利用超临界CO2 从城市有机固废中绿色提取脂质制备生物柴油的可持续路径

为解决城市有机固废(OFMSW)资源化难题，研究人员创新性地采用超临界CO2 (sc-CO2 )提取技术，通过响应面法优化获得19.25%的脂质提取率，并成功转化为C10-C18脂肪酸甲酯(FAMEs)。该研究为第二代生物燃料生产提供了环保高效的解决方案，推动零废弃循环经济发展。

　　

随着全球城市化进程加速，城市有机固废(OFMSW)年产量预计到2050年将达到34亿吨，其中13亿吨被填埋处理，造成严重的环境和经济负担。传统脂质提取方法依赖有毒有机溶剂，且多数研究局限于成分单一的食物加工废料，未能充分挖掘OFMSW这一富含脂质、碳水化合物和蛋白质的"城市矿山"潜力。在此背景下，意大利Progeva Srl公司的研究团队在《Journal of CO2 Utilization》发表创新成果，开发出基于超临界二氧化碳(sc-CO₂
)的绿色提取技术，为OFMSW资源化提供了新思路。

研究采用响应面法(RSM)优化提取参数，结合Gompertz和Sovová模型分析传质动力学，通过气相色谱-质谱(GC-MS)和核磁共振(¹
H NMR)等技术表征提取物成分，并系统评估了生物柴油的关键性能指标。所有实验均以意大利塔兰托地区按月采集的OFMSW样本为原料，确保数据真实反映季节性饮食变化对原料成分的影响。

在"水含量与样品预处理对SFE提取率的影响"部分，研究发现冻干和烘箱干燥能有效去除水分，使提取率分别达7.27%和7.40%，而未经干燥处理的湿样提取率不足1%。通过"OFMSW的SFE提取"实验证实，压力是影响提取率的关键因素，410 bar时达到峰值，温度(55°C)和流速(7.5 l/min)则主要影响操作经济性。

"Gompertz数学模型"分析显示，提高压力和温度可缩短滞后时间(λ)，最高提取速率(k)达0.601 min^-1
；而"Sovová传质模型"揭示外部传质系数(k_f
=0.0399 min^-1
)是内部传质(k_s
=0.0084 min^-1
)的4.75倍，表明改善溶剂扩散能进一步提升效率。

研究特别关注"提取率的季节变化"，7-8月夏季样本提取率最高(19.25%)，可能与节假日高脂肪饮食相关；而春季样本仅2.22-2.53%，反映季节性饮食差异。通过"OFMSW提取物表征"发现，sc-CO₂
提取物含硫量为零，氮含量仅0.84%，酸值61 mg KOH/g，粘度42.3 mm²
/s，热值18.2 MJ/kg，各项指标符合EN 14214和ASTM D6751标准。

在"FAMEs生产"环节，sc-CO₂
提取物经转酯化获得70-93%产率的C10-C18 FAMEs，其中饱和脂肪酸占比63%(主要为棕榈酸甲酯C16:0)，单不饱和25%(油酸甲酯C18:1)，多不饱和12%(亚油酸甲酯C18:2)，与市售葵花籽油成分相似。生命周期评估(LCA)显示，sc-CO₂
工艺比索氏提取减少24%成本，全球变暖潜能值(GWP)降低22%。

该研究创新性地将sc-CO₂
技术应用于成分复杂的OFMSW处理，不仅解决了传统溶剂污染问题，还实现了CO₂
的资源化利用。所生产的生物柴油具有低硫氮特性，可减少SO_x
/NO_x
排放，固体残渣还可作为有机肥料实现全组分利用。Abraham Abe等学者通过系统性研究证明，这种"零废弃"策略既能缓解城市固废压力，又能贡献于碳中和目标，为循环经济提供了可规模化的技术范式。未来研究可进一步优化干燥工艺能耗，探索与其他绿色提取技术的协同效应，以提升整体经济可行性。