综述：农业生物质的可持续价值化：热化学转化用于生物能源生产的进展

这篇综述系统阐述了农业废弃物（lignocellulosic biomass）热化学转化（torrefaction/combustion/pyrolysis/gasification/liquefaction）技术的最新进展，重点分析了5?billion?tonnes/年废弃物的能源化路径，为替代化石燃料和实现环境友好型生物能源（bioenergy）生产提供了技术经济性评估框架。

　　

Abstract

全球每年产生超过50亿吨农业生物质废弃物，不当处置方式导致严重的环境污染。木质纤维素生物质（lignocellulosic biomass）因其环境友好性、储量大和地域可获得性，成为替代化石燃料的理想原料。热化学转化技术通过分子键断裂和重组，将生物质转化为高附加值能源产品。

Conflict of interest

作者声明无利益冲突

热化学转化技术体系

torrefaction（烘焙）在200-300°C缺氧条件下实现生物质脱水脱羧，提高能量密度；combustion（燃烧）直接释放热能，但需控制NO_x和SO₂排放；pyrolysis（热解）在400-800°C产生生物油（bio-oil）、合成气和生物炭；gasification（气化）通过部分氧化生成合成气（syngas），H₂/CO比例影响后续应用；liquefaction（液化）在高压溶剂中转化湿生物质，避免干燥能耗。

环境效益量化分析

相比露天焚烧，集成化热化学转化可减少92%颗粒物排放。生物炭（biochar）土壤封存实现CO₂负排放，每吨生物质热解可固定0.3-0.5吨碳当量。气化过程硫含量仅为煤的1/10，显著降低脱硫成本。

技术经济性挑战

原料收集半径超过50km时运输成本陡增，需建立分布式处理系统。快速热解（fast pyrolysis）反应器造价高达2.8?million?USD/千吨产能，但生物油价格竞争力取决于原油市场波动。等离子体辅助气化（plasma-assisted gasification）虽提高H₂产率30%，但能耗增加25%。

未来发展方向

太阳能驱动热化学转化可降低38%过程能耗。机器学习优化多联产系统，使生物油热值提升至25?MJ/kg。将生物精炼（biorefinery）概念与现有石油基础设施耦合，有望实现化石能源体系的平稳过渡。