據(jù)統(tǒng)計，當(dāng)前聚丙烯腈（PAN）基碳纖維約占碳纖維總產(chǎn)量的90%以上，瀝青基約占7%，粘膠長絲基約占1%。為了降低碳纖維生產(chǎn)成本及對化石原料的依賴，基于生物質(zhì)的碳纖維原絲研究日益受到關(guān)注，例如木質(zhì)素、甘油（丙三醇）和木質(zhì)纖維素糖等原料的開發(fā)利用。

幾種不同原料生產(chǎn)碳纖維的簡要工藝流程

木質(zhì)素

木質(zhì)素是自然界中最為豐富的、攜有芳烴環(huán)的生物質(zhì)資源之一。針葉樹種一般含有25%～30%的木質(zhì)素，闊葉樹的木質(zhì)素含量為20%～25%。木質(zhì)素是天然聚合物，亦是制漿和造紙工業(yè)的副產(chǎn)品，以其為原料生產(chǎn)碳纖維具有較好的商業(yè)潛力。硫酸鹽法制漿工藝為廣泛使用的工藝技術(shù)，采用高溫和堿性化學(xué)品，從纖維素中分離木質(zhì)素。有機溶解漿是利用有機溶劑脫出木質(zhì)素，可生產(chǎn)無硫木質(zhì)素，但成本較高昂。旋轉(zhuǎn)制漿工藝是高溫下的濃縮過程，木質(zhì)素純度較高，適宜轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品。木質(zhì)素市場價格較石油基ACN要低得多，成本優(yōu)勢明顯。

木質(zhì)纖維素糖

使用非糧生物質(zhì)原料，采用催化工藝轉(zhuǎn)換為生物基ACN，或采用生物途徑制得ACN。美國能源部生物能源技術(shù)辦公室（BETO）欲降低碳纖維生產(chǎn)成本，使原絲成本降至1美元/磅，碳纖維總成本降至5美元/磅。研究中，其采用C5、C6混合糖為原料，通過移去不純物，加氫裂解、脫水，得到丙烯醛，再經(jīng)過氨氧化反應(yīng)生成生物基ACN。據(jù)測算，1kg糖原料約產(chǎn)出0.63kg產(chǎn)品，生物基ACN的生產(chǎn)成本應(yīng)該不低于0.72美元/kg。產(chǎn)業(yè)化后可大幅降低生產(chǎn)成本。據(jù)了解，其意欲建設(shè)5000t/a生產(chǎn)工廠，催化劑壽命3年。生物基ACN成本最低0.60美元/kg，最高成本0.98美元/kg。

甘油

以甘油為原料的ACN合成技術(shù)是甘油的有效利用途徑之一�？赏ㄟ^氣相或液相直接合成ACN，或以催化轉(zhuǎn)換方式，甘油直接脫水和氣相轉(zhuǎn)化為烯丙醇，并直接氧化成生物基ACN。

目前，國內(nèi)碳纖維產(chǎn)量不高，生產(chǎn)能力和實際產(chǎn)量相差很大，設(shè)備利用率低，研發(fā)能力不足。新能源、儲能材料等相關(guān)行業(yè)的快速發(fā)展為碳纖維行業(yè)帶來新的機遇。行業(yè)本身也面臨綠色化和數(shù)字化轉(zhuǎn)型壓力，需進(jìn)一步提高非化石原料的比重，加快生物基碳纖維的研究開發(fā)。生物基碳纖維目前多選用木質(zhì)素為原料生產(chǎn)原絲，其加工成本約占碳纖維總生產(chǎn)成本的51%。

根據(jù)研究，木質(zhì)素基碳纖維的價格有望降至4美元/kg，從成本角度考慮，其在未來將有較好的開發(fā)前景。以木質(zhì)素為原料加工碳纖維，如能獲取高純度、窄分子量分布的原絲，同時安裝并調(diào)試造粒設(shè)備，將更便于熔融紡絲，此外還要強化原絲卷繞技術(shù)，提供足夠的卷繞批次試驗，加強原絲表面處理，提高相容性。此外，鑒于木質(zhì)素基碳纖維機械性能不高，目前多應(yīng)用于隔音、隔熱、絕緣等領(lǐng)域，如要拓展在高性能領(lǐng)域的應(yīng)用，需進(jìn)一步提升原絲物理性能。