从摇篮到坟墓的温室气体排放评估：栽培与残余木质及草本生物质利用路径的比较研究

本刊推荐：为系统比较不同生物质利用路径的温室气体减排潜力，研究人员开展了涵盖燃烧、热解、气化和厌氧消化四种转化方式的从摇篮到坟墓的GHG评估研究。通过整合149组文献数据建立排放因子模型，发现热解技术对木质生物质残余物处理可实现最高减排效能(-0.87±0.44 t CO2e/t原料)，预计到2045年德国农业施肥排放(1370万吨CO2e)可通过生物质残余物热解完全抵消。该研究为生物质能源政策制定提供了量化决策依据。

　　

在全球能源转型和碳中和战略的背景下，生物质能作为重要的可再生能源备受关注。然而，有限的生物质资源如何实现最高效的温室气体减排效益，一直是政策制定者和科研人员面临的重大挑战。当前研究多集中于单一生物质转化技术的孤立分析，缺乏跨技术路径的系统性比较，更未能建立标准化的排放因子体系来指导决策。这种研究空白使得各国在制定生物能源政策时缺乏量化依据，难以在燃烧、热解、气化和厌氧消化等不同利用路径中做出科学选择。

正是在这样的背景下，德国生物质研究中心的科研团队在《Renewable Energy》上发表了这项开创性研究。他们通过系统性的从摇篮到坟墓评估方法，对四种主要生物质利用路径的温室气体排放进行了全面量化比较，建立了首个能够直接比较不同生物质类型和转化技术的标准化排放因子框架。

研究人员采用多步骤混合方法开展本研究。首先通过系统性文献综述从Web of Science数据库筛选29篇符合标准的同行评审研究（2005-2024年），提取149组温室气体排放数据集。采用过程比较分析法确定影响排放因子的关键参数，建立包含种植、运输、预处理、转化、工厂建设和碳封存效益的全生命周期评估模型。运用蒙特卡洛模拟进行不确定性量化，并结合德国生物质潜力数据库开展情景分析。所有数据均以每吨干基原料的二氧化碳当量(t CO_2e/t feedstock db)为功能单位进行标准化处理，确保跨研究可比性。

研究结果揭示了不同生物质路径的减排效能差异：

feedstock-和utilization-based排放因子分析表明，木质生物质残余物在热解应用中表现最佳，达到-0.87±0.44 t CO_2e/t原料，其次是燃烧路径(-0.78±0.28 t CO_2e/t原料)。草本生物质残余物也呈现类似趋势，热解(-0.67±0.37 t CO_2e/t)优于燃烧(-0.60±0.20 t CO_2e/t)。气化路径对草本生物质显示正排放(0.37±0.33 t CO_2e/t)，主要源于转化效率低下和碳封存潜力有限。

Utilization-和scale-based排放因子分析发现，对于燃烧和热解路径，操作规模(大/小型厂)对温室气体排放影响较小；而对于气化和厌氧消化路径，大型厂表现显著优于小型厂。这表明热解技术特别适合分布式小规模应用，有利于生物质资源的就地利用。

最佳实践基准测试通过城市绿色废弃物(落叶、剪草和园林垃圾)的具体案例验证了排放因子模型的可靠性。这些残余物因无种植排放和运输距离短，显示出极高的减排潜力。经过Florafuel预处理技术(包括粉碎、沥滤、干燥和致密化)后，这些原料可实现终端废弃物 status，成为高品质燃料。

生物质残余物潜力评估显示， pyrolysis路径每年可产生11.0-19.1百万吨CO_2e的减排潜力。通过热解利用所有未开发生物质残余物，平均每年可减少约1510万吨温室气体排放，完全抵消德国2023年尿素和石灰施肥产生的1370万吨CO_2e排放。

研究讨论部分深入分析了排放因子作为温室气体排放近似值的适用性与局限性。虽然技术差异、原料特性和能源形式等因素会影响具体排放值，但建立的排放因子框架仍能为政策制定提供重要参考。研究强调应优先选择区域来源的残余物料，采用低排放预处理工艺，并关注未来化石燃料替代效益递减背景下碳封存价值的持久性。

该研究的重大意义在于首次建立了能够直接比较栽培和残余生物质原料在四种主要转化路径中温室气体排放的因子框架，为生物质能源政策制定提供了量化工具。研究证明热解技术特别是对木质生物质残余物的处理具有最优减排效能，而残余物的优先利用比栽培生物质更具气候效益。这些发现不仅为德国实现2045年碳中和目标提供了具体路径——通过生物质热解可抵消22-36%的农业排放，更为全球生物质能源的可持续发展提供了科学依据。研究建议政策制定应聚焦于未利用生物质残余物的开发，加强热解技术研发与产业化，完善资源监测体系，并建立农业排放与碳封存的认证关联机制。