阿根廷交通部门粪源生物甲烷结合碳捕获与封存的生命周期评估：现状与2050年展望

《Sustainable Energy Technologies and Assessments》：Life cycle Assessment of Manure-Based biomethane with carbon capture and storage for Argentina’s transport sector

本研究针对阿根廷交通部门脱碳需求，创新性地开展了粪源生物甲烷耦合碳捕获与封存技术的全生命周期评估。研究人员通过整合三种综合评估模型，揭示了BM-CCS路径可实现净负碳排放（-0.248 kg CO2-eq/km），但存在酸化与毒性指标升高的负担转移现象。研究成果为拉丁美洲首次开展的多模型前瞻性LCA研究，为可持续生物能源政策制定提供了科学支撑。

　　

在全球气候变暖的严峻挑战下，交通运输部门作为能源相关CO₂排放的重要来源（2021年占比24%），其脱碳进程尤为关键。阿根廷作为世界第五大牛肉生产国，拥有约5400万头牛的存栏量，畜牧业产生的粪便既是重要的甲烷排放源，也蕴藏着巨大的生物质能潜力。虽然生物甲烷作为可再生天然气具有直接利用现有基础设施的优势，但其全生命周期环境效益，特别是结合碳捕获与封存技术后的净减排效果，在拉丁美洲背景下尚未得到系统评估。

发表于《Sustainable Energy Technologies and Assessments》的研究论文《Life cycle Assessment of Manure-Based biomethane with carbon capture and storage for Argentina’s transport sector》由阿根廷国立图库曼大学的Lucas M. Machin Ferrero团队完成，首次针对阿根廷亚热带奶牛养殖系统开展了从摇篮到车轮的CCS全生命周期评估。该研究创新性地耦合三种综合评估模型，前瞻性预测了2050年不同情景下的环境影响，为发展中国家农业-能源耦合系统的可持续转型提供了重要科学依据。

研究采用Brightway2/premise平台和ecoinvent v3.10数据库构建生命周期清单，通过Anaerobic Digestion Model No. 1模拟厌氧消化过程，Unisim Design?优化生物甲烷提纯和CCS工艺。研究设置了100公里运输半径的保守场景，并对比分析了25-50公里半分散式方案的敏感性。功能单位定义为乘用车行驶1公里，评估范围涵盖全球变暖潜能、淡水富营养化、陆地酸化、化石燃料耗竭及毒性指标等多重环境影响类别。

研究结果：

全球变暖潜能分析表明，在现行条件下，化石天然气的GWP为0.207 kg CO₂-eq/km。BM-CCS路径通过二氧化碳封存可实现-0.118 kg CO₂-eq/km的负排放贡献，但粪便运输（0.082 kg CO₂-eq/km）和CCS单元能耗（0.070 kg CO₂-eq/km）构成主要排放源。当运输半径从100公里优化至25公里时，净GWP可从0.155降至0.094 kg CO₂-eq/km，降幅达39%。

多指标对比显示，BM-CCS路径在降低GWP和FFP的同时，导致TAP和FEP显著上升。毒性指标（FEX、HTc、HTnc）的增加主要源于CCS能耗相关的上游采矿和发电过程。消化液替代尿素可有效逆转负担转移，使TAP指标产生-137%的净效益。

前瞻性情景分析发现，TIAM-UCL模型因假设更激进的可再生能源渗透率（电网碳强度0.017 kg CO₂-eq/kWh），在2050年可实现约80%的GWP减排。但可再生能源基础设施的矿产需求也导致该情景下毒性指标增幅最大。

结论与讨论：

研究表明，阿根廷粪源生物甲烷系统通过耦合CCS与营养物循环，可同时实现气候缓解与资源循环双重效益。但实现深度脱碳需要三个关键条件：电网清洁化、运输半径最小化和甲烷泄漏严格控制。政策制定应建立多标准环境评估体系，协同推进生物能源激励政策与可再生能源电网建设。

该研究的创新性在于首次将前瞻性LCA方法应用于拉丁美洲生物能源系统，揭示了不同脱碳路径下的环境权衡机制。研究成果不仅为阿根廷的碳中和路径选择提供科学依据，也为发展中国家开展农业-能源耦合系统的可持续性评估建立了方法论范例。未来研究需结合生命周期成本分析，并探索被动太阳能干燥等创新技术，进一步优化系统的综合环境表现。