基于生物质混合共气化的碳负性多联产系统：耦合高值化产品流的BECCS技术经济框架

本研究针对城市固废(MSW)与造纸污泥、塑料及餐厨垃圾共气化过程，创新性开发了集成低温CO2捕集(效率>95%)、费托合成(FT)与绿氨生产的BECCS多联产系统。通过Aspen Plus建模优化显示：MSW-餐厨垃圾混合在H2产率(67.66 vol%)和氨产量(1231.16 kg/h)方面表现最优，而MSW-塑料混合在FT合成中产出72,295 kg/h生物燃料。该技术为同时解决固废管理、可再生能源生产与碳减排提供了工业化解决方案。

　　

随着全球人口激增和工业化进程加速，化石燃料过度消耗引发的能源危机与温室气体排放问题日益严峻。据研究显示，当前温室气体排放量已远超上世纪水平，而传统废弃物处理系统效率低下且成本高昂。在此背景下，开发既能处理废弃物又能生产清洁能源的集成技术成为当务之急。沙特阿拉伯Imam Mohammad Ibn Saud Islamic University（IMSIU）的研究团队在《Biomass and Bioenergy》发表的研究，创新性地提出了基于生物质混合驱动的BECCS（生物能源与碳捕获封存）多联产系统，通过共气化城市固废与不同有机废弃物，同步实现碳负性排放与高附加值产品生产。

研究采用Aspen Plus V12构建了涵盖气化、低温纯化、PSA（变压吸附）、费托合成和氨合成的全流程模型。关键技术包括：1）建立MSW与造纸污泥/塑料/餐厨垃圾的共气化动力学模型；2）开发集成低温-PSA的混合CO₂捕集系统；3）优化FT合成催化剂负载量（6650-7350 kg）；4）设计三床层绝热反应器用于氨合成。通过敏感性分析评估不同原料配比在500-1200°C气化温度下的性能差异。

关键研究发现：

1. 气化条件优化：MSW-餐厨垃圾混合在蒸汽/生物质比0.6、657°C时产生最高H₂浓度（67.66 vol%），而MSW-塑料混合产生最优FT合成原料气（CO:H₂=0.657）。
2. 碳捕获性能：低温分离单元对MSW-餐厨垃圾实现97 mol% CO₂捕集纯度，PSA系统进一步将残留CO₂降至0.8 mol%。
3. 产品产出：氨合成单元采用3:1 H₂:N₂比时，MSW-餐厨垃圾组合产量达1231.16 kg/h；FT合成中催化剂负载增至7350 kg使石脑油含量提升至77.79%。
4. 经济性评估：系统直接投资成本37.4-264.4 MUSD，固定资本投资55.8-394.5 MUSD，显示其资本密集型特征。

该研究首次实现了废弃物处理-清洁能源-碳负性排放的闭环整合。MSW-餐厨垃圾组合在H₂产率、氨产量和CO₂捕集效率方面的卓越表现，为市政有机废弃物资源化提供了优选路径。而MSW-塑料混合在FT合成中的优势，则开辟了难降解塑料高值化利用新思路。研究建立的低温-PSA混合捕集方案（>95%效率）和尾气发电-蒸汽回收系统，显著提升了能源自给率。尽管高投资成本可能制约短期商业化，但该技术框架为达成SDGs（可持续发展目标）和NZEs（净零排放）提供了可扩展的工程范式，特别是在处理成分复杂的城市固废方面展现出独特优势。未来研究可进一步探索不同地域废弃物特性对系统适应性的影响，以及政策激励对经济可行性的改善作用。