林源活性物質(zhì)是森林生物資源中的植物、動(dòng)物和微生物在生理代謝過(guò)程中形成的一類(lèi)能與其它生命體的生物分子相互作用并具有保持機(jī)體健康或控制疾病功效的生物分子，將其以物理、化學(xué)和生物學(xué)等手段分離、純化而形成的以生物小分子和高分子為主體的植物產(chǎn)品，它和以動(dòng)物為原料制成的生化制劑以及應(yīng)用基因工程手段制成的生物工程產(chǎn)品一樣，是以生物質(zhì)為原料生產(chǎn)生物產(chǎn)品的生物產(chǎn)業(yè)的重要組成部分，目前被廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、食品添加劑、功能食品、日用化學(xué)品、植物農(nóng)藥和植物獸藥等生產(chǎn)領(lǐng)域，林源生物資源在通過(guò)適當(dāng)?shù)奶崛》蛛x工藝得到活性物質(zhì)時(shí)，還同時(shí)產(chǎn)生植物源殘?jiān)?jiǎn)稱植物源固形剩余物。
林源活性物質(zhì)的提取作為我國(guó)具有悠久歷史的特色產(chǎn)業(yè)，近年來(lái)已經(jīng)成為我國(guó)發(fā)展最快的行業(yè)之一。據(jù)海關(guān)統(tǒng)計(jì)，2005年我國(guó)植物提取物出口額2.93億美元，2006年出口額4.77億美元，2007年出口額4.76億美元，2008年僅上半年出口額已達(dá)2.6億美元。我國(guó)森林生物資源中擁有種類(lèi)繁多的林源活性物質(zhì)，但林源活性物質(zhì)的分子量小、含量較低，體系復(fù)雜、難于富集。隨著我國(guó)以林源活性物質(zhì)為重要物質(zhì)基礎(chǔ)的林業(yè)生物制劑產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，林源活性物質(zhì)的需求量以日劇增，為了得到一定數(shù)量的林源活性物質(zhì)，往往需要加工大量的植物原料，同時(shí)也產(chǎn)生數(shù)量巨大的植物源固形剩余物，給環(huán)境帶來(lái)嚴(yán)重的污染問(wèn)題，同時(shí)也造成生物質(zhì)資源的嚴(yán)重浪費(fèi)，如何使生產(chǎn)中固形剩余物得到充分利用是目前林源活性物質(zhì)提取行業(yè)急需解決的問(wèn)題。
1、我國(guó)林源生物質(zhì)的利用
1.1我國(guó)林源生物質(zhì)資源
我國(guó)擁有種類(lèi)繁多的植物資源，其中承載著十分豐富的林源生物活性物質(zhì)和生物基物質(zhì)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)僅高等植物就有3萬(wàn)多種，僅次于巴西和馬來(lái)西亞，據(jù)世界第三位。這些植物中富含的纖維素、半纖維素、木質(zhì)素、蛋白質(zhì)和核酸等生物基物質(zhì)以及萜類(lèi)、酚類(lèi)、含氮化合物等生物活性物質(zhì)，是我國(guó)發(fā)展生物產(chǎn)業(yè)的極其寶貴的戰(zhàn)略性生物資源，具備優(yōu)先快速發(fā)展以林源生物質(zhì)為原料的生物產(chǎn)業(yè)的物質(zhì)基礎(chǔ)。此外，我國(guó)人口眾多，是消費(fèi)以生物活性物質(zhì)和生物基物質(zhì)為原料的生物產(chǎn)品的大國(guó)。從生物活性物質(zhì)產(chǎn)品的消費(fèi)情況看，目前我國(guó)約有5億人食用功能食品和保健食品，約有1.3億人服用生物醫(yī)藥制品，是世界上最大的生物活性物質(zhì)產(chǎn)品的消費(fèi)市場(chǎng)。為此，我國(guó)政府高度重視生物產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)編制了《生物產(chǎn)業(yè)發(fā)展“十一五”規(guī)劃》，提出到2020年，我國(guó)生物產(chǎn)業(yè)的增加值要突破2萬(wàn)億元人民幣，約占我國(guó)GDP比重的4%以上，成為我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)之一。由此可見(jiàn)，要發(fā)展以林源生物質(zhì)為原料、通過(guò)化學(xué)利用的途徑來(lái)生產(chǎn)生物活性物質(zhì)產(chǎn)品和生物基物質(zhì)產(chǎn)品的生物產(chǎn)業(yè)，必須走技術(shù)密集型、資金密集型和勞動(dòng)密集型為產(chǎn)業(yè)特征的工業(yè)生產(chǎn)道路。
1.2我國(guó)林源生物質(zhì)利用的產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀
由于歷史的原因，特別是科技水平的限制，我國(guó)以林源生物質(zhì)和林源生物活性物質(zhì)為原料生物產(chǎn)品的生物產(chǎn)業(yè)尚存在一些制約產(chǎn)業(yè)發(fā)展的技術(shù)瓶頸問(wèn)題，特別是在植物新品種的篩選、植物資源的培育、林源活性物質(zhì)的分離、生物基物質(zhì)的轉(zhuǎn)化和煉制、生物產(chǎn)品的制備、相關(guān)工業(yè)裝備的制造等方面缺乏具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的核心技術(shù)和以節(jié)約資源和環(huán)境友好為生態(tài)特征的共性關(guān)鍵技術(shù)。主要表現(xiàn)在：一是野生植物資源的采收強(qiáng)度過(guò)大，造成野生植物資源的嚴(yán)重瀕危；二是只重視野生植物資源的原料生產(chǎn)，不重視林源活性物質(zhì)的分離和生物基物質(zhì)轉(zhuǎn)化和煉制，因而使林源生物質(zhì)的利用深度不夠、附加值不高；三是對(duì)植物體內(nèi)的生物基物質(zhì)和活性物質(zhì)進(jìn)行分離、轉(zhuǎn)化和煉制時(shí)多采用傳統(tǒng)工藝，粉塵大、傳質(zhì)慢，廢水、廢氣和廢渣排放量大，環(huán)境污染嚴(yán)重；四是生物基物質(zhì)和生物活性物質(zhì)的終高端產(chǎn)品類(lèi)型少、檔次低，功能檢測(cè)能力弱，因而造成經(jīng)濟(jì)回報(bào)率低下等。在核心技術(shù)和共性關(guān)鍵技術(shù)方面，我國(guó)作為林源生物質(zhì)資源大國(guó)，除存在上述方面的共性問(wèn)題外，還在以林源活性物質(zhì)和生物基物質(zhì)為原料生產(chǎn)生物產(chǎn)品的生物產(chǎn)業(yè)發(fā)展方面存在一些突出的技術(shù)瓶頸問(wèn)題。主要表現(xiàn)在：一是雖然蘊(yùn)藏著十分豐富的富含各類(lèi)生物活性物質(zhì)和生物基物質(zhì)的植物資源，但長(zhǎng)期以來(lái)僅以過(guò)度利用的野生森林植物資源的采收業(yè)和經(jīng)營(yíng)粗放的糧食作物、經(jīng)濟(jì)植物的種植業(yè)為主，經(jīng)營(yíng)方式以原料生產(chǎn)或粗加工生產(chǎn)為主，致使野生植物資源遭到破壞、生產(chǎn)效率不高、經(jīng)營(yíng)粗放、產(chǎn)品的附加值低；二是在糧食作物和經(jīng)濟(jì)植物的人工種植方面以及生物基物質(zhì)和生物活性物質(zhì)的分離、轉(zhuǎn)化和煉制方面，缺乏立體種植和高效利用，土地利用率低、目的生物基物質(zhì)和目的生物活性物質(zhì)的得率低、原料的綜合利用率低，致使企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益不高；三是生物基物質(zhì)和生物活性物質(zhì)的高端產(chǎn)品在生物產(chǎn)業(yè)中的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)比例失調(diào)，自主創(chuàng)新的技術(shù)獨(dú)占性差，產(chǎn)業(yè)的發(fā)展后勁嚴(yán)重不足。
2、我國(guó)林源生物質(zhì)提取活性物質(zhì)生產(chǎn)中固形剩余物的利用現(xiàn)狀
林源生物質(zhì)提取活性物質(zhì)生產(chǎn)中固形剩余物是指在生產(chǎn)過(guò)程中植物原料經(jīng)溶劑提取活性物質(zhì)后剩下的殘?jiān)约霸谌軇┹腿 饪s過(guò)程中產(chǎn)生的無(wú)用的固態(tài)或半固態(tài)的浸膏，這些固形殘?jiān)饕煞譃槔w維素、半纖維素和木質(zhì)素等，屬于生物基物質(zhì)。生物活性物質(zhì)作為目的有效物質(zhì)一般在植物體內(nèi)含量都不高，例如紫杉醇在紅豆杉中的含量為萬(wàn)分之三；喜樹(shù)堿在喜樹(shù)中的含量為萬(wàn)分之一，為了得到一定數(shù)量的生物活性物質(zhì)，往往需要加工大量的植物原料，同時(shí)也就造成固形剩余物數(shù)量巨大。對(duì)于林源生物質(zhì)提取活性物質(zhì)的生產(chǎn)企業(yè)來(lái)說(shuō)，生產(chǎn)中的固形剩余物屬于工業(yè)三廢中的廢渣，如果處理不當(dāng)，會(huì)對(duì)生產(chǎn)企業(yè)造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，同時(shí)尤為重要的是對(duì)生態(tài)環(huán)境將造成污染和對(duì)人類(lèi)健康造成威脅。能夠?qū)⑹Ｓ辔锷鷳B(tài)化利用，為林源生物質(zhì)提取活性物質(zhì)的生產(chǎn)企業(yè)帶來(lái)良好的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)對(duì)環(huán)境不造成危害的資源化利用技術(shù)是目前林源生物質(zhì)提取活性物質(zhì)的生產(chǎn)企業(yè)的一個(gè)重要的發(fā)展課題。
剩余物的處理一直都是林源生物質(zhì)提取活性物質(zhì)的生產(chǎn)企業(yè)的棘手問(wèn)題，早期處理的形式主要包括填埋、焚燒等。填埋處理只是對(duì)剩余物作了無(wú)害化處理，需要占用大量的土地，目前主要用于對(duì)環(huán)境和人體健康有嚴(yán)重影響的固體廢物，如易溶難分解、易爆、放射性廢物的處理。焚燒處理雖然解決了剩余物的大量占地問(wèn)題，但沒(méi)有考慮到生態(tài)化利用問(wèn)題，對(duì)于剩余物燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的熱量是一種能源的浪費(fèi)。目前這兩種方法僅屬初級(jí)處理方式，并沒(méi)有達(dá)到剩余物生態(tài)化利用升值或者是根本上解決剩余物處理問(wèn)題，
秸稈顆粒機(jī)、
秸稈壓塊機(jī)專業(yè)解決農(nóng)作物秸稈焚燒問(wèn)題。
在全球提倡可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的大環(huán)境下，發(fā)展資源化利用，變廢為寶，提高產(chǎn)品附加價(jià)值已經(jīng)成為剩余物再生利用發(fā)展的新思路。
3、林源生物質(zhì)提取活性物質(zhì)生產(chǎn)中固形剩余物的熱解利用
3.1生物質(zhì)熱解技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀
生物質(zhì)熱解技術(shù)是實(shí)現(xiàn)生物基物質(zhì)高值轉(zhuǎn)化的一種技術(shù)，是一種有著良好發(fā)展前途的生態(tài)技術(shù)。生物質(zhì)熱解是在完全無(wú)氧或有限供氧條件下進(jìn)行的生物質(zhì)降解反應(yīng)，利用熱能切斷生物基物質(zhì)大分子的化學(xué)鍵，使之轉(zhuǎn)變?yōu)榈头肿游镔|(zhì)的過(guò)程，主要產(chǎn)物有生物質(zhì)炭、生物焦油、生物醋液和生物燃?xì)狻Ｖ饕a(chǎn)品生物質(zhì)炭可以作為木炭的替代品用于民用和工業(yè)金屬冶煉等方面，還可以用于鑄造脫模、農(nóng)作物土壤改良劑，制成活性炭可用于處理污水和吸附劑等，經(jīng)深加工可制成橡膠用碳黑，還可做燃料和高檔食品燒烤；生物焦油是橡膠行業(yè)不可缺少抗聚劑的唯一原料，生物焦油再加工可以得到柴油、汽油等產(chǎn)品，這種利用模式可以降低對(duì)石油的依賴；生物醋液是一種對(duì)環(huán)境有著良好調(diào)節(jié)功能的產(chǎn)品，具有空氣殺菌、消毒、除臭等功效，可以用來(lái)調(diào)節(jié)植物生長(zhǎng)，作為植物葉面肥料和綠色驅(qū)蟲(chóng)劑；生物燃?xì)馐且环N潔凈的氣體燃料，具有熱值高、含硫量低、燃燒后不產(chǎn)生有害氣體等的特點(diǎn)，同時(shí)生物質(zhì)燃?xì)庵饕蠧O和H2，可以作為合成甲醇、乙醇等液體化學(xué)品的優(yōu)良原料。
我國(guó)是一個(gè)木材極度匱乏的國(guó)家，現(xiàn)階段對(duì)木材的使用有著嚴(yán)格的法律法規(guī)，林產(chǎn)化工行業(yè)中，以木材熱解生產(chǎn)木炭、木焦油、木醋液、木煤氣也受到嚴(yán)格的控制。而生物質(zhì)提取活性物質(zhì)的固形剩余物熱化學(xué)轉(zhuǎn)化利用這一生態(tài)化工藝，不以木材為原料，而是在剩余物資源化利用的基礎(chǔ)上，生產(chǎn)出生物質(zhì)炭，生物焦油、生物醋液和生物燃?xì)猓瑢?shí)現(xiàn)了創(chuàng)造出更大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值的目的，發(fā)展前景可觀。
3.2固形剩余物熱解工藝流程
林源活性物質(zhì)提取生產(chǎn)中固形剩余物熱解生態(tài)化利用的工藝流程。
林源生物質(zhì)提取活性物質(zhì)生產(chǎn)中固形剩余物通過(guò)碎化后經(jīng)過(guò)溶劑萃取剩余的固形剩余物通過(guò)回轉(zhuǎn)爐等干燥設(shè)備進(jìn)行干燥，降低其含有的水分，含水率過(guò)高將會(huì)造成固化成型工藝不能正常的進(jìn)行，當(dāng)干燥后水分含量達(dá)到固化成型工藝的要求后，就可以送入固化成型工藝階段，在固化成型工藝階段，植物殘?jiān)b入生物質(zhì)固化成型機(jī)的料斗，啟動(dòng)固化成型機(jī)進(jìn)行固化成型操作，從出料口得到生物質(zhì)固化成型棒或生物質(zhì)顆粒，將固化成型棒或顆粒裝入無(wú)氧熱解釜內(nèi)，加熱熱解釜進(jìn)行無(wú)氧熱解，熱解產(chǎn)生的氣態(tài)產(chǎn)物從熱解釜頂部進(jìn)入冷凝、冷卻系統(tǒng)，可凝成分即生物質(zhì)餾出液被冷凝冷卻后流人儲(chǔ)罐，通過(guò)低溫快速沉降分離出生物醋液和生物焦油；不凝成分生物燃?xì)饨?jīng)過(guò)冷卻、洗滌和靜電除焦后通過(guò)風(fēng)機(jī)送入生物質(zhì)燃?xì)鈨?chǔ)罐；熱解操作結(jié)束后熱解固體產(chǎn)物即生物質(zhì)炭在無(wú)氧熱解釜內(nèi)降溫到室溫后取出。
3.3固化成型技術(shù)與熱解技術(shù)的原理及應(yīng)用
固化成型技術(shù)將剩余物這種粒度小、堆密度低、能量密度低的生物質(zhì)原料轉(zhuǎn)化為高能量密度的生物質(zhì)棒坯或顆粒，成型后的燃料主要有如下優(yōu)點(diǎn)：①密度大，使原來(lái)的松散物料“致密無(wú)間”，從而限制了揮發(fā)物的逸出速度，熱解產(chǎn)生的揮發(fā)物質(zhì)通過(guò)冷凝分離得到生物質(zhì)炭和焦油兩種能源產(chǎn)品，能量得以積聚，同時(shí)還可獲得作為植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)物質(zhì)的醋液等副產(chǎn)品；②因成型棒坯或顆粒質(zhì)地密實(shí)，揮發(fā)物逸出后剩余的炭結(jié)構(gòu)也緊密，運(yùn)動(dòng)氣流不能將其解體，可充分利用。在生物質(zhì)炭燃燒過(guò)程中可清楚地觀察到藍(lán)色火焰包裹著明亮的炭塊，爐溫大大提高，燃燒時(shí)間明顯延長(zhǎng)。
林源生物質(zhì)提取活性物質(zhì)生產(chǎn)中固形剩余物通過(guò)擠壓成型原理在于利用其中含有的木質(zhì)素屬非晶體的特性，具體是指木質(zhì)素由于是天然高分子化合物，沒(méi)有熔點(diǎn)但有軟化點(diǎn)，當(dāng)溫度為70～110℃時(shí)粘合力開(kāi)始增加，木質(zhì)素在適當(dāng)溫度下(200～300℃)會(huì)軟化、液化，適當(dāng)?shù)乃肿饔孟萝浕c(diǎn)降低和粘合力增大。此時(shí)加以一定的壓力使其與纖維素緊密粘接并與相鄰顆粒互相膠接，冷卻后即可固化成型，因此采用擠壓法成型可不用任何添加劑、粘接劑，大大降低了加工成本，富通新能源生產(chǎn)銷(xiāo)售的木屑顆粒機(jī)、秸稈壓塊機(jī)專業(yè)壓制生物質(zhì)顆粒燃料，生物質(zhì)顆粒燃料是替代煤等化石能源最佳的選擇。
利用無(wú)氧熱解設(shè)備對(duì)生物質(zhì)成型物料進(jìn)行快速熱解，得到熱解產(chǎn)物生物質(zhì)炭、生物焦油、醋液及燃?xì)狻o(wú)氧熱解設(shè)備主要由兩部分構(gòu)成，即熱解裝置和產(chǎn)物回收裝置。熱解裝置包括熱解爐和熱解釜，將生物質(zhì)成型棒坯裝入熱解釜中，通過(guò)熱解爐對(duì)熱解釜進(jìn)行加熱，達(dá)到熱解溫度后，熱解釜中的生物質(zhì)發(fā)生快速熱解反應(yīng)，生成大量氣態(tài)熱解產(chǎn)物并釋放熱能，氣態(tài)熱解產(chǎn)物進(jìn)入產(chǎn)物回收裝置。產(chǎn)物回收裝置包括多級(jí)冷凝冷卻系統(tǒng)、餾出液儲(chǔ)罐、洗滌罐和氣體儲(chǔ)罐等部分。氣態(tài)熱解產(chǎn)物經(jīng)冷凝冷卻后得到液體餾出物，再經(jīng)低溫沉析后得到生物質(zhì)焦油和生物質(zhì)醋液，不凝性氣體經(jīng)洗滌或靜電除焦后得生物質(zhì)燃?xì)狻峤夥磻?yīng)結(jié)束后，熱解釜內(nèi)得到生物質(zhì)炭，待熱解釜溫度降至常溫后出料。
近年來(lái)，筆者將固化成型技術(shù)與熱解技術(shù)運(yùn)用到多種生物質(zhì)提取活性物質(zhì)生產(chǎn)的固形植物源剩余物的處理中，取得了滿意的效果，將剩余物全部轉(zhuǎn)化為生物質(zhì)炭、生物焦油等能源產(chǎn)品和生物質(zhì)醋液植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)產(chǎn)品，并且無(wú)二次污染產(chǎn)生，實(shí)現(xiàn)了植物資源的生態(tài)化利用，其中部分實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。筆者及筆者所在實(shí)驗(yàn)室近年來(lái)利用該技術(shù)處理提取茄尼醇、喜樹(shù)堿、長(zhǎng)春堿、原花青素后的煙草、喜樹(shù)果實(shí)和葉片、長(zhǎng)春花、落葉松和橡碗剩余物作為產(chǎn)業(yè)化配套技術(shù)受到生產(chǎn)企業(yè)的認(rèn)可，經(jīng)濟(jì)效益明顯。
隨著林源生物質(zhì)提取活性物質(zhì)產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，隨著綠色經(jīng)濟(jì)理念的深入人心，如何能實(shí)現(xiàn)對(duì)剩余物的生態(tài)化利用也將成為林源生物質(zhì)提取活性物質(zhì)產(chǎn)業(yè)的新的研究點(diǎn)，并將受到越來(lái)越多的關(guān)注。剩余物生態(tài)化利用將呈現(xiàn)多樣性化發(fā)展，針對(duì)不同剩余物生態(tài)化利用方案也將不同，而研究的根本落腳點(diǎn)仍要遵循以下幾個(gè)方面：解決剩余物污染問(wèn)題；解決剩余物處理問(wèn)題并保證不產(chǎn)生二次污染；實(shí)現(xiàn)剩余物的生態(tài)化利用，創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)效益；實(shí)現(xiàn)剩余物批量處理，便于技術(shù)和設(shè)備推廣。
4、展望
利用熱解轉(zhuǎn)化技術(shù)對(duì)林源生物質(zhì)提取活性物質(zhì)的固形剩余物進(jìn)行生態(tài)化利用，有著處理能力大、處理速度快、產(chǎn)品附加值高等優(yōu)勢(shì)，對(duì)林源生物質(zhì)提取活性物質(zhì)產(chǎn)業(yè)走可持續(xù)發(fā)展、尋求循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式有著重要的作用。圍繞我國(guó)在發(fā)展創(chuàng)新型生物產(chǎn)業(yè)方面和生態(tài)文明建設(shè)方面的重大戰(zhàn)略需求，堅(jiān)持以目的生物基物質(zhì)和目的生物活性物質(zhì)的含量、增量、純度、得率、利用度為其工藝技術(shù)主線，將節(jié)約資源和環(huán)境友好落實(shí)到林源生物質(zhì)生態(tài)化學(xué)利用工程的各個(gè)環(huán)節(jié)。需在以下幾個(gè)方面進(jìn)行深入研究：
(1)林源活性物質(zhì)提取生產(chǎn)中固形廢棄物固化成型及其熱解設(shè)備的大型化、工業(yè)化、智能化的研發(fā)和制造，以利于林源活性物質(zhì)提取相關(guān)部門(mén)合理選擇及配套使用。
(2)進(jìn)一步優(yōu)化擠壓成型和熱解工藝，降低能耗和處理成本。
(3)對(duì)熱解產(chǎn)物生物質(zhì)炭、生物焦油、生物醋液和生物燃?xì)膺M(jìn)行深加工，提高附加值，增加企業(yè)收入，使林源活性物質(zhì)提取行業(yè)能夠得以可持續(xù)發(fā)展。
