林源活性物质的提取作为我国具有悠久历史的特色产业，近年来已经成为我国发展最快的行业之一。据海关统计，2005年我国植物提取物出口额2.93亿美元，2006年出口额4.77亿美元，2007年出口额4.76亿美元，2008年仅上半年出口额已达2.6亿美元。我国森林生物资源中拥有种类繁多的林源活性物质，但林源活性物质的分子量小、含量较低，体系复杂、难于富集。随着我国以林源活性物质为重要物质基础的林业生物制剂产业的快速发展，林源活性物质的需求量以日剧增，为了得到一定数量的林源活性物质，往往需要加工大量的植物原料，同时也产生数量巨大的植物源固形剩余物，给环境带来严重的污染问题，同时也造成生物质资源的严重浪费，如何使生产中固形剩余物得到充分利用是目前林源活性物质提取行业急需解决的问题。
1、我国林源生物质的利用
1.1我国林源生物质资源
我国拥有种类繁多的植物资源，其中承载着十分丰富的林源生物活性物质和生物基物质。据统计，我国仅高等植物就有3万多种，仅次于巴西和马来西亚，据世界第三位。这些植物中富含的纤维素、半纤维素、木质素、蛋白质和核酸等生物基物质以及萜类、酚类、含氮化合物等生物活性物质，是我国发展生物产业的极其宝贵的战略性生物资源，具备优先快速发展以林源生物质为原料的生物产业的物质基础。此外，我国人口众多，是消费以生物活性物质和生物基物质为原料的生物产品的大国。从生物活性物质产品的消费情况看，目前我国约有5亿人食用功能食品和保健食品，约有1.3亿人服用生物医药制品，是世界上最大的生物活性物质产品的消费市场。为此，我国政府高度重视生物产业的发展，国家发展和改革委员会编制了《生物产业发展“十一五”规划》，提出到2020年，我国生物产业的增加值要突破2万亿元人民币，约占我国GDP比重的4%以上，成为我国国民经济的主导产业之一。由此可见，要发展以林源生物质为原料、通过化学利用的途径来生产生物活性物质产品和生物基物质产品的生物产业，必须走技术密集型、资金密集型和劳动密集型为产业特征的工业生产道路。
1.2我国林源生物质利用的产业现状
由于历史的原因，特别是科技水平的限制，我国以林源生物质和林源生物活性物质为原料生物产品的生物产业尚存在一些制约产业发展的技术瓶颈问题，特别是在植物新品种的筛选、植物资源的培育、林源活性物质的分离、生物基物质的转化和炼制、生物产品的制备、相关工业装备的制造等方面缺乏具有自主知识产权的核心技术和以节约资源和环境友好为生态特征的共性关键技术。主要表现在：一是野生植物资源的采收强度过大，造成野生植物资源的严重濒危；二是只重视野生植物资源的原料生产，不重视林源活性物质的分离和生物基物质转化和炼制，因而使林源生物质的利用深度不够、附加值不高；三是对植物体内的生物基物质和活性物质进行分离、转化和炼制时多采用传统工艺，粉尘大、传质慢，废水、废气和废渣排放量大，环境污染严重；四是生物基物质和生物活性物质的终高端产品类型少、档次低，功能检测能力弱，因而造成经济回报率低下等。在核心技术和共性关键技术方面，我国作为林源生物质资源大国，除存在上述方面的共性问题外，还在以林源活性物质和生物基物质为原料生产生物产品的生物产业发展方面存在一些突出的技术瓶颈问题。主要表现在：一是虽然蕴藏着十分丰富的富含各类生物活性物质和生物基物质的植物资源，但长期以来仅以过度利用的野生森林植物资源的采收业和经营粗放的粮食作物、经济植物的种植业为主，经营方式以原料生产或粗加工生产为主，致使野生植物资源遭到破坏、生产效率不高、经营粗放、产品的附加值低；二是在粮食作物和经济植物的人工种植方面以及生物基物质和生物活性物质的分离、转化和炼制方面，缺乏立体种植和高效利用，土地利用率低、目的生物基物质和目的生物活性物质的得率低、原料的综合利用率低，致使企业的经济效益不高；三是生物基物质和生物活性物质的高端产品在生物产业中的产品结构比例失调，自主创新的技术独占性差，产业的发展后劲严重不足。
2、我国林源生物质提取活性物质生产中固形剩余物的利用现状
林源生物质提取活性物质生产中固形剩余物是指在生产过程中植物原料经溶剂提取活性物质后剩下的残渣以及在溶剂萃取、浓缩过程中产生的无用的固态或半固态的浸膏，这些固形残渣主要成分为纤维素、半纤维素和木质素等，属于生物基物质。生物活性物质作为目的有效物质一般在植物体内含量都不高，例如紫杉醇在红豆杉中的含量为万分之三；喜树碱在喜树中的含量为万分之一，为了得到一定数量的生物活性物质，往往需要加工大量的植物原料，同时也就造成固形剩余物数量巨大。对于林源生物质提取活性物质的生产企业来说，生产中的固形剩余物属于工业三废中的废渣，如果处理不当，会对生产企业造成严重的经济损失，同时尤为重要的是对生态环境将造成污染和对人类健康造成威胁。能够将剩余物生态化利用，为林源生物质提取活性物质的生产企业带来良好的经济效益，同时对环境不造成危害的资源化利用技术是目前林源生物质提取活性物质的生产企业的一个重要的发展课题。
剩余物的处理一直都是林源生物质提取活性物质的生产企业的棘手问题，早期处理的形式主要包括填埋、焚烧等。填埋处理只是对剩余物作了无害化处理，需要占用大量的土地，目前主要用于对环境和人体健康有严重影响的固体废物，如易溶难分解、易爆、放射性废物的处理。焚烧处理虽然解决了剩余物的大量占地问题，但没有考虑到生态化利用问题，对于剩余物燃烧过程中产生的热量是一种能源的浪费。目前这两种方法仅属初级处理方式，并没有达到剩余物生态化利用升值或者是根本上解决剩余物处理问题，秸秆颗粒机、秸秆压块机专业解决农作物秸秆焚烧问题。
在全球提倡可持续发展战略的大环境下，发展资源化利用，变废为宝，提高产品附加价值已经成为剩余物再生利用发展的新思路。
3、林源生物质提取活性物质生产中固形剩余物的热解利用
3.1生物质热解技术的发展现状
生物质热解技术是实现生物基物质高值转化的一种技术，是一种有着良好发展前途的生态技术。生物质热解是在完全无氧或有限供氧条件下进行的生物质降解反应，利用热能切断生物基物质大分子的化学键，使之转变为低分子物质的过程，主要产物有生物质炭、生物焦油、生物醋液和生物燃气。主要产品生物质炭可以作为木炭的替代品用于民用和工业金属冶炼等方面，还可以用于铸造脱模、农作物土壤改良剂，制成活性炭可用于处理污水和吸附剂等，经深加工可制成橡胶用碳黑，还可做燃料和高档食品烧烤；生物焦油是橡胶行业不可缺少抗聚剂的唯一原料，生物焦油再加工可以得到柴油、汽油等产品，这种利用模式可以降低对石油的依赖；生物醋液是一种对环境有着良好调节功能的产品，具有空气杀菌、消毒、除臭等功效，可以用来调节植物生长，作为植物叶面肥料和绿色驱虫剂；生物燃气是一种洁净的气体燃料，具有热值高、含硫量低、燃烧后不产生有害气体等的特点，同时生物质燃气主要含有CO和H2，可以作为合成甲醇、乙醇等液体化学品的优良原料。
我国是一个木材极度匮乏的国家，现阶段对木材的使用有着严格的法律法规，林产化工行业中，以木材热解生产木炭、木焦油、木醋液、木煤气也受到严格的控制。而生物质提取活性物质的固形剩余物热化学转化利用这一生态化工艺，不以木材为原料，而是在剩余物资源化利用的基础上，生产出生物质炭，生物焦油、生物醋液和生物燃气，实现了创造出更大的经济价值的目的，发展前景可观。
3.2固形剩余物热解工艺流程
林源活性物质提取生产中固形剩余物热解生态化利用的工艺流程。
林源生物质提取活性物质生产中固形剩余物通过碎化后经过溶剂萃取剩余的固形剩余物通过回转炉等干燥设备进行干燥，降低其含有的水分，含水率过高将会造成固化成型工艺不能正常的进行，当干燥后水分含量达到固化成型工艺的要求后，就可以送入固化成型工艺阶段，在固化成型工艺阶段，植物残渣装入生物质固化成型机的料斗，启动固化成型机进行固化成型操作，从出料口得到生物质固化成型棒或生物质颗粒，将固化成型棒或颗粒装入无氧热解釜内，加热热解釜进行无氧热解，热解产生的气态产物从热解釜顶部进入冷凝、冷却系统，可凝成分即生物质馏出液被冷凝冷却后流人储罐，通过低温快速沉降分离出生物醋液和生物焦油；不凝成分生物燃气经过冷却、洗涤和静电除焦后通过风机送入生物质燃气储罐；热解操作结束后热解固体产物即生物质炭在无氧热解釜内降温到室温后取出。
3.3固化成型技术与热解技术的原理及应用
固化成型技术将剩余物这种粒度小、堆密度低、能量密度低的生物质原料转化为高能量密度的生物质棒坯或颗粒，成型后的燃料主要有如下优点：①密度大，使原来的松散物料“致密无间”，从而限制了挥发物的逸出速度，热解产生的挥发物质通过冷凝分离得到生物质炭和焦油两种能源产品，能量得以积聚，同时还可获得作为植物生长调节物质的醋液等副产品；②因成型棒坯或颗粒质地密实，挥发物逸出后剩余的炭结构也紧密，运动气流不能将其解体，可充分利用。在生物质炭燃烧过程中可清楚地观察到蓝色火焰包裹着明亮的炭块，炉温大大提高，燃烧时间明显延长。
林源生物质提取活性物质生产中固形剩余物通过挤压成型原理在于利用其中含有的木质素属非晶体的特性，具体是指木质素由于是天然高分子化合物，没有熔点但有软化点，当温度为70～110℃时粘合力开始增加，木质素在适当温度下(200～300℃)会软化、液化，适当的水分作用下软化点降低和粘合力增大。此时加以一定的压力使其与纤维素紧密粘接并与相邻颗粒互相胶接，冷却后即可固化成型，因此采用挤压法成型可不用任何添加剂、粘接剂，大大降低了加工成本，30码期期必中生产销售的木屑颗粒机、秸秆压块机专业压制生物质颗粒燃料，生物质颗粒燃料是替代煤等化石能源最佳的选择。
利用无氧热解设备对生物质成型物料进行快速热解，得到热解产物生物质炭、生物焦油、醋液及燃气。无氧热解设备主要由两部分构成，即热解装置和产物回收装置。热解装置包括热解炉和热解釜，将生物质成型棒坯装入热解釜中，通过热解炉对热解釜进行加热，达到热解温度后，热解釜中的生物质发生快速热解反应，生成大量气态热解产物并释放热能，气态热解产物进入产物回收装置。产物回收装置包括多级冷凝冷却系统、馏出液储罐、洗涤罐和气体储罐等部分。气态热解产物经冷凝冷却后得到液体馏出物，再经低温沉析后得到生物质焦油和生物质醋液，不凝性气体经洗涤或静电除焦后得生物质燃气。热解反应结束后，热解釜内得到生物质炭，待热解釜温度降至常温后出料。
近年来，笔者将固化成型技术与热解技术运用到多种生物质提取活性物质生产的固形植物源剩余物的处理中，取得了满意的效果，将剩余物全部转化为生物质炭、生物焦油等能源产品和生物质醋液植物生长调节产品，并且无二次污染产生，实现了植物资源的生态化利用，其中部分实验结果如图2所示。笔者及笔者所在实验室近年来利用该技术处理提取茄尼醇、喜树碱、长春碱、原花青素后的烟草、喜树果实和叶片、长春花、落叶松和橡碗剩余物作为产业化配套技术受到生产企业的认可，经济效益明显。
随着林源生物质提取活性物质产业的蓬勃发展，随着绿色经济理念的深入人心，如何能实现对剩余物的生态化利用也将成为林源生物质提取活性物质产业的新的研究点，并将受到越来越多的关注。剩余物生态化利用将呈现多样性化发展，针对不同剩余物生态化利用方案也将不同，而研究的根本落脚点仍要遵循以下几个方面：解决剩余物污染问题；解决剩余物处理问题并保证不产生二次污染；实现剩余物的生态化利用，创造更大的经济效益；实现剩余物批量处理，便于技术和设备推广。
4、展望
利用热解转化技术对林源生物质提取活性物质的固形剩余物进行生态化利用，有着处理能力大、处理速度快、产品附加值高等优势，对林源生物质提取活性物质产业走可持续发展、寻求循环经济模式有着重要的作用。围绕我国在发展创新型生物产业方面和生态文明建设方面的重大战略需求，坚持以目的生物基物质和目的生物活性物质的含量、增量、纯度、得率、利用度为其工艺技术主线，将节约资源和环境友好落实到林源生物质生态化学利用工程的各个环节。需在以下几个方面进行深入研究：
(1)林源活性物质提取生产中固形废弃物固化成型及其热解设备的大型化、工业化、智能化的研发和制造，以利于林源活性物质提取相关部门合理选择及配套使用。
(2)进一步优化挤压成型和热解工艺，降低能耗和处理成本。
(3)对热解产物生物质炭、生物焦油、生物醋液和生物燃气进行深加工，提高附加值，增加企业收入，使林源活性物质提取行业能够得以可持续发展。
