植物瀝青的綜合利用

石化瀝青屬于稀缺性不可再生資源，隨著石油資源的日漸枯竭，人們必須尋找其替代品或者一種可再生乃至環(huán)保的瀝青，以達(dá)致可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)。

一、瀝青資源的稀缺性已開始制約我國龐大公路網(wǎng)建設(shè)需求

    根據(jù)正在實(shí)施的《國家高速公路網(wǎng)規(guī)劃》，我國計(jì)劃到2020年，全國高速公路規(guī)模達(dá)到8.5萬公里。而去年，我國高速公路通車?yán)锍桃呀?jīng)達(dá)到了7.4萬公里，預(yù)計(jì)2011年底將能基本完成規(guī)劃的里程。屆時(shí)，我國人口超過20萬的城市將全部用高速公路連接起來。

　我國龐大的公路網(wǎng)建設(shè)規(guī)劃，形成了對(duì)道路瀝青的巨大需求。2010年，我國瀝青的表觀消費(fèi)量超過了2000萬噸，其中，瀝青產(chǎn)量為1626萬噸，進(jìn)口瀝青410萬噸，創(chuàng)下了歷史新高，也同時(shí)推動(dòng)了價(jià)格不斷攀升，超過5000元/噸的水平?？梢灶A(yù)見，瀝青的進(jìn)口依存度必將會(huì)進(jìn)一步提高。

   隨著石油資源的日漸枯竭，以及瀝青價(jià)格不斷攀升，已開始制約我國道路建設(shè)的可持續(xù)發(fā)展。目前，作為瀝青的成熟替代原料——水泥，盡管可以在城市道路中發(fā)揮一定的作用，但水泥并不適合高速公路使用，其舒適性，汽車行駛安全性，路面膨脹性能以及路面沉降等因素均難以全部替代瀝青的使用。

   此外，石化瀝青具有不可降解，路面翻新產(chǎn)生的廢舊瀝青利用率甚低，難以處理的缺點(diǎn)。在使用過程中，瀝青煙中還含有大量致癌物質(zhì)，污染環(huán)境，同時(shí)排放大量二氧化碳。國內(nèi)外，許多專家為此致力于“石化瀝青溫拌技術(shù)”的研發(fā)，通過溶劑或表面活性劑將加工溫度控制在130攝氏度以內(nèi)，避免青煙的產(chǎn)生，但該技術(shù)成本高昂，仍難以大規(guī)模推廣使用。

  二、植物煉制瀝青市場(chǎng)仍有待培育

    目前，市場(chǎng)出現(xiàn)的植物瀝青大都是植物油煉制后的廢棄物，約占植物油質(zhì)量分?jǐn)?shù)的3～5%左右。其主要成分為60～80%的脂肪酸和植物醇，油溶性與瀝青接近，主要應(yīng)用于鑄造粘合劑和防水瀝青等領(lǐng)域，或直接作為重油填充料燃燒掉。

   2010年國內(nèi)植物油產(chǎn)量大約為3900萬噸，1千多家企業(yè)從事植物油加工，按照上述比例推算，植物瀝青每年產(chǎn)量大約為117～195萬噸。由于分布較廣，質(zhì)量良莠不齊，收集和運(yùn)輸成本限制，至今難以發(fā)揮使用。因此，國內(nèi)專家學(xué)者大都集中在植物煉制瀝青的再開發(fā)利用上，希望從油腳中進(jìn)一步提煉出一些有用的有機(jī)酸或菑醇等，極少從瀝青替代的角度去思考其應(yīng)用，有關(guān)文章也鮮有報(bào)道。

   2009年英國材料產(chǎn)業(yè)聯(lián)合會(huì)的專家利用植物瀝青（Vegetex）代替鋪設(shè)柏油公路所需瀝青的20%，取得了成功。該種瀝青不但具有可再生的概念，而且還可以在低溫下加工，能耗更低，減少“溫拌瀝青技術(shù)”所依賴的溶劑，降低成本。

   三、生物化工產(chǎn)業(yè)為可再生環(huán)保瀝青的發(fā)展打開了一個(gè)新的思路

   英國的專家盡管在技術(shù)上可以開發(fā)出可替代石化瀝青的植物瀝青，但由于受到原料和市場(chǎng)的限制，難有大的作為。相比較而言，中國擁有十分豐富的可再生植物資源，特別是秸稈作物資源，蓬勃發(fā)展的生物化工技術(shù)已經(jīng)可以分解玉米秸稈中的多糖，其中一個(gè)路徑就是煉制燃料乙醇或多元醇，還有一個(gè)路徑就是多元糖類物質(zhì)經(jīng)過酸化或酯化處理后，可部分替代石化瀝青，達(dá)到防水卷材或道路瀝青的要求。

    植物煉制瀝青的開發(fā)，利用淀粉質(zhì)材料或玉米秸稈中的C5、C6糖經(jīng)過酯化或環(huán)化處理成大分子化合物之后，添加到瀝青當(dāng)中，減少瀝青的用量，達(dá)到部分替代的目的。在防水卷材的多次試驗(yàn)中根據(jù)效果的要求，可以替代5～15%的石化瀝青。

  相比植物油腳的提煉，生物化工法煉制的可再生瀝青完全具備工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)的要求，根據(jù)我們的測(cè)算，玉米秸稈有用的C5、C6糖大約占到其質(zhì)量比重的60%左右，可直接提煉成高附加值的燃料乙醇或者多元醇，余下30%部分可直接煉制成植物瀝青，相當(dāng)于每噸玉米秸稈的18%可以煉制成植物瀝青。

   保守估計(jì)，僅我國玉米大省吉林省，每年玉米秸稈的產(chǎn)量就大約有3600萬噸，目前，當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶大都直接燃燒成灰作為肥料回用，造成了大量的浪費(fèi)和二氧化碳排放，污染環(huán)境。如果，其中的一半秸稈能夠有效利用起來提煉成植物瀝青，大約可以形成324萬噸的年產(chǎn)能，接近我國目前需要從國外進(jìn)口石化瀝青的總量，具有非常重要的戰(zhàn)略意義。

   從經(jīng)濟(jì)回報(bào)看，目前，吉林省玉米秸稈的收購價(jià)是400元/噸，可綜合利用價(jià)值部分占60%。其中，煉制燃料乙醇或多元醇的比例占42%，市場(chǎng)平均售價(jià)為8000元/噸，余下18%可煉制成植物瀝青，假設(shè)植物瀝青售價(jià)為3000元/噸，那么綜合每噸的產(chǎn)品價(jià)值將可以達(dá)到3684元，產(chǎn)品價(jià)值與原料成本之比為9.21：1，價(jià)值提升空間巨大，因而，玉米秸稈具有十分可觀的開發(fā)利用價(jià)值。目前，秸稈制燃料乙醇或多元醇的技術(shù)已經(jīng)十分成熟，植物煉制瀝青的開發(fā)利用也已經(jīng)指日可待。   

四、創(chuàng)新的產(chǎn)品需要?jiǎng)?chuàng)新的應(yīng)用思維

如果我們僅僅依靠植物油腳的綜合開發(fā)利用，是難以滿足我國石化瀝青市場(chǎng)需求的，因?yàn)橛捎趩蝹€(gè)加工企業(yè)的油腳規(guī)模均很小且分散，造成收集成本過高。但生物化工企業(yè)目前正蓬勃發(fā)展，規(guī)模日漸強(qiáng)大，特別是植物秸稈的綜合利用開發(fā)，就可以形成較大的單產(chǎn)規(guī)模和產(chǎn)能，滿足石化瀝青的市場(chǎng)需求。植物瀝青除了在鋪路和防水卷材等領(lǐng)域應(yīng)用以外，還可以作為良好的制模粘合劑使用。

   植物瀝青不屬于多芳環(huán)復(fù)雜化合物，它具有低碳環(huán)保和可再生的優(yōu)點(diǎn)，未來石化瀝青枯竭后，我們依然可以透過植物煉制技術(shù)源源不斷地生產(chǎn)出來。此外，與石化瀝青有著明顯區(qū)別的是，植物瀝青具有一定的親水性和可降解性，不能簡(jiǎn)單給予替代使用，必須采用一些表面活性溶劑或者乳化劑配合使用，改善與石化瀝青的相容性。

    植物瀝青常溫下具有良好的流動(dòng)性，與石化瀝青均勻混和后，起到一定的增稠作用，會(huì)增加瀝青與碳酸鈣或者石料的粘合性及親和力，不易出現(xiàn)沉降分層，使鋪灑更加均勻。

    英國交通研究實(shí)驗(yàn)室的環(huán)境顧問認(rèn)為，如果植物瀝青在再循環(huán)利用以及耐久性方面改進(jìn)到石化瀝青的水平，那么植物瀝青將具有廣闊的發(fā)展前景。