竹炭产业化发展的思索
张文标, 钟泰林，林章彩，陈文照
摘要：概述了竹炭的生产设备、生产技术、产品类型及产量，分析了当前我国竹炭产业发展的有利因素和面临的机遇与挑战，提出了竹炭产业化发展的思路。
关键词：竹炭；产业化；发展思路
人类已进入二十一世纪，面临着极大的挑战，资源与可持续发展成为人们关注的焦点。竹子作为一种生长周期短，成材快，更新易，再生能力强的森林资源，易于实现可持续经营，日益为人们所重视。国内外许多专家学者对竹材的加工利用做了大量的研究工作，促进了竹业的蓬勃发展，取得了举世瞩目的成就。
竹炭是一种近几年才开发的新产品，用途极为广泛，涉及到许多应用领域，是竹材开发利用的新方向。在新世纪里竹业如何获得更大发展，在社会可持续发展中如何发挥更大的作用，这是我国竹业界乃至全社会所关注的问题。
本文概述了竹炭产业发展的状况，分析了当前我国竹炭产业发展的有利因素和面临的机遇与挑战，提出了竹炭产业化发展思路。这有利于推动我国竹炭产业化的快速健康发展。
1. 竹炭产业发展的概况
1.1竹炭生产设备
竹材的热解设备不完全等同于木炭的热解设备，生产设备对竹炭的品质至关重要。竹炭生产设备有土窑、改进型土窑、干馏热解设备3种[1]。目前，我国竹炭烧制主要集中在南方地区，不同地方的炭窑有所差别。
土窑 土窑的形式，构造种类很多，有立式和卧式，但以立式为多。有就地挖掘，以泥土为材料筑造的，也有用砖、石灰砌成的。有单窑，也有连窑的。用小径级木材或竹木竹材加工剩余物作为燃料进行直接加热。土窑生产具有投资少，每座窑造价成本2500~3500元，窑体容积大，每窑能容纳4~5 t竹材，产量多等特点。烧制过程中主要通过操作者“眼观鼻嗅”，因而竹炭质量稳定性差，品质差异较大；同时存在氧化问题，出炭率较低（一般在18%以下），且周期长（20~25昼夜），是目前竹炭生产的主要方法。
日本的福井县小滨竹炭生产组合厂和琦玉县高市的竹炭窑都采用砖炭窑[2]。
改进型土窑 在上述土窑的基础上进行改进，窑体高度降低，窑顶从尖削变平坦，增设了窑温的监控系统，有效地控制空气的流量，获得竹炭生产的温度和时间曲线，保证了竹炭产品的质量的均一。温控设备2000元~15000元。如浙江省遂昌县文照竹炭有限公司就采用此窑。
干馏热解 其设备主要有外热式干馏釜，目前主要有2大类，固定式和移动式炭化炉。这种干馏釜在烧制竹炭时，即可用预干至含水率为20~25%的竹材，也可用未经预干的竹材。但经预干的竹材为佳。由于在烧制过程中基本不存在竹炭氧化问题，因此竹炭出炭率较高，一般为25%左右，高者可达35%，烧制周期一般在48~72 h。但精炼温度低，影响竹炭的质量；干馏釜容积小，竹炭产量低。如浙江、湖南有些厂家采用这种立式干馏热解釜烧制竹炭。工业化规模的固定式炭化炉一般都附有烟气回收分离装置。回收分离可凝缩的气体物质竹醋液和竹焦油，回收分离不凝缩性气体木煤气作为炭化炉燃料循环使用。这种炭化炉炉内壁常采用耐火砖构成，外围以保温材料提高效率。一般炉内容积较大，可达10~20 m3，一次可容纳较多的竹材和竹质机制炭。
至于移动式炭化炉主要是日本的车载式炭化炉[3]：有100 Kg和600 Kg原竹两种型号。炭化室用钢材焊制，外围以耐火材料以利升温和保温。内容积分别为：0.5 m3和1.8 m3。用煤气在燃烧室充分燃烧的废气进入炭化室，对竹材进行加热，前半段要回收竹醋液，用木焦油发生以下的温度（350~400℃）加热。从竹材中产生的竹醋液用冷凝器冷凝回收。数小时后竹醋液发生结束，停止燃烧，在炭化室内导入空气，竹材开始自燃，温度上升。炭化室内的温度达到750~800℃，干馏结束，停止空气的进入，让其自燃冷却。
1.2竹炭生产技术
竹炭是竹材热解的固体产物，它的生产技术包括材料选择、热解工艺、加工和产后配套等技术。
材料选择 材料是竹炭生产的物质基础。炭用竹材应选用4年以上的竹子及其加工剩余物。竹子从基部到梢部，密度、腔壁结构、组成成分都有一定的差异；同时竹材的材性受竹龄、立地条件、气候环境等因素的影响。因此要进行分类装窑，更为理想。竹材中含大量糖类等营养物质，易发生霉蛀，要注意堆放，合理控制原料堆放时间，特别是在潮湿的春季和高温干燥的夏季，控制好竹材的含水率，以免影响竹炭质量。
热解工艺 热解工艺是竹炭生产的技术核心。它决定了竹炭的品质，应结合窑体的实际情况，准确控制窑温，尤其是精炼温度。竹材热解一般经过干燥、预炭化、炭化、锻烧四个阶段，要控制好每个阶段的温度和时间。
加工技术 加工技术是竹炭生产的关键技术。根据质量要求依次分批进行加工，在加工前应先抽检其精炼度，然后根据精炼度的不同分类加工成片炭、筒炭。规格尺寸应严格按照客户的要求加工，片炭、筒炭不应该有裂缝、缺角等，并把粉尘擦干净。作为颗粒炭和粉炭除按客户规定的规格加工外，应特别注意如泥砂等杂质，否则严重影响到了产品信誉。如有些颗粒需经水洗，必须保证水源清洁，应达到国家一级饮用水的标准。
产后配套技术 产后配套技术是竹炭生产的最终质量保障。竹炭是多孔性物质，比表面积大，易吸湿，吸异味。所以，应选择干燥清洁的仓库，并根据出窑日期、精炼度的不同分类堆放。产品设计、包装、运输、销售等环节应遵循有关标准，建立完整的质量检测、控制及跟踪体系。
1.3 竹炭产品类型与产量
目前竹炭产品已有10个系列100多个品种。有竹屑棒炭类、原竹炭类、日用品类、调湿类、除臭类、洗涤用品类、工艺品类、保健类、净化类和屏蔽类等。
竹炭生产主要集中在南方省市，尤其是浙江省，从98年开始形成规模生产。据不完全统计，浙江省1998年竹炭产量1000 t，竹醋液400 t；1999年产量4000 t，竹醋液2000 t；2000年达5000 t，竹醋液2700 t；2001年竹炭产量1.4万t，竹醋液0.8万t；出口创汇2亿多元；2002年竹炭突破3.0万t，竹醋液1.2万t，出口创汇5亿多元；2002年年产量在2000 t以上的有遂昌文照竹炭有限公司，衢县民心炭业有限公司等六家企业；竹炭及系列产品出口占全国的70%。目前，竹炭售价在6000~10000元/t，竹醋液5000~7000元/t，烧制5~6 t竹材可热解成1 t竹炭和350~450Kg竹醋液，每吨竹材可增值4~6倍；以竹炭为原料，又进一步开发深度加工产品，如垫毯、坐垫、炭纸，还可增数倍。
2. 竹炭产业发展的有利因素
2.1 我国有丰富的竹类资源
竹林是我国重要的森林资源之一。目前，全世界约有竹类植物70多属，1200多种，有竹林面积2200万hm2。中国是世界上竹子资源最丰富的国家，按照《中国竹类植物图志》及《中国植物志》，中国有竹类植物有40多属，400多种，竹林面积720万hm2。每年可砍伐毛竹5亿多支，杂竹300多万t，相当于1000余万m3木材的量，占中国年木材采伐量的1/5左右，素有“第二森林”之美称[4]。竹类植物还具有繁殖能力强、生长迅速、成材快、更新周期短、产量高、环保功能强、可持续发展、用途广泛、经济价值高等优点。因此，利用竹子生产竹炭的开发利用对环境和生态不造成破坏。
2.1我国竹类资源利用尚属粗放型经营，具有很大的潜在市场
竹子在传统利用方面常用来制作各种农具、家具、日用品、工艺品、工棚、脚手架等。在工业化利用方面，一是用于制浆造纸和日用竹制品，二是将竹材制成各种竹质人造板，广泛用于车厢底板、地板、建筑模板、家具等方面。从总体上看，竹材加工的机械化程度低，利用率不高，大量的加工剩余物未能得到充分利用，大部分竹材利用尚属粗放型经营，具有极大开发潜力。竹子化学利用近几年才开始引起重视，竹炭就是其中之一，它是利用竹子及加工剩余物热解得到的产物。竹子利用率高，产品附加值高，具有广阔的市场。
2.3竹炭广阔的应用领域
竹炭是一种传统而又现代的人造材料，有许多的功效。在农林上可用于土壤的改良，果树、花卉等绿色植物生长促进剂，饲料添加剂及保鲜作用；在建筑室内起到除臭、净化空气，屏蔽电磁波，调湿，防止地板发霉、腐烂，吸附空气异味等；还可以作为水质净化，制作炭枕、炭垫等日用保健品，美容、护肤用品及沐浴露等；另外可当燃料、制取活性炭等等[5,6]。
3. 竹炭产业发展面临的机遇
3.1 我国天然林保护与退耕还林工程的实施
天然林是人类赖以生存和发展的生态屏障。它在维护生态平衡、提高环境质量以及保护生物多样性方面发挥着人工林不可替代的主体作用。长期以来，由于不合理利用和破坏，天然林面积缩减，直接导致生态功能的衰减。1998年特大洪水灾害之后，党中央、国务院果断决定实施天然林保护工程和退耕还林工程，禁止天然林木材的砍伐[7]。21世纪，薪材和木炭仍将是发展中国家农村的主要生活能源，其消费量随着人口的增加，将越来越大，供需矛盾越来越加剧。据世界粮农卫生组织（FAO）预测，到2025和2050年世界薪材和木炭消费量分别将增长到31.3亿m3和39.3m3。另据世界银行预测，2010年薪材和木炭消费量将高达34.5亿m3[8]。在这样的背景下，尽快找出木材及木炭的替代者，成为十分紧迫的任务。大量的事实证明：与其它造林树种相比，竹类植物不仅具有无性繁殖能力强、生长迅速、成林快、成材早、可持续发展的特点，而且能实现退耕还林、改善生态环境的主体目标，符合调整产业结构，发展区域绿色经济，加快山区脱贫致富。因此，用竹子烧制竹炭既能获得经济效益、生态效益和社会效益，又能促进竹类资源的产业化开发与提升。
3.2 人们消费观念的改变
随着生活水平的提高，房屋装修热的升温和因装饰材料中甲醛、油漆中甲苯、酮类等挥发性溶剂等有害物质散发而引起的环境问题，逐渐受到全社会的关注。据中国室内装饰协会室内环境监测中心统计显示，全国80%以上的住宅存在不同程度的室内空气污染，全国每年由室内空气污染导致的死亡数达11.1万人；全球约4%的疾病与室内环境有关。人们追求一种无污染、健康的生活环境。由此，竹炭作为机能材料和环保材料正是在这种背景下应运而生，它能吸附有害物质、净化空气、调湿作用、屏蔽电磁波的作用。
3.3 我国产业结构的变化
我国竹材加工利用从20世纪80年代初至今20多年，取得了巨大发展，开发了上百种新产品，使我国的竹材工业无论在产品数量、质量、企业规模和技术的先进程度等方面均具世界领先水平，而且成为世界上最大的竹制品出口国。但是竹材人造板、竹制品的发展都受到竹材资源本身特性、绿色壁垒—胶粘剂的限制，利用率不高、投资大、附加值低、不能形成可持续发展的产业链。因此，对竹子的机械加工应该巩固、提高、创新、发展。今后更应重视竹材的化学利用，尤其是竹炭产业的开发，它充分利用竹子资源，利用率高、投资少、附加值高、可形成持续发展的产业链，是一种绿色产品。
4. 竹炭产业发展面临的挑战
4.1 龙头企业少，技术含量低
尽管目前竹炭加工企业多，但规模小而分散，浙江省龙头企业仅有一家，缺乏整体开发意识，产品品种单一，质量低，生产技术和管理水平滞后，难以満足国内国际市场需求。
4.2科技投入力度不大，研究相对滞后
竹炭这个新兴研究领域，国外和国内大都处于商业先行而科学研究滞后的状况。研究经费投入不足，应用基础研究没有被重视，导致新产品开发的广度和深度不够，严重影响产品的提升。
4.3企业生产不规范，缺乏产品的行业标准
竹炭业从97年发展到今天，从生产、加工都未形成统一的行业标准。目前，只有少数企业有自己企业标准，大多数企业的生产和管理还处于一种混乱状态，影响竹炭产品的质量。产品质量不稳定，不利于新产品的开发，产品的应用推广。为此，应召集有关部门尽快制定竹炭的行业标准。
5．竹炭产业化发展的几点建议
5.1完善竹炭生产工艺，稳定产品质量
目前，一般采用土窑烧制，在生产工艺和技术上存在许多问题，还停留在操作者“眼观鼻嗅”水平上，从而影响产品质量稳定。因此须从以下几方面进行改进和完善：①竹材的选择。包括竹龄、培育方式、立地条件、竹材含水率及竹材的部位等的确定；②窑体的选择。包括窑体大小、形状等；③研究热解设备改进方法，建立窑体温控系统。
5.2深入探讨产品性能结构，有针对性地满足用户要求
众所周知，竹炭的性质主要决定于其本身的结构，无论是作为吸附剂、土壤改良剂，还是屏蔽材料，都与其内部结构相关，而这种结构又与烧制工艺有关。目前，研究者和企业生产者只是停留在同一种产品同一种工艺上，在对于不同用途的产品相应的工艺上研究尚缺乏，对烧制工艺和产品性能的关系研究还很不够。也就是说，大部分生产企业仍然处于“我就生产这种炭，用户拿去试试看的思想”，而针对用户需要，深入系统地研究竹炭烧制工艺和产品性能的关系就显得特别需要和迫切。
5.3竹炭用燃料资源和炭用竹林的开发
目前许多厂家炭用燃料用阔叶林，为了保护天然林资源，应该研究开发新的炭用燃料。还应充分利用除毛竹以外竹类资源及竹材加工剩余物来生产竹炭。
5.4积极开拓竹炭的新应用领域
竹炭在日本、韩国、台湾等已广泛应用于工农业和环境保护领域，而竹炭在我国应用尚属空白领域。为了进一步推动我国竹炭产业化的进程，拓宽竹炭产品的使用领域，必须加强研究，积极开拓新的应用领域。诸如研究炭制剂，用于清除放射线性病人的核辐射和人体代谢过程的有毒物质，用作微电子的电极材料、各种功能型炭基复合材料，环保炭纸等。
5.5加强宏观管理，逐步走上行业协调有序发展轨道
目前，不论是生产和贸易（尤其是对外贸易）大体都处于“无序”状态。竹炭出口存在的问题是多头经营、价格偏低。据有关资料表明，竹炭的出口价只相当于国外市场的1/10~1/100。尽管如此，由于多头经营，缺乏宏观管理，竞相压价争取外商的现象屡见不鲜。这种无序状况导致的结果是：外商进一步压价，并提出对产品质量的更高要求，引起外国同行协会或商贸部门的反倾销，而我们却无人应诉。这种局面严重影响了竹炭对外贸易的竟争力和国家商业信誉。
5.6组建竹炭产业的龙头企业，实现集团化经营
组建竹炭产业的龙头企业是竹炭产业发展的需要，也是增强竹炭产品竞争力的需要，是竹炭产业现代化的需要。目前，大多数的竹炭产业普遍还处在小型、分散、效益低下的粗放经营状态，为摆脱这种局面必须加强企业之间的联合与合作，走集约化、规模化甚至国际化发展的道路，提高市场的竞争能力。通过企业之间的联合与合作，形成龙头企业，通过它连接市场、带动基地、深化加工，形成产业优势，逐步达到“统一技术规程，统一质量标准，统一商标品牌，统一拓展市场”的目标，确保竹炭产业健康有序地发展。
5.7建立竹炭业信息网络，建立健全行业协会，进一步发展国际交流与合作
二十一世纪是信息时代，建立竹炭业信息网络，加强竹炭生产、加工和利用，市场贸易，科学技术等方面的信息交流与传播，是保障竹炭可持续发展的必不可少的手段。随着市场经济的发展与政府职能的转变，在竹炭产业发展中行业管理显得十分重要。组建竹炭产业协会和建立行业标准。浙江省已经成立竹炭分会，福建省正积极筹备，接下来要成立中国竹炭协会。通过协会形成相互制约，促进相互之间的交流与合作，使竹炭产业快速健康发展。
参考文献
1 张文标，叶良明，张宏. 竹炭生产和应用. 竹子研究汇刊, 2001,20(2): 49~54.
2 黄彪，高尚愚. 竹炭、竹醋液生产技术与应用研究综述. 福建林学院学报，2003，23（1）：93~96
3 华锡奇，李琴. 竹炭的烧制和用途开发. 竹子研究汇刊, 2001,20(2): 55~58.
4 张齐生. 我国竹材加工利用要重视科学和创新. 浙江林学院学报, 2003,20(1): 1~4.
5 池岛庸元 . 竹炭は效く. 日本東京：致和出版社, 1999, 1~100.
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