综述：面向循环经济的二氧化碳减排未来保障：过程集成与先进工具的系统综述

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【字体：大中小】 时间：2025年06月09日 来源：Environmental Science and Ecotechnology 14.1

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　　这篇综述系统评估了过程集成(PI)和优化工具在CO2 减排中的应用，重点探讨了人工智能(AI)、区块链等先进技术与循环经济(CE)的协同作用。文章首次全面分析了夹点分析、P图(P-graph)、计算机辅助可持续设计(CASD)和物联网(IoT)传感器网络等工具的潜力，指出AI到2030年可减少2.6-5.3吉吨CO2 排放，并提出了强化碳交易系统的绿色金融机制建议。

面向循环经济的二氧化碳减排革命

1. 引言
气候变化已成为21世纪最严峻的生态挑战，2023年全球温室气体(GHG)排放达53.0 Gt CO₂
eq，其中CO₂
占比73.7%。大气CO₂
浓度从1910年的300 ppm飙升至2021年的420 ppm，远超巴黎协定设定的1.5°C温控目标。工业革命带来的清洁生产转型虽取得进展，但碳捕集与封存(CCS)技术仍需大规模示范验证。

2. 过程集成的可持续突破
过程集成(PI)技术通过热交换网络优化、质量整合等方法，在化工、能源等行业实现显著减排。典型案例显示：

夹点分析使石化企业年节能202.71 GJ，节省冷热公用工程35-43%
生物塑料生产方案可实现2050年100%减排，需培育495 Mt藻类原料
P图优化使城市固体废物(MSW)处理系统减排411 kg CO₂
eq/吨，同时创造€42/吨收益

3. 先进工具的协同作战
3.1 人工智能的碳管理革命
AI通过三大核心组件重塑减排格局：

监测系统：Dendrite网络结合AMSGrad算法，预测建筑能耗误差<2%
预测模型：t-SNE-ELM模型提升乙烯厂能效2.87%
优化平台：强化学习在钢厂应用实现年减排23万吨

但AI训练本身存在碳足迹矛盾——ChatGPT-3训练排放27万kg CO₂
，催生Code-Carbon等减排解决方案。

3.2 数字孪生技术
计算流体动力学(CFD)模拟水泥窑炉CO₂
分布，指导几何优化使排放热点区域浓度降低15%。物联网(IoT)架构实现农业精准管理：

MH-Z16传感器监测精度达97%
智慧农业市场预计2030年达433.7亿美元

3.3 区块链的碳交易革新
双层区块链架构实现：

上层：以太坊处理碳配额分配和智能合约(SC)
下层：Hyperledger连接IoT传感器实时采集数据
澳大利亚碳市场应用该框架后，交易成本降低40%，透明度提升300%。

4. 循环经济的碳闭环
废弃物资源化展现惊人潜力：

钢铁回收减排27%
海藻养殖每吨可抵消34吨CO₂
厌氧消化(AD)电厂实现131%碳负排放

但政策衔接存在障碍，欧盟148项循环经济措施中仅15%完成量化评估。

5. 未来路线图
短期重点开发多目标夹点分析工具，中期需建立AI-CFD耦合模型，长期应构建"碳-能-水"三位一体管理系统。经济性分析表明，PI工具应用可使化工厂运营成本降低20%，投资回报期缩短至3.2年。

这场减排革命需要工程师、政策制定者和数据科学家的跨界合作，正如文中强调的："只有持续创新和全球协作，才能实现气候安全的可持续未来"。

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