在工业化过程中,黑液作为克拉夫特(kraft)制浆工艺中的副产品,起着越来越重要的作用。这一过程中,木材中的木质素、半纤维素及其它萃取物被去除,以释放出纤维素纤维,供造纸用途。尽管黑液的存在曾经被视为环境问题,但随着各种回收和利用技术的进步,黑液如今逐渐被发现是一种宝贵的能源资源和化学品来源。
黑液是木材经过消化处理后的副产品,其实际上蕴含着丰富的化学成分,主要是木质素和半纤维素等有机物,这些成分作为潜在的能源和化学品来源,受到越来越多的重视。
在生产一吨纸浆的过程中,通常会产生约七吨的黑液。这些黑液通常由15%固体组成,其余部分为水。固体成分中有66%为有机化合物,34%则为无机化合物。最主要的有机成分是肥皂(通常占黑液中有机成分的40-45%)、木质素(35-45%)以及其它有机物(10-15%)。
黑液的有机物主要来自木材的水溶性和堿溶性降解产物,这些物质在经过加热处理后分解。这使得其物理和化学性质非常适合再加工,例如燃烧或转化为其他化学产品。
历史上,克拉夫特造纸厂会将黑液排放到水道中,这对水生生物造成了危害。直到1930年代,G.H. Tomlinson发明了回收锅炉,使得黑液能够被充分利用。到1990年代,多数克拉夫特工厂几乎能够消耗其产生的全部黑液,并在生物处理厂进行剩余物的净化,这样有效减少了废水对环境的影响。
不过,21世纪的今天,仍然存在一些小型克拉夫特工厂,它们的生产能力非常有限,并且仍然排放所有黑液。这些工厂的数量正在迅速减少。
黑液的能量含量超过了进入克拉夫特纸浆厂的木材的一半。通常,黑液会被浓缩到65%至80%,然后在回收锅炉中燃烧以产生能量并回收烹煮化学品。这一过程不仅减少了水的排放,还令纸厂几乎实现了能源的自给自足。
随着对可再生能源需求的增加,黑液的气化技术逐渐受到重视。该技术有望比传统的回收锅炉提供更高的整体能量效率,并且能生成丰富的合成气,这些合成气可以用于发电,或者转化为甲醇及燃料等化学品。
随着黑液气化技术的发展,许多国家的研究者和企业正致力于将其转化为高度可持续的能源和化学品。
在2005年,美国国会通过了一项税收优惠,鼓励使用可再生燃料的生产过程。随后该政策扩展到包容钢铁、肉类加工等行业,麦芽膏产业成为新受惠者,这也涵盖了利用黑液生产能量的克拉夫特纸浆生产商。
这一政策的推动,使得国内纸业生产商可最大限度地享有税务减免,但最后在2010年终止。
随着回收技术的不断进步,黑液的能量和化学潜力有望被更好地挖掘出来,未来的发展究竟会带来哪些变化呢?