欧洲木质废弃物利用与木质能源展望

（江苏省林业种苗管理站，江苏南京210036）

1 木质废弃物利用与环保法规

木质废弃物又称为生物质能，属于一种可再生能源，其产生量随着木材使用量同步增长。在2007—2013年，欧盟27国用作能源用途的木材数量平均每年增长5.4%；同期，能源需求总量中的木材用量从4.4%增长到5.8%。2013年木质材料在可再生能源中的份额达到48.6%。

欧洲的木质能源占能源需求总量的3.5%，其中瑞典木质能源占能源需求总量的23%，芬兰占21%，奥地利占16%。木质燃料的60%以上来源于木材加工的废弃副产物。

欧盟为消除气候变暖，实现《京都议定书》规定的碳减排目标，从美国和加拿大进口了大量的木质燃料以替代煤、油、气等化石燃料。英国自2013年起木质能源占能源需求总量的1.4%，而2005年仅为0.1%，英国2014—2015年木质颗粒物的进口量增加了25%。2014年开始，欧洲和北美几乎包揽了全球生物质颗粒的生产（分别为60%和33%）。2010—2025年全球的木质能源的需求量增长趋势见图1。

图1 全球木质能源需求趋势

1997年欧盟的包装法规定，各国在减少包装材料的使用量同时，包装材料循环使用率要达到56%。2005年欧盟又对该法进行了修订：年产生超过50 t的包装材料或营业额超过3 600万美元的企业，包装物的总体回收率为60%，再循环率达55%。具体品种为：玻璃60%，纸和纸板60%，金属50%，塑料25%，木材15%。

从环保角度考量，欧盟将木质废弃物分为三类：A类为林业采伐、木制品制造产生的废弃物，如树枝、树根、锯屑、边角材料等，这些废弃物中不含任何污染物质（图2）。B类为废旧建筑木料、破旧家俱、包装箱、装璜板材等，这部分废物中含有有机污染物，如油漆过的门窗、有机树脂涂层的板材等（图3）；C类为经过防腐处理、含有重金属（砷、铬、铜、铅）成分的木料，如铁道枕木、旧电杆木桩、拆换下来公园铺路板（图4）。

图2 A类废弃物

图3 B类废弃物

图4 C类废弃物

2 木质废弃物的处置方法

2.1 填埋处置

20世纪，欧洲国家的木质废弃物与城市垃圾一道运往垃圾填埋场处置。近年来，由于人们环境保护意识提高和土地资源紧缺，垃圾填埋场仅用来处置有毒有害的C类废弃物。

木质废弃物占用空间较大，减少了填埋场的使用年限，此外，废弃物在生物降解过程中产生的甲烷气体和渗滤液难以处置，因此填埋场及政府都不希望木质废弃物采用填埋方法处理。

英国每年产生120万t的木质废物，每吨废料的填埋费用为29美元，其中包括17美元环境税，环境税是逐年递增的，每年增加1.4美元，2004年已达到21美元，这还不包含7～14美元/t运输费用。德国每年产生1 500万m3的废旧木料，其中400万m3的废旧纤维板材采用填埋方法处理，处理费用为105美元/t。荷兰填埋处理费用更高，144美元/t，其中含84美元/t的环境税，荷兰的环境税也是逐年提高的。法律促使人们对木质废物进行回收循环利用。

木质废物的循环利用费用较低，例如英国将A类木质废弃物运送至回收工厂的费用仅为9～17美元/t，德国为14美元/t，荷兰为24美元/t。至于B类木质废物，德国收费90美元/t，荷兰为48美元/t。

2.2 工业锅炉燃料

在欧洲，62%以上的木质废弃物被用作工业或生活燃料。近年来兴起的颗料状木屑成为燃料市场上宠儿。2014年，欧洲消耗了2 600万t的木质颗粒物，占全球木质颗粒物生产量的78%。

英国Sonae木业公司每年需要40万t废木材作为锅炉燃料。企业接纳树枝、树根、锯屑等林业废物，木质废弃物最高收购标准是23美元/t，德国Pfliderer木制品公司的B类木质废弃物收购价为18美元/t。

小型锅炉通常采用炉排（篦）燃烧形式。过去使用碎木材为燃料，现在采用了回收木屑。欧洲多数国家允许锅炉使用B类木质废物作燃料，但荷兰不行，致使大量的B类木质废物运往德国、瑞典等国家作燃料。欧盟规定C类废物不可以作为燃料。

大型企业一般采用流化床锅炉，炉排上铺有石英砂层，空气从砂层低部进入，与砂层上部的燃料混合，均匀燃烧，其优点是可以利用低热值的燃料。奥地利Sappi公司的锅炉以造纸黑液和树皮为燃料，其热值为6～7 MJ/kg。石英砂床先用天然气进行预热，使其温度达到450℃以上。石英砂3个月更换一次，每次60 t。该企业锅炉的热出力达到23 MW。

木质废弃物还是水泥窑炉的最佳燃料源，水泥窑内的800～1 000℃高温可以使得废木料充分燃烧，最终的灰烬化为水泥。水泥窑炉也是处置有害废物的重要设施，荷兰Afvalzorg木业公司将生产中粒径小于0.5 cm木质颗粒送给水泥厂作燃料，水泥厂收费为6美元/t。木质废弃物的加工粉尘被欧盟视为有害废物，对其运输条件相当苛刻，运输车辆需要在负压密闭条件下运送。

工业锅炉的炉温很高，使用木质废物作燃料时，燃料中的金属物和砂砾会引起锅炉结渣，降低燃烧效率，进而增加了锅炉的烟尘排放浓度。另外，燃料中的氯元素会腐蚀锅炉管道，由于废弃木料中含有聚氯乙烯类塑料，需加强对木屑中杂质的分离。

2.3 生物质能发电

奥地利Graz公司开发出的一种使用生物质燃料的斯特灵微型发电机组，发电能力为3 kW，热电转换效率在6%～8%，进入热交换器的生物气无需净化，最初的目地是供热。奥地利国家研究院还开发了5～100 kW系列发电机组，能效可达20%。

据测算，10 000 t木质废料替代煤作火电厂燃料，可以减少向空气环境排放14 400 t二氧化碳，160 t二氧化硫，80 t烟尘。

英国Alstom电厂最早参与了全球碳减排的生物质综合利用项目，发电能力达10 MW，总体能源利用效率达到45%～50%。2014年，比利时Ghent市政当局投资3.46亿美元建成215 MW流化床燃烧方式的生物质热电厂。欧洲的火电公司为实现碳减排目标，在燃煤中掺混木质燃料，若全部使用木质燃料，则需要对电厂的燃烧系统进行大规模改造。加拿大Atikokan电厂于2012年停止烧煤，投资1.4亿美元改造成全部使用木质颗粒物燃料。自2014年以来，Atikokan作为调峰电厂，每年消耗木屑颗粒物为10万t。

英国MGT电力公司投资6.6亿美元兴建的全球最大的生物质热电站，预计2018年底投产，热电站位于港口城市米德尔斯堡，来自加拿大的木质颗粒燃料由驳轮直抵电站的贮运码头。热电站装机容量600 MW，可为60万户居民提供电力。以30年运营期测算，电站可削减3 200万t二氧化碳排放量。

欧洲EPH公司对其400 MW热电站改造后，每年约消耗250万t木质颗粒物。估计欧洲和英国的新增木质能源需求量为每年600万t。

2.4 居民取暖

欧洲居民自古以来喜爱壁炉与劈柴取暖，北欧诸国林业发达，一半以上的家庭仍将木质燃料作为能源使用，芬兰10～20万人的社区基本上使用木质能源供暖，其需求量超过了化石燃料。随着人们对空气环境质量要求提高，政府加强对排烟设施的管理，新型木柴取暖炉不断出现。与旧式壁炉相比，新型木质能源取暖炉一是加装了玻璃门，二是采用了二次进风技术，有的取暖炉还安装了氧化催化装置，可减少氮氧化物排放量。除此之外，炉具配有自动测温仪和自动点火器，以及自动加料器、出灰器等。炉具的加料仓可贮存3～4 d的用量。家用取暖炉的热出力为4～8 kW·h,一套取暖炉售价4 000～6 000美元。对于低收入家庭，政府给予采暖补贴，在美国，凡在2017年之前购买热效率达到75%炉具的，可以获得300美元的税收抵扣。新型取暖炉每公斤干柴的烟尘排放量从过去平均40 g降至4 g左右，使得空气环境质量明显优于20世纪。

英国牛津郡一个居民小区使用Talbott锅炉集中供暖，产生0.15 MPa压力、80～85℃热水分配到各住户，锅炉的热出力达300 kW，热力损失限制在1%以内，一个冬季约消耗700 m3的林产废物。社区居民不会抵制木质燃料的锅炉，特别是可替代230 t/a燃料油。

2.5 生产人造板

欧洲大约有1/3的废旧木料被回收再加工成纤维板或刨花板。有的在本国加工，有的运往其他国家加工。图5系荷兰Roosedhaal回收公司用火车将废弃木材运往意大利处置。

图5 荷兰的木质废物转往国外处置

随着全球经济复苏，市场对人造板材的需求量日益增加。德国Pfeiderer公司有两个车间生产再生刨花板，每天产量达3 500 m3。企业过去使用原木加工木片，木片的含水率达到50%，需要进行烘干处理，现在使用回收木片，无需干燥处理，木片的加工成本从原来的94美元/t降至71美元/t。

英国SONAE公司也是一家以废弃木料生产夹芯胶合板的企业，企业总投资合25 740万美元。由于场地受限，公司只能购买回收厂商的木片（屑）生产夹芯板。

荷兰H废物回收公司将A类和B类混合木质废弃物运往意大利的SIA人造板公司生产夹芯胶合板。SIA公司有一套专利技术，从混合木料中分离出A类木料生产出合格的木片，剩下的木质废物作锅炉燃料。

2.6 溶剂法回收木纤维

采用破碎方法回收纤维板会使木屑的木纤维长度越来越短，为保证新板材的质量不变，生产中需要加大胶粘树脂的使用量，导致成本增加，干法生产还产生大量粉尘，影响环境。

英国TRADA公司首创用化学方法从废弃板材中提取木质纤维的技术。将破碎成200 mm见方的纤维板材装入反应釜中，再加入小量尿素与硫酸，加热到110℃，保温20 min，此时粘在木屑（木片）上的树脂开始溶化，纤维板分解成木片（屑）和木质纤维，另外，附着在板上的钉子等金属物也脱离出来。从反应釜取出的物料再进行过筛分拣，木纤维或木片（屑）重新作为人造板材的原料。反应釜的容积约25 m3，每次可装入6.5 t碎纤维板料。每批料的反应时间控制在90～120 min。每台反应釜每年可加工2.3万t废纤维板材。这套湿法生产工艺可回收95%以上的木质纤维。

3 回收利用工艺

3.1 破碎与细磨

废弃木质废物回收利用的第一步是破碎。破碎过程通常分两段进行，第一阶段是采用低速（小于40 r/min）大扭力破碎机，将大块的废旧木料撕裂成碎片，破碎机分为固定式和移动式两种。德国RL木业公司的低速破碎机处理能力为40 t/h；低速作业可以防止隐藏在废旧木料中的金属物损坏生产设备。第二阶段则采用高速（1 000 r/min)磨碎机，德国EBK公司的高速磨碎机的筛网孔径为45～150 mm，筛网可根据需要调节，分选出各种粒径的木屑。刨花板是以薄形木片为原料，生产中需采用旋转式削片机替代磨碎机，将大块木料刨削成片状物料。荷兰V&V公司将移动式低速破碎机与高速磨碎机串联使用。

3.2 杂质分离

木质废弃物中含有铁钉类物件，这类杂物影响废弃物的后续处理。在废旧木料堆场，装有电磁铁的蟹爪抓斗可将附着铁件的木料分拣出来另行处置，有的企业在皮带输送机的上方安装磁力感应器。生产中常采用两段磁力分拣，第一阶段拣出大块的铁件，第二段再分离出细小的金属件。

有的废旧木料上附着的金属物是不锈钢或铜、铝材料，对于这些非磁性金属物质，需使用涡流分离器进行分拣。涡电流分选技术具有适应性强、斥力可调、分选效率高等优点。当混有非磁性金属的碎木屑通过3 000 r/min旋转磁场（电磁装置）时，非磁金属体内则产生感应涡流。由于物料流与磁场有一个相对运动的速度，从而对金属物形成斥力，将金属物分离出来。

木质废弃物中的杂物还有玻璃、纸张、塑料等非金属材料。采用风力可将木屑中的纸张和塑料类杂物吹出来，留下比重大的木屑颗粒物，玻璃则留在最底层，可用筛网将其分离。

木屑分选机有旋转圆盘筛、方形振动筛等，网筛的孔径决定了产品的大小，筛网上部的大块物料需返回到上道工序重新加工。筛网下面的小于0.5 cm粉尘系污染物，根据欧盟的环保要求，这部分粉尘收集后与C类木质废物一道进行填埋处置。

荷兰的Afvalzorg废弃物处置公司20世纪建起了木质废弃物回收加工厂，每年接收处理5～6万t木质废弃物，产品一部分卖给刨花板生产厂作原料，一部分作燃料。公司接纳A类和B类废物，A类废物处置费为30美元/t，B类废物60美元/t，拒绝接纳C类废物。企业使用HAAS公司制造的设备，第一道是低速破碎机，处理量为25 t/h，然后由皮带输送机送往下道工序，破碎后的木块最大尺寸为8 cm，碎木块上碾有沟槽，可防止木块皮带机上脱落下来，皮带机上方装有磁力分选机，铁类杂物被磁力机吸出放入落料槽里，再由另一台皮带机输送到人工分拣室。有两名工人负责粗分拣工作。第二段采用高速磨碎机，处理量为20 t/h，木块磨碎后通过筛选设备，筛选机上方还安装了第二道磁选机。木屑过筛后被分成3种尺寸：小于5 mm，5～30 mm，30～80 mm，小于 5 mm 的作为粉尘处理。企业的主要生产装置见图6，图6中前右为破碎机，前左上方为磁选机，白色箱状物为人工分拣室。其他设施包括旋风除尘器、气动输送管道、空压机等。生产厂房面积约7 000 m2，堆场及成品仓库占地面积近20 000 m2，投资约359万美元。

图6 回收加工木质废弃物的生产装置

产品系A类木屑，主要销售给纤维板厂作原料，约24～30美元/t。小于5 mm的粉尘属于C类污染物，需运至国外的水泥窑厂进行处置，处置费为30～36美元/t，其中包括运输费用6美元/t。

4 木质废弃物利用的挑战

4.1 运输与堆场

木质废弃物的特点是体积大、重量轻，松木的堆密度仅为0.45 t/m3；各种废旧木料形状各异，不易堆实码放整齐，使得废弃物的运输费用高于煤炭等其他物资。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，管道输送困难。

欧洲的木质废弃物运输均采用大型车辆或驳船，有的还使用火车，贮运场地或码头需设置专用卸料机械，同时从防火角度考虑，仓贮场地的占地面积要求大。企业内的木质废物输送方式有皮带输送机、螺旋输送机、密闭气动管道等。每种运输方式都有一定限制条件，例如密闭气动管道等不能输送较大的木块，螺旋输送机不能长距离输送，皮带输送机会散发粉尘。图7是英国一家回收企业的废旧纤维板堆放场地。

图7 废旧纤维板堆场

4.2 粉尘杂质与生产效率

拆旧的废弃木料会附着螺丝、铁钉等金属物件，旧门窗还附有玻璃，废纤维板粘黏着墙纸，给机器实现高效率处置带来困难。各种杂物在废弃木料中份额为3%～5%，其多寡与人们的环保分类认知有关。图8系从木屑中分离出的杂质。

与新采伐的原木相比，废旧木质废弃物的含水率低，表面会附着尘土，破碎及磨削时产生大量粉尘（见图9）。粉尘过多影响再生板材的质量，致使胶粘剂用量增加，杂质与粉尘还加剧刀具的损耗，最终使生产成本上升。去除杂质是回收企业高度关注的课题，即便加强对筛网的清理，还会有少量杂物留在木屑中。

图8 从木屑中分离出的杂质

图9 木质废物产生的粉尘

4.3 木质废物选用

A类木质废物的木素纤维质量与原木相当，完全可以取代原木生产人造板。B类废物中有大量的废旧板材，杂物较多，废板材中的木素纤维较短，品质不如原木，再加工成夹芯板材的原料，需增加粘合剂用量，成本增高。另外，旧板材中含有化学树脂类物质，在再生板材烘干过程中，木屑中的残存树脂挥发出来，影响产品质量，因此B类废物适宜加工成木质燃料。C类废物中存在重金属残留物，故生产企业要求木屑供应商不得使用C类废物作原料。

4.4 粉尘及烟尘治理

在废木料加工处理车间，灰尘浓度高，纤维板破碎时产生粉尘很细，对人体有害，木质粉尘还会引发火灾。生产车间需安装各种除尘器。

锅炉排放烟气中的二恶英对环境有危害，需要采用布袋除尘器处置。大型锅炉的烟气净化装置的费用往往占到总投资的2/3。在欧洲，每台锅炉都要求进行环保测试，但是从测试结果可看出：与燃油锅炉相比，燃烧废木料的锅炉排放废气中的二氧化硫减少1/2，氮氧化物减量较小外，二氧化碳几乎测不出。

锅炉的灰渣和除尘器的收集粉尘若测出重金属成分，灰渣或粉尘就必须送入填埋场处置，或者送给水泥厂做原料。A类和B类木质废物产生的灰烬可以进入农田作肥料。

5 颗粒状木质燃料及其生产设备

欧洲12个国家的木屑颗粒的人均消耗量为39 kg，2007—2013年木屑颗粒的人均消费量增加了144%。消耗量排在前三位的国家是：英国350万t，丹麦230万t，德国和瑞典均为190万t。多年来，工业木屑颗粒在阿姆斯特丹与鹿特丹的到港价为155～175美元/t。家庭使用的木屑颗粒每袋重18 kg，通常5～7美元/袋。

颗粒状木质燃料的直径5～8 mm，长短不一，主要系锯木屑压制而成，也有采用农作物秸杆粉碎后挤压成型的。木质颗粒物燃料标准见表1。

德国的ABC机械公司，将其总部迁至中国安阳市，该公司生产成套的木质废物造粒设备，一条每天加工20 t木质废弃物的造料生产线的主要设备有：破碎机（22 kW）；旋风分离器（22 kW）；轴辊式干燥机（9 kW）,可将含水率50%～60%的木屑烘干至15%；造粒机（55 kW），每小时生产1 t粒径1～2 cm的木屑燃料。此外还需选配螺旋提升机（1.5～4 kW），冷却分离机（9 kW），脉冲除尘器（1 kW），计量包装机（4 kW）。

表1 颗粒状木质燃料的国际标准

6 结语

我国系木材进口及制成品出口大国，每年有大量的木质废弃物产生；我国又是农业大国，每年有大量农作物秸杆需要处置；另外城市废旧木质废弃物日益增加。政府应当借鉴欧盟的经验，用法律形式将木质废弃物的回收循环综合利用纳入环保轨道。

木质废弃物是重要的可再生资源和能源，除可回收加工成纤维板、刨花板外，还可以制成颗料燃料，当前，木质颗粒物及其生产设备有着巨大的市场需求。

随着全球经济复苏，希翼国内厂商抓住机遇，开发相关产品及生产设备，为全球碳减排作贡献。