木质纤维素乙醇精炼厂的生命周期能耗与温室气体排放分析：基于废弃物价值化策略的情景研究

《Bioresource Technology》：Life cycle energy consumption and GHG emissions analysis of a cellulosic ethanol biorefinery: a scenario-based study on process waste valorization strategies

本综述基于商业化乙醇工厂实际运行数据，通过生命周期评估（LCA）比较六种情景下纤维素乙醇的能耗与温室气体（GHG）排放。研究发现，通过木质素发电、生物质蒸汽及废水厌氧消化产沼气等一体化废弃物价值化策略，最优情景（Scenario 5）可实现生命周期GHG排放降低95.9?%（至117.11 kg CO2 eq./t乙醇），能耗降低62?%（至9313.6?MJ/t乙醇）。研究强调了废弃物能源化整合对提升生物燃料环境效益的关键作用，为低碳能源转型提供实证依据。

　　

Highlight

方法

本研究基于黑龙江省海伦市某燃料乙醇工厂的实际生产水平，建立了生命周期评估（LCA）模型，用于分析不同情景下燃料乙醇生产过程中的能源消耗和温室气体（GHG）排放。同时，通过敏感性分析识别关键影响因素。

生命周期能耗

生命周期能耗结果（考虑了废弃物能源化路径的整合——包括残余发电和沼气回用）如图3a所示。本研究中，能耗主要受化石能源产生的电力和蒸汽影响，尤其在未回收废弃物能源的情景中尤为显著。六种模拟情景的总能耗存在显著差异。

在基线情景中，由于未进行废弃物回收，能耗达到峰值。随着逐步整合木质素发电、生物质蒸汽替代燃煤蒸汽、废水厌氧消化产沼气等措施，能耗显著下降。最优配置（情景5）通过协同利用木质素、浆液和沼气进行热电联产（CHP），实现了能源自给率的极大提升。

结论

本研究采用生命周期评估（LCA）框架评估了纤维素乙醇生产的能耗和温室气体（GHG）排放，重点关注废弃物能源化整合。GHG排放从基线情景的2,831.73 kg CO₂ eq./t乙醇降至情景5的117.11 kg CO₂ eq./t乙醇，降幅达95.9%，这主要归功于木质素、浆液和沼气的协同燃烧。生命周期能耗也从24,789?MJ/t乙醇降至9,313.6?MJ/t乙醇，得益于内部发电和生物质蒸汽的利用。