2025科普专栏丨 XMU_China 废纸变白不用漂生物酶开启绿色脱墨时代

全球气候危机正以前所未有的态势影响着人类生存环境，而温室气体排放引发的全球气候危机正导致日益频繁的极端天气事件，如飓风、洪水和森林火灾。过去20年，全球气候相关灾害已造成近14,30亿美元的经济损失和超过6万人的死亡⁽¹⁾。这些危机的根源在于二氧化碳、甲烷等温室气体的积累，而森林作为地球最重要的碳汇之一，正因人类活动——尤其是造纸业对木材需求而造成的砍伐，而急剧减少。

面对这一严峻挑战，造纸业的绿色转型迫在眉睫。从森林的生态功能和造纸业的双重影响出发，系统分析废纸回收利用的重要性。通过对比传统化学法脱墨与生物酶法脱墨的差异，阐述开发高效环保脱墨方法的价值。

作为地球生态系统的重要组成部分，森林在调节全球气候方面发挥着不可替代的作用。通过光合作用，森林吸收二氧化碳，是减缓全球变暖的天然屏障。此外，其蒸腾作用影响区域降水，茂密的根系网络能有效防止水土流失，丰富的生物群落则维系着地球的生物多样性。

然而，令人担忧的是，每年有470万公顷森林被砍伐，这种破坏不仅释放了储存的碳，还削弱地球的自我调节能力，加剧气候危机⁽²⁾。而大量树木被用于纸张生产，导致生态失衡。以中国为例，2023年中国纸及纸板的生产量达12965万吨，消费量达13165万吨，相当于砍伐超过200亿棵树⁽³⁾。

造纸业深刻影响人类文明进程。作为知识传播的革命性载体，纸张取代了笨重的竹简和昂贵的羊皮，使知识得以大规模普及。从中国古代四大发明到现代教育体系，纸张始终扮演着不可替代的角色。全球每年消耗大量文化用纸，即便在数字化时代，因纸质教材具有更好的专注度和记忆留存率，仍占基础教育用书大多数。

造纸业带动印刷、出版等产业发展，具有一定的产业链价值。中国宋代出现的世界最早纸币"交子"，正是造纸业繁荣的产物。此外，造纸业在芬兰等国家较为发达，是其支柱产业之一⁽⁴⁾。

然而，造纸业在为人类文明做出巨大贡献的同时，也付出了沉重的环境代价。全球每年约生产4.05亿吨纸制品，消耗着全球13%-15%的木材资源。按照当前发展趋势，到2050年纸张产量可能翻番，这将给已经不堪重负的森林生态系统带来更大压力⁽⁵⁾。此外，相关数据显示，1961-2019年间，全球造纸业累计排放435亿吨二氧化碳，占同期人为温室气体排放总量的4.2%⁽⁶⁾。如果大部分纸张可以回收利用，将大大减少树木砍伐，缓解气候危机。

在此背景下，再生纸展现出巨大的环保潜力。根据美国环境保护署的数据，每回收1吨废纸可挽救17棵树木，节约7,000水和4,000度电⁽⁷⁾。但现实情况不容乐观，全球废纸回收率始终未能突破60%，而中国的情况更为严峻，回收率从2013年的72.2%下滑至2022年的53.5%⁽⁸⁾，表明中国有相当一部分废纸资源没有得到充分利用。

废纸脱墨制浆是废纸回收再利用的关键步骤之一。而传统制浆工艺需要大量使用氢氧化钠、氯漂白剂等化学试剂⁽⁹⁾，不仅耗水量大，生产成本较高，还会产生含有重金属的废水和有毒污泥，一旦处理不当将会污染土壤和水源，破坏生态系统平衡。更令人忧心的是，造纸工人长期暴露在化学制剂和木质粉尘环境中，面临着呼吸系统疾病和化学灼伤等健康风险。

面对这一困境，生物脱墨技术为行业带来新的希望。与传统的物理法（处理较大油墨颗粒）和化学法（产生较高废水处理费用）相比，采用纤维素酶、木聚糖酶等生物酶脱墨展现出显著优势。酶法脱墨在温和条件下即可分解油墨分子，降低化学品使用量，促进造纸业可持续发展。

生物脱墨技术因其绿色环保特性与优良的纤维保护效果，近年来在废纸脱墨领域受到广泛关注。研究表明，经生物脱墨法处理后的纸浆的白度与传统化学法处理结果相近，且纸浆的纤维物理性能（如强度、柔韧性等）显著优于化学法脱墨浆，这一优势源于酶解过程对纤维结构的低损伤特性。

酶法脱墨主要通过两种作用途径实现：一是脂肪酶等酶类直接降解油墨成分（如分解油墨中的树脂连结料），其二是纤维素酶、半纤维素酶等水解酶通过催化降解纤维表面或邻近区域的化学键，弱化油墨与纤维的结合力，再结合洗涤、浮选工艺有效去除油墨粒子(10)。吴淑芳等人(11)用内切纤维素酶Ι（EG I）处理混合办公废纸浆，发现其油墨脱出率可提高41.0%。纤维素酶用量仅1 IU/g时，便能达到与化学脱墨法相当的脱墨效果。顾琪萍等人(12)用脂肪酶处理了8号美国废纸，其结果表明经脂肪酶脱墨处理后的废纸，与未经过酶处理的废纸浆相比其白度提高了4.3%，同时用废纸浆抄纸后纸张的撕裂指数、裂断长和耐破指数都有不同程度的提高。这些研究成果为生物脱墨技术在实际工业应用中替代高污染化学工艺提供了重要实验依据。

然而，当前生物酶法脱墨技术仍面临较大挑战，一是酶制剂生产成本较高且脱墨效率有待提升，二是脱墨废水存在环境污染风险。针对这些问题，我们今年的参赛课题尝试建立快速筛选系统，筛选获得高效脱墨酶，并设计外泌表达系统降低生产成本，构建生物吸附系统去除废水中重金属，立足于为工业循环纸张脱墨提供一套全新的的生物脱墨方案。

（1）购买标有"再生纸"或"FSC认证"的笔记本、打印纸等办公用品

（2）选用再生纸包装的商品，支持环保企业

（3）将废纸分类存放，设置废纸回收箱，确保可回收性

（4）双面打印文件，减少纸张消耗

（5）纸艺改造：将旧日历/海报改造成书皮或装饰画，将废弃纸盒DIY成收纳盒、玩具或宠物屋

这些简单易行的小习惯，不仅能帮助减少森林砍伐，还能降低造纸过程中的能源消耗和水污染。让我们从日常用纸开始，为地球可持续发展贡献力量。