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用绿色技术为传统产业发展续航———访国际木材科学院院士、轻工学院金永灿教授





  日前,国际木材科学院正式通知,我校轻工学院金永灿教授被增选为国际木材科学院院士。这是我校第4位获此殊荣的教授,目前中国大陆地区获此荣誉的科学家仅20余人。
  “他是一位出色的学者、科研带头人,他所带领的实验团队在木质素化学、木质素利用、生物材料、可再生资源生物化学领域内取得了显著的成果。”美国北卡罗来纳州立大学终身教授、我校特聘教授张厚民先生在推荐时说。
  一改秸秆“黑水换白纸”的恶名金永灿,1985年考入我校化工系制浆造纸工程专业,毕业后留校任教,开始结缘造纸研究。30多年来,金永灿见证了我国造纸业的发展。
  在上世纪八九十年代,秸秆造纸基本就是污染的代名词。由于缺乏关键技术,农作物秸秆制浆产生的黑色废液难以处理,排放之后严重污染环境,一个草浆纸厂污染一条河的情况并不鲜见。以致在过去的很多年里,秸秆造纸只能背着“黑水换白纸”的恶名。
  90年代中后期开始,国家设立的环保门槛越来越高,在这种情况下,众多草浆企业纷纷选择“弃草从木”,另起炉灶转做木浆造纸。而此时金永灿心中却算起了一笔“环境账”。
  我国是一个森林资源相对贫乏的国家,森林蓄积面积仅占世界4%,人均森林面积只有世界平均水平的1/6。而我国是粮食生产大国,也是秸秆生产大国,每年可生产秸秆7亿多吨,约占全世界秸秆总量的20%-30%。农业投入要素有约50%最终转化为农作物秸秆。如果将秸秆造纸“一刀切”,那么这部分的秸秆要流向何处?积压的秸秆如果任由农户就地焚烧,只会加剧对环境的破坏。
  于是,还在读博士的金永灿在李忠正教授的指导下,开始将研究视角转向钻研草浆清洁化生产工艺。
  在多年实验室研究的基础上,团队与江苏新大纸业集团公司合作开发的 “亚硫酸钠-甲醛-蒽醌”(SFP-AQ法)制浆新工艺,从根本上改变了传统的碱法制浆,降低制浆过程中产生的废液污染负荷,同时产生表面活性好、便于利用的木质素磺酸钠和其他产品,使纤维资源得到综合利用。
  经过技术升级,原来国家不鼓励的麦草制浆生产线,采用清洁生产工艺、以非木纤维为原料、单条10万吨/年及以上的制浆生产线却在2011年被列入《产业结构调整指导目录》鼓励类,有关政策也在向这样的产业倾斜。
  “技术革新后,非木材制浆造纸厂的浆、纸产品质量显著提升,同时将原来难以治理的制浆废液转化成具有良好经济效益的木质素类产品,企业实现了经济效益和环境效益的双赢,既改变了秸秆‘黑水换白纸’的恶名,也为众多濒临破产的传统造纸企业找到一线生机。”金永灿笑言。
  将农业秸秆生产石油替代品2000年后,随着中国经济的飞速发展,对石油需求不断增加,而同时我国国内石油产量却徘徊不前。开发替代石油制品的生物质基产品,成为这一时期学界关注的问题。金永灿和他所在的团队自2007年起开始从传统的制浆造纸转向研究生物质能源和材料。多年来,寻找并研制一种更清洁、更环保,成本更低廉,具有可再生性的生物质基制品来替代石油产品,一直是他的团队致力攻关的制高点。
  2007年金永灿在美国北卡罗莱纳州立大学学习进修期间,参加了利用木材纤维原料生产生物乙醇的国际合作研究课题。2008年回国后,根据我国纤维原料资源的特点,他带领团队将目光投向了玉米杆、麦草、稻草等农作物废弃物。他们把农业废弃物通过化学预处理和酶水解,把其中的纤维素降解成为葡萄糖,葡萄糖经发酵后最终转化成生物乙醇。“生物乙醇燃烧时比石油产生的二氧化碳少30%,并且不产生‘芳香烃’等致癌物,是一种更清洁、更环保的可再生能源。”金永灿说。
  生物乙醇不但可直接利用大部分现有制浆工艺和设备来制作,而且还可将生产时产生的“废料”全组分高效利用,变废为宝。2012年11月,在第四届国际制浆造纸与生物技术国际会议上,金永灿教授向与会代表介绍,他领导的研究团队开发了一种以农业废弃物为原料的车用燃料生物乙醇生产技术。该研究成果如大规模投入生产,可大大缓解石油资源匮乏的现象。
  “我的研究看似转向了,其实我一直关注着我的 ‘老本行’。目前我国制浆造纸产能过剩,众多企业面临技术提升、结构调整和产业转型等问题。将制浆厂升级改造成‘生物质精炼厂’,生产包括生物乙醇、纤维素材料在内的生物质化学品、生物质材料、生物质能源等产品,这或许可以成为不少中小造纸厂的‘救命稻草’。”金永灿说。“植物纤维原料的生物质精炼尚处于中试阶段,真正实现规模化生产,还有很长的一段路要走。但生物质精炼可以将纤维原料‘吃光用尽’,是科学、高效利用农业秸秆资源的重要途径。”金永灿坦言。
  贴吧里,学生送他“绰号”———“名捕”
  在记者采访结束后,金永灿转身进入实验室,又和研究生们一起做起实验。在同学们眼里,“金老师很认真,给我们改论文都是一个字一个词的改,连格式都要把关。”轻工学院制浆造纸工程专业研三学生朱杨苏说。在轻工学院的贴吧里,流传着学生们送给金永灿的一个“绰号”———“名捕”。
  虽是“名捕”,但金永灿却非常关心爱护学生。“金老师对我们要求很严格,大三的时候我参加学校创新课题时,本来没怎么放在心上,金老师却非常严肃认真地手把手指导我们确定研究内容、设计技术路线、处理实验数据等。”轻工院大四学生、已考入南京大学读研的罗旭峰说,去年11月金老师还带他和研究生学长们一起去广州参加‘第五届制浆造纸国际学术研讨会’,在这样一个国内外学者云集的平台上,让他一个本科生去陈述研究课题,这样的经历对他来说真的很难得,自己在内心深处也非常感激金老师对他的关爱。
  “在我们系里,基本上每天晚上金老师都是最后一个离开的,有时候后半夜2、3点钟学生和老师还会收到他回复的邮件或信息。”轻工学院吴淑芳教授说。
  严谨求实、虚怀若谷,是学者的涵养;甘为人梯、桃李芬芳,是师者的品格。三十载科研创新路,金永灿用绿色技术为一个传统产业的发展续航。 (方彦蘅)