打一場“資源替代”持久戰(zhàn)

　　只要人類存在一天，紡織服裝就是必不可少的民生產(chǎn)業(yè)。要維持這一行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，資源問題就必須解決。僅從目前的紡織原料結(jié)構(gòu)來看，棉花和化學(xué)纖維分別占據(jù)了半壁江山，毛、麻、絲等其他資源占據(jù)很小比例。棉價的大起大落及世界棉花種植量的日益萎縮，決定了棉花在原料格局中的比例將逐漸減少;化纖近十年來發(fā)展勢頭強(qiáng)勁且正當(dāng)其時，但致命的是，90%以上的化纖產(chǎn)品依賴于石油資源。

　　事實上，近幾年紡織化纖行業(yè)已經(jīng)明確了支撐行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的一條“光明大道”——生物質(zhì)纖維及生化原料產(chǎn)業(yè)。但因為這一產(chǎn)業(yè)本身處于初級階段，真正產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益還需要不短的時間，因此還需要更廣泛的力量參與。連續(xù)兩屆在中國生物產(chǎn)業(yè)大會上舉辦的“生物質(zhì)纖維及生化原料論壇”，為這一產(chǎn)業(yè)吹響了沖鋒號。尤其是針對如何在30年內(nèi)初步實現(xiàn)原料替代與過程替代，本屆論壇進(jìn)行了深入而具體的探索。

　　應(yīng)用纖維素還要破除障礙

　　發(fā)展生物質(zhì)纖維及生化原料的終極目標(biāo)，是實現(xiàn)原料替代與過程替代。同時，采用傳統(tǒng)方法實現(xiàn)紡織化纖產(chǎn)品差別化發(fā)展已經(jīng)走到了盡頭，生化技術(shù)將為產(chǎn)品差別化帶來新的突破。為此，近日在論壇上廣泛探討的“生物質(zhì)纖維與生化原料科技與產(chǎn)業(yè)30年發(fā)展路線圖(以下簡稱‘30年路線圖’)”初步規(guī)劃：到2020年紡織化纖行業(yè)使用生物質(zhì)纖維實現(xiàn)原料替代5%，2030年達(dá)到10%，2040年將達(dá)到20%，屆時紡織原料格局將更加多元化，資源瓶頸將得到有效緩解。

　　數(shù)據(jù)的確具有誘惑力，但支撐這些目標(biāo)實現(xiàn)的可行途徑是什么?業(yè)內(nèi)認(rèn)為，開發(fā)秸稈、竹、麻等速生林材，豐富粘膠纖維等再生纖維素纖維的原料格局是首先要考慮的。30年路線圖中具體表示為：再生纖維素纖維行業(yè)2020年實現(xiàn)原料(除去現(xiàn)有短絨、木漿以外的原料)替代10%，2030年達(dá)到20%，2040年達(dá)到40%;

　　纖維素是自然界賦予人類的最豐富的高分子物質(zhì)，它不僅來源廣泛，而且是可再生的資源。據(jù)科學(xué)家估計，自然界通過光合作用每年可產(chǎn)生幾千億噸的纖維素。然而，只有大約60億噸的纖維素被人們所使用。纖維素在應(yīng)用開發(fā)中的最大障礙，是天然纖維素具有較高的結(jié)晶度，同時分子間和分子內(nèi)存在大量的氫鍵，使其不溶于大多數(shù)有機(jī)溶劑。以麥草、稻草等農(nóng)作物秸稈纖維為例，其纖維短小、不均勻性突出;纖維含量少，雜細(xì)胞多;灰分含量高，硅含量大。

　　從目前常用的植物原料看，棉短絨中的纖維素含量最高，大于95%，而木材中的纖維素含量只有40%～50%，竹、秸稈中纖維素含量更低。如何高效、清潔、經(jīng)濟(jì)地從天然資源中分離制備紡織纖維?這個大難題吸引了多方人士的關(guān)注。據(jù)中國科學(xué)院過程工程研究所陳洪章研究員介紹，其所在的課題組在秸稈溶解漿及生化原料的制備方面取得了階段性成果。他們突破了單一組分利用，以蒸汽爆破為核心技術(shù)，實現(xiàn)了秸稈組分分離，充分運用組分分層多級轉(zhuǎn)化技術(shù)，實現(xiàn)了秸稈資源的生物量全利用，并對多產(chǎn)品的生態(tài)產(chǎn)業(yè)鏈進(jìn)行試驗開發(fā)。

　　雖然取得了一些進(jìn)展，但對自然界資源的利用技術(shù)還有待開發(fā)。為此，30年路線圖將秸稈高效低能耗預(yù)處理技術(shù)、生物法漢麻綜合處理技術(shù)、高效低成本纖維素菌和酶生產(chǎn)技術(shù)、離子液體新介質(zhì)應(yīng)用于纖維素生產(chǎn)高值化產(chǎn)品技術(shù)、木質(zhì)素改性加工技術(shù)、木質(zhì)素熔融紡絲技術(shù)、工業(yè)酶和生物催化劑、海洋生物質(zhì)綜合利用、生物質(zhì)纖維高性能化技術(shù)、生物質(zhì)生物量全利用技術(shù)集成和生態(tài)產(chǎn)業(yè)鏈的建立這10項技術(shù)，作為行業(yè)共性的技術(shù)與基礎(chǔ)進(jìn)行研究，以期有所突破。

　　多路徑嘗試替代粘膠法

　　新工藝的研究，一方面是為了利用自然界更廣泛的資源，另一方面也是為了生產(chǎn)過程更加高效、清潔，減少對能源的使用和環(huán)境的危害，也就是30年路線圖中提到的用生化技術(shù)實現(xiàn)“過程替代”。30年路線圖初步規(guī)劃，到2020年行業(yè)過程替代平均水平將達(dá)5%，2030年實現(xiàn)17%，2040年增長至24%。

　　從19世紀(jì)末發(fā)明粘膠法生產(chǎn)再生纖維素纖維至今，100多年過去了，各種生產(chǎn)生物質(zhì)纖維的新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，然而從纖維的產(chǎn)量比例來看，粘膠法依然占據(jù)著不可動搖的主導(dǎo)地位。雖然粘膠纖維行業(yè)在清潔生產(chǎn)上下了很大功夫，也取得了明顯的成績，但其制漿過程中產(chǎn)生的黑液還不能完全消除對環(huán)境的污染。正是為了徹底解決這一問題，業(yè)內(nèi)愈挫愈勇，多年來不間斷地探索環(huán)保高效的新途徑。目前看來，在行業(yè)內(nèi)已經(jīng)形成一定氣候的、環(huán)保的生產(chǎn)再生纖維素纖維的途徑，一是新溶劑法即Lyocell(萊賽爾)途徑，代表企業(yè)有上海紡織(控股)集團(tuán)，中國紡織科學(xué)院與新鄉(xiāng)化纖;二是離子液法，由山東海龍重點研究;三是最近引起業(yè)內(nèi)高度關(guān)注的水體系低溫溶解法，由武漢大學(xué)張俐娜教授帶領(lǐng)的團(tuán)隊研發(fā)。

　　采用溶劑法生產(chǎn)纖維素纖維已經(jīng)在國內(nèi)研究了若干年，但進(jìn)展緩慢。即使已經(jīng)形成了千噸級的產(chǎn)業(yè)化規(guī)模，但在經(jīng)濟(jì)效益、技術(shù)成熟度方面還需要更多考量。溶劑法纖維素制備過程都是圍繞著如何削弱纖維素分之間的氫鍵展開的。中國紡織科學(xué)研究院顧問趙慶章詳細(xì)解釋了溶劑法的難點：一是該工藝對原料的要求高，沒有后期調(diào)節(jié)的空間;二是溶解過程短，脫水的范圍窄且連續(xù);三是紡絲必須采用干噴濕紡的工藝路線，紡絲液具有極高的粘度;四是作為溶劑的NMMO本身有一定的不穩(wěn)定性，需采取一系列安全措施;五是溶劑回收要滿足高回收率和節(jié)能的要求，只有當(dāng)其回收率大于99%時，才有工業(yè)化生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)價值。目前，國外Lenzing公司仍是唯一具有大規(guī)模Lyocell纖維生產(chǎn)能力的公司，2010年其新增產(chǎn)能1萬噸，達(dá)到14萬噸規(guī)模。

　　采用7%氫氧化鈉(NaOH)/12%尿素水溶液，該溶劑冷卻到零下12℃時，能迅速溶解纖維素(其分子量在1.2×105以下)，溶解時間僅需2分鐘，達(dá)到纖維素歷史上最快的溶解速度，這就是由武漢大學(xué)張俐娜教授為首研發(fā)的水體系低溫溶解法。據(jù)了解，該途徑比粘膠法的成本略低，對生產(chǎn)裝備也沒有特殊要求。張俐娜由此獲得國際纖維素與可再生資源材料領(lǐng)域的最高獎項——安塞姆·佩恩獎。目前，經(jīng)過與相關(guān)企業(yè)合作，該路線已取得初步工業(yè)化試驗成果。在中國工程院相關(guān)院士的建議下，張俐娜的團(tuán)隊正與唐山三友興達(dá)化纖展開合作，未來前景值得期待。

　　合成纖維一改傳統(tǒng)聚酯形象

　　在生物大家族中，生物質(zhì)合成纖維量大面廣。它既秉承了傳統(tǒng)合成纖維的優(yōu)點，又因包含生物結(jié)構(gòu)而具備可降解、舒適等性能。在30年路線圖規(guī)劃中，生物質(zhì)合成纖維原料替代的目標(biāo)是2020年實現(xiàn)5%，2030年達(dá)到10%，2040年實現(xiàn)20%;其過程替代的目標(biāo)是2020年達(dá)到5%，2030年達(dá)10%，2030年實現(xiàn)15%。目前看來，生物質(zhì)合成纖維重點包括PTT、PLA、PHBV、PBS纖維等，即平時所指的新型聚酯纖維。

　　今年4月，PTT系列纖維及高附加值面料制造關(guān)鍵技術(shù)及產(chǎn)業(yè)化科技成果鑒定會在江蘇陽光股份有限公司召開。經(jīng)過多年發(fā)展，PTT纖維及產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用逐漸成熟。同時，長期制約PTT纖維產(chǎn)業(yè)發(fā)展的原料PDO(1，3-丙二醇)，在制備生產(chǎn)上也取得了可喜的進(jìn)步。如江蘇盛虹集團(tuán)不僅擁有3萬噸/年的專業(yè)化PTT紡絲生產(chǎn)線，還建設(shè)了PTT聚合生產(chǎn)線，同時生產(chǎn)原料1，3-丙二醇，形成完整的PTT產(chǎn)業(yè)鏈，打破國外壟斷。