沼气驱动制冷系统：减少撒哈拉以南非洲地区收获后损失的技术经济可行性评估

针对撒哈拉以南非洲(SSA)因电力短缺导致的食品冷链断裂问题，研究人员评估了沼气驱动制冷(BFR)系统的技术经济可行性。通过对比吸收式制冷、集装箱冷库、制冰机和热电联产(CHP)四种方案，发现45L吸收式乳品冷却器最具经济潜力(IRR达28.16%)，而大规模系统受限于原料供应和高成本。该研究为发展中国家离网冷藏提供了可再生能源解决方案。

　　

在撒哈拉以南非洲(SSA)地区，电力短缺和化石燃料依赖导致冷链中断，造成惊人的食品损失——水果、蔬菜、鱼类和乳制品在零售前的损失高达24-52%。这不仅加剧了当地23%人口营养不良的问题，还造成资源浪费和甲烷排放等环境问题。面对这一挑战，Stellenbosch大学的研究团队在《Sustainable Energy Technologies and Assessments》发表论文，创新性地评估了利用有机废弃物生产沼气驱动制冷(BFR)系统的可行性，试图用可再生能源破解食品冷链困局。

研究团队采用技术经济分析方法，重点评估了四种BFR方案：小型农户适用的吸收式乳品冷却器(45-230L)、果蔬供应链的集装箱冷库(10-40英尺)、渔业供应链的制冰机(544-2140kg/天)以及屠宰场适用的热电联产(CHP)系统。通过建立质量能量平衡模型，结合贴现现金流(DCF)分析，比较了不同规模系统的内部收益率(IRR)。

关键方法包括：1)基于生物甲烷潜力(BMP)实验数据，采用Holliger缩放因子法预测全尺寸厌氧消化器(AD)产气量；2)建立吸收式制冷与压缩式制冷的稳态能量模型；3)利用南非和SSA地区的成本数据库进行资本支出(CAPEX)回归分析；4)设置25%IRR作为投资门槛评估经济可行性。

质量与能量平衡结果显示：45L吸收式冷却器仅需6头牛的粪便(71kg/天)和35L水/天即可运行，而40英尺冷库需要7吨果蔬废弃物。经济性能分析得出：小型吸收式制冷表现最佳，45L系统IRR达28.16%；而屠宰场CHP系统IRR为负值(-6.77%至-2.79%)，主要受高昂CAPEX拖累；集装箱冷库和制冰机在最大规模时接近投资门槛(IRR分别为22.84%和24.05%)。

敏感性分析揭示：吸收式系统的经济性对设备成本最敏感，而冷库和制冰机的可行性高度依赖原料可获得性。值得注意的是，所有电力驱动方案(冷库、制冰机)的能源成本均高于太阳能替代方案，但沼气方案具有有机废弃物协同处理的附加价值。

该研究创新性地证明：在SSA农村地区，小规模(45L)沼气吸收式制冷是实现食品冷藏最具可行性的方案，其技术简单性和经济性优势显著。尽管大规模系统受限于原料收集难题和高投资成本，但研究提出的四种BFR路径为不同供应链场景提供了定制化解决方案。这项成果不仅为发展中国家减少食品损失提供了可量化的技术选择，也为政策制定者在可再生能源与食品安全的交叉领域提供了决策依据。特别值得注意的是，研究强调水资源的可获得性、设备维护能力和前期融资支持是BFR技术推广的关键瓶颈，这些发现对国际援助项目的设计具有重要指导意义。