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为解决生物柴油副产物粗甘油价值低及 SA 生产依赖化石原料问题，研究人员以解脂耶氏酵母（Yarrowia lipolytica）为菌株，探讨粗 / 纯甘油生产 SA 的独立及集成生物柴油厂模式。发现粗甘油方案减碳 47%，集成模式提升经济性能但 CO?排放增 54%，为循环经济提供路径。
在能源转型与碳中和目标驱动下，全球对化石燃料的过度依赖导致温室气体排放激增，气候危机日益严峻。生物柴油作为可再生能源的重要组成部分，虽在巴西等国形成规模化生产（2023 年巴西生物柴油产量超 75 亿升），但其生产过程中产生的粗甘油副产物（占生物柴油重量 9-12%）长期面临价值利用不足的问题。与此同时，琥珀酸（SA）作为一种关键的平台化学品，广泛应用于聚合物、医药和化妆品等领域，传统依赖化石原料（如马来酸酐催化氢化）的生产方式不仅加剧资源压力，其市场价格（生物基 SA 为 3.0-6.0 美元 / 千克，高于化石基的 2.0-3.0 美元 / 千克）也限制了可持续材料的推广。如何将低价值粗甘油转化为高附加值 SA，实现生物炼制的循环经济模式，成为生物能源与绿色化学领域的重要挑战。
为突破上述瓶颈，巴西研究人员针对生物柴油产业副产物粗甘油的升级利用展开研究。该团队以解脂耶氏酵母（Yarrowia lipolytica）为生物催化剂，通过模拟三种场景 —— 独立工厂使用粗甘油（S1）、独立工厂使用纯甘油（S2）、生物柴油厂集成 SA 生产（S3），借助 SuperPro Designer? 软件进行流程模拟与生命周期评估，系统分析不同方案的技术可行性、经济表现与环境影响，相关成果发表在《Bioresource Technology》。
研究采用的核心技术方法包括：
- 微生物发酵技术：利用解脂耶氏酵母的天然代谢能力，以甘油为碳源发酵生产 SA，通过优化培养基与工艺参数实现目标产物合成。
- 流程模拟与建模：运用 SuperPro Designer? 软件构建稳态生产模型，完成三种场景下的质量与能量平衡计算，评估工艺参数对产量与成本的影响。
- 生命周期评估（LCA）：从原料获取到生产过程，量化不同场景的环境负荷，重点分析气候变化影响（如 CO?排放）与资源效率。
- 经济可行性分析：通过投资回收期、成本效益比等指标，对比生物基 SA 与化石基生产的经济性差异，识别关键成本驱动因素。
结果与讨论
不同原料与模式的环境表现
模拟结果显示，尽管 S1（粗甘油）的 SA 生产率低于 S2（纯甘油），但其气候变化影响较 S2 降低 47%。这表明粗甘油的直接利用避免了纯甘油生产所需的精制过程能耗与污染，凸显原料选择对环境效益的关键作用。然而，S3（集成生物柴油厂生产 SA）的 CO?排放较独立生物柴油生产（S1）增加 54%，反映出集成模式中 SA 生产环节的额外能源需求可能抵消部分协同效益，需进一步优化能源结构。
经济性能对比
所有场景均展现经济可行性，投资回收期均低于 7 年。其中，S3 的经济表现最优，得益于生物柴油与 SA 生产的资源共享（如公用设施、原料输送系统），降低了单位产品的固定成本。相比之下，S2 虽因纯甘油的高转化率提升产量，但原料成本与精制能耗导致整体经济性不及 S1 和 S3，印证粗甘油在成本端的优势。
工艺优化方向
研究指出，溶剂回收效率与能源使用是提升竞争力的关键。当前工艺中溶剂损耗占运行成本的 15-20%，若通过蒸馏技术改进将回收率从 85% 提升至 95%，可使生产成本降低约 8%。此外，引入可再生能源（如生物沼气）替代部分电力需求，可进一步降低 S3 的碳足迹，缩小与独立生产模式的环境差距。
结论与意义
该研究首次系统评估了巴西生物柴油产业中粗甘油升级为 SA 的可持续性，证实粗甘油在环境与经济上的双重潜力：其气候变化影响较纯甘油方案降低近一半，且集成生产模式显著提升生物炼制的经济效益。尽管集成模式的碳排放增加提示需平衡产能与环境负荷，但研究为生物柴油厂向 “多产品生物炼制” 转型提供了关键数据支撑，有助于推动循环经济在生物基化学品领域的应用。未来，通过微生物代谢工程优化菌株产率、结合高效分离技术与可再生能源，有望进一步缩小生物基 SA 与化石基产品的成本差距，加速可持续化学工业的发展。
这项工作不仅为巴西等生物柴油生产大国提供了副产物增值路径，也为全球生物炼制行业设计低碳、高附加值产品链提供了方法论参考，对落实《巴黎协定》的温室气体减排目标及构建资源循环型经济具有重要战略意义。
