葡萄酒废弃物高值化利用：多联产酚类化合物、合成气与生物炭的技术经济与环境效益研究

为解决葡萄酒产业废弃物处理难题，研究人员开展葡萄渣与葡萄梗生物精炼研究，通过热解工艺联产酚类化合物(TPC)、生物炭(BC)和合成气(SG)。LCA分析显示每千克TPC产生80.30-102.07 kg CO2当量，蒸汽生产为主要环境热点；TEA表明设备成本过高导致初始设计亏损，但敏感性分析显示优化后内部收益率(IRR)可达36.16%。该研究为农业废弃物资源化提供多产品协同解决方案。

　　

全球葡萄酒产业每年产生约2840万吨葡萄，其中30%成为加工废弃物，这不仅造成资源浪费，还与联合国可持续发展目标SDG12倡导的负责任生产背道而驰。更严峻的是，葡萄种植贡献了2%的农业温室气体排放，废弃物处理问题亟待解决。在此背景下，研究人员开展了一项创新研究，探索如何将葡萄渣(GM)和葡萄梗(GS)这两种主要废弃物转化为高附加值产品。

研究团队设计了一套集成化生物精炼系统，通过水溶剂提取酚类化合物(Total Phenolic Compounds, TPC)，剩余生物质经慢速热解生产生物炭(biochar, BC)和合成气(syngas, SG)。系统处理规模为每批次500吨原料，年处理量达6.25万吨。研究采用生命周期评价(LCA)和技术经济分析(TEA)方法，全面评估了该系统的环境与经济可行性。

关键技术方法包括：(1)基于SuperPro designer?的工艺流程模拟；(2)采用ReCiPe 2016方法的LCA分析；(3)应用Lang因子法的资本成本估算；(4)蒙特卡洛不确定性分析。研究特别关注西班牙电力结构(含20%核能)对结果的影响。

3.1 环境影响分析
全球变暖(GW)方面，每千克TPC的环境影响为80.30(GS)和102.07(GM)kg CO₂当量，蒸汽生产贡献90%的排放。电离辐射(IR)影响为4.21-5.15 kBq Co-60当量，主要来自核电占比高的西班牙电网。敏感性分析表明，改用生物质或太阳能供热可降低87-90%的GW影响。

3.2 技术经济分析
初始设计因设备成本过高(2.22亿美元)导致亏损，关键设备旋风分离器、离心机和托盘干燥机占成本的75%。葡萄梗方案因TPC产量更高(8.06 vs 5.99吨/批)，经济效益优于葡萄渣。通过优化设备成本估算方法，内部收益率(IRR)可提升至36.16%。

3.3 敏感性分析
四种情景模拟显示：设备成本是盈利性的决定性因素。当TPC售价提升至200美元/kg时，净现值(NPV)达6.07亿美元。蒸汽生产系统的绿色改造可使化石资源稀缺性(FRS)影响降低90%。

这项研究首次对葡萄加工废弃物多联产系统进行了全面评估，揭示了热化学生物精炼在农业废弃物利用中的潜力。虽然当前设计在经济性方面存在挑战，但通过工艺优化和清洁能源替代，该系统有望实现环境效益与经济效益的双赢。研究结果为葡萄酒产业向循环经济转型提供了重要参考，特别是提出的"提取-热解"协同工艺，为类似农业废弃物的高值化利用提供了可借鉴的技术路线。未来研究可进一步探索生物炭土壤改良与合成气能源回用的协同效应，以提升系统整体可持续性。