综述：基于循环经济方法的可持续废物能源化路径

这篇综述系统探讨了废物能源化（WtE）技术在循环经济（CE）框架下的应用，重点分析了热化学（如气化、热解）、生物化学（如厌氧消化）和化学机械（如微生物燃料电池）等技术的环境-经济-能源（3E）协同效益，并整合多准则决策模型（MCDM）和生命周期评估（LCA）方法，为可持续废物管理政策提供理论支撑。

　　

可持续城市固体废物管理的循环经济路径

随着全球人口增长和城市化加速，城市固体废物（MSW）年产量预计将在2050年达到34亿吨。传统填埋处理导致温室气体（GHG）排放和土地资源浪费，而废物能源化（WtE）技术通过热化学、生物化学和化学机械转化，将非可回收废物转化为电能、热能和生物燃料，成为循环经济（CE）的关键环节。

热化学过程：高效能源回收

焚烧在750-1100°C高温下可减少90%废物体积，同时产生蒸汽发电。最新研究通过集成太阳能集热系统，使净发电效率提升至21.34%。但需注意二噁英和CO₂排放问题，采用单乙醇胺（MEA）捕集技术可降低50-95%碳排放。

热解在无氧条件下将有机废物分解为生物炭（固体）、生物油（液体）和合成气（气体）。例如混合塑料在550°C时产油率达65.9%，且Fe(NO₃)₃催化剂可提升氢气产量并促进生物炭石墨化。

等离子气化通过电离气体处理医疗废物，在模拟实验中实现79 mmol H₂/d的产氢效率，但其高能耗和熔渣处理仍是挑战。

生物化学转化：有机废物的闭环处理

厌氧消化利用微生物将厨余垃圾转化为沼气（甲烷含量60-70%），印度研究表明草药废物的生化甲烷潜力显著，而中温（35°C）条件最利于反应效率。

堆肥通过嗜热菌群分解有机质，肯尼亚案例显示55°C运行时能产生174kWh能量，同时产出1350kg肥料，实现废物灭菌与资源化双赢。

新兴技术：未来能源的突破口

暗发酵利用厌氧细菌将碳水化合物转化为生物氢，Enterobacter aerogenes菌株在甘露醇底物中产氢率达206.8 mL/g。

微生物电解池（MECs）以废水为原料产氢，不锈钢电极系统转化效率达13.4%，但规模化应用仍需突破。

多维度评估与政策杠杆

通过整合MCDM模型发现：发达国家更适宜热解/气化技术（环境效益显著），而发展中国家因成本优势多选择厌氧消化。LCA研究证实，WtE设施结合CO₂捕集可使碳足迹降低2.5×10⁴ Mt/年。欧盟通过"5R原则"（减量、再利用、再循环、回收、再生）政策推动WtE产能占比达23%，而印尼等国仍面临技术资金短缺和公众接受度问题。

挑战与展望

当前WtE技术存在三大约束：

1. 1.

   经济性：等离子气化单厂投资超1亿美元

2. 2.

   技术瓶颈：混合垃圾热值波动影响焚烧效率

3. 3.

   社会认知：中国居民因健康担忧反对焚烧厂选址

未来需重点优化废物分类系统，开发低成本催化剂（如铁盐），并通过碳交易机制提升项目可行性。将WtE纳入CE框架，不仅能实现SDG7（清洁能源）和SDG12（负责任消费），还可释放90%的填埋场土地资源，为城市可持续发展提供新范式。