙醇、生物柴油）、固化和直接燃烧等技术的研究开发。
我国现有能源体系逐步向可再生能源为主的能源体系转变，生物质能源的应用已取得一定的进展。从我国能源
的发展战略和资源环境协调角度来看，建立具有自身特点的生物质能源研究、开发、产业化体系十分必要。
关键技术有待突破
为使生物质资源更好地为国民经济服务,当前应该重点解决以下关键技术问题：生物质化学品绿色化制造技术；
生物质原料、产品分离、纯化技术；生物质化学品生产技术集成及开发；生物质材料活化技术；生物质材料复合、
聚合、树脂化技术；生物质功能高分子材料开发技术；生物质微生物转化制备酒精的关键技术；生物柴油和化工产
品综合制备技术；生物质快速热裂解和高压液化技术；生物质气化供热和发电系统技术。
我国地域辽阔，生物质资源丰富，林产化学工业已经形成一定的基础，具有进一步发展的潜力。在新世纪面临
的机遇和挑战中，林产化工业要从发展生物质产业这一战略目标出发，结合林产化学工业领域的研发工作，尤其在
生物质能源、液体燃料和平台化合物开发方面加强研究，从而加速我国林产化学工业进一步发展。
链 接
我国林产化学工业现状
近50多年来，我国的林产化学工业得到全面发展，生产企业1000多家，年产木浆200多万t，松香50多万t，
松节油8万t，糠醛和糠醇20多万t，活性炭9万～10万t，栲胶及植物单宁深加工产品2万t，各种芳香油1万
多吨，保健与药用植物提取物数百吨。
森林植物资源利用大致可以分成两大类：非木质林业原料的利用和木材化学利用。非木质原料的利用主要是利
用木质原料所含的各种天然有机物，如萜类化合物、黄酮类化合物、植物多酚、生物碱、脂肪酸、多糖及其他天然
化合物，生产各种精细化学品；木材化学利用就是将木材的三大组成部分，即纤维素、半纤维素和木质素通过化学
或生物技术加工，生产木浆和纸产品、木炭和活性炭、木质能源产品、低聚糖、糠醛和乙醇等产品。
松脂 松脂可加工成松香和松节油等重要化工原料。我国松香年产量50多万吨，居世界第一,占世界松香总产
量的50%左右，出口量占世界贸易量的60%。美国为20多万吨，居第二位，每年需从我国进口。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，现在已经能生产各种深加工产品满足国内市场需要。
医药 森林药用植物的提取物是天然药物的重要来源。据估计，2020年国际植物提取物市场将达120亿美元。
我国每年出口到美国的植物提取物有100多种，价值4亿美元。部分出口欧洲和亚洲其他国家和地区，每年植物提
取药及其制剂销售额约为12亿美元。
生物农药 2000年我国生物农药年产量仅8000t，占农药总量的1%左右。2005年我国各类生物农药的总销售
量达到20万t，总销售额约6亿～8亿元。据预测，到2010年生物农药使用量将占农药总量的30%。
精油 从芳香植物的种子、树皮、根和叶中可以提取精油，用作香料的原料。全世界天然精油年产量约4万t，
目前我国精油年产量1.5万～2万t，包括山苍子油、桂油、柏木油、八角油等。
栲胶与色素 从一些植物的皮、果、花、叶和种子中提取天然多酚类物质(栲胶)或有色物质(天然色素)，栲胶
主要成分是单宁，目前我国栲胶年产量2万t，主要用于鞣革，还可作木材防腐剂、水处理絮凝剂等。由于单宁具
有杀菌、抑制病毒作用，可以制成医药中间体，如没食子单宁酸加工成一种广谱抗菌药的中间体。鞣花单宁经过加
工，可制成低毒的抗艾滋病药物。
天然色素有红曲色素、栀子黄色素、可可色素、甜菜色素、菊黄色素等，作为食用色素具有安全、可靠等特点，
还具有一定的营养价值和调节生理作用，天然食用色素代替合成色素已成为一种发展趋势。
饲料添加剂 从树木绿冠可以提取维生素、叶绿素及多种生物活性物质，从绿色树叶又可以提取大量的蛋白质
和氨基酸，这些都是饲料的重要来源。我国拥有近2000种可食用或饲料用的植物绿叶，其中900种是分布广泛、
可利用性大的木本植物。每年仅各种乔木的嫩枝绿叶的产量约5亿t，但利用率还很低。上世纪80年代我国建立
各种针叶加工厂，分布全国24个省区，生产针叶维生素粉8万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。
纤维素和木质素 我国林业废弃物很多，其中纤维素和木质素的含量很大。据估计,木质素和纤维素每年以640
亿t的速度再生。纤维素在酸或酶作用下发生水解，再进一步发酵，可以制成酒精；也可以水解制成糠醛，目前年
产量已达20万t，占世界总产量的2/3。糠醛深加工可以得到糠醇、四氢呋喃、聚四氢呋喃等。纤维素经稀酸水解、
降解得到微晶纤维素，可用于食品添加剂、化工助剂等。木质素可制成木材胶粘剂、表面活性剂、油井钻探减粘剂
等。