引言
橄榄油是全球消费量最广泛的食用油之一，全球需求在传统地中海国家和北美等新兴市场持续稳步增长。据国际橄榄油理事会（IOC）预测，2025/2026产年期间全球橄榄油消费量将超过340万公吨，凸显了橄榄油产业在全球范围内日益增长的经济重要性（International Olive Council (IOC), 2026）。为支撑全球橄榄油的生产和加工，目前全世界运营着数千家橄榄榨油厂，尤其在地中海地区，橄榄种植和橄榄油生产高度集中（European Commission, 2019; Ameziane et al., 2024）。美国是一个重要的消费市场，占全球橄榄油消费量的15%以上，截至2024年约合每年40万公吨。在美国国内，加利福尼亚州主导了本国产量，贡献了全国橄榄油产量的近99%（California Department of Food and Agriculture, 2023）。2021年至2023年间，加利福尼亚州的橄榄油产量达到约2100万磅（Weber et al., 2024; United States Department of Agriculture, Economic Research Service (ERS), 2024）。
现代橄榄油生产主要依赖采用工业离心机的连续机械提取系统，包括两相和三相配置，以提高油脂回收效率（Alcázar-Ruiz et al., 2021）。然而，这些提取系统会产生大量橄榄粕，其特性因提取配置不同而异。两相系统产生的橄榄粕含水量较高，范围为50%至70%，而三相系统产生的橄榄粕相对较干（含水量45%–60%），并伴随独立的废水流（Bouknana et al., 2021）。橄榄粕的产量在三相系统中约为每公吨橄榄处理量450–550公斤，在两相系统中约为每公吨800公斤（Roig et al., 2006; Ramos and Ferreira, 2022）。全球每年估计产生约4000万吨橄榄粕（Enaime et al., 2024; Teksoy and ?en, 2025）。橄榄粕的高含水量因其重量增加、处理成本较高以及微生物腐败风险增大而对储存、运输和处置提出了重大挑战。此外，橄榄粕中含有较高的有机物和酚类负荷，因其植物毒性和抗菌特性可能引发环境关注，从而可能使处置实践和生物处理过程复杂化（Dermeche et al., 2013; Pinho et al., 2017）。传统的管理策略，如作为低价值饲料使用、直接土地利用或填埋处置，往往无法回收有价值的生物活性化合物，若管理不当还可能带来环境挑战（Batuecas et al., 2019; Schmidt et al., 2023; Enaime et al., 2024）。因此，橄榄粕既是处置负担，也是一种富含酚类化合物、膳食纤维和残余油的未被充分利用的资源（Tsoupras et al., 2024）。
近年来，生物炼制概念——即将生物质可持续加工为多种高附加值产品的集成方法——作为一种植物基残余物增值利用的有前景策略而兴起（Jin et al., 2018）。应用于橄榄粕时，该策略可通过集成工艺有效回收酚类、生物炭和生物甲烷等高价值产品（Tai et al., 2023）。酚类因其强抗氧化和抗菌活性，广泛应用于食品、制药和化妆品行业（Khan et al., 2019）。通过热化学转化获得的生物炭可作为有效的土壤改良剂（Bhattacharyya et al., 2024）和吸附剂（Qiu et al., 2021），而厌氧消化则可产生生物甲烷作为可再生能源。已有大量研究探讨了橄榄粕增值利用的实验层面，包括通过快速热解将橄榄粕与灰分协同处理生产生物油（Alcázar-Ruiz et al., 2021），通过膜辅助浓缩去除植物毒性化合物（Nunes et al., 2019），使用超声辅助技术提取酚类（Vitali ?epo et al., 2018），以及橄榄粕的直接燃烧或气化以回收能源（Parascanu et al., 2018）。这些研究证明了橄榄粕生物加工的技术可行性；然而，其经济可行性仍不确定，因为它高度依赖于处理规模和系统配置。
现有对橄榄粕增值利用的技术经济分析（TEA）主要聚焦于集中式大型系统（Orive et al., 2021; Ramos and Ferreira, 2022）。虽然这些系统具有规模经济优势，但对于中小型生产者来说可能不切实际，特别是在加利福尼亚州，许多橄榄油生产者是季节性运营且产能有限的小型生产者（Gray, 2024）。近期研究表明，橄榄粕的气化（Fernández-Lobato et al., 2025）和热解（Aissaoui et al., 2023）在经济上可能是可行的，但通常需要大规模运营或有利的经济条件，而基于水热碳化的途径在经济上仍然具有挑战性（Ramos and Ferreira, 2022）。相比之下，本研究所提出的工艺采用集成生物炼制策略，通过级联增值回收酚类提取物、将残余有机物转化为沼气、并从剩余固体中生产生物炭，从而最大化资源利用并产生多种价值流。此外，橄榄粕的季节性产生和小规模生产使长距离运输和储存成本高昂，限制了集中式系统的实用性。在这些条件下，本地集中式和分散式处理模式可通过共享处理设施或移动处理单元实现现场就近处理，从而提供更实际的替代方案。这些方法可以降低运输成本并提高小型农村生产者的可及性；然而，其对橄榄粕增值利用的技术经济表现尚未得到系统评估。
为弥补这一知识空白，本研究对橄榄粕增值利用进行了全面的技术经济分析，以联产酚类和生物炭。研究评估并比较了两种处理配置：（1）本地集中式模型，即几家邻近的橄榄榨油厂合作建立共享处理设施以集中处理收集的橄榄粕；（2）分散式模型，即在收获季节部署移动处理单元，为每个小型或微型橄榄油生产者现场处理橄榄粕。以加利福尼亚州作为小型生产者的代表性区域，本研究评估了每种配置的资本成本和运营成本、产品收入以及关键盈利性指标。通过明确考虑季节性运营和规模限制，研究结果提供了小型橄榄粕生物加工经济可行性的见解，并为农业残余物的分布式增值利用提供了更广泛的启示。
Xuanbo Liu|Ningjing Hua|Hefei Zhao|Sean Horner|Stephanie Jung|Selina C. Wang|Yiming Feng|Haibo Huang
