孟加拉国生物质残渣整合生物氢能系统的技术经济分析与低碳能源转型路径

本研究针对全球能源系统脱碳需求，创新性地利用孟加拉国农业废弃物（牛粪与稻秆）构建整合式生物氢能（BioH2 ）生产系统，通过厌氧共消化（ACoD）、蒸汽重整（SMR）与水热碳化（HTC）技术耦合，实现0.91吨/日氢产能（成本6.40美元/千克）与73.31%能效，为发展中国家废弃物资源化与可再生能源转型提供经济可行方案。

　　

全球能源系统正面临双重挑战：2023年化石燃料贡献了37.4亿吨CO₂
排放，且能源需求持续攀升。氢能因其120 MJ·kg^?1
的高能量密度和零碳特性成为关键解决方案，但如何低成本生产可再生氢仍是难题。孟加拉国作为农业大国，每年产生4100万吨农业残渣和1760万吨牲畜粪便，却因露天焚烧导致严重空气污染（PM_2.5
、NO_x
等）。针对这一困境，研究人员开展了生物质残渣整合制氢系统的技术经济研究。

研究团队通过Aspen Plus?模拟构建了全球首个整合ACoD-SMR-HTC的商业化系统。该系统以70:30混合的牛粪与稻秆（24吨/日）为原料，经厌氧共消化产生含55-65% CH₄
的沼气，再通过双级蒸汽重整转化为氢，同时利用水热碳化将消化残渣转化为高附加值水热炭。热集成设计回收工艺余热，使系统总能效达73.31%。

关键技术包括：1）基于孟加拉国六大城市固体废弃物（1.96万吨/年）和农业残渣的原料特性分析；2）Aspen Plus?流程模拟优化ACoD有机负荷与SMR反应条件；3）全厂热集成与能效评估；4）基于净现值（NPV）和内部收益率（IRR）的经济性测算。

模拟结果显示：

• 氢气产能达0.91吨/日，生产成本6.40美元/千克，显著低于10美元/千克的市场售价
• 水热炭副产品贡献27%能量输出，使系统碳排放降低45%
• 在无补贴情景下，投资回收期7年，IRR超最低可接受收益率（MARR）

结论部分指出：该研究首次证实发展中国家生物质废弃物制氢的经济可行性，其整合工艺相比单一ACoD减少43%环境毒性潜力。通过将传统污染物（H₂
S、NH₃
）转化为能源产品，不仅解决露天焚烧导致的PM_2.5
污染问题，更开创了"废弃物-氢能-碳封存"的循环经济模式。论文发表于《International Journal of Hydrogen Energy》，为南亚地区能源转型提供关键技术路径与政策设计依据。

（注：作者S.M. Abu Nayeem等署名中未标注单位，但致谢部分明确提及研究受美国国家科学院NAS和USAID资助，且通讯作者Kazi Bayzid Kabir来自孟加拉国研究机构，故判定为国内研究团队主导的国际合作项目）