迈向可持续性知识的有效与可靠测量

《Journal of Cleaner Production》：Towards valid and reliable measurement of sustainability knowledge

香蕉树伪茎卫生用品吸水核心生命周期评估显示，材料制备阶段是主要环境热点，贡献63.4%不可再生资源消耗、75.1%累积能源需求和71.3%全球变暖。相比传统木/SAP材料，PDCs生产能耗高3.2倍，全球变暖排放高1.5倍，但通过预干燥和禁用漂白剂优化可使碳排放降低30%。研究为热带地区可持续卫生产品生产提供决策依据，助力联合国可持续发展目标。

　　本研究通过从摇篮到大门的生命周期评估（LCA）方法，深入探讨了在加纳阿散蒂地区小规模工业生产中，由香蕉树（plantain）制成的吸收芯（PDCs）在卫生产品中的环境影响。研究聚焦于生产过程中的关键环节，识别出主要的环境热点，并评估了生产变量对环境影响的敏感性，同时将PDCs与传统的木材/超级吸水聚合物（SAP）吸收芯进行比较，严格遵循ISO 14040/14044标准。研究结果表明，材料准备阶段是主要的环境热点，对非生物资源消耗、累积能源需求和全球变暖的贡献分别达到63.4%、75.1%和71.3%。这一阶段的高电力消耗是导致这些环境问题的主要原因，包括纤维提取和干燥过程所需的大量能源。当前的PDCs生产流程在环境影响方面略高于传统材料，其全球变暖排放量是传统材料的1.5倍，单位产品的能源消耗则是传统材料的3.2倍。然而，敏感性分析显示，通过工艺优化，PDCs具有显著的环境改善潜力。例如，预先干燥生物质材料并避免使用漂白化学品，可将全球变暖的潜在影响降低约30%。本研究的发现可以为植物基吸收芯的可持续生产实践提供指导，同时为未来的环境评估提供参考，并支持旨在减少卫生产品生态足迹的政策或行业决策。

农业废弃物，包括农作物残渣、加工副产品及其他有机材料，全球每年的产量超过1399.5亿吨，其中相当大的一部分来源于植物（Koul et al., 2022），（Nguyen et al., 2019），（Mahloch and McGriff, 1974），（Lade et al., 2023）。这些残渣富含生物活性化合物，如酚类物质和膳食纤维，但因其提取难度而未被充分利用（Ben-Othman et al., 2020），（Hussain et al., 2020）。不当的处理方式会导致一系列环境问题，包括温室气体排放、土壤和水体污染以及资源浪费（Koul et al., 2022）。然而，随着对循环经济的重视，农业废弃物正被重新定义为一种有价值的资源，用于生产生物燃料、生物塑料和营养保健品。通过生物技术和绿色提取方法，废弃物可以转化为具有高附加值的产品（Toplicean and Datcu, 2024），（Santos et al., 2025）。例如，纤维素分解真菌可以将残渣转化为生物活性化合物，而混合提取技术则能够回收酚类物质，用于食品、化妆品和药品等多个领域（Azeez et al., 2017）。此外，农业副产品如甘蔗渣和稻壳正被用于开发可生物降解的塑料，减少对化石材料的依赖，从而降低污染（Mohanta et al., 2025）。

近年来，一种新的趋势正在兴起，即利用农业废弃物如香蕉、香蕉、亚麻和秋葵纤维等作为替代传统合成材料的植物基材料。例如，香蕉树茎制成的吸收芯正在逐步取代卫生垫中使用的钠聚丙烯酸盐（SAP）吸收芯（Panjwani et al., 2024），（Saha et al., 2025）。这主要是因为SAP，与其他合成塑料类似，不易降解，降解速度极其缓慢，预计寿命可达800年，向环境中释放微塑料和其他有毒化合物（Ghosh et al., 2020），（M. M, 2021）。此外，合成卫生产品往往含有过敏原、致癌物和挥发性有机化合物（VOCs），这些物质已被与皮肤刺激、生殖风险和中毒性休克综合征相关联（Acquah et al., 2025a）。相比之下，香蕉树茎是一种木质纤维素材料，富含纤维素、半纤维素和其他生物活性化合物，这些物质对环境和人体健康更有益（Ni?o et al., 2021）。香蕉树茎的多孔结构也使其具有良好的吸水性，能够有效保持水分，从而在性能上与合成材料相媲美（Li et al., 2023），（Gholampour and Ozbakkaloglu, 2020）。

农业废弃物的高价值化创新与全球可持续发展目标相一致，特别是联合国2030年可持续发展议程及其可持续发展目标（SDGs）（United Nationsa）。SDGs作为一项全球性的行动呼吁，旨在消除贫困、保护地球并改善全球人民的生活和前景。能够将农业残渣转化为高附加值产品的技术，直接支持与工业发展相关的SDG 9（工业、创新和基础设施）和SDG 12（负责任的消费和生产），同时也推动环境保护目标，如SDG 13（气候行动）、SDG 14（水下生命）和SDG 15（陆地生命）。此外，这些方法还促进社会目标，如SDG 1（无贫困）和SDG 2（零饥饿），通过创造经济机会、提高资源利用效率并减少废弃物（Senga et al., 2024），（Ahmad et al., 2024），（Kreinin and Aigner, 2022），（Akromah et al., 2023）。例如，2018年欧洲的生物经济创造了约2400亿欧元（约合2600亿美元）的经济价值，并提供了约350万个就业岗位（Bio Plastics Magazine, 2021），（Porc et al., 2022）。同样，2017年美国的生物基产业直接支持了约460万个就业岗位，并为其他行业创造了每生物基岗位额外2.79个就业机会（USDA, 2021），（Parisi et al., 2016）。这些趋势具有积极意义，根据国际劳工组织（ILO）的数据，生物基解决方案可能在发展中国家创造超过700万个新的就业岗位（UNEP），（International Labour Organisation, 2023）。

香蕉树茎，作为香蕉（Musa paradisiaca）植物的纤维状茎秆，尽管具有潜在的利用价值，却常常被丢弃。在香蕉种植广泛的地区，如非洲和美洲，香蕉树茎构成了农业废弃物的重要组成部分，估计有85%–88%的香蕉植物在收获后被丢弃（Tortoe et al., 2020），（Price and Gowen, 1995）。这些废弃物通常被遗弃在田间，随着时间推移逐渐腐烂，释放毒素进入环境，并为害虫如线虫和病原体如镰刀菌（Fusarium oxysporum）提供栖息地，从而对环境和人类健康构成威胁（Ewané et al., 2024）。然而，重新利用香蕉树茎可以缓解这一废弃物带来的环境问题，同时创造高附加值产品，为经济和环境带来双重效益（There et al., 2024）。这种方法也与农业废弃物创新的广泛趋势相一致，促进可持续发展，并提供新的经济机会（Tanveer et al., 2022）。目前，环境可持续性已成为全球关注的焦点，尤其是在发展中国家，由于资源有限、废弃物管理设施不足以及环境脆弱性，这些因素对健康、生态系统和经济发展构成了重大挑战（Abubakar et al., 2022）。

生命周期评估（LCA）是一种系统性的方法，用于评估产品、过程或服务在其整个生命周期中的环境影响，从原材料开采到最终处置或回收（Joshi, 1999）。这种方法可以量化温室气体排放、用水和资源消耗等环境影响，涵盖从原材料开采到制造（摇篮到大门）的全过程，或者贯穿产品的整个生命周期（摇篮到坟墓）。LCA有助于识别环境热点，并为材料选择、工艺优化和可持续发展研究提供依据（Barbhuiya and Das, 2023），（Asadi Azadgoleh et al., 2024）。在木质纤维素生物精炼厂的背景下，LCA作为一种决策支持工具，对于权衡经济表现与环境可持续性、木质素高价值化与能源回收、工艺效率与资源强度等复杂问题发挥着关键作用（Khounani et al., 2025）。研究结果可用于优化生物精炼厂设计中的关键方面，包括预处理方法、工艺整合和催化剂选择，从而减少能源和资源消耗，降低环境影响，并增强经济可行性。例如，LCA研究表明，在木质基生物精炼厂中引入AlCl3催化剂和甘露醇可以将糠醛生产过程的环境影响降低约30%（Khounani et al., 2023）。另一项LCA研究发现，将传统的硫酸（H2SO4）预处理方法替换为双相对甲苯磺酸（TsOH）/戊醇预处理方法，可以将环境足迹降低约13%（Khounani et al., 2024）。这些见解在发展中国家尤为重要，因为固体废弃物处理基础设施匮乏，能源供应不稳定，气候变化对农业生产和生态系统服务的影响尤为显著（Othman et al., 2013），（Nubi et al., 2024）。

本研究聚焦于香蕉树茎吸收芯的摇篮到大门生命周期评估，旨在识别植物基一次性卫生产品生产过程中的主要环境影响，并为更可持续的制造实践提供指导。研究遵循ISO 14040/14044标准，该标准定义了LCA的四个阶段：（1）目标和范围定义，（2）生命周期清单（LCI）分析，（3）生命周期影响评估（LCIA），以及（4）结果的解释（Gradin and Bj?rklund, 2021）。本研究的发现旨在为开发可持续制造实践和政策提供指导，这些政策可以提前应对该技术可能带来的环境后果。研究特别关注热带地区的发展中国家，尤其是加纳，其中（1）香蕉种植广泛且容易获得，同时（2）偏远地区女孩儿童亟需一种经济实惠的卫生产品。通过利用香蕉树茎这一农业废弃物，不仅能够减少对传统合成材料的依赖，还能为当地社区创造新的经济机会，提高资源利用效率，并减轻环境负担。

本研究采用的LCA方法严格遵循ISO 14040-44指南（ISO 14040, 2006），（ISO 14044, 2006）。LCA的核心在于系统地追踪产品从原材料获取到制造过程的各个阶段，评估其对环境的影响。这种评估不仅包括直接的资源消耗和排放，还涵盖了间接影响，如供应链中的能源使用和废弃物处理。研究采用的生命周期清单（LCI）方法，对生产过程中涉及的原材料、能源和化学品进行了详细的数据收集和分析。通过对这些数据的整理，研究能够量化各阶段的环境影响，并识别出关键的环境热点。此外，研究还采用了生命周期影响评估（LCIA）方法，对不同环境指标进行分类和量化，如全球变暖潜力、累积能源需求和非生物资源消耗。这些评估结果为后续的工艺优化和可持续发展策略提供了科学依据。

在研究中，材料准备阶段被识别为最主要的环境热点，对非生物资源消耗、累积能源需求和全球变暖的贡献分别达到63.4%、75.1%和71.3%。这一阶段的高环境影响主要源于电力消耗，特别是在纤维提取和干燥过程中。这些高能耗过程导致了大量温室气体排放，增加了对不可再生资源的依赖，并加剧了能源消耗。因此，优化材料准备阶段的工艺，是减少整体环境影响的关键。例如，通过预先干燥生物质材料，可以减少纤维提取过程中所需的能量，从而降低电力消耗和相关排放。此外，避免使用漂白化学品可以减少化学物质的使用，降低对环境的污染。这些优化措施不仅能够提高PDCs的环境性能，还能增强其经济可行性，使其在可持续发展框架下更具竞争力。

研究还对PDCs与传统木材/超级吸水聚合物（SAP）吸收芯的环境影响进行了比较。结果显示，PDCs的环境影响在当前的生产条件下略高于传统材料。其全球变暖排放量是传统材料的1.5倍，单位产品的能源消耗则是传统材料的3.2倍。这一结果表明，尽管PDCs在原料来源和可降解性方面具有优势，但其生产过程中的高能耗问题仍需解决。因此，研究建议通过工艺优化和技术创新，进一步降低PDCs的环境影响。例如，采用更高效的干燥技术或替代能源，可以减少电力消耗，从而降低全球变暖排放和累积能源需求。此外，研究还指出，材料准备阶段的优化对整体环境影响的改善具有决定性作用，因此需要重点关注这一阶段的改进措施。

研究的局限性在于，仅采用摇篮到大门的LCA方法，而未进行完整的摇篮到坟墓评估。虽然末端处理的环境影响同样重要，但当前研究认为，理解并优化生产过程是减少整体环境负担的基础。因此，研究建议在后续工作中，结合摇篮到坟墓的评估方法，进一步分析PDCs在整个生命周期中的环境影响。此外，研究还指出，由于加纳等发展中国家的资源条件和基础设施限制，生产过程中的优化措施需要结合当地实际情况进行设计和实施。例如，采用太阳能等可再生能源进行干燥处理，不仅可以减少电力消耗，还能降低对传统能源的依赖，提高生产过程的可持续性。因此，研究建议在未来的生产实践中，探索更多本地化的解决方案，以实现更高效的资源利用和更低的环境影响。

本研究的发现不仅为PDCs的生产提供了科学依据，还为其他植物基材料的开发和应用提供了参考。例如，香蕉、亚麻和秋葵纤维等植物基材料在卫生产品中的应用潜力巨大，但其生产过程中的环境影响仍需进一步优化。因此，研究建议通过技术创新和工艺改进，提高这些材料的环境性能，并降低其生产成本。此外，研究还指出，这些植物基材料的开发和应用可以为发展中国家的经济发展提供新的机遇，同时减少对传统合成材料的依赖，降低环境负担。因此，研究认为，推动植物基材料的生产和应用，是实现可持续发展目标的重要途径。

本研究的结论表明，尽管PDCs在环境和健康方面具有优势，但其生产过程中的高能耗问题仍需解决。因此，研究建议通过工艺优化和技术创新，提高PDCs的环境性能，并降低其生产成本。此外，研究还指出，这些植物基材料的开发和应用可以为发展中国家的经济发展提供新的机遇，同时减少对传统合成材料的依赖，降低环境负担。因此，研究认为，推动植物基材料的生产和应用，是实现可持续发展目标的重要途径。本研究的发现不仅为PDCs的生产提供了科学依据，还为其他植物基材料的开发和应用提供了参考。例如，香蕉、亚麻和秋葵纤维等植物基材料在卫生产品中的应用潜力巨大，但其生产过程中的环境影响仍需进一步优化。因此，研究建议通过技术创新和工艺改进，提高这些材料的环境性能，并降低其生产成本。

本研究的贡献在于，为植物基吸收芯的生产提供了系统的生命周期评估方法，并识别出主要的环境热点。这些发现可以为未来的环境评估提供参考，并支持政策或行业决策，以减少卫生产品的生态足迹。此外，研究还指出，通过优化生产过程，特别是材料准备阶段的工艺改进，可以显著降低PDCs的环境影响，提高其可持续性。因此，研究认为，推动植物基材料的生产和应用，是实现可持续发展目标的重要途径。本研究的发现不仅为PDCs的生产提供了科学依据，还为其他植物基材料的开发和应用提供了参考。例如，香蕉、亚麻和秋葵纤维等植物基材料在卫生产品中的应用潜力巨大，但其生产过程中的环境影响仍需进一步优化。因此，研究建议通过技术创新和工艺改进，提高这些材料的环境性能，并降低其生产成本。

本研究的结论表明，尽管PDCs在环境和健康方面具有优势，但其生产过程中的高能耗问题仍需解决。因此，研究建议通过工艺优化和技术创新，提高PDCs的环境性能，并降低其生产成本。此外，研究还指出，这些植物基材料的开发和应用可以为发展中国家的经济发展提供新的机遇，同时减少对传统合成材料的依赖，降低环境负担。因此，研究认为，推动植物基材料的生产和应用，是实现可持续发展目标的重要途径。本研究的发现不仅为PDCs的生产提供了科学依据，还为其他植物基材料的开发和应用提供了参考。例如，香蕉、亚麻和秋葵纤维等植物基材料在卫生产品中的应用潜力巨大，但其生产过程中的环境影响仍需进一步优化。因此，研究建议通过技术创新和工艺改进，提高这些材料的环境性能，并降低其生产成本。

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本研究的贡献在于，为植物基吸收芯的生产提供了系统的生命周期评估方法，并识别出主要的环境热点。这些发现可以为未来的环境评估提供参考，并支持政策或行业决策，以减少卫生产品的生态足迹。此外，研究还指出，通过优化生产过程，特别是材料准备阶段的工艺改进，可以显著降低PDCs的环境影响，提高其可持续性。因此，研究认为，推动植物基材料的生产和应用，是实现可持续发展目标的重要途径。本研究的发现不仅为PDCs的生产提供了科学依据，还为其他植物基材料的开发和应用提供了参考。例如，香蕉、亚麻和秋葵纤维等植物基材料在卫生产品中的应用潜力巨大，但其生产过程中的环境影响仍需进一步优化。因此，研究建议通过技术创新和工艺改进，提高这些材料的环境性能，并降低其生产成本。

本研究的结论表明，尽管PDCs在环境和健康方面具有优势，但其生产过程中的高能耗问题仍需解决。因此，研究建议通过工艺优化和技术创新，提高PDCs的环境性能，并降低其生产成本。此外，研究还指出，这些植物基材料的开发和应用可以为发展中国家的经济发展提供新的机遇，同时减少对传统合成材料的依赖，降低环境负担。因此，研究认为，推动植物基材料的生产和应用，是实现可持续发展目标的重要途径。本研究的发现不仅为PDCs的生产提供了科学依据，还为其他植物基材料的开发和应用提供了参考。例如，香蕉、亚麻和秋葵纤维等植物基材料在卫生产品中的应用潜力巨大，但其生产过程中的环境影响仍需进一步优化。因此，研究建议通过技术创新和工艺改进，提高这些材料的环境性能，并降低其生产成本。

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本研究的结论表明，尽管PDCs在环境和健康方面具有优势，但其生产过程中的高能耗问题仍需解决。因此，研究建议通过工艺优化和技术创新，提高PDCs的环境性能，并降低其生产成本。此外，研究还指出，这些植物基材料的开发和应用可以为发展中国家的经济发展提供新的机遇，同时减少对传统合成材料的依赖，降低环境负担。因此，研究认为，推动植物基材料的生产和应用，是实现可持续发展目标的重要途径。本研究的发现不仅为PDCs的生产提供了科学依据，还为其他植物基材料的开发和应用提供了参考。例如，香蕉、亚麻和秋葵纤维等植物基材料在卫生产品中的应用潜力巨大，但其生产过程中的环境影响仍需进一步优化。因此，研究建议通过技术创新和工艺改进，提高这些材料的环境性能，并降低其生产成本。

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本研究的结论表明，尽管PDCs在环境和健康方面具有优势，但其生产过程中的高能耗问题仍需解决。因此，研究建议通过工艺优化和技术创新，提高PDCs的环境性能，并降低其生产成本。此外，研究还指出，这些植物基材料的