农业工业废弃物热解潜力系统评估：原料特性对生物炭与热解气成分的影响机制

本研究针对农业工业废弃物（如果树修剪物、坚果壳、作物残渣等）热解转化中的关键科学问题，通过系统分析原料特性（HHV、CEC等）、热解气组分（H2/CH4/CO等）及生物炭性能（比表面积、pH等），揭示了修剪物>坚果壳>果渣>作物残渣的优选级序，为农场级废弃物资源化（能源生产与土壤改良）提供数据支撑。

　　

随着全球人口激增，农业工业废弃物（如果树修剪物、坚果壳、作物残渣等）年产量持续攀升，传统处理方式（如填埋、焚烧）不仅导致甲烷排放加剧气候变化，还造成资源浪费。尽管厌氧消化等技术可处理部分废弃物，但对木质纤维素类原料适应性差；气化虽能产高能合成气，却面临高温操作与原料预处理难题。在此背景下，热解技术因其原料适应性广、环境友好等优势成为研究热点，但缺乏对不同废弃物热解潜力与产物特性的系统评估。

为填补这一空白，由欧盟资助的TEAPOTS项目团队Hamad Gohar等人通过Scopus数据库文献系统分析，聚焦四大类废弃物（修剪物、坚果壳、果渣、作物残渣），对比其热解原料特性、热解气组分及生物炭性能。研究采用统计分析方法（如相关性分析）评估原料的高热值（HHV）、阳离子交换容量（CEC）等参数，并建立温度-产物关联模型。

数据收集与综述策略
通过Scopus数据库检索无年限限制文献，筛选标准涵盖原料性质、热解气与生物炭数据，最终纳入统计分析的文献经严格质量控制。

工业分析
原料平均含水率<15%，挥发分含量（60–80%）表明其适合热解。坚果壳灰分最低（1.3%），而作物残渣灰分最高（8.5%），影响热解产物分布。

高热值与能量潜力
原料HHV（16–21 MJ/kg）排序为果渣>修剪物>坚果壳>作物残渣；热解气HHV（5–16 MJ/Nm³）与温度正相关，因高温促进H₂和C_nH_m生成。

生物炭特性与应用
修剪物与坚果壳生物炭比表面积高（200–400 m²/g），适合污染物吸附；果渣与作物残渣生物炭CEC（40–60 cmol/kg）和养分含量突出，适用于土壤改良。

研究结论指出，修剪物为最优原料（兼顾热解气HHV与生物炭性能），其次为坚果壳、果渣和作物残渣。该成果为农场级废弃物资源化提供科学依据：热解气可补充能源需求，生物炭能实现碳封存（carbon sequestration）与土壤修复。论文发表于《Biomass and Bioenergy》，其创新性在于首次系统量化不同废弃物热解潜力排序，并揭示温度-产物关联机制，对推动循环农业与碳中和目标具有实践意义。