讓化纖擺脫石油“基因”

　　“十二五”期間，生物質纖維及其原料的發展的重點是：充分利用農作物廢棄物和竹、麻、速生林及海洋生物資源等，開發新型生物質纖維材料，研發纖維材料綠色加工的新工藝、突破裝備集成化技術，實現產業化生產。根據規劃，到2015年，新溶劑法纖維素纖維將實現萬噸級產業化生產，生物質合成纖維發展到21萬噸產能，生物基各類化纖原料產能發展到30萬噸。

　　石化資源還可供人類開采多少年？最新數據顯示，根據已經證實的儲量，石油還可開采40年，天然氣約60年，煤炭資源在200年左右。不過是兩三代人的時間，這樣具體的數據足以帶給人類前所未有的緊迫感?；w近十年來發展勢頭強勁且正當其時，但致命的是，90%以上的化纖產品依賴于石油資源。

　　行業如何實現可持續發展

　　在多方深入思考論證之后，一條“光明大道”出現在行業面前——發展生物質纖維及生化原料產業。生物質纖維及其原料的發展，對于化纖行業減少對石油資源的依賴，實現可降解、循環可再生、低碳經濟等，都具有重要的戰略意義，特別是對我國解決三農問題、城鄉二元結構、鞏固紡織工業的支柱地位等都具有更加現實和深遠的意義。

　　一個具有重要意義的事件是，在今年6月召開的第五屆中國生物產業大會上，業內人士首次提出“中國生物質纖維及生化原料科技與產業發展30年路線圖”，并就此進行了深入探討。

　　中國化纖工業協會名譽會長鄭植藝告訴記者，生物質纖維及生化原料所具有的獨特優勢，使之成為化纖產業實現低碳、可持續發展的必經之路。生物質纖維及生化原料產業將保持經久不衰的旺盛生命力，其涵蓋的寬廣領域，能夠為各種類型的生產企業、科研院所、信息單位、貿易商等提供具有誘惑力的發展空間。另一方面，由于生物質纖維及生化原料在世界范圍內還處于起步階段，考慮到生化技術發展的特點及產業化的現實狀況，“十二五”重點還是打好基礎、作好引導。

　　應用纖維素還要破除障礙

　　業內已經明確，發展生物質纖維及生化原料的終極目標，是實現原料替代與過程替代。同時，采用傳統方法實現紡織化纖產品差別化發展已經走到了盡頭，生化技術將為產品差別化帶來新的突破。根據30年路線圖初步規劃：到2020年紡織化纖行業使用生物質纖維實現原料替代5%，2030年達10%，2040年將達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。

　　纖維素是自然界賦予人類的最豐富的高分子物質，它不僅來源廣泛，而且是可再生的資源。據科學家估計，自然界通過光合作用每年可產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。纖維素在應用開發中的最大障礙，是天然纖維素具有較高的結晶度，同時分子間和分子內存在大量的氫鍵，使其不溶于大多數有機溶劑。以麥草、稻草等農作物秸稈纖維為例，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、經濟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注。據中國科學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，實現了秸稈組分分離，充分運用組分分層多級轉化技術，實現了秸稈資源的生物量全利用，并對多產品的生態產業鏈進行試驗開發。

　　雖然取得了一些進展，但對自然界資源的利用技術還有待開發。因此，秸稈高效低能耗預處理技術、生物法漢麻綜合處理技術、高效低成本纖維素菌和酶生產技術、離子液體新介質應用于纖維素生產高值化產品技術等10項技術，已被作為行業共性的技術與基礎進行研究。

　　多路徑嘗試替代粘膠法

　　用生化技術實現“過程替代”，使生產過程更加高效、清潔，減少對能源的使用和對環境的危害，對耗能高、污染大的化纖行業而言，意義不言而喻。

　　從19世紀末發明粘膠法生產再生纖維素纖維至今，100多年過去了，各種生產生物質纖維的新技術不斷涌現，然而從纖維的產量比例來看，粘膠法依然占據著不可動搖的主導地位。雖然粘膠行業在清潔生產上取得了明顯進步，但還不能完全消除制漿過程中產生的黑液對環境的污染。正是為了徹底解決這一問題，業內愈挫愈勇，多年來不間斷地探索環保高效的新途徑。

　　目前看來，在行業內已經形成一定氣候的、環保生產再生纖維素纖維的途徑，一是新溶劑法即Lyocell（萊賽爾）途徑，代表企業有上海紡織（控股）集團，中國紡織科學院與新鄉化纖；二是離子液法，由山東海龍重點研究；三是最近引起業內高度關注的水體系低溫溶解法，由武漢大學張俐娜教授帶領的團隊研發。

　　采用溶劑法生產纖維素纖維已經在國內研究了若干年，但進展緩慢。即使已經形成了千噸級的產業化規模，但在經濟效益、技術成熟度方面還需要更多考量。專家分析認為，采用溶劑法生產纖維素纖維的難點，一是該工藝對原料的要求高，沒有后期調節的空間；二是溶解過程短，脫水的范圍窄且連續；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能的要求，只有當其回收率大于99％時，才有工業化生產的經濟價值。目前，國外蘭精公司仍是唯一具有大規模Lyocell（萊賽爾）纖維生產能力的公司，2010年其新增了1萬噸產能，達到14萬噸規模。

　　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，達到纖維素歷史上最快的溶解速度，這就是武漢大學張俐娜教授為首研發的水體系低溫溶解法。據了解，該途徑比粘膠法的成本略低，對生產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域的最高獎項——安塞姆·佩恩獎。目前，經過與相關企業合作，該路線已取得初步工業化試驗成果。在中國工程院相關院士的建議下，張俐娜的團隊正與唐山三友興達化纖展開合作，未來前景值得期待。

　　改造量大面廣的合成纖維

　　聚酯滌綸占中國化纖產業近90%的份額，但其原料來自不可再生的石油資源，產品難以降解。據業內人士測算，2009年中國滌綸行業消耗原料折合原油2.45億噸，2015年這一數據將達到3.468億噸，進口依存度在60％以上。若能用生物技術對這一量大面廣的傳統行業進行改造，其意義可想而知。

　　事實上，目前部分企業和科研院所通過技術革新，已經使聚酯纖維這一傳統的石油衍生品擁有了生物特征。自長春大成集團利用玉米為原料，成功開拓世界上第三條以玉米為資源生產生物基二元醇的工業化路線后，聚酯行業的生化革命正在展開。海天集團與長春大成展開合作，利用生物基乙二醇替代傳統石油基乙二醇，制得具有優異性能的新型聚酯PDT，并以Socorna作為PDT纖維、紗線和紡織品的商品名稱。根據記者了解，目前Socorna產品推廣十分順利，尤其在近期原料價格劇烈波動的刺激下，下游對于這種生物基聚酯產品的接受程度更高。目前大成集團正在建設1萬噸/年的PDT聚合裝置，并計劃在明年推出利用玉米秸稈生產生物基二元醇的第二代技術。

　　從行業規劃可以看出，生物質合成纖維“十二五”將重點發展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鍵技術及產業化科技成果鑒定會在江蘇陽光股份有限公司召開。經過多年發展，PTT纖維及產業化應用逐漸成熟。同時，長期制約PTT纖維產業發展的原料PDO（1，3-丙二醇），在制備生產上也取得了可喜的進步。如江蘇盛虹集團不僅擁有3萬噸/年的專業化PTT紡絲生產線，還建設了PTT聚合生產線，同時生產原料1，3-丙二醇，形成完整的PTT產業鏈，打破了國外壟斷。

　　截至目前，PHBV纖維研究仍僅限于實驗室階段。研究表明，PHBV材料固有的脆性較大、機械性能差和可加工溫度范圍窄的缺點，可通過共混和共聚方法優化其化學和物理結構，從根本上解決其成型加工問題，為通過熔融紡絲法直接制備功能性生物質纖維提供了理論和技術基礎。

　　在今后5~10年內，我國國內將形成一個以PHA、淀粉基、PLA、PBS降解塑料為主的銷售大市場，年產值達幾百億元。在藥物控制釋放材料和骨固定材料及人體組織修復材料等方面，年產值也將至少有幾十億元；在生態纖維制品方面，如能開發并生產出優質的纖維制品，將有年產值百億元的市場銷售空間。

　　此外，生物質纖維的觸角已經延伸到海洋資源的利用上，源自廣闊海洋的殼聚糖纖維等由于資源豐富、功能優越、產品可再生可降解等特點，被越來越多的領域所關注。國內經過長時間的研究應用，目前已經形成了200噸/年的中試生產線并順利投入生產，并有企業正在加快建設2000噸/年的纖維生產線。

　　業內人士已經看到，在改造傳統化纖產品過程中，生物技術緩解資源瓶頸、解決環保問題的作用將逐漸凸顯；同時，竹纖維、海藻纖維等利用自然界豐富的可再生資源制備的生物質纖維，將作為傳統化纖產品的重要補充，豐富化纖家族，滿足社會需求。