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综述：系统工程视角下的废弃物增值转化：可持续性导向的工艺设计、综合评估与系统集成
【字体： 大 中 小 】 时间：2025年06月06日 来源：Current Opinion in Green and Sustainable Chemistry 9.3
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这篇综述从系统工程（Systems Engineering）视角系统梳理了废弃物增值（Waste-to-Wealth, WtW）领域的最新研究进展，重点探讨了气化（gasification）等热化学转化技术、多维度评估（如技术经济分析TEA和生命周期评估LCA）以及可再生能源整合对实现可持续废弃物管理的关键作用，为循环经济（circular economy）和碳中和目标提供了系统性解决方案。
Abstract
废弃物处理涉及复杂的社会、经济和环境因素。随着技术进步和环保意识提升，将废弃物转化为高附加值产品成为研究热点。本文从系统工程角度分层总结了废弃物增值工艺的设计、评估与集成研究。气化技术因其高效性和产物多样性成为废弃物能源化（Waste-to-Energy, WtE）的核心路径；多维度评估中，除传统TEA和LCA外，社会绩效评估的重要性日益凸显；系统集成则通过耦合可再生能源与碳中和技术（如碳捕集）显著提升可持续性。
Introduction
全球废弃物年产量预计2040年达38亿吨，传统填埋和焚烧虽能减容，却带来高昂环境成本。WtW模式通过将废弃物转化为燃料、化学品等产品，有望替代线性经济模式。研究表明，循环经济策略可带来42�/t的经济效益，并减少10-15%的温室气体排放。中国“双碳”目标、欧盟绿色新政（European Green Deal）及联合国可持续发展目标（SDGs）均将WtW列为关键路径。
WtW process development
气化技术因能处理混合废弃物并产出合成气（syngas，含H2
/CO）成为研究焦点，其产物可通过费托合成（Fischer-Tropsch）转化为液态燃料。相较而言，热解（pyrolysis）虽操作简单但产物纯度较低，而厌氧消化（anaerobic digestion）仅适用于有机废弃物。表1对比了不同技术的适用场景：气化在能量回收率（>70%）和碳转化效率（>80%）上表现突出，但投资成本较高。
WtW process assessment
TEA显示，气化工厂的资本回报周期约5-8年，而LCA证实其碳足迹比焚烧低30%。新兴的社会生命周期评估（SLCA）揭示了废弃物转化对社区就业和健康的积极影响。值得注意的是，医疗废弃物（MW）处理需额外考虑安全指标，如高温灭菌效率需达99.9999%。
System integration for WtW
图2展示了集成系统的典型架构：气化单元与光伏发电互补，余热用于区域供暖，CO2
通过微藻培养固定。这种“能源-资源-农业”三联产系统使整体能效提升至65%，碳减排量达2.5吨CO2
/吨废弃物。工业生态园案例表明，集成化设计可使运营成本降低18%。
Conclusions
系统工程方法通过分层优化（点-线-面框架）推动WtW可持续发展。未来需突破气化焦油处理、评估标准统一化等瓶颈，并加强政策-技术-市场的协同创新。香港理工大学团队提出的“废弃物-氢能-碳材料”三联产路线，或将成为下一代WtW系统的标杆。
Declaration of Competing Interest
作者声明无利益冲突。
Acknowledgment
感谢香港理工大学（The Hong Kong Polytechnic University）研究委员会及先进制造研究院（RIAM）的资助支持。
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