生物炭耦合氢气强化餐厨垃圾厌氧消化效能及碳减排机制研究

（编辑推荐）本研究通过长期连续实验揭示生物炭(HCBR)在氢气辅助厌氧消化(AD)中的协同效应：甲烷产率提升95%至722±60 mL/g-VS，CO2去除率达39.5%，氢利用率达88%。生物炭通过增强微生物适应性、缓解抑制效应，为混合沼气升级系统提供47%的经济增益，兼具环境与工程应用价值。

　　

Highlight

生物炭在氢气辅助厌氧消化中的作用通过长期连续实验得到验证。结果表明，HCBR系统在操作压力下展现出卓越的恢复力：不仅提升甲烷产量和CO₂去除率，还能在氢气过载后维持微生物功能并恢复性能——这些能力在无生物炭的HBR系统中完全缺失。技术-环境-经济评估进一步证明，该系统在混合沼气升级中具有低碳排放和高收益的优势。

Conclusions

本研究通过长期连续实验阐明了生物炭在氢气辅助厌氧消化中的关键角色。HCBR系统显著提升了甲烷产量（较传统厌氧消化BR提高95%）和CO₂去除效率（39.5±6.5%），同时使氢气利用率达到88.0±2.0%。更重要的是，生物炭赋予系统对操作条件变化的耐受性及抑制后的自我修复能力。Spearman相关性分析表明，生物炭通过优化氢气利用和CO₂-甲烷转化路径发挥作用，且不显著改变液相化学性质。技术-环境-经济评估证实，HCBR系统总利润达50.5美元/立方米进料，较BR和HBR系统分别提高47%和20%，为沼气升级提供了兼具环境效益与商业可行性的解决方案。