基于集成热解-气化技术的城市固体废弃物协同优化：合成气生产与生物炭循环利用的能源转化研究

本研究针对印尼城市固体废弃物(MSW)处理难题，创新性集成热解-气化技术(IPG)，通过Aspen Plus模拟优化发现：在934.135°C和S/M=0.7条件下，可获得H2(73.13%)和CO(20.3%)为主的优质合成气，LHV达11.878 MJ/Nm3，经Diesel-RK验证可产生7.114 MW电力。该研究为废弃物能源化提供了高效解决方案。

　　

随着印尼人口以每年1.13%的速度增长，城市固体废弃物(MSW)年产量已达1950万吨，其中34.08%未被妥善处理。传统露天填埋方式不仅占用土地，更造成资源浪费——这些废弃物中40.5%是可降解有机物，18.5%是塑料等高热值材料。印尼《废弃物管理法》明确要求将废弃物转化为能源，但直接气化存在焦油产量高、转化效率低的瓶颈。

针对这一挑战，印度尼西亚大学的研究团队在《Bioresource Technology Reports》发表创新研究，通过集成热解-气化(IPG)技术将MSW转化为高价值合成气。该研究采用Aspen Plus流程模拟结合响应面法(RSM)优化参数，并首次运用Diesel-RK引擎模拟验证发电潜力。关键突破在于将热解生物炭循环利用，既提升碳转化效率又减少焦油生成。

技术方法上，研究团队采集自Depok市Cipayung处理厂的MSW样本，通过ASTM标准进行工业分析和元素分析。采用Box-Behnken实验设计，考察温度(700-1000°C)和蒸汽/MSW比(S/M=0.5-1.0)对合成气组分的影响，通过碳转化效率(CCE)和冷气体效率(CGE)等指标评价系统性能，最终用Diesel-RK模拟发电效率及NO₂排放。

【材料特性】MSW样本分析显示含水率12.4%、挥发分62.3%，元素分析证实其碳含量达45.6%，具备良好热转化潜力。

【合成气优化】温度与S/M比被证实为关键参数：850°C时H₂占比达73.042%，CO为19.808%；RSM优化后934.135°C条件下，LHV维持在11.878 MJ/Nm³，CCE提升至85.20%。蒸汽气化相比空气显著提升H₂产量，这归因于水煤气变换反应增强。

【发电性能】Diesel-RK模拟显示优化后系统发电量达7.114 MW，机械效率90.4%，NO₂排放降至25.534 g/kWh。虽然LHV低于富甲烷合成气，但高H₂含量赋予其清洁燃烧特性。

该研究证实IPG系统可实现MSW的能源转化率最大化，其中生物炭循环利用使CCE突破85%，较传统气化提升约20个百分点。特别值得注意的是，蒸汽作为气化剂在印尼具有特殊优势——群岛国家丰富的海水资源经淡化即可使用。研究团队指出，下一步需开展经济性评估和放大试验，但当前成果已为热带地区废弃物处理提供了可借鉴的技术路线。论文通讯作者Adi Surjosatyo强调，这种"废弃物分级转化"理念可推广至棕榈油渣等东南亚特色生物质处理，有望成为循环经济的关键技术支撑。