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生物质吸附强化气化技术评估：基于生命周期分析(LCA)与经济成本核算(LCC)的生物炭生产环境与经济效益研究
【字体： 大 中 小 】 时间：2025年06月05日 来源：Bioresource Technology 9.7
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本研究针对生物炭生产系统的环境与经济可行性评估不足的问题，通过吸附强化气化(SEG)技术处理葡萄籽与污水污泥，结合生命周期评估(LCA)和成本核算(LCC)，发现农业废弃物基生物炭具有更低碳排放(11.0 kg CO2 /kg)和更高利润(0.94 �/kg)，为废弃物资源化与碳中和目标提供了量化依据。
随着全球对碳中和目标的追求，生物炭作为兼具碳封存与土壤改良功能的材料备受关注。然而，其生产过程中的高能耗问题与经济效益的不确定性长期制约产业化发展。尤其在欧洲最大的葡萄种植国西班牙，每年产生大量农业废弃物；同时污水污泥的传统处置方式存在重金属污染风险。如何通过创新技术实现这两类废弃物的绿色转化，成为环境科学与能源工程交叉领域的关键课题。
为此，来自匿名机构的研究团队在《Bioresource Technology》发表研究，首次对中试规模的吸附强化气化(SEG)系统进行综合评估。该技术采用CaO作为CO2
吸附剂，在700°C以上将生物质转化为高碳含量生物炭，同时副产富氢合成气。研究人员选取葡萄籽和污水污泥两种典型废弃物，通过生命周期评估量化每公斤生物炭生产的碳排放，并结合成本模型分析经济可行性。
关键技术包括：(1)建立30 kW鼓泡流化床SEG中试系统；(2)采用ISO标准框架进行门到门LCA，功能单位设定为1 kg生物炭；(3)运用ReCiPe 2016方法评估全球变暖潜能(GWP)等6类环境影响；(4)基于经济分配法处理生物炭与合成气的多产物系统；(5)结合IPCC方法计算生物炭碳封存潜力；(6)通过盈亏平衡点(BEP)和弹性分析评估能源价格波动对利润的影响。
3.1 生命周期评估结果
数据显示，葡萄籽基生物炭在所有环境影响类别中表现更优：其GWP为11.0 kg CO2
当量，较污水污泥降低38%。系统扩展分析表明，虽然合成气产量增加会提升总影响，但葡萄籽系统通过更高能源替代效益（1.87 kg CO2
当量/m3
）实现部分抵消。值得注意的是，海洋富营养化(MEP)是唯一污水污泥占优的指标，这与其较低的焦油产量相关。
3.2 生命周期成本分析
经济模型揭示，两种原料的成本结构相似：人力(28-32%)、原材料(25-27%)和能源(18-37%)构成主要支出。葡萄籽系统凭借更高生物炭产率(269,767 kg/年)和合成气产量(1,281,395 m3
/年)，实现单位利润0.94 �/kg，较污水污泥高15%。弹性分析显示，葡萄籽系统对电价波动的敏感性更低(弹性系数0.03-0.09)，表明农业废弃物在能源市场不稳定时更具韧性。
讨论与展望
该研究突破了传统生物炭评估的局限：首次将SEG技术的中试数据纳入分析，证实高温气化(>700°C)可使生物炭保持89%碳稳定性超百年。与文献对比发现，当前系统的电力需求导致GWP高于部分研究，但通过优化能源结构（如可再生能源供电）可显著改善。经济层面，尽管生物炭市场尚未成熟，但以废弃物为原料的策略已使生产成本(0.21-0.33 �/kg)接近文献下限，为商业化奠定基础。
研究建议未来重点关注三个方向：(1)开发低能耗SEG工艺，当前电能消耗占影响70%以上；(2)建立区域化供应链，利用西班牙丰富的葡萄种植业废弃物；(3)完善碳信用机制，量化生物炭封存效益。这些发现为政策制定者设计生物经济激励政策提供了关键数据，也为同类中试项目向工业化过渡树立了评估范式。
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