综述：水热液化技术：可再生能源与环境清洁应用的前景

这篇综述全面探讨了水热液化（HTL）技术在生物质转化和环境污染物降解中的双重作用，重点分析了其将高湿生物质转化为生物原油（biocrude）的机制，以及在处理PFAS（全氟烷基化合物）、微塑料（MPs）等新兴污染物方面的潜力。文章系统梳理了HTL的工艺参数（如温度250-400°C、压力5-35 MPa）、与厌氧消化（AD）的协同效应，以及生物原油升级为可持续航空燃料（SAF）的挑战，为碳中和目标下的废弃物资源化提供了技术路线。

　　

水热液化（HTL）技术：从废弃物到能源与清洁解决方案

摘要
水热液化（HTL）作为一种创新的热化学转化技术，能够在亚临界/超临界水条件下（250-400°C，5-35 MPa）将高湿生物质（如污水污泥、藻类、农业废弃物）高效转化为能量密度达30-36 MJ/kg的生物原油，同时实现PFAS、MPs等环境污染物的降解。本文从HTL的反应机理、工艺优化、集成系统到商业化应用展开分析，揭示其在可再生能源与环境修复领域的双重价值。

1. 技术原理与历史发展
HTL通过水解、分解和重组三步反应路径，将生物质中的脂质（转化率55-80%）、蛋白质（11-18%）和碳水化合物（6-15%）转化为生物原油。其技术雏形可追溯至1920年代，而现代HTL已实现技术成熟度（TRL）7-9级，全球分布超10个中试工厂，如加拿大Licella项目年产生物原油达1.6百万升。

2. 生物原油生产优化

• 原料协同效应：共液化（co-HTL）棉籽壳与低密度聚乙烯（LDPE）可将生物原油碳含量从59%提升至70%，O/C比从0.4降至0.2。
• 催化剂选择：KOH催化木质纤维素转化时生物原油产率提升至39.5%，而Ni/ZrO₂可减少残渣形成。
• 能源回收率（ER）：单独HTL对脂质类原料ER达82.7%，而集成AD-HTL系统（如污泥处理）可提升至94.4%。

3. 环境污染物降解

• PFAS去除：350°C碱性条件下，PFOS和PFOA的脱氟效率>99%，OH^-引发磺酸基团断裂是关键步骤。
• 微塑料处理：HTL中试装置对MPs去除率达76%，但作用机制仍需深入研究。
• 重金属稳定化：猪粪HTL在340°C下可固化98%的Cu和87-98%的Cd，显著降低生态风险。

4. 挑战与前景
当前HTL面临生物原油氮含量高（3.8 wt%）、SAF引擎适配性不足等瓶颈。未来方向包括：

• 开发太阳能驱动的HTL系统，降低54%能耗；
• 构建"HTL-AD-肥料"循环链，实现碳与营养元素回收；
• 通过机器学习优化原料-工艺匹配模型，推动万吨级装置落地。

HTL技术正从实验室走向产业化，其"废物处理-能源生产"的双重属性，将为全球碳中和目标提供兼具经济性与环境效益的解决方案。