Energy Conversion and Management丨生物精炼厂在其生命周期内的温室气体排放足迹评估

论文内容

研究背景：

生物油是一种可再生物质，既可以作为燃料，也可以作为生产其他燃料和化学品的原料。生物油类似于原油，因为它可以被加工成一系列碳氢化合物液体，如汽油、柴油和喷气燃料。尽管具有环境效益，但由于工艺经济性差，生物油的使用尚未得到广泛应用。各种方法可以提高生物精炼厂的经济效益，包括战略选址、技术改进和工艺集成。过程集成允许有效地利用材料和能源，从而在相同的投入下增加整个过程的输出。这种方法还可以增加生物精炼厂的产品供应。生物精炼厂的收入流随着多种产品的增加而增加。因此，越来越受关注的多产品方法有可能提高生物炼制的经济效益。此外，在市场出现负面事件的情况下，增加产品数量增加了投资者的对冲风险。

研究内容：

研究包括两个主要部分:生命周期阶段建模，获得其质量和能量流;生命周期温室气体排放量估算。模型输出的质量和能量流被用作估算生命周期温室气体排放的输入。建模的数据是从已发布的来源收集的。利用排放因子，我们计算了每个工艺阶段的排放强度，并将它们按质量分配给产品。生命周期温室气体排放估算基于国际标准化组织生命周期评估指南。

研究结论：

本研究揭示了西南地区蔬菜生产系统生物炭田间老化对温室气体排放的影响。尽管二氧化碳排放量偶尔增加，但在整个生长季节没有显著增加。添加生物炭后，CH4氧化增加，可能是由于土壤透气性较好。N2O排放未见显著变化。因此，本文进一步证明，生物炭对土壤的修正可能通过固碳和增加CH4的吸收来作为减缓气候变化的潜在工具。生物炭改性提高了土壤pH值、硝态氮、有效磷和持水量，但降低了土壤容重。研究结果表明，在土壤和生物炭长期相互作用后，添加生物炭可能首先通过对土壤物理结构和持水能力的影响产生有益效果，而不是通过对土壤C矿化或氮循环的抑制作用产生有益效果，至少在研究的钙质土壤和这种类型的生物炭蔬菜生产系统中是这样。然而，鉴于文献报道结果的高度变异性以及不同生物炭类型的土壤化学、物理和生物过程之间复杂的相互作用，我们的数据并不具有结论性，需要进一步研究其他潜在的机制。本研究以NER和温室气体排放为指标，评估了基于快速热解过程的多产品生物精炼厂的能源消耗和环境影响。具体来说，除了生物油外，还考虑了其他技术，以使快速热解过程的副产品增值，以生产有价值的产品，乙醇和氢气。评估了六种途径，并与碱快速热解过程进行了比较。基于确定性分析，即使使用木片作为燃料，基本情况也比改进的路径具有更好的NER。各途径的温室气体排放强度在13.54 ~ 43.13 gCO2eq/MJ之间。尽管增加了产品，但评估途径的温室气体排放强度都高于基本情况。所涉及的额外处理，特别是在选择天然气作为燃料的情况下，会导致更多的排放源。然而，所评估的生物精炼厂产品的温室气体排放强度明显低于化石技术生产的产品。然而，在乙醇的情况下，当选择天然气作为燃料时，温室气体排放强度并不明显低于汽油。需要进一步的工作来评估这些产品的温室气体减排成本，以便了解成本效益权衡。产品低排放的好处也体现在最终用途上。当不考虑产品运输时，生物油和氢发电厂优于传统技术。然而，当涉及到运输时，氢发电是排放密集型的。敏感性分析结果表明，以较低的水分含量供应原料可以减少能源消耗，从而降低干燥过程的温室气体排放强度。同样，提高发酵过程中的乙醇滴度可以显著减少温室气体排放，因为这减少了纯化过程中消耗的能量。需要进一步的实验来提高合成气发酵的乙醇滴度。在生物精炼厂之外，运输燃料效率也很重要。

转自：“农科学术圈”微信公众号

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