歐洲木質(zhì)廢棄物利用與木質(zhì)能源展望

（江蘇省林業(yè)種苗管理站，江蘇南京210036）

1 木質(zhì)廢棄物利用與環(huán)保法規(guī)

木質(zhì)廢棄物又稱為生物質(zhì)能，屬于一種可再生能源，其產(chǎn)生量隨著木材使用量同步增長。在2007—2013年，歐盟27國用作能源用途的木材數(shù)量平均每年增長5.4%；同期，能源需求總量中的木材用量從4.4%增長到5.8%。2013年木質(zhì)材料在可再生能源中的份額達到48.6%。

歐洲的木質(zhì)能源占能源需求總量的3.5%，其中瑞典木質(zhì)能源占能源需求總量的23%，芬蘭占21%，奧地利占16%。木質(zhì)燃料的60%以上來源于木材加工的廢棄副產(chǎn)物。

歐盟為消除氣候變暖，實現(xiàn)《京都議定書》規(guī)定的碳減排目標，從美國和加拿大進口了大量的木質(zhì)燃料以替代煤、油、氣等化石燃料。英國自2013年起木質(zhì)能源占能源需求總量的1.4%，而2005年僅為0.1%，英國2014—2015年木質(zhì)顆粒物的進口量增加了25%。2014年開始，歐洲和北美幾乎包攬了全球生物質(zhì)顆粒的生產(chǎn)（分別為60%和33%）。2010—2025年全球的木質(zhì)能源的需求量增長趨勢見圖1。

圖1 全球木質(zhì)能源需求趨勢

1997年歐盟的包裝法規(guī)定，各國在減少包裝材料的使用量同時，包裝材料循環(huán)使用率要達到56%。2005年歐盟又對該法進行了修訂：年產(chǎn)生超過50 t的包裝材料或營業(yè)額超過3 600萬美元的企業(yè)，包裝物的總體回收率為60%，再循環(huán)率達55%。具體品種為：玻璃60%，紙和紙板60%，金屬50%，塑料25%，木材15%。

從環(huán)保角度考量，歐盟將木質(zhì)廢棄物分為三類：A類為林業(yè)采伐、木制品制造產(chǎn)生的廢棄物，如樹枝、樹根、鋸屑、邊角材料等，這些廢棄物中不含任何污染物質(zhì)（圖2）。B類為廢舊建筑木料、破舊家俱、包裝箱、裝璜板材等，這部分廢物中含有有機污染物，如油漆過的門窗、有機樹脂涂層的板材等（圖3）；C類為經(jīng)過防腐處理、含有重金屬（砷、鉻、銅、鉛）成分的木料，如鐵道枕木、舊電桿木樁、拆換下來公園鋪路板（圖4）。

圖2 A類廢棄物

圖3 B類廢棄物

圖4 C類廢棄物

2 木質(zhì)廢棄物的處置方法

2.1 填埋處置

20世紀，歐洲國家的木質(zhì)廢棄物與城市垃圾一道運往垃圾填埋場處置。近年來，由于人們環(huán)境保護意識提高和土地資源緊缺，垃圾填埋場僅用來處置有毒有害的C類廢棄物。

木質(zhì)廢棄物占用空間較大，減少了填埋場的使用年限，此外，廢棄物在生物降解過程中產(chǎn)生的甲烷氣體和滲濾液難以處置，因此填埋場及政府都不希望木質(zhì)廢棄物采用填埋方法處理。

英國每年產(chǎn)生120萬t的木質(zhì)廢物，每噸廢料的填埋費用為29美元，其中包括17美元環(huán)境稅，環(huán)境稅是逐年遞增的，每年增加1.4美元，2004年已達到21美元，這還不包含7～14美元/t運輸費用。德國每年產(chǎn)生1 500萬m3的廢舊木料，其中400萬m3的廢舊纖維板材采用填埋方法處理，處理費用為105美元/t。荷蘭填埋處理費用更高，144美元/t，其中含84美元/t的環(huán)境稅，荷蘭的環(huán)境稅也是逐年提高的。法律促使人們對木質(zhì)廢物進行回收循環(huán)利用。

木質(zhì)廢物的循環(huán)利用費用較低，例如英國將A類木質(zhì)廢棄物運送至回收工廠的費用僅為9～17美元/t，德國為14美元/t，荷蘭為24美元/t。至于B類木質(zhì)廢物，德國收費90美元/t，荷蘭為48美元/t。

2.2 工業(yè)鍋爐燃料

在歐洲，62%以上的木質(zhì)廢棄物被用作工業(yè)或生活燃料。近年來興起的顆料狀木屑成為燃料市場上寵兒。2014年，歐洲消耗了2 600萬t的木質(zhì)顆粒物，占全球木質(zhì)顆粒物生產(chǎn)量的78%。

英國Sonae木業(yè)公司每年需要40萬t廢木材作為鍋爐燃料。企業(yè)接納樹枝、樹根、鋸屑等林業(yè)廢物，木質(zhì)廢棄物最高收購標準是23美元/t，德國Pfliderer木制品公司的B類木質(zhì)廢棄物收購價為18美元/t。

小型鍋爐通常采用爐排（篦）燃燒形式。過去使用碎木材為燃料，現(xiàn)在采用了回收木屑。歐洲多數(shù)國家允許鍋爐使用B類木質(zhì)廢物作燃料，但荷蘭不行，致使大量的B類木質(zhì)廢物運往德國、瑞典等國家作燃料。歐盟規(guī)定C類廢物不可以作為燃料。

大型企業(yè)一般采用流化床鍋爐，爐排上鋪有石英砂層，空氣從砂層低部進入，與砂層上部的燃料混合，均勻燃燒，其優(yōu)點是可以利用低熱值的燃料。奧地利Sappi公司的鍋爐以造紙黑液和樹皮為燃料，其熱值為6～7 MJ/kg。石英砂床先用天然氣進行預熱，使其溫度達到450℃以上。石英砂3個月更換一次，每次60 t。該企業(yè)鍋爐的熱出力達到23 MW。

木質(zhì)廢棄物還是水泥窯爐的最佳燃料源，水泥窯內(nèi)的800～1 000℃高溫可以使得廢木料充分燃燒，最終的灰燼化為水泥。水泥窯爐也是處置有害廢物的重要設(shè)施，荷蘭Afvalzorg木業(yè)公司將生產(chǎn)中粒徑小于0.5 cm木質(zhì)顆粒送給水泥廠作燃料，水泥廠收費為6美元/t。木質(zhì)廢棄物的加工粉塵被歐盟視為有害廢物，對其運輸條件相當苛刻，運輸車輛需要在負壓密閉條件下運送。

工業(yè)鍋爐的爐溫很高，使用木質(zhì)廢物作燃料時，燃料中的金屬物和砂礫會引起鍋爐結(jié)渣，降低燃燒效率，進而增加了鍋爐的煙塵排放濃度。另外，燃料中的氯元素會腐蝕鍋爐管道，由于廢棄木料中含有聚氯乙烯類塑料，需加強對木屑中雜質(zhì)的分離。

2.3 生物質(zhì)能發(fā)電

奧地利Graz公司開發(fā)出的一種使用生物質(zhì)燃料的斯特靈微型發(fā)電機組，發(fā)電能力為3 kW，熱電轉(zhuǎn)換效率在6%～8%，進入熱交換器的生物氣無需凈化，最初的目地是供熱。奧地利國家研究院還開發(fā)了5～100 kW系列發(fā)電機組，能效可達20%。

據(jù)測算，10 000 t木質(zhì)廢料替代煤作火電廠燃料，可以減少向空氣環(huán)境排放14 400 t二氧化碳，160 t二氧化硫，80 t煙塵。

英國Alstom電廠最早參與了全球碳減排的生物質(zhì)綜合利用項目，發(fā)電能力達10 MW，總體能源利用效率達到45%～50%。2014年，比利時Ghent市政當局投資3.46億美元建成215 MW流化床燃燒方式的生物質(zhì)熱電廠。歐洲的火電公司為實現(xiàn)碳減排目標，在燃煤中摻混木質(zhì)燃料，若全部使用木質(zhì)燃料，則需要對電廠的燃燒系統(tǒng)進行大規(guī)模改造。加拿大Atikokan電廠于2012年停止燒煤，投資1.4億美元改造成全部使用木質(zhì)顆粒物燃料。自2014年以來，Atikokan作為調(diào)峰電廠，每年消耗木屑顆粒物為10萬t。

英國MGT電力公司投資6.6億美元興建的全球最大的生物質(zhì)熱電站，預計2018年底投產(chǎn)，熱電站位于港口城市米德爾斯堡，來自加拿大的木質(zhì)顆粒燃料由駁輪直抵電站的貯運碼頭。熱電站裝機容量600 MW，可為60萬戶居民提供電力。以30年運營期測算，電站可削減3 200萬t二氧化碳排放量。

歐洲EPH公司對其400 MW熱電站改造后，每年約消耗250萬t木質(zhì)顆粒物。估計歐洲和英國的新增木質(zhì)能源需求量為每年600萬t。

2.4 居民取暖

歐洲居民自古以來喜愛壁爐與劈柴取暖，北歐諸國林業(yè)發(fā)達，一半以上的家庭仍將木質(zhì)燃料作為能源使用，芬蘭10～20萬人的社區(qū)基本上使用木質(zhì)能源供暖，其需求量超過了化石燃料。隨著人們對空氣環(huán)境質(zhì)量要求提高，政府加強對排煙設(shè)施的管理，新型木柴取暖爐不斷出現(xiàn)。與舊式壁爐相比，新型木質(zhì)能源取暖爐一是加裝了玻璃門，二是采用了二次進風技術(shù)，有的取暖爐還安裝了氧化催化裝置，可減少氮氧化物排放量。除此之外，爐具配有自動測溫儀和自動點火器，以及自動加料器、出灰器等。爐具的加料倉可貯存3～4 d的用量。家用取暖爐的熱出力為4～8 kW·h,一套取暖爐售價4 000～6 000美元。對于低收入家庭，政府給予采暖補貼，在美國，凡在2017年之前購買熱效率達到75%爐具的，可以獲得300美元的稅收抵扣。新型取暖爐每公斤干柴的煙塵排放量從過去平均40 g降至4 g左右，使得空氣環(huán)境質(zhì)量明顯優(yōu)于20世紀。

英國牛津郡一個居民小區(qū)使用Talbott鍋爐集中供暖，產(chǎn)生0.15 MPa壓力、80～85℃熱水分配到各住戶，鍋爐的熱出力達300 kW，熱力損失限制在1%以內(nèi)，一個冬季約消耗700 m3的林產(chǎn)廢物。社區(qū)居民不會抵制木質(zhì)燃料的鍋爐，特別是可替代230 t/a燃料油。

2.5 生產(chǎn)人造板

歐洲大約有1/3的廢舊木料被回收再加工成纖維板或刨花板。有的在本國加工，有的運往其他國家加工。圖5系荷蘭Roosedhaal回收公司用火車將廢棄木材運往意大利處置。

圖5 荷蘭的木質(zhì)廢物轉(zhuǎn)往國外處置

隨著全球經(jīng)濟復蘇，市場對人造板材的需求量日益增加。德國Pfeiderer公司有兩個車間生產(chǎn)再生刨花板，每天產(chǎn)量達3 500 m3。企業(yè)過去使用原木加工木片，木片的含水率達到50%，需要進行烘干處理，現(xiàn)在使用回收木片，無需干燥處理，木片的加工成本從原來的94美元/t降至71美元/t。

英國SONAE公司也是一家以廢棄木料生產(chǎn)夾芯膠合板的企業(yè)，企業(yè)總投資合25 740萬美元。由于場地受限，公司只能購買回收廠商的木片（屑）生產(chǎn)夾芯板。

荷蘭H廢物回收公司將A類和B類混合木質(zhì)廢棄物運往意大利的SIA人造板公司生產(chǎn)夾芯膠合板。SIA公司有一套專利技術(shù)，從混合木料中分離出A類木料生產(chǎn)出合格的木片，剩下的木質(zhì)廢物作鍋爐燃料。

2.6 溶劑法回收木纖維

采用破碎方法回收纖維板會使木屑的木纖維長度越來越短，為保證新板材的質(zhì)量不變，生產(chǎn)中需要加大膠粘樹脂的使用量，導致成本增加，干法生產(chǎn)還產(chǎn)生大量粉塵，影響環(huán)境。

英國TRADA公司首創(chuàng)用化學方法從廢棄板材中提取木質(zhì)纖維的技術(shù)。將破碎成200 mm見方的纖維板材裝入反應釜中，再加入小量尿素與硫酸，加熱到110℃，保溫20 min，此時粘在木屑（木片）上的樹脂開始溶化，纖維板分解成木片（屑）和木質(zhì)纖維，另外，附著在板上的釘子等金屬物也脫離出來。從反應釜取出的物料再進行過篩分揀，木纖維或木片（屑）重新作為人造板材的原料。反應釜的容積約25 m3，每次可裝入6.5 t碎纖維板料。每批料的反應時間控制在90～120 min。每臺反應釜每年可加工2.3萬t廢纖維板材。這套濕法生產(chǎn)工藝可回收95%以上的木質(zhì)纖維。

3 回收利用工藝

3.1 破碎與細磨

廢棄木質(zhì)廢物回收利用的第一步是破碎。破碎過程通常分兩段進行，第一階段是采用低速（小于40 r/min）大扭力破碎機，將大塊的廢舊木料撕裂成碎片，破碎機分為固定式和移動式兩種。德國RL木業(yè)公司的低速破碎機處理能力為40 t/h；低速作業(yè)可以防止隱藏在廢舊木料中的金屬物損壞生產(chǎn)設(shè)備。第二階段則采用高速（1 000 r/min)磨碎機，德國EBK公司的高速磨碎機的篩網(wǎng)孔徑為45～150 mm，篩網(wǎng)可根據(jù)需要調(diào)節(jié)，分選出各種粒徑的木屑。刨花板是以薄形木片為原料，生產(chǎn)中需采用旋轉(zhuǎn)式削片機替代磨碎機，將大塊木料刨削成片狀物料。荷蘭V&V公司將移動式低速破碎機與高速磨碎機串聯(lián)使用。

3.2 雜質(zhì)分離

木質(zhì)廢棄物中含有鐵釘類物件，這類雜物影響廢棄物的后續(xù)處理。在廢舊木料堆場，裝有電磁鐵的蟹爪抓斗可將附著鐵件的木料分揀出來另行處置，有的企業(yè)在皮帶輸送機的上方安裝磁力感應器。生產(chǎn)中常采用兩段磁力分揀，第一階段揀出大塊的鐵件，第二段再分離出細小的金屬件。

有的廢舊木料上附著的金屬物是不銹鋼或銅、鋁材料，對于這些非磁性金屬物質(zhì)，需使用渦流分離器進行分揀。渦電流分選技術(shù)具有適應性強、斥力可調(diào)、分選效率高等優(yōu)點。當混有非磁性金屬的碎木屑通過3 000 r/min旋轉(zhuǎn)磁場（電磁裝置）時，非磁金屬體內(nèi)則產(chǎn)生感應渦流。由于物料流與磁場有一個相對運動的速度，從而對金屬物形成斥力，將金屬物分離出來。

木質(zhì)廢棄物中的雜物還有玻璃、紙張、塑料等非金屬材料。采用風力可將木屑中的紙張和塑料類雜物吹出來，留下比重大的木屑顆粒物，玻璃則留在最底層，可用篩網(wǎng)將其分離。

木屑分選機有旋轉(zhuǎn)圓盤篩、方形振動篩等，網(wǎng)篩的孔徑?jīng)Q定了產(chǎn)品的大小，篩網(wǎng)上部的大塊物料需返回到上道工序重新加工。篩網(wǎng)下面的小于0.5 cm粉塵系污染物，根據(jù)歐盟的環(huán)保要求，這部分粉塵收集后與C類木質(zhì)廢物一道進行填埋處置。

荷蘭的Afvalzorg廢棄物處置公司20世紀建起了木質(zhì)廢棄物回收加工廠，每年接收處理5～6萬t木質(zhì)廢棄物，產(chǎn)品一部分賣給刨花板生產(chǎn)廠作原料，一部分作燃料。公司接納A類和B類廢物，A類廢物處置費為30美元/t，B類廢物60美元/t，拒絕接納C類廢物。企業(yè)使用HAAS公司制造的設(shè)備，第一道是低速破碎機，處理量為25 t/h，然后由皮帶輸送機送往下道工序，破碎后的木塊最大尺寸為8 cm，碎木塊上碾有溝槽，可防止木塊皮帶機上脫落下來，皮帶機上方裝有磁力分選機，鐵類雜物被磁力機吸出放入落料槽里，再由另一臺皮帶機輸送到人工分揀室。有兩名工人負責粗分揀工作。第二段采用高速磨碎機，處理量為20 t/h，木塊磨碎后通過篩選設(shè)備，篩選機上方還安裝了第二道磁選機。木屑過篩后被分成3種尺寸：小于5 mm，5～30 mm，30～80 mm，小于 5 mm 的作為粉塵處理。企業(yè)的主要生產(chǎn)裝置見圖6，圖6中前右為破碎機，前左上方為磁選機，白色箱狀物為人工分揀室。其他設(shè)施包括旋風除塵器、氣動輸送管道、空壓機等。生產(chǎn)廠房面積約7 000 m2，堆場及成品倉庫占地面積近20 000 m2，投資約359萬美元。

圖6 回收加工木質(zhì)廢棄物的生產(chǎn)裝置

產(chǎn)品系A(chǔ)類木屑，主要銷售給纖維板廠作原料，約24～30美元/t。小于5 mm的粉塵屬于C類污染物，需運至國外的水泥窯廠進行處置，處置費為30～36美元/t，其中包括運輸費用6美元/t。

4 木質(zhì)廢棄物利用的挑戰(zhàn)

4.1 運輸與堆場

木質(zhì)廢棄物的特點是體積大、重量輕，松木的堆密度僅為0.45 t/m3；各種廢舊木料形狀各異，不易堆實碼放整齊，使得廢棄物的運輸費用高于煤炭等其他物資。另外露天堆放的木屑含水率高，粘度增大，木屑容易粘在一起，管道輸送困難。

歐洲的木質(zhì)廢棄物運輸均采用大型車輛或駁船，有的還使用火車，貯運場地或碼頭需設(shè)置專用卸料機械，同時從防火角度考慮，倉貯場地的占地面積要求大。企業(yè)內(nèi)的木質(zhì)廢物輸送方式有皮帶輸送機、螺旋輸送機、密閉氣動管道等。每種運輸方式都有一定限制條件，例如密閉氣動管道等不能輸送較大的木塊，螺旋輸送機不能長距離輸送，皮帶輸送機會散發(fā)粉塵。圖7是英國一家回收企業(yè)的廢舊纖維板堆放場地。

圖7 廢舊纖維板堆場

4.2 粉塵雜質(zhì)與生產(chǎn)效率

拆舊的廢棄木料會附著螺絲、鐵釘?shù)冉饘傥锛?，舊門窗還附有玻璃，廢纖維板粘黏著墻紙，給機器實現(xiàn)高效率處置帶來困難。各種雜物在廢棄木料中份額為3%～5%，其多寡與人們的環(huán)保分類認知有關(guān)。圖8系從木屑中分離出的雜質(zhì)。

與新采伐的原木相比，廢舊木質(zhì)廢棄物的含水率低，表面會附著塵土，破碎及磨削時產(chǎn)生大量粉塵（見圖9）。粉塵過多影響再生板材的質(zhì)量，致使膠粘劑用量增加，雜質(zhì)與粉塵還加劇刀具的損耗，最終使生產(chǎn)成本上升。去除雜質(zhì)是回收企業(yè)高度關(guān)注的課題，即便加強對篩網(wǎng)的清理，還會有少量雜物留在木屑中。

圖8 從木屑中分離出的雜質(zhì)

圖9 木質(zhì)廢物產(chǎn)生的粉塵

4.3 木質(zhì)廢物選用

A類木質(zhì)廢物的木素纖維質(zhì)量與原木相當，完全可以取代原木生產(chǎn)人造板。B類廢物中有大量的廢舊板材，雜物較多，廢板材中的木素纖維較短，品質(zhì)不如原木，再加工成夾芯板材的原料，需增加粘合劑用量，成本增高。另外，舊板材中含有化學樹脂類物質(zhì)，在再生板材烘干過程中，木屑中的殘存樹脂揮發(fā)出來，影響產(chǎn)品質(zhì)量，因此B類廢物適宜加工成木質(zhì)燃料。C類廢物中存在重金屬殘留物，故生產(chǎn)企業(yè)要求木屑供應商不得使用C類廢物作原料。

4.4 粉塵及煙塵治理

在廢木料加工處理車間，灰塵濃度高，纖維板破碎時產(chǎn)生粉塵很細，對人體有害，木質(zhì)粉塵還會引發(fā)火災。生產(chǎn)車間需安裝各種除塵器。

鍋爐排放煙氣中的二惡英對環(huán)境有危害，需要采用布袋除塵器處置。大型鍋爐的煙氣凈化裝置的費用往往占到總投資的2/3。在歐洲，每臺鍋爐都要求進行環(huán)保測試，但是從測試結(jié)果可看出：與燃油鍋爐相比，燃燒廢木料的鍋爐排放廢氣中的二氧化硫減少1/2，氮氧化物減量較小外，二氧化碳幾乎測不出。

鍋爐的灰渣和除塵器的收集粉塵若測出重金屬成分，灰渣或粉塵就必須送入填埋場處置，或者送給水泥廠做原料。A類和B類木質(zhì)廢物產(chǎn)生的灰燼可以進入農(nóng)田作肥料。

5 顆粒狀木質(zhì)燃料及其生產(chǎn)設(shè)備

歐洲12個國家的木屑顆粒的人均消耗量為39 kg，2007—2013年木屑顆粒的人均消費量增加了144%。消耗量排在前三位的國家是：英國350萬t，丹麥230萬t，德國和瑞典均為190萬t。多年來，工業(yè)木屑顆粒在阿姆斯特丹與鹿特丹的到港價為155～175美元/t。家庭使用的木屑顆粒每袋重18 kg，通常5～7美元/袋。

顆粒狀木質(zhì)燃料的直徑5～8 mm，長短不一，主要系鋸木屑壓制而成，也有采用農(nóng)作物秸桿粉碎后擠壓成型的。木質(zhì)顆粒物燃料標準見表1。

德國的ABC機械公司，將其總部遷至中國安陽市，該公司生產(chǎn)成套的木質(zhì)廢物造粒設(shè)備，一條每天加工20 t木質(zhì)廢棄物的造料生產(chǎn)線的主要設(shè)備有：破碎機（22 kW）；旋風分離器（22 kW）；軸輥式干燥機（9 kW）,可將含水率50%～60%的木屑烘干至15%；造粒機（55 kW），每小時生產(chǎn)1 t粒徑1～2 cm的木屑燃料。此外還需選配螺旋提升機（1.5～4 kW），冷卻分離機（9 kW），脈沖除塵器（1 kW），計量包裝機（4 kW）。

表1 顆粒狀木質(zhì)燃料的國際標準

6 結(jié)語

我國系木材進口及制成品出口大國，每年有大量的木質(zhì)廢棄物產(chǎn)生；我國又是農(nóng)業(yè)大國，每年有大量農(nóng)作物秸桿需要處置；另外城市廢舊木質(zhì)廢棄物日益增加。政府應當借鑒歐盟的經(jīng)驗，用法律形式將木質(zhì)廢棄物的回收循環(huán)綜合利用納入環(huán)保軌道。

木質(zhì)廢棄物是重要的可再生資源和能源，除可回收加工成纖維板、刨花板外，還可以制成顆料燃料，當前，木質(zhì)顆粒物及其生產(chǎn)設(shè)備有著巨大的市場需求。

隨著全球經(jīng)濟復蘇，希翼國內(nèi)廠商抓住機遇，開發(fā)相關(guān)產(chǎn)品及生產(chǎn)設(shè)備，為全球碳減排作貢獻。