大智新型建筑材料研究所
随着有机农业的发展,日本早在五、六十年代就广泛进行了木醋木炭的研究、开发利用,随后日本的农业逐步进入了可持续耕作的时代,有机栽培成为农业发展的中心。随着经济的增长,农业中所用材料及其人力费用都持续高涨,而农业持续发展急需一些更低廉而有效的材料。竹醋竹炭的有效成分远远高于木醋木炭,日本南部80年代末加强了对竹醋竹炭的研究开发,应用领域也拓展到了化工、环保、医疗卫生等方面,他们的研究居于世界领先地位。如南部某县境内的两家公司都先后建立了大型的竹炭.竹醋生产工厂,并通过各种途径推进竹炭.竹醋系列产品在农业及家庭生活中的实用化。在日本西部的大阪等地,还生产出了对治疗毛囊炎有特效的竹醋系列化妆品并付渚于邮购。福冈县农业试验场还进行了将木炭.木醋和竹炭.竹醋用于草莓、茄子、仙客来的栽培和林木育苗之中,取得了突出的进展。但是由于日本的人力费用依然居高不下,加之日本的竹类资源非常少(日本全国竹林面积为12万公顷,还不到湖南省竹林面积的5分之1),这一进程受到了阻碍。90年代以后,日本的竹炭竹醋商品生产逐渐由日本的商家(或生产者兼商家)传入中国的浙江、福建等部分沿海竹林资源丰富的地区,然后将所生产的产品进口到本国(日本),台湾、韩国等地的商人也加入其中炒作,使得中国烧炭业迎来了一个不小的竹炭热潮。但是所采用的技术依然停留在土窑烧木炭的原始水平上,产品得率低、副产品(竹醋等)的浪费很大,且技术独占、未被广泛推广。
1996年前后,印度尼西亚也在日本的一些老年技术人员的帮助下,逐步推广木炭和木醋的利用技术,并开发了部分产品。
1998年以后,马来西亚政府也聘请日本京都大学著名教授野村隆哉先生指导油棕杆材和竹材的利用项目,在使用炭化技术方面取得了长足的进步。
在竹炭竹醋的新功能研究方面,大量的研究开发者把视野投向了生物工程、材料产业和环保(保健)等方面,有相当多的著名学者从长沙马王堆墓葬木炭事例中受到启示,发现了许多植物性炭素物质的新特性(远红外线功能、半导体功能、微生物共存/抑制功能等)。
在国际竹藤组织(International Network of Bamboo & Rattan; INBAR)的推介下,一些非洲和拉丁美洲的热带地区也开始种植竹林、并引进竹炭竹醋加工技术,例如科斯塔利加、咖纳等地区。另外,澳大利亚的部分厂家也在关注竹炭人造板的发展。
我国竹醋竹炭开发技术的起步较晚,1995年1月由江新喜博士主持在江西省永丰县首次试生产出竹醋液,为我国在该领域的研究之首。自此以来江博士在任中南林学院商学研究所所长和创立株洲开发区大智新型建筑材料研究所期间,又组织系统性的研究开发,取得了20余个项目的初步成果(见附件二),其业绩处于全国领先地位。另外,浙江、福建、广西等地的有关研究机构和生产单位也从1999年前后开始探索该类技术的应用方法,尚属于初步阶段。1999年10月中国竹子文化节(湖南益阳)期间,只有部分初步产品参展,而大智新型建筑材料研究所(江博士为法人代表)推出的竹醋竹炭系列产品样品则受到国内外有关人士的注目;之后每年的中国竹子文化节上都有竹炭竹醋的开发产品参展。全国从事竹炭竹醋生产、经营的业者也逐渐增加,生产的产量和品种急剧增多,据初步估算我国现在的竹炭年出口量约为20000吨,出口品种超过150种,实际生产量约为30000吨前后。从数量上看,似乎呈供过于求的趋势,但实际问题是由于我国竹炭生产者之间的协调性及市场把握性等机制方面存在缺陷所致。第一是市场对象过于单一,仅限于日本,且大多数是受控于日本商家或生产者。第二是与高科技无缘、技术水准偏低,高附加价值、有竞争力的产品少。第三是缺乏政府的宏观指导和规划,生产者规模相对零散和单打一,具有小生产者的典型特征,抗风险能力差,一遇市场波动就会抛售。第四是没有开拓本来前景广阔的国内市场。
国际市场对竹炭竹醋的需求量日益增长,其背景:一是在于地球环保运动的影响(竹林生长快、生态作用大;竹材产品所具有的环境及保健性能良好),二是在于木炭木醋的生产量日益受到限制、且竹炭竹醋的功能高过木炭木醋的认识,三是在于竹炭竹醋产品具有东方文化特色的缘故。仅以日本市场为例,日本国到去年止每年产木炭量为360万吨,今后随着人工成本的上涨和森林资源保护要求的高涨,其国内木炭的生产将被减产,代之其所不足的部分在相当程度上依赖从中国进口竹炭,且竹炭所具有的优异功能倍受日本国民的亲睐。
我国国内市场尽管亟待开拓,但也有浙江、福建、广西、湖南等省区的企业率先利用竹炭竹醋,主要用于化工、农业、建材、食品等生产领域。其中广西桂林地区用于水稻、蔬菜、茶叶的有机栽培中,取得了良好的实绩。外国专家建议,中国有世界第一数量的养猪和养牛,如果把竹醋用于牲畜防病和消臭当中,中国就是一个最大的市场。
采用木材热解技术对竹材加工剩余物进行干馏,可以得到四大类产品,即:竹炭、竹醋、竹焦油、和竹煤气。以干燥原料重量为计算基准,炭的得率约为20~30%、竹醋及竹焦油约为50%、竹煤气为15~20%、废弃气体约为10%左右。
在稳定的生产工艺下,以竹炭、竹醋、竹焦油为原料,可以制造出用于农业、化工、医药卫生、环境保护等领域的系列产品,竹煤气则可以直接作为气体燃料。
农业领域
竹炭的表面吸附力虽比木炭弱,但空隙度却比木炭高,更适合作为土壤微生物和有机营养成分的载体,可以增强土壤活力,是一种良好的土壤改良剂。竹醋则因其具有在高浓度下抗菌、在低浓度下促进微生物活性的特性,因此而作为土壤消毒剂、堆肥发酵促进剂和植物生长调节剂(叶面喷施),同时由于竹醋能中和氮硫化物成分而作为消臭剂(用于家畜、水产养殖等),还因其中混合许多杂环类物质能驱避害虫,因此而作为驱虫剂(抗白蚁、螨类等)。在发达国家的农业有机栽培(无化肥、无化学农药、无公害栽培)中竹炭竹醋可被用来代替已被广泛使用的木炭木醋。竹醋还是一种很好的农药助剂(提高药效、减少用药量)和保鲜剂。在日本,被精制过的竹醋还被用于食品熏蒸剂和调味剂;竹炭粉末被用于饲料添加剂中。
化工领域
竹炭是活性炭的原料;高温(800度以上)烧结成的竹炭具有导电性,可用于代替导电炭素,是防静电纤维和电磁波屏蔽材料的原料。竹醋液是一种有约200种成分的混合物(其中有机物含量达8%左右,作为主要成分醋酸占有机物中含量的47%左右),可以作为化工提纯和有机合成的基本原料。竹焦油可以分成两大类,一类为沉淀焦油(竹沥青),既可作为中药(青竹沥)原料,也可作为防腐剂、飞机(起落架)轮胎的添加剂、或代替高级的合成沥青;另一类为溶解性焦油,经精制后可以作为光学镜头的粘合剂。
医药卫生领域
精制后的竹醋可以作为抗菌剂、防虫剂、消炎剂、止痒剂,用于美容、治疗痤疮(青春痘)和脚气等皮肤病,抑制粪尿中的寄生虫和消臭;高级精制竹醋还被部分医生和消费者用于糖尿病的辅助饮用剂;用竹炭加工制成的枕头、床垫、坐垫等产品,有促进安神、安眠、消除肩酸背痛、抑制打鼾、减少褥疮发生等功效,并能消臭、吸湿、抗菌,是家庭、敬老院、幼儿园、旅馆、医院、旅客列车(卧车)未来良好的居家、安寝材料。
环境保护领域
竹炭是良好的净水处理剂、电磁波遮蔽剂、有害气体吸附剂;竹炭人造板是新一代可再生、高附加价值、环保型的建筑材料,可代替石棉刨花板和水泥刨花板及硬塑料板等,可以有效地减少建筑残材污染物的增量,保护人类共同的生存环境。竹炭还是“好炭微生物”的生存环境因子(激活因子),加入竹炭到具有好炭微生物的废水处理工程中,可以大幅度提高污水处理的效率。竹醋是处理污水的有效材料之一,用EM(有效微生物)加竹醋处理污水和污泥,是目前治理大江大湖污染的最经济、有效的方法。据中南林学院环境工程研究所的研究结果表明,用竹醋处理生活废水时,只需100万分之一的竹醋即可使CODcr(化学需氧量)的去除效果提高10%。以日处理量为17万吨的中型污水处理厂为例,既存的运转费用约为每吨二角钱,日耗资3万4千元人民币,若改用竹醋产品170公斤,则仅需资金400元。
其他领域
在材料工业上,用竹炭可以制成各种复合材料,如:竹炭陶瓷多孔体、粉末成型复合材料、碳碳复合材料中的特殊功能材料、特种载体材料等;竹炭还可以制成各种工艺品、药品填充剂、可降解塑料的填充剂。
竹炭竹醋的生产工艺比较简单,其原料取自现有竹材加工厂的加工剩余物(废弃物),且产品得率高(如竹醋得率为40%),因此生产成本低廉。加之,竹炭竹醋的大宗用途是农业有机栽培和环保产品(竹炭人造板等),其在发达国家已是成熟的技术并形成了稳定的市场、订单比较确实。有机栽培也是21世纪我国农业发展的基本方向之一,环保型产品的需求更是商品生产发展的热门,因此可以预测我国竹炭竹醋作为商品的潜在市场也十分广阔。按照目前国际市场订单价格的最低价测算,生产竹炭竹醋的投入产出比可达1:2.0,可形成我国竹产业中的一个高附加价值的产业。
中国发展竹炭竹醋产业已是势在必行。我国的主要林业研究机构——中国林业科学院也已经非常重视竹炭竹醋产业技术的应用研究和开发,江泽慧院长亲自领衔主持召开国际竹炭竹醋学术研讨会,张齐生院士(中国工程院)也积极投身于竹炭竹醋的基础研究,政府相关部门和企业/团体都加大了促进该产业发展的力度,可以说中国竹炭竹醋产业前沿已经呈现出明亮的曙光。中国是竹子资源大国,但中国竹子的加工利用率尚不及45%,湖南也是竹子资源大省(湖南省竹林面积67.14万公顷,占全省有林地面积947.05万公顷的15分之1强;立竹株数达14.68亿株),竹子加工利用率低于全国平均水平,采用和推广竹炭竹醋生产技术后,竹子加工利用率可达到90%,可为山区带来巨大的经济收入,实现由同量的资源取得2倍以上的经济效果(湖南省现有竹林年采伐量1.5亿株,按40%的加工利用率计算,年间竹材加工剩余物总量达225万吨,若仅生产竹醋产品出口一项,即可取得产值18亿元!若加上竹炭深加工25亿元和其他关联产业的直接创收10亿元,该产业在初期至少可以为湖南经济发展新增年产值50亿元!),并且极大地推动中国有机栽培型农业和环保事业的发展,为我国可持续的经济发展提供坚实的基础。
在实现竹炭竹醋产业化的进程中,引进国外已经成熟的竹炭竹醋加工技术,经过吸收、改良和开发出适合我国国情的适用技术与设备,能为开发者和生产者带来诸多的商业机会。一是产品贸易机会。由于原料及加工成本低廉,我国可成为世界上最大的竹炭竹醋加工贸易国,因而具有最强的市场力(市场竞争力),开发者和生产者由此可得到最佳的利润水平。二是制造设备出口贸易的机会。虽然日本在制造设备及技术方面处于领先地位,但由于其技术过于复杂且设备造价高(每套超过500万元人民币),对于经济尚不发达的竹子资源国(如中国、印度、孟加拉、东南亚及南美的部分国家)来说,“引进设备”是可望而不可及的;经过我国改良和开发的加工设备,单台(套)造价可以设定在日本现有设备造价的十分之一以下(30~45万元),并作为现有中小型竹材加工厂的生产配套设备,这样一来不仅适合在国内普及,也适合出口至印度、东南亚、非洲及南美等国家和地区,因此可以取得巨大的经济利益。三是科工贸一体化企业的成长机会。由于依靠该项技术所产生的初级产品可以面向多种领域、且每个领域都有良好的发展前景,因此科技与市场的结合度更为紧密,对科技的依托度更大,就需要有一些科工贸一体化的企业成为普及、开发、经营的中核;企业从技术普及、开发、经营中取得利益,得到进一步发展的机会。另外,竹炭竹醋产业化的进程,还可以为第一产业和第四产业(尖端产业)的稳定协调发展、以及为构筑中国新的产业发展平台提供良好的模式。
目前国际上竹炭竹醋类产品的市场已经稳定并呈扩张的趋势,其生产技术也已逐步成熟,根据产业成长的规律,该类技术由发达国家转移到发展中国家,只是时间问题,所以我国尽快引进该类技术及设备、经过改良和再开发并及早投入生产应用,可以抑制其他技术竞争者(如印度、印尼等国)的参入,取得更多的综合国益。
国际市场的竹炭竹醋价格,以日本为例:竹炭(烧成温度700度以上者)每公斤零售价300日元;竹醋(焦油含量较低的粗制液)每升零售价400日元(每100日元约相当于人民币7元)。若我国出口该类产品,可将价格设定为竹炭C&F价格每吨430美元,竹醋每吨450美元。
竹炭竹醋加工技术的外延效果也是十分显著的。利用竹炭竹醋加工设备,可以很容易地对木材加工剩余物、树皮、作物秸杆、草本等进行热解,生产出比较类似的炭、醋、焦油、煤气等初级产品,从而实现同种设备的多种用途。桉树树皮是我国南方最近增加量较多的树皮之一(如广东雷州及湛江地区对桉树树皮的处理方法是现存的课题之一),落叶松树皮也是大兴安岭林区积累得最多的废弃物之一(仅牙克石地区就有40万吨以上),使用竹炭竹醋加工设备处理树皮,可以得到附加价值较高的产品直接应用于农业、化工、环保等领域,实现变废为宝。另外,具有市场力的竹炭(木炭)人造板的开发,也给已经停滞的我国木材人造板行业带来了生机,使人造板企业从设备闲置中复苏,使大宗的竹炭(木炭)作为生产原料商品进入市场,增加就业人口和国民所得,从而让人们看到以技术为杠杆、实现技术效果向产业辐射、刺激经济发展良性循环的真正魅力。
从竹类资源分布和产业布局方面看,我国南方尤其是中南、华东、华南地区应用、推广该类技术的前景十分广阔。这些地区竹类资源丰富,且集中分布着我国大部分的竹类加工企业(工厂),同时也存在着大量的木材加工剩余物及树皮等可供利用的原料,引进和普及上述技术与设备后所生产的产品,一部分可直接用于当地的农业、医药卫生、环保、能源等社会、经济领域,另一部分则可作为商品进入国内外市场,为农山村的生产者和农户带来收入。
一个年用竹材5万根(10厘米直径)的中型竹制品厂(竹筷或竹席厂),约有600吨废料,若采用标准加工设备(经二次改良的设备、投资30万元左右),可产初级竹炭约120吨、竹醋240吨,仅竹炭一项就可以当年收回投资并盈利(炭价2500元每吨,竹醋价2000元每吨)。
我国在现阶段仍属一个农业大国。要振兴我国农村经济、改善生态环境,提高广大农民的科学技术素质,建立一个完整的农业可持续发展体系,必须以实用、高效的农业技术作保障。在现代农业技术中,品种改良、耕作制度、有机栽培、防灾技术、冷冻技术及生物工程等技术,由于其普及的成本过高,尚未能成为促进可持续发展机制形成的技术体系。为此,亟待开发出普及成本低、实用可靠的新型复合生态技术。竹醋竹炭在有机栽培(无公害栽培)中的利用技术就是一种能适应我国农村经济发展的新型复合生态技术,在我国南方各省具有广阔的应用前景。
中国加入WTO以后,将有许多外国机构及企业的代理/分支机构到中国落户,它们从中国本地调节资源是必然趋势,因此对环保材料和有机产品的需求将增大;同时2008年北京奥运会的召开,也将是中国向世界推介本国优势产业和新面貌的极好机会,继而也是竹炭竹醋产业化进程的市场归属。