他山之石:基于生物经济产业链的芬兰造纸工业新技术和新品

作者：郑晓敏

    芬兰是世界林业发达国家，将近80%的国土为森林所覆盖。林业一直是芬兰的支柱产业，因而与林业相关的造纸工业和清洁技术也曾蓬勃发展。在当前全球经济不景气、环境保护以及气候变化压力加大、因数字化影响纸张需求出现下降等国际形势下，芬兰的森林工业尤其是造纸工业发展表现出新的趋势，各大造纸企业在芬兰政府提出的生物经济发展战略的基础上，纷纷重新调整业务重心，积极开发新产品及清洁能源技术，致力于深化可持续发展理念和提高能源效率，从根本上解决好资源和环境问题。本文介绍了芬兰的生物经济战略及生物经济发展概况、基于生物经济产业链的芬兰造纸企业、芬兰国家级研究机构及领先设备供应商的新技术和新产品，希望能为经济新常态下处于转型升级关键期的我国制浆造纸相关企业寻找新的发展机遇带来更多的启示。

l  生物经济的发展战略及发展概况

1.1生物经济发展战略

    2011年3月，芬兰发布《可持续生物经济：芬兰的潜力、挑战和机遇》报告；由芬兰就业经济部、农林部和环境部联合制定的芬兰首个“生物经济发展战略”于2014年正式启动，旨在刺激芬兰产业与商业的新一轮发展，推动芬兰经济在生物与清洁技术重要领域的进步，目标是到2025年将芬兰的生物经济产值提升至1000亿欧元，并创造10万个新的就业岗位。战略确定了4个重点：一是为生物经济发展创造有竞争力的良好环境；二是通过风险融资、勇于探索和实验、跨领域合作等方式刺激新的生物经济领域的商业行为；三是通过教育和研发提升生物经济领域的知识水平；四是保障生物质原料的供给和可持续使用。战略的确定及实施过程中，得到各界利益相关者的参与。芬兰认为生物经济是解决人类面临的全球变暖、人口增长等问题的一个很好的方案，是未来发展的方向。

1.2生物经济发展概况

    近年，芬兰引领全球积极发展生物经济。2013年，芬兰的生物经济产出达到640亿欧元，与2004年相比增加了100亿欧元，远远超出了芬兰政府的预算。生物经济产出中各类产品占比情况如图1所示。由图l可见，生物经济产出中的50%以上来自于林业产品（其中，不考虑技术及产品相关的服务产出，含印刷在内的制浆造纸业的产出占23%）。芬兰总出口额中，1/3来源于生物经济领域，其中2/3来源于林业（含印刷在内的制浆造纸业的占比达50%以上）。芬兰生物经济领域的就业人口为285000人，超过芬兰总就业人口的10%，其中含印刷在内的制浆造纸业的就业人口占8%。

   由于发展生物质经济需要可靠的、可持续的生物质供应。20世纪70年代以来，芬兰实施了可持续森林使用管理，使得种植量高于砍伐量，经济地使用木材的同时考虑了自然环境的生物多样性，实现了目前芬兰的木材总量较50年前翻一番。

    芬兰在发展生物经济的过程中注重创新和合作，整合林业、能源、化工产品、建筑等各个行业技术经验，通过材料逐级利用、多线利用以及回收再生等，寻找1000-/o利用生物质的方法。芬兰在发展生物经济中将各个行业整合在一起的几个案例如下。

    (1) UPM芬兰Lappeenranta生物质精炼厂

    UPM芬兰Lappeenranta生物质精炼厂（见图2）基于UPM研发的加氢处理工艺，每年可生产近10万t的UPM BioVemo生物柴油。采用的原料是UPM位于芬兰的纸浆厂制浆过程的残留物粗妥尔油。

    (2) Metsa集团气化工厂

    Metsa集团气化工厂以纸浆生产的废料树皮为原料，生产可替代天然气的生物质燃气。

    (3) Fortum生物质炼油厂

    Fortum生物质炼油厂使用林业残渣、副产品生产可以代替轻油和重油的生物质油，该厂与热电联产电厂进行整合，负责当地的供电供热，具有很好的示范意义。

2领先的制浆造纸企业

    芬兰造纸行业同样面临印刷书写用纸需求下降的挑战。但芬兰的造纸行业现在已经走出低谷，迎来复苏契机。这可由芬兰制浆行业的投资额变化加以说明。以往制浆行业的投资额正常是每年约为10亿欧元，2009年则降为5亿欧元，大幅下降了50%；但2015年，这一投资额又恢复到了10亿欧元。在这个过程中，芬兰制浆造纸企业自发寻找产品替换，确定优先发展领域，并开拓新业务。

2.1芬欧汇川

2.1.1简介及发展概况

    芬欧汇川有140多年的发展历史，在13个国家建有生产基地和工厂，拥有2万名员工，2014年集团总销售额为100亿欧元。芬欧汇川的主要业务领域为纸张、能源、生物质燃料、纸浆、林业和木材采购、锯木、标签、胶合板、木塑复合材料。芬欧汇川拥有世界上最大的4个现代化高效生产基地：FRAYBENTOS，桉木浆产能为130万t/a；PIETARSAARI，针叶木浆及桦木浆产能为79万t/a；KYMI，目前针叶木浆及桦木浆产能为53万t/a，扩能项目于2015年4季度完成后产能将达到70万t/a；KAUKAS，针叶木浆及桦木浆产能为74万t/a。除FRAY BENTOS基地位于南美洲外，另外3个基地都位于芬兰。

    芬欧汇川的愿景是成为新型森林工业的引领者-The Biofore Company，通过成本领先、灵活应变和引领创新来重新塑造市场。芬欧汇川在2009年 率先提出颇具前瞻性的“Biofore”战略。“Biofore”这个词描述了芬欧汇川业务的发展未来，传递了生物、森林、创新的理念。

    资源效率是“Biofore”战略的基石。在芬欧汇川的生产基地，可持续管理森林的木材被采伐之后，较粗的部分被直接运往木材加工厂，生产锯木材或胶合板，木材及胶合板加工所产生的废料木屑，又可以被送往制浆厂和生物质精炼厂重新作为制浆或生产生物质燃气的原料；较细的树梢、枝丫等则被运往制浆厂、造纸厂作为制浆原料；制浆后的废料如浆渣，则经过发酵、燃烧发电，作为生产纸浆所需电力能源；制浆过程的残留物粗妥尔油经过回收，作为生物柴油的生产原料。由上可见，芬欧汇川在生产中对原料采取了最大限度的循环利用，生产出可再生和可回收的产品和能源，努力实现资源效率最大化，并通过变废为宝尽量降低生产对环境的影响。

2.1.2基于“Biofore”战略的持续创新

    在过去的几年中，芬欧汇川的研发投资逐步增长，2014年达到1.1亿欧元，其中80%都应用于新技术、新业务的研发。这是因为芬欧汇川正积极探索希望向新的业务领域转行。芬欧汇川基于生物质的新产品（见图3）及技术如下。

    (1) UPM BioVerno生物柴油

    UPM BioVerno生物柴油是芬欧汇川一项独特的创新，它与传统的化石燃料柴油相比，可使温室气体排放量甚至下降80%，并且适用于所有的柴油发动机。2015年初投入运行的芬欧汇川Lappeenranta生物质精炼厂，是全球首家以木材原料生产可再生生物柴油的商业规模的工厂，投资额1. 75亿欧元，每年可生产10万t的UPM BioVemo生物柴油。

    (2) UPM ForMi生物合成材料

    UPM ForMi生物合成材料是一种可再生资源含量高的新型天然纤维增强复合材料，由可再生木材纤维与塑料制成，可在音箱、家具等产品生产中取代塑料。使用UPM ForMi，除多达50%的油基塑料可以被木质纤维材料取代外，其更轻、更坚韧，碳足迹可降低50%，且可100%回收。

    (3) UPM ProFi木塑复合材料

    UPM ProFi木塑复合材料是由可回收纸张和芬欧蓝泰标签材料生产过程中所产生的剩余塑料制得，是一种环保的建筑材料，可重复使用，曾经在2010年作为上海世界博览会芬兰国家馆的外墙装饰材料。UPM ProFi木塑复合材料的最大优点是其环保性和可回收性，兼具生态和经济的双重意义。

    (4) UPM Biochemicals生物化学制剂

    UPM Biochemicals生物化学制剂，实际上是由化学浆提炼而成，具有多种用途。如作为生物润滑油或应用到医学上。

2.2芬宝( MetsaFibre)公司

2.2.1简介及发展概况

    芬宝公司是世界领先的针叶木浆生产商，隶属于Metsa集团，是该集团五大核心机构之一，其他4个机构是MetsaTissue、Metsa Board、Metsa Wood以及MetsaForest，分别提供生活用纸及厨房用纸、纸板、木制品、木材和林业服务等。Metsa集团2014年的销售额约为50亿欧元。

    芬宝公司2014年销售额约为13亿欧元。芬宝公司产品主要销售市场是欧洲，占总销售额的74%，其中仅芬兰占总销售额的53%；其次是亚洲（占总销售额的24%），该地区的最大客户为中国，占总销售额的21%。公司销售收入中90%来自于可用于优质印刷纸、办公用纸、纸板、特种纸和生活用纸生产的针叶木浆及阔叶木浆。芬宝公司在芬兰拥有4家制浆厂：Joutseno、Kemi、Rauma和Aanekoski，2014年生产纸浆246万t，消耗木材1220万m3。

2.2.2制浆厂又是现代化的生物质精炼厂

    芬宝公司的制浆厂又是现代化的生物质精炼厂。据了解，芬宝公司2014年的销售收入中6%来自于可作为化学工业生产生物质燃料原料的妥尔油、松节油等生物化学品，4%来自于以电力、热力、树皮、木屑、生物燃气等形式出售的生物质能源。芬宝公司整体的能量自给水平已经高达150%，50%外销，可满足50000户家庭的需要。芬宝公司的2个典型的生物质能源生产项目如下。

    (1) Joutseno制浆厂树皮气化项目

    芬宝公司Joutseno制浆厂（见图4）是世界上最大的单一针叶木浆现代化生产线，年产能约69万t。浆厂生产的纸浆95%用于出口，其中65%出口至中国。

    Joutseno制浆厂2012年投资2000万欧元建设的树皮气化项目，将从木材原料上剥下来的树皮，用制浆过程中的剩余的热量加以干燥，然后传输到气化装置，将其转化为生物燃气，这种生物燃气中的甲烷含量高达95%，非常接近于天然气。该浆厂用生物燃气替代

天然气供碱回收石灰窑使用。整个生物燃气的生产过程是封闭的，而且不需要任何的化石燃料。该项目消耗的树皮量仅为浆厂生产产生树皮量的600-/0，其余树皮作为燃料外售。目前，浆厂能源自给率达1750-/0，多余的能源供应给Joutseno市或者周边农村。此外，浆厂的其他生物化学产品生产情况为：妥尔油1.9万t/a、松节油1200 t/a、电力275 GWh、树皮燃料170 GWh。

    (2) Aanekoski生物质工厂项目

    Aanekoski生物质工厂项目总投资12亿欧元，是芬兰有史以来森林行业最大的投资项目，将成为世界上最高效、现代化程度最高的生物质I厂。项目建成后，每年约消耗650万m3木材，年产纸浆130万t、电力1.8 TWh。纸浆产品主要出口到欧洲和亚洲，尤其是中国。

    工厂将不会使用任何化石类燃料，需要的所有能源均通过木质原料获得，预计每年生产电力1.8TWh，是自身电力消耗的2.4倍，因此工厂将作为生物质电厂向社会供应生产外的多余电力。此外，工厂独特的生物经济生态系统还将生产妥尔油、松节油以及其他硫酸、乙醇等生物质新产品。工厂预计于2017年第三季度投产。项目建成后将成为全球制浆厂转型为生物质一体化工厂的一个重要尝试和标志。

2.3斯道拉恩索

2.3.1简介及发展概况

    斯道拉恩索在全球逾35个国家拥有约27000名员工，拥有包装纸板、包装解决方案、生物质材料、木材、纸张5大事业部。2014年销售额为102亿欧元，经营性息税前利润为8.1亿欧元。斯道拉恩索在全球都设有办事处和工厂，核心区域集中在欧洲，南美洲和亚洲是业务增长迅速的区域，南美洲主要集中在乌拉圭和巴西，亚洲主要集中在中国。斯道拉恩索正从一家传统的浆纸生产公司转型成为致力于价值创造且专注成长型市场的可再生材料公司，专注于提供包装解决方案、包装纸板、生物质材料和木质建筑材料木材产品。

2.3.2    Imatra工厂——可再生制造的典范

    Imatra工厂由Kaukopaa和Tainionkoski两个工厂组成，是斯道拉恩索在芬兰最大的造纸厂，也是全球最大的液体包装纸板生产基地。Imatra工厂2014年消耗500万m3木材，生产纸浆130万t，其中80% -900-/0供本厂生产使用；纸和纸板111万t（由5条生产线生产），其中液体包装纸板63万t；塑料涂层27.5万t。工厂900-/0以上的产品用于出口，其中70%以上的产品销往欧洲。Imatra工厂生产的纸及纸板可应用于食品、糖果和烟草等行业的各种包装，其中液体包装纸板可用于牛奶、果汁等所有液体的包装。

    多年来，Imatra工厂通过回收锅炉以及纸浆干燥机的改造升级，不断降低能源消耗及生物质燃料利用率。2014年Imatra工厂消耗燃料6638 GWh，其中生物质燃料5806 GWh（其中4672 GWh来自于黑液，1134GWh来自于树皮），化石燃料832 CWh，生物质燃料使用率达87.5%。消耗电力1352 GWh，其中45%通过外部采购获得。

    除了在生物质能源的使用方面，Imatra工厂每年的环保投资平均为100万- 2000万欧元，通过采用世界上最先进的环保技术以及最好的管理方法，进行绿色环保生产，实现真正的可再生制造。如通过对恶臭气体的处理，目前工厂的粉尘排放降低了99.9%，99%的S02和NO。回用；通过废水处理设施使BOD排放降低了98%，COD排放降低了75%（目前，工厂生产废水处理前COD浓度为2000 mg/L，处理后的COD排放浓度为400 mg/L，远远低于欧盟的废水排放标准），磷排放降低了80%；2014年产生的37.1万t固体废物中，81%作为燃料进行燃烧，17%回收利用，只有2%填埋。

3  典型科研机构及设备供应商

3.1芬兰国家技术研究中心( VTT)

3.1.1简介

    芬兰国家技术研究中心( vrr)是北欧地区最大的综合性研究机构，下属于芬兰就业与经济部，主要研究方向为生物经济、低碳、清洁环境、数字化、资源节约型生产、人类健康和生活方面的解决方案等。2014年营业额近3亿欧元，拥有2500多名员工。在芬兰、韩国、巴西等地设有多个研发中心，并且在日本东京、美国华盛顿、比利时布鲁塞尔等地设有市场营销部门和办事处等分支机构。拥有多个研发平台：如Bioruukki，北欧最大的生物经济试验工厂和研究中心；生物技术和食品研究试验室；PrintoCent，世界上第一个印刷智能产业化试验室；纤维处理研究中心等。

3.1.2新产品研究方向

    (1)生物质燃料

    芬兰的生物质燃料尤其是交通用途生物质燃料生产技术处于世界领先地位。这些生物质燃料包括生物质燃油、生物质燃气、生物质乙醇及生物质煤等。生物质燃料生产的关键就是进行联合生产。联合生产是指在生产任何出口产品的同时，都能生产燃料或进行热电联产为当地的社区供电供暖。

    (2)  DWoC  (Design Driven Value Chains in theWorld of Cellulose)项目

    由VTT负责协调的DWoC项目，目的是开发新型的以纤维素为基础的混合生物质材料以代替化石原料。DWoC项目正进行一些基于纤维素材料的研究试验，比如采用新的方法生产纤维素；合成材料；以回收的办公用纸、白卡纸、旧织物等为原料生产纺织品；视觉效果染色浆料；专门适用于3D打印的纸浆；泡沫材料等。

3.2维美德

3.2.1简介

    维美德是制浆、造纸、生物质燃料精炼、能源生产等行业集设备、技术、自动化、服务于一体的领先供货商，并可针对客户的需求研发新技术和产品。目前在全球的33个国家强势布局，建立了130个网点，有超过100家服务中心、80个销售办公室、34个生产单位、15个技术中心，拥有12000名专业人员在全球各地为客户服务，致力于推进客户的可持续运营。2014年净销售额约28亿欧元。

3.2.2制浆造纸业务中与生物质能源生产相关的技术应用案例。

    维美德目前开发的生物质精炼技术主要是综合利用生物质原料生产纤维素乙醇、生物质燃气、生物质燃油和从纸浆厂黑液中提取木素等；

    (1)生物质能源生产关键技术

    维美德将向芬兰芬宝公司位于Äanekoski的新建的生物质工厂项目提供关键技术，包括回收锅炉、浆板干燥线、气化站、石灰窑以及涵盖整个工厂的ValmetDNA自动化系统。其中核心设备估价约1.25亿-1.5亿欧元。项目采用维美德的气化技术和回收锅炉使得生物质能源得到充分利用，浆厂也因此完全避免使用化石燃料。维美德将提供一座现代化的气化站，将树皮干燥气化生产生物燃气，该气体用作石灰窑燃料。维美德回收锅炉具有许多超强功能，比如从烟道气一直到燃气系统，全面采用专利化热回收技术。

    (2) LignoBoostTM木素分离技术

    维美德为Domtar公司位于美国北卡罗来纳州Plymouth工厂提供的全球首套LignoBoosTM木素分离设备成功投入运行。Plymouth工厂年产44万t绒毛浆，采用LignoBoostTM木素分离设备将木素从制浆工艺中分离，年产木素2.5万t，创造了丰富的利润：一方面，木素产品是可替代化石燃料的高质量生物质燃料或其他行业中的新型生物质材料；另一方面，木素的分离有助于减轻回收锅炉的负荷，使纸浆产量提高5%。该技术应用的另一个案例是，维美德向斯道拉恩索Sunlia工厂提供的LignoBoostTM木素分离设备，年产木素达5万t。

4结语

    在芬兰，政府以及与制浆造纸行业相关研究机构、企业、设备制造商等达成了实现自然与经济协调发展的共识。芬兰与制浆造纸相关的企业都在发展可持续生产的基础上不断增加生物质能源的使用，并加强新产品、新技术的研发，从根本上解决好资源和环境问题，实现了可持续发展。这对于正面临着资源、能源和环境约束问题日益凸显等诸多挑战的我国造纸工业来说值得借鉴和和思考。我国造纸工业要实现可持续发展没有捷径，需要不断提高资源使用效率，节能减排，开发和利用新能源、新技术、新原料，开发和生产可持续陛新产品，这无疑需要大量投资，也需要企业与政策制定者及政府、专家学者间的紧密配合。