林源活性物質的提取作為我國具有悠久歷史的特色產業，近年來已經成為我國發展最快的行業之一。據海關統計，2005年我國植物提取物出口額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2.6億美元。我國森林生物資源中擁有種類繁多的林源活性物質，但林源活性物質的分子量小、含量較低，體系復雜、難于富集。隨著我國以林源活性物質為重要物質基礎的林業生物制劑產業的快速發展，林源活性物質的需求量以日劇增，為了得到一定數量的林源活性物質，往往需要加工大量的植物原料，同時也產生數量巨大的植物源固形剩余物，給環境帶來嚴重的污染問題，同時也造成生物質資源的嚴重浪費，如何使生產中固形剩余物得到充分利用是目前林源活性物質提取行業急需解決的問題。
1、我國林源生物質的利用
1.1我國林源生物質資源
我國擁有種類繁多的植物資源，其中承載著十分豐富的林源生物活性物質和生物基物質。據統計，我國僅高等植物就有3萬多種，僅次于巴西和馬來西亞，據世界第三位。這些植物中富含的纖維素、半纖維素、木質素、蛋白質和核酸等生物基物質以及萜類、酚類、含氮化合物等生物活性物質，是我國發展生物產業的極其寶貴的戰略性生物資源，具備優先快速發展以林源生物質為原料的生物產業的物質基礎。此外，我國人口眾多，是消費以生物活性物質和生物基物質為原料的生物產品的大國。從生物活性物質產品的消費情況看，目前我國約有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藥制品，是世界上最大的生物活性物質產品的消費市場。為此，我國政府高度重視生物產業的發展，國家發展和改革委員會編制了《生物產業發展“十一五”規劃》，提出到2020年，我國生物產業的增加值要突破2萬億元人民幣，約占我國GDP比重的4%以上，成為我國國民經濟的主導產業之一。由此可見，要發展以林源生物質為原料、通過化學利用的途徑來生產生物活性物質產品和生物基物質產品的生物產業，必須走技術密集型、資金密集型和勞動密集型為產業特征的工業生產道路。
1.2我國林源生物質利用的產業現狀
由于歷史的原因，特別是科技水平的限制，我國以林源生物質和林源生物活性物質為原料生物產品的生物產業尚存在一些制約產業發展的技術瓶頸問題，特別是在植物新品種的篩選、植物資源的培育、林源活性物質的分離、生物基物質的轉化和煉制、生物產品的制備、相關工業裝備的制造等方面缺乏具有自主知識產權的核心技術和以節約資源和環境友好為生態特征的共性關鍵技術。主要表現在：一是野生植物資源的采收強度過大，造成野生植物資源的嚴重瀕危；二是只重視野生植物資源的原料生產，不重視林源活性物質的分離和生物基物質轉化和煉制，因而使林源生物質的利用深度不夠、附加值不高；三是對植物體內的生物基物質和活性物質進行分離、轉化和煉制時多采用傳統工藝，粉塵大、傳質慢，廢水、廢氣和廢渣排放量大，環境污染嚴重；四是生物基物質和生物活性物質的終高端產品類型少、檔次低，功能檢測能力弱，因而造成經濟回報率低下等。在核心技術和共性關鍵技術方面，我國作為林源生物質資源大國，除存在上述方面的共性問題外，還在以林源活性物質和生物基物質為原料生產生物產品的生物產業發展方面存在一些突出的技術瓶頸問題。主要表現在：一是雖然蘊藏著十分豐富的富含各類生物活性物質和生物基物質的植物資源，但長期以來僅以過度利用的野生森林植物資源的采收業和經營粗放的糧食作物、經濟植物的種植業為主，經營方式以原料生產或粗加工生產為主，致使野生植物資源遭到破壞、生產效率不高、經營粗放、產品的附加值低；二是在糧食作物和經濟植物的人工種植方面以及生物基物質和生物活性物質的分離、轉化和煉制方面，缺乏立體種植和高效利用，土地利用率低、目的生物基物質和目的生物活性物質的得率低、原料的綜合利用率低，致使企業的經濟效益不高；三是生物基物質和生物活性物質的高端產品在生物產業中的產品結構比例失調，自主創新的技術獨占性差，產業的發展后勁嚴重不足。
2、我國林源生物質提取活性物質生產中固形剩余物的利用現狀
林源生物質提取活性物質生產中固形剩余物是指在生產過程中植物原料經溶劑提取活性物質后剩下的殘渣以及在溶劑萃取、濃縮過程中產生的無用的固態或半固態的浸膏，這些固形殘渣主要成分為纖維素、半纖維素和木質素等，屬于生物基物質。生物活性物質作為目的有效物質一般在植物體內含量都不高，例如紫杉醇在紅豆杉中的含量為萬分之三；喜樹堿在喜樹中的含量為萬分之一，為了得到一定數量的生物活性物質，往往需要加工大量的植物原料，同時也就造成固形剩余物數量巨大。對于林源生物質提取活性物質的生產企業來說，生產中的固形剩余物屬于工業三廢中的廢渣，如果處理不當，會對生產企業造成嚴重的經濟損失，同時尤為重要的是對生態環境將造成污染和對人類健康造成威脅。能夠將剩余物生態化利用，為林源生物質提取活性物質的生產企業帶來良好的經濟效益，同時對環境不造成危害的資源化利用技術是目前林源生物質提取活性物質的生產企業的一個重要的發展課題。
剩余物的處理一直都是林源生物質提取活性物質的生產企業的棘手問題，早期處理的形式主要包括填埋、焚燒等。填埋處理只是對剩余物作了無害化處理，需要占用大量的土地，目前主要用于對環境和人體健康有嚴重影響的固體廢物，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題，但沒有考慮到生態化利用問題，對于剩余物燃燒過程中產生的熱量是一種能源的浪費。目前這兩種方法僅屬初級處理方式，并沒有達到剩余物生態化利用升值或者是根本上解決剩余物處理問題，秸稈顆粒機、秸稈壓塊機專業解決農作物秸稈焚燒問題。
在全球提倡可持續發展戰略的大環境下，發展資源化利用，變廢為寶，提高產品附加價值已經成為剩余物再生利用發展的新思路。
3、林源生物質提取活性物質生產中固形剩余物的熱解利用
3.1生物質熱解技術的發展現狀
生物質熱解技術是實現生物基物質高值轉化的一種技術，是一種有著良好發展前途的生態技術。生物質熱解是在完全無氧或有限供氧條件下進行的生物質降解反應，利用熱能切斷生物基物質大分子的化學鍵，使之轉變為低分子物質的過程，主要產物有生物質炭、生物焦油、生物醋液和生物燃氣。主要產品生物質炭可以作為木炭的替代品用于民用和工業金屬冶煉等方面，還可以用于鑄造脫模、農作物土壤改良劑，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、汽油等產品，這種利用模式可以降低對石油的依賴；生物醋液是一種對環境有著良好調節功能的產品，具有空氣殺菌、消毒、除臭等功效，可以用來調節植物生長，作為植物葉面肥料和綠色驅蟲劑；生物燃氣是一種潔凈的氣體燃料，具有熱值高、含硫量低、燃燒后不產生有害氣體等的特點，同時生物質燃氣主要含有CO和H2，可以作為合成甲醇、乙醇等液體化學品的優良原料。
我國是一個木材極度匱乏的國家，現階段對木材的使用有著嚴格的法律法規，林產化工行業中，以木材熱解生產木炭、木焦油、木醋液、木煤氣也受到嚴格的控制。而生物質提取活性物質的固形剩余物熱化學轉化利用這一生態化工藝，不以木材為原料，而是在剩余物資源化利用的基礎上，生產出生物質炭，生物焦油、生物醋液和生物燃氣，實現了創造出更大的經濟價值的目的，發展前景可觀。
3.2固形剩余物熱解工藝流程
林源活性物質提取生產中固形剩余物熱解生態化利用的工藝流程。
林源生物質提取活性物質生產中固形剩余物通過碎化后經過溶劑萃取剩余的固形剩余物通過回轉爐等干燥設備進行干燥，降低其含有的水分，含水率過高將會造成固化成型工藝不能正常的進行，當干燥后水分含量達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，植物殘渣裝入生物質固化成型機的料斗，啟動固化成型機進行固化成型操作，從出料口得到生物質固化成型棒或生物質顆粒，將固化成型棒或顆粒裝入無氧熱解釜內，加熱熱解釜進行無氧熱解，熱解產生的氣態產物從熱解釜頂部進入冷凝、冷卻系統，可凝成分即生物質餾出液被冷凝冷卻后流人儲罐，通過低溫快速沉降分離出生物醋液和生物焦油；不凝成分生物燃氣經過冷卻、洗滌和靜電除焦后通過風機送入生物質燃氣儲罐；熱解操作結束后熱解固體產物即生物質炭在無氧熱解釜內降溫到室溫后取出。
3.3固化成型技術與熱解技術的原理及應用
固化成型技術將剩余物這種粒度小、堆密度低、能量密度低的生物質原料轉化為高能量密度的生物質棒坯或顆粒，成型后的燃料主要有如下優點：①密度大，使原來的松散物料“致密無間”，從而限制了揮發物的逸出速度，熱解產生的揮發物質通過冷凝分離得到生物質炭和焦油兩種能源產品，能量得以積聚，同時還可獲得作為植物生長調節物質的醋液等副產品；②因成型棒坯或顆粒質地密實，揮發物逸出后剩余的炭結構也緊密，運動氣流不能將其解體，可充分利用。在生物質炭燃燒過程中可清楚地觀察到藍色火焰包裹著明亮的炭塊，爐溫大大提高，燃燒時間明顯延長。
林源生物質提取活性物質生產中固形剩余物通過擠壓成型原理在于利用其中含有的木質素屬非晶體的特性，具體是指木質素由于是天然高分子化合物，沒有熔點但有軟化點，當溫度為70～110℃時粘合力開始增加，木質素在適當溫度下(200～300℃)會軟化、液化，適當的水分作用下軟化點降低和粘合力增大。此時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，富通新能源生產銷售的木屑顆粒機、秸稈壓塊機專業壓制生物質顆粒燃料，生物質顆粒燃料是替代煤等化石能源最佳的選擇。
利用無氧熱解設備對生物質成型物料進行快速熱解，得到熱解產物生物質炭、生物焦油、醋液及燃氣。無氧熱解設備主要由兩部分構成，即熱解裝置和產物回收裝置。熱解裝置包括熱解爐和熱解釜，將生物質成型棒坯裝入熱解釜中，通過熱解爐對熱解釜進行加熱，達到熱解溫度后，熱解釜中的生物質發生快速熱解反應，生成大量氣態熱解產物并釋放熱能，氣態熱解產物進入產物回收裝置。產物回收裝置包括多級冷凝冷卻系統、餾出液儲罐、洗滌罐和氣體儲罐等部分。氣態熱解產物經冷凝冷卻后得到液體餾出物，再經低溫沉析后得到生物質焦油和生物質醋液，不凝性氣體經洗滌或靜電除焦后得生物質燃氣。熱解反應結束后，熱解釜內得到生物質炭，待熱解釜溫度降至常溫后出料。
近年來，筆者將固化成型技術與熱解技術運用到多種生物質提取活性物質生產的固形植物源剩余物的處理中，取得了滿意的效果，將剩余物全部轉化為生物質炭、生物焦油等能源產品和生物質醋液植物生長調節產品，并且無二次污染產生，實現了植物資源的生態化利用，其中部分實驗結果如圖2所示。筆者及筆者所在實驗室近年來利用該技術處理提取茄尼醇、喜樹堿、長春堿、原花青素后的煙草、喜樹果實和葉片、長春花、落葉松和橡碗剩余物作為產業化配套技術受到生產企業的認可，經濟效益明顯。
隨著林源生物質提取活性物質產業的蓬勃發展，隨著綠色經濟理念的深入人心，如何能實現對剩余物的生態化利用也將成為林源生物質提取活性物質產業的新的研究點，并將受到越來越多的關注。剩余物生態化利用將呈現多樣性化發展，針對不同剩余物生態化利用方案也將不同，而研究的根本落腳點仍要遵循以下幾個方面：解決剩余物污染問題；解決剩余物處理問題并保證不產生二次污染；實現剩余物的生態化利用，創造更大的經濟效益；實現剩余物批量處理，便于技術和設備推廣。
4、展望
利用熱解轉化技術對林源生物質提取活性物質的固形剩余物進行生態化利用，有著處理能力大、處理速度快、產品附加值高等優勢，對林源生物質提取活性物質產業走可持續發展、尋求循環經濟模式有著重要的作用。圍繞我國在發展創新型生物產業方面和生態文明建設方面的重大戰略需求，堅持以目的生物基物質和目的生物活性物質的含量、增量、純度、得率、利用度為其工藝技術主線，將節約資源和環境友好落實到林源生物質生態化學利用工程的各個環節。需在以下幾個方面進行深入研究：
(1)林源活性物質提取生產中固形廢棄物固化成型及其熱解設備的大型化、工業化、智能化的研發和制造，以利于林源活性物質提取相關部門合理選擇及配套使用。
(2)進一步優化擠壓成型和熱解工藝，降低能耗和處理成本。
(3)對熱解產物生物質炭、生物焦油、生物醋液和生物燃氣進行深加工，提高附加值，增加企業收入，使林源活性物質提取行業能夠得以可持續發展。
