综述：揭示生物经济中的循环性评估：对相关指标的系统性、批判性回顾及建议

本研究系统评估了86个适用于生物基产品系统的循环性评估工具（CAIs），揭示了其在生物资源可更新性、循环策略分类及多维度可持续性整合上的不足。通过构建循环生物经济系统图，提出七项核心要素：可再生输入、循环输入、循环输出、输入级联性能、输出级联性能、R策略绩效及价值保留。建议开发结合生命周期评估与循环性指标的综合框架，以促进生物基产品系统在SDG 12目标下的可持续发展。

　　
### 循环生物经济评估工具的系统性研究解读

#### 一、研究背景与核心问题
当前循环经济（CE）与生物基经济（BE）的融合催生了循环生物经济（CBE）这一新兴概念。尽管国际组织如欧盟委员会、联合国等已将CE纳入可持续发展战略框架，但生物基产品系统的循环性评估仍面临以下挑战：
1. **评估工具碎片化**：现有循环性评估工具（CAIs）在方法论、覆盖维度和适用场景上存在显著差异。
2. **生物基资源特性未被充分考量**：包括可再生性、生物循环闭环、多级资源利用等特性。
3. **跨学科整合不足**：环境、经济和社会维度在单一评估框架中的整合存在理论空白。

#### 二、研究方法与数据收集
研究采用系统性文献综述方法，通过Scopus和Web of Science数据库检索，聚焦2004年后发表的英文文献。具体步骤包括：
1. **筛选标准**：排除依赖LCA等补充方法、未明确区分生物基与非生物基资源的工具。
2. **CAI分类**：将86个工具按指标类型（单一/集合/工具）、应用尺度（微观/中观/宏观）及评估维度（质量/数量/功能）进行编码。
3. **多维分析框架**：基于ISO 2024b标准，从以下六个维度评估CAI：
- **流量视角**（ inflow/outflow/loop/holistic）
- **属性维度**（质量/时间/能量/经济/定性）
- **资源管理行动**（CRMAs四级干预强度）
- **生物循环特性**（可再生性/生物降解性）
- **可持续性覆盖**（环境/经济/社会/关键性）
- **实践适用性**（通用性/行业适配性/案例验证）

#### 三、关键发现与评估
（一）**现有CAI的分布特征**
1. **类型分布**：72%为单一指标（如MCI材料循环性指数），22%为集合指标（如ISO-59020标准指标集），6%为工具（CC循环性计算器、CET循环经济工具包）。
2. **应用层级**：
- 微观层（企业/产品）：占比63%
- 中观层（行业/供应链）：占比19%
- 宏观层（区域/国家）：占比18%
3. **生物基适配性**：仅45个工具明确区分生物基与非生物基资源，其中17个（38%）采用生物专属评估框架。

（二）**评估维度分析**
1. **流量视角**：
- 输入导向型（如Bio Utilisation Factor BUF）：占比15%
- 输出导向型（如End-of-Life Recycling Input Rate EOL-RIR）：占比17%
- 循环导向型（如Cascading Utilization Index CUSI）：占比33%
- 全局整合型（如Material Circularity Indicator MCI）：占比35%

2. **属性覆盖度**：
- 质量属性（如可修复性EDIM指数）：覆盖率达68%
- 时间属性（如碳封存时间CST）：覆盖率达28%
- 经济属性（如价值保留率VRE）：覆盖率达16%
- 能量属性（如化学能保留率QC）：覆盖率达22%

3. **生物循环特性整合**：
- 仅24个工具（28%）同时评估可再生性（如Regenerative Bio sourcing RBS）和生物降解性（如Biodegradable Flow Index BFI）
- 碳封存（BCS100）和氮循环（NRI）类指标占比分别为9%和5%

（三）**CAI实施障碍**
1. **数据壁垒**：73%的工具需要跨企业/部门数据共享，实际应用中仅12%案例实现完整数据链。
2. **指标冲突**：在CBE评估中，环境指标（如碳足迹）与循环性指标（如回收率）存在23%的数值矛盾。
3. **技术成熟度差异**：高干预策略（如回收/再制造）工具的应用率仅为17%，显著低于低干预策略（如再利用）的39%。

#### 四、理论创新与实践贡献
（一）**循环生物经济系统图（CBE Systems Diagram）**
该框架突破传统CE的二元结构（技术循环/生物循环），建立五维互动模型：
1. **生物圈接口**：包含可再生的初级生物质（B1/B2）和次级生物质（R1-R4）
2. **主产品价值链**：涉及生物基产品（P3/P6）的制造与使用
3. **资源回收网络**：涵盖机械回收（MR）、化学回收（CR）和生物降解（BIO）
4. **跨产品价值链**：包括建材（O1）、包装（O2）等衍生应用
5. **终端处置区**：整合填埋（E3）、焚烧（E4）和堆肥（E5）等处置方式

（二）**七大核心评估要素**
1. **可再生输入占比**（Renewable Input Share）
- 指标示例：Bio Utilization Efficiency BUE（生物质利用效率）
- 方法论：需结合生物圈承载力评估（如碳汇能力指数）

2. **循环性输入质量**（Circular Input Quality）
- 评估维度：再生材料占比（Secondary Material Ratio SMR）
- 质量标准：符合ISO 14040的生态兼容性要求

3. **循环性输出质量**（Circular Output Quality）
- 关键指标：生物降解率（Biodegradability Index BI）、营养回收率（Nutrient Recovery Ratio NRR）
- 新增要素：碳封存时长（Carbon Sequestration Time CST）

4. **输入级联效能**（Input Cascading Efficiency）
- 测算方法：建立资源价值金字塔（Bio-based Value Pyramid）
- 案例参考：林业供应链中的多级利用（Mantau 2015）

5. **输出级联效能**（Output Cascading Efficiency）
- 创新指标：多用途材料指数（Multi-Use Material Index MUMI）
- 应用场景：食品加工副产物（如豆渣）的再利用路径优化

6. **R策略效能评估**（R-strategy Performance）
- 干预强度分级：非改造（A类）→低干预（B类）→中干预（C类）→高干预（D类）
- 量化模型：提出四阶段干预矩阵（如Refurbish=2C，Recycle=3C）

7. **价值保留周期**（Value Retention Period）
- 评估方法：建立产品全生命周期价值流图谱
- 指标示例：功能等效使用次数（Functional Equivalent Usage Count FEUC）

（三）**实践指导框架**
1. **评估层级设计**：
- 产品级：聚焦功能完整性（如可拆卸性EDIM）
- 企业级：整合供应链循环（如CET工具包）
- 区域级：建立物质流平衡模型（如ISO-59020）

2. **实施路线图**：
- 阶段1（2025-2027）：开发基础性生物降解指标（BI）
- 阶段2（2028-2030）：建立级联效能评估矩阵（CUMM）
- 阶段3（2031-2033）：实现价值保留动态监测系统

#### 五、方法论突破
（一）**流量追踪模型创新**
1. 引入动态物质流平衡方程：
```
B1 + R1 + R2 = P3 + E1 + E2 + E3
B2 + R3 + R4 = P6 + E4 + E5 + E6
```
2. 开发五维流量评估矩阵：
- 质量维度（物理/化学结构完整性）
- 时间维度（使用周期/再生周期）
- 空间维度（地理循环范围）
- 价值维度（经济/生态/社会效益）
- 技术维度（加工复杂度）

（二）**生物基特性量化方法**
1. **可再生性评估**：
- 建立生物质再生潜力指数（BRPI）：
```
BRPI = (Sustainable Sourcing Ratio × Regrowth Factor) / Extraction Rate
```
- 引入动态阈值：根据区域生态承载力设定再生上限

2. **生物降解性追踪**：
- 开发多阶段降解模型（MSDM）：
```
MSDM = (Biodegradation Rate × Composting Efficiency) / Pathway Diversification
```
- 建立废弃物流向追踪系统（如区块链技术）

#### 六、行业应用启示
（一）**林业与造纸行业**
1. 核心挑战：林产品级联路径的复杂性和地域差异性
2. 解决方案：
- 开发木材再生指数（TRRI）
- 建立林区碳汇核算体系（LCA-CBS）

（二）**食品加工行业**
1. 创新应用：基于副产物的生物降解包装材料开发
2. 评估要点：
- 营养物质回收率（NRR≥85%）
- 微生物降解周期（≤180天）

（三）**生物塑料行业**
1. 关键突破点：
- 开发化学稳定性降解时间（CSSDT）
- 建立多级回收网络（从单体回收到堆肥）

#### 七、政策建议与实施路径
（一）**标准体系建设**
1. 制定CBE评估国际标准（ISO 59xxx系列）
2. 建立生物基产品分类目录（按再生潜力分级）

（二）**数据基础设施**
1. 构建国家/区域生物质流数据库（如EU BioCycle DB）
2. 开发基于物联网的实时追踪系统（RFID+区块链）

（三）**激励机制设计**
1. 引入循环性税收抵扣（Carbon Recycling Credit CRC）
2. 建立绿色供应链认证体系（GSCA）

#### 八、研究局限与未来方向
（一）**现存局限**
1. 生物降解性评估依赖实验室模拟，实际转化率误差达±40%
2. 级联效能模型未充分考虑区域经济差异

（二）**未来研究方向**
1. 开发基于机器学习的动态评估系统（AI-CEA）
2. 建立生物基产品全生命周期数据库（BBLD）
3. 研究碳定价机制与循环性指标的耦合关系

（三）**跨学科研究建议**
1. 生态经济学：量化生物循环的生态系统服务价值
2. 材料科学：开发可追踪再生路径的功能材料
3. 信息技术：构建数字孪生式循环评估平台

#### 九、总结
本研究通过系统梳理86个评估工具，揭示了当前CBE评估存在的三大理论缺口：
1. 生物循环特性量化模型缺失
2. 级联效能评估标准不统一
3. 多维度协同评估框架空白

提出的七大核心要素与系统图，为建立生物基产品评估体系提供了方法论基础。实施建议强调标准先行（2025-2027）、数据筑基（2028-2030）、机制创新（2031-2033）的三阶段推进策略。未来研究需重点突破生物降解性动态监测和跨行业级联评估的技术瓶颈，同时加强政策工具与评估体系的衔接。