生物酶为造纸业绿色升级添动力：降能耗、减污染

中国推进“双碳”目标，纺织、造纸、制药等重点领域的节能降耗需求愈发迫切。生物技术在其中扮演加速器角色，有望推动这些行业更快走向绿色化。围绕这一趋势，本报开设“绿色生物制造”系列报道，观察生物技术怎样帮助传统产业摆脱高能耗、高污染。

把今天的纸张与早年的产品放在一起比较，可以明显看到纸质持续提升，白度也越来越高。

但在这份白净与精致背后，造纸工业始终背负着高污染、高能耗的沉重包袱。

与此同时，中国人多树少，木质纸浆供给紧张，造纸原料长期依赖进口原生浆与废纸。按照生态环境部等部门联合公告的要求，中国已在2020年底基本实现固体废物零进口，继续依靠进口废纸造纸已不可行。

近年来，环保约束与成本压力同时加大，秸秆等非木质原料以及借助生物酶处理的高得率机械浆，正逐步改变造纸行业的原料格局，尤其给包装纸领域带来新的变革可能。

纸张产业难以言说的痛点

作为中国四大发明之一，造纸术影响深远。中国造纸行业长期在产量和销量上居全球第一，约占全球总量的四分之一。

随着互联网技术普及，电子阅读已成常态，但在短期内，教材、广告印刷、生活用纸等众多场景仍离不开纸张。

不论哪种纸，起点都是一根木质纤维。南京林业大学戴红旗教授解释，获取木质纤维要先对植物原料削片或切短，再通过碱水高温蒸煮或机械研磨把纤维分离出来，得到纸浆；纸浆经过机械磨浆后，以一定浓度在造纸机上脱水成湿纸页，随后压榨进一步脱水，最终烘干成纸。

为取得制浆所需的木质纤维，人类要消耗大量水、电和碱等资源，同时排放大量色黑、味臭、有毒的废水，导致不少造纸企业频繁出现在环保黑名单上。

中国虽地域辽阔、资源总量可观，森林资源却相对贫乏，人均森林面积仅为世界平均水平的七分之一。为降低国内木材消耗、缓解废水排放带来的环保压力，中国近年来大量进口木浆和废纸，以支撑国民经济发展。

戴红旗表示，进口木浆可直接用于造纸，例如白卡纸、生活用纸和特种纸；进口废纸则多用于纸板、包装纸和新闻纸等，像电商快递中大量使用的包装盒、瓦楞纸和牛皮纸都属于这一范围。

目前，中国造纸用浆的进口比例高达40%。为缓解纤维原料不足并降低生产成本，造纸企业开始更合理地使用性价比高的非木质原料。

戴红旗告诉科技日报记者，制浆原料可分为木质与非木质两类，除林木外，秸秆、竹子、芦苇、芒秆和棉秆都属于非木质原料。过去受技术与工艺限制，用非木质原料生产化学浆时，黑液提取率和碱回收率偏低，纸浆采用元素氯漂白，产生的废水不仅难处理，还可吸附有机卤化物（AOX）含量极高，对生态造成严重破坏，也威胁人体健康。

随着中国经济快速发展，生态环保和污染治理力度加强，1990年以后，几乎所有非木材纤维制浆造纸企业都被关停。至今，只有四川等少数地区仍有竹浆造纸企业在运行。

非木质纤维制浆迎来新机会

虽然非木质原料制浆生产曾被全面禁止，相关利用技术的探索并未停止。近年来，生物质精炼、高得率化学机械浆等技术成为行业热点，推动非木质浆重新回到造纸舞台。

戴红旗告诉记者，生物精炼能够把非木质纤维原料中的不同组分分别转化为资源，尤其有助于实现半纤维素和木质素的高值化利用。

木质素约占非木质纤维原料组成的20%至40%。传统制浆的核心之一就是脱除木质素，以获得可造纸的纸浆纤维。木质素是由苯丙烷单元通过醚键和碳—碳键连接而成的三维网状高分子聚合物；根据植物纤维原料类型不同，其基本芳香族单体具备得失电子能力，可吸收紫外线，也是有潜力的储能材料。

过去，木质素的价值未得到充分开发，制浆厂通常将其燃烧以回收热能。戴红旗介绍，近年来，科研人员利用木质素酚羟基芳香族单体的特殊功能，尝试以木质素替代苯酚，用于绿色胶黏剂、储能电解质与电极材料、抗紫外膜材料等。

另一个被看好的方向是高得率化学机械浆技术。它既能缓解中国造纸纤维原料短缺的瓶颈，又在废水处理方面具有难度较小、成本较低等优势。

戴红旗介绍，这项技术不再沿用只提取纤维素、把半纤维素和木质素剩下的旧思路，而是将木质纤维各组分全部利用，共同作为纸浆造纸。高得率化学机械浆以机械法为主，配合少量生物酶和化学添加剂，可显著简化制浆废水处理工艺并降低成本，不仅能大量替代进口商品木浆和废纸原料，还有望消除秸秆焚烧带来的严重空气污染。

戴红旗透露，造纸行业已开展多项科研项目，并在个别企业试点，用麦草生物制浆生产生活用纸、包装纸等产品。

生物酶有望推动造纸业绿色转型

在成本与环境的双重压力下，造纸业同样希望摆脱“污染大户”形象，成为节能减排的典范。

在推动高污染、高能耗的造纸业转向绿色道路方面，生物酶制剂正发挥越来越重要的作用。

戴红旗表示，生物酶具有专一性强、效率高的特点。当前，其在造纸领域的技术研究主要集中在磨浆、脱墨、漂白以及去除造纸过程胶黏物等环节。

例如，用生物酶对浆料纤维细胞壁进行改性，可让纤维更快润胀、变软，强化磨浆效果，从而降低磨浆能耗并提升成纸强度。研究显示，生物酶可使每吨纸浆的磨浆能耗降低41.4%。

此外，造纸工业在大量回收利用废纸时，必须进行脱墨处理。

传统脱墨依赖化学品，在适宜温度和机械作用下把油墨粒子从纤维上剥离，再通过浮选、洗涤或两者组合将其从纸浆中去除。生物酶法脱墨则以酶处理废纸，并配合浮选或洗涤，或两种工艺并用，从而除去油墨。

漂白同样是造纸的重要步骤。借助酶制剂可形成“生物助漂”效果，减少含氯漂白化学品的用量，进而降低漂白废水中可吸附有机卤化物的排放，减轻环境压力。

不过，生物酶在造纸工业中的推广并非一路顺畅。

戴红旗表示，生物酶技术研发已取得一些成果，但应用仍有瓶颈。至今，全球尚无真正意义上的生物制浆厂，原因在于将生物酶用于复杂、大规模的制浆生产仍面临一系列技术难题。

戴红旗还指出，生物酶预处理原料耗时较长，而工厂需要效率来保障连续生产，因此更倾向于采用效率更高的物理或化学预处理方式。一些酶制剂本身也存在成本偏高、种类有限、受温度和酸碱度影响大、效果不够明显等问题。因此，现阶段生物酶技术仍属辅助性应用，尚未起主导作用。

与此同时，戴红旗对生物酶在造纸行业的应用前景持乐观态度。他认为，生物酶专一性强、效率较高，尤其对高污染、高能耗的造纸工业而言，环保效果突出，与化学品相比具有独特优势。随着技术不断进步，未来生物酶必将在造纸产业中占据主导地位。

来源：本文转载自中国包装网（pack.cn），原文链接：http://news.pack.cn/show-378529.html