《International Journal of Forestry Research》：Valorization of Eucalyptus Waste Under Biorefinery Schemes in the Cauca Department, Colombia
编辑推荐：
在本研究中，研究人员探讨了在哥伦比亚考卡省（Cauca department）商业桉树人工林中实施生物炼制（biorefinery）的可能性，并使其适应该地区的地理和文化条件。目前，这些人工林的利用集中于采伐树干作为造纸、纸板和家具工业的原料，而对采伐过程中产
在本研究中，研究人员探讨了在哥伦比亚考卡省（Cauca department）商业桉树人工林中实施生物炼制（biorefinery）的可能性，并使其适应该地区的地理和文化条件。目前，这些人工林的利用集中于采伐树干作为造纸、纸板和家具工业的原料，而对采伐过程中产生的残余生物质或相关加工活动衍生的残余物未加以利用。通过全面的文献综述发现，这些残余生物质主要包含树叶、花朵、果实、树枝和树皮，可转化为能源、生物燃料、生物炭（biochar）以及具有农业、农工业或治疗用途等多种生物产品；通过构建SWOT矩阵（SWOT matrix）进一步表明，潜在生物炼制项目的发展不仅需要从技术角度评估，还必须考虑能够创造社会经济机遇和环境效益的因素，并适应考卡省的具体情境。全年生物质的可用性、其与商业人工林的适配性，以及产品多样化的可能性，构成了促进考卡省经济与环境可持续发展的战略机遇，能够创造就业和区域发展，并可推广至该地区其他作物或国内外具有相似特征的区域。
气候变化等全球性议题促使各国寻求减少化石燃料依赖的可持续能源方案。农业和林业部门在经济增长、减贫和气候缓解方面具有重要潜力，但拉丁美洲尤其是哥伦比亚尚未充分挖掘这些潜力。生物炼制（biorefinery）被定义为将生物质可持续加工为食品、饲料、化学品及燃料、电力和热能等多种商业产品的过程，其利用废弃生物质作为原料符合循环经济原则。生物炼制可整合热化学、化学、催化和生物转化技术，对木质纤维素生物质中纤维素、半纤维素和木质素等主要组分进行高值化利用。国际能源署（IEA）等机构指出，全球木质纤维素年产量达1815亿吨，但仅有82亿吨用于生物炼制，发展空间巨大。哥伦比亚的森林人工林面积广阔，桉树（Eucalyptus grandis）作为速生树种之一，在西南部考卡省具有较高适生性，其采伐和加工过程中产生的残余生物质潜力可观。文献报道表明，桉树生物质利用率约为78%–82%，其余部分如树叶（占11%–18%）等通常被遗弃。将这类废弃物纳入生物炼制体系，可通过热化学转化（thermochemical conversion）如热解（pyrolysis）和气化（gasification），以及生物化学转化等路径，生产生物燃料、生物炭及多种生物基化学品。此外，相关法律框架与政策激励（如哥伦比亚第1715号法律）支持将农林废弃物用于能源生产，为生物炼制的实施提供了制度保障。因此，以桉树废弃物为原料的生物炼制项目在技术、能源、社会和环境方面均具有可行性，有助于推动区域可持续发展。
### 2. 考卡省桉树利用的背景
考卡省位于哥伦比亚西南部，2023年商业人工林面积占全国总面积的5%，其中桉树（Eucalyptus grandis）是最主要的适生树种之一，适生面积达34816公顷。全省木材调运量占全国约15%，是哥伦比亚第二大木材产品调运地区，主要产品包括原木、纸浆材和木块，约占总调运量的95%。桉树人工林的生物质分布随树龄而异，例如7年生桉树的生物量约71%集中于树干，其余分布在树叶（8.4%）、树枝（9%）和树皮（11%）。总体上，每利用100吨木材可产生约40吨残余生物质。当地木材采伐和初加工还产生锯末、木片和刨花等废弃物。部分废弃物被社区直接燃烧获取热能，但利用效率较低。同时，哥伦比亚的法律法规（如第1715号法律、第2036号法律、第2099号法律及第2398号法令等）为生物质能源利用和商业人工林管理提供了政策支持，推动了生物炼制概念在该地区的潜在应用。考卡省具备发展生物炼制的资源基础和政策环境，通过将残余生物质纳入高值转化体系，有望提升林业价值链。
### 3. 桉树生物炼制
桉树生物炼制的概念设计需考虑树木各部分以及加工副产物的综合利用率。商业人工林主要利用树干，而采伐和初加工过程产生的废弃物——树枝、树叶、花、果、树皮、锯末和木屑等——具有多种高值化潜力。现有研究多集中于单一废弃物的利用，而非系统性的生物炼制整合。
#### 3.1 桉树叶
桉树叶的主要利用途径是精油（essential oil）提取，常用水蒸气蒸馏法。精油主要成分为1,8-桉叶素（1,8-cineole，即桉叶油素），并含有α-蒎烯、d-柠檬烯等单萜类化合物，具有抗菌、抗炎、驱虫、抗氧化等生物活性。这些精油广泛应用于医药、化妆品、食品调味、清洁用品等领域。生物防治研究表明，桉树叶精油可抑制镰刀菌（Fusarium）、曲霉（Aspergillus）等真菌，可能用作天然农药。此外，精油在芳香疗法中具有提升身心健康的作用。
#### 3.2 桉树果实
桉树果实精油富含倍半萜和单萜烃类化合物，具有麻醉、抗炎、抗生素特性，并可能对癌细胞生长具有保护作用。有研究表明，蓝桉（Eucalyptus globulus）果实水提物具有抗糖尿病效应，其机制涉及刺激胰岛素分泌。
#### 3.3 桉树花
桉树花可用于生产蜂蜜风味的食品，例如桉树蜂蜜橡皮糖具有良好的感官接受度，且理化与微生物指标符合食用安全要求。此外，桉树花粉可用于鉴别蜂蜜的植物来源。
#### 3.4 桉树皮和树枝
桉树皮和树枝可通过热解（pyrolysis）制备生物炭（biochar）。热解条件（如温度、升温速率）显著影响生物炭的产率和性质。快速热解与慢速热解所得生物炭的碳含量约为44.56%–54.91%，氮含量为0.31%–0.84%，磷含量约0.50%，钾含量为0.20%–1.94%。生物炭施用于土壤可改善物理、化学和生物学性质，提高肥力，同时具备碳封存功能。此外，桉树皮和树枝还能用于生产木醋液等副产品。锯末和木屑可用于堆肥或作为砖窑和锅炉的燃料，也可探索其他高值化途径。
在综合文献分析基础上，研究提出了一种适应考卡省条件的桉树生物炼制配置（图略）。该方案以树干作为原有工业用途的主产品，同时收集采伐产生的树枝和树皮，以及加工废弃物（木片、锯末、木质素）作为热解原料，生产生物炭和生物燃料。树叶单独收集，通过水蒸气蒸馏提取精油，提取后的残余生物质也可并入热解流程。该配置优先考虑热解技术，因为其设备投资和运行成本相对较低，适应性强，且不涉及复杂的生物转化过程。研究还指出，热解生物油、生物炭的产率受工艺条件和原料特性影响，文献报道生物油产率在14%–16%至65%–68%之间变化，而桉树叶精油产率约为3%（质量分数）。
对于考卡省而言，生物炼制的实施需结合当地社会经济条件。SWOT分析（SWOT matrix）表明：优势（Strengths）包括创造就业、促进循环经济、生产多种高值产品、减少环境影响等；劣势（Weaknesses）包括工艺复杂性、基础设施投资高、缺乏操作人员等；机遇（Opportunities）包括原料全年可得、不危及粮食安全、符合可持续发展目标等；威胁（Threats）包括资金短缺、技术不成熟、社会接受度低、环境风险及社会冲突等。合理的战略规划需整合技术、社会、经济和环境因素，通过产学研合作、社区参与和政策支持，推动生物炼制项目落地，并实现可复制推广。
### 4. 结论
采用热解等热化学转化技术将木质纤维素废弃物转化为高值副产品具有可行性，可为考卡省提供多种生物产品。考卡省作为哥伦比亚第二大木材调运地区，发展桉树生物炼制具有原料优势。通过生物炼制实现对桉树残余生物质的增值利用，不仅可优化森林资源利用，还能推动区域社会、经济和环境可持续发展。SWOT分析表明，该项目在技术和战略层面均有潜力，但需克服工艺复杂、基础设施投资高、人才短缺等内部劣势，并应对技术局限、环境风险和社会接受度等外部威胁。加强技术能力建设、完善法律框架、促进社区参与和引导战略投资是成功的关键，从而使生物炼制项目全面贡献于考卡省的经济、社会与环境发展。
