生物能源生物燃料收获优化：逐步与集成方法在经济和环境可持续性中的比较分析

本综述通过比较分析逐步法（Stepwise Method）与集成法（Integrated Method）在柳枝稷（switchgrass）生物质收获中的表现，系统评估了其燃料消耗、温室气体（GHG）排放及经济成本。研究基于大田尺度数据，结合技术经济分析（TEA）与GREET模型，揭示了不同田间规模与生物量产量条件下两种方法的能效与成本差异，为生物能源生产的可持续优化提供了关键策略依据。

　　

结果

本节展示了在不同田间规模、生物量产量和操作配置下，柳枝稷收获的技术经济性能、燃料消耗、能源使用和温室气体（GHG）排放的研究结果。逐步法（Stepwise Method）和集成法（Integrated Method）的比较为成本效益、能源效率和环境影响提供了深入见解。此外，回归分析识别出影响燃料消耗的关键操作因素。

讨论

本研究通过比较逐步法和集成法在不同田间规模和生物量产量下的表现，评估了柳枝稷收获的经济与环境权衡。研究结果揭示了成本、燃料消耗和温室气体（GHG）排放方面的显著差异，强调了根据田间具体条件和操作目标调整收获策略的重要性。在小田块和低产量条件下，集成法将操作时间减少了11.19%，温室气体排放降低了9%，能源使用减少了5%，这归因于其将割草和耙草合并为单次操作，从而减少了通行次数和燃料使用。然而，集成法在大型田块和高产量场景中成本较高，因其设备投资和维护费用更高。相比之下，逐步法在大型高产量田块中更具成本效益，实现了每吨37.70美元的最低收获成本，这得益于其操作模块化和规模经济。回归分析进一步表明，较大的田间规模通过减少机器转弯和空转时间降低了燃料消耗，而较高的生物量产量和较长的操作时间则因机器负载增加而提高了燃料使用。最高温度也对燃料消耗有轻微贡献，可能源于发动机效率在高温下的变化。这些发现强调了没有一种通用的收获方法；方法选择应基于生物量产量、田间规模和气候条件等因素进行定制，以平衡经济可行性与环境可持续性。

结论

本研究评估了在不同田间规模和生物量产量下，柳枝稷收获的经济与环境权衡，比较了逐步法和集成法。逐步法在大型田块和高生物量产量条件下成为最具成本效益的选择，利用田间效率减少温室气体（GHG）排放和燃料消耗。然而，在某些场景中，其较高的能源使用呈现出成本与环境可持续性之间的权衡。相反，集成法在小田块和低产量条件下表现更好，减少通行次数、燃料使用和环境影响，尽管其设备成本可能限制其在大规模操作中的适用性。回归分析强调了田间规模、生物量产量、操作时间和温度作为燃料消耗的关键驱动因素，强调了上下文特定的收获策略的重要性。总体而言，本研究强调了根据本地条件定制收获方法以优化生物能源生产系统的经济和环境性能的必要性。未来研究应探索先进收获技术、机器学习优化和生命周期评估（LCA）以进一步提升可持续性。