棕榈油产业生命周期环境影响评估：从苗圃、种植园到油厂——北苏门答腊案例研究

《Science of The Total Environment》：Life cycle environmental impact assessment in palm oil industry from nursery, plantation, and mill: Case study in north Sumatera

　　

•集成生命周期评估涵盖了苗圃、种植园和油厂阶段。
•使用 SimaPro 9.5 和 EPD 2018 量化了八种环境影响。
•化肥在苗圃和种植园阶段的影响中占主导地位。
•原料和新鲜果串（FFB）废弃物是油厂阶段关键影响的驱动因素。
•精准施肥和棕榈油厂废水（POME）再利用可提高可持续性。

引言
棕榈油是全球经济上和战略上最重要的农产品之一。它衍生自油棕（Elaeis guineensis Jacq.）新鲜果串（FFB）的中果皮，毛棕榈油（CPO）目前约占全球植物油产量的 36–40%，是全球生产量和交易量最大的植物油（Meijaard et al., 2020）。其多功能性使其广泛渗透多个工业部门：约 68% 的全球棕榈油产量用于食品应用，包括烹饪油、人造黄油和加工食品，而剩余 27% 用于工业产品，如肥皂、化妆品和洗涤剂，约 5% 转化为生物燃料（Ritchie, 2021）。据估计，棕榈油存在于全球超市货架上近 50% 的包装消费品中（ZSL, 2024; RAN, 2015）。这种广泛的应用范围，加上其单位面积产量远高于其他油料作物，推动了过去三十年全球生产和需求的空前增长。

全球棕榈油供应主要集中在东南亚，印度尼西亚和马来西亚合计占全球总产量的 80% 以上（Ostfeld and Reiner, 2024）。在 2022–2023 年度，全球棕榈油产量达到 7678 万吨，其中仅印度尼西亚就贡献了约 4500 万吨（占全球产量的 59%），而马来西亚占 1839 万吨（24%）（USDA, 2026）。截至 2023–2024 年，印度尼西亚的产量进一步上升至约 4700 万吨，巩固了其作为世界最大棕榈油生产国和出口国的地位，负责全球出口的 54%（Benedict and Heilmayr, 2024）。苏门答腊岛，特别是北苏门答腊省，历来是印度尼西亚最具生产力的棕榈油地区之一，是国有种植园企业的中心枢纽，这些企业管理着涵盖苗圃、种植园和磨坊阶段的大型一体化棕榈油运营。

尽管棕榈油行业的经济贡献显著，约占印度尼西亚 GDP 的 4.5%，并直接和间接雇用了超过 1620 万人，但其快速扩张伴随着严重的环境后果（Benedict and Heilmayr, 2024）。在苏门答腊和加里曼丹森林地区扩张油棕种植已被确定为热带森林砍伐、泥炭地退化、生物多样性丧失和温室气体（GHG）排放的主要驱动因素（Meijaard et al., 2020）。Benedict 和 Heilmayr (2024) 报告的 Trase 估计表明，2015 年至 2022 年间，印度尼西亚的工业棕榈油生产每年平均贡献约 2.2 亿吨二氧化碳当量，约占印度尼西亚年度总排放量的五分之一（Benedict and Heilmayr, 2024）。除土地利用变化排放外，棕榈油供应链各阶段的运营投入，包括合成化肥、农药、化石燃料燃烧、棕榈油厂废水（POME）和固体废物，在多个环境影响类别中产生额外的负担，包括酸化、富营养化、光化学氧化、水稀缺和臭氧层耗竭。因此，棕榈油部门的累积环境足迹远超广为人知的森林砍伐问题，需要系统地全面量化所有生产阶段的影响。

生命周期评估（LCA）是评估产品、过程或服务在整个生命周期内环境影响的国际公认方法，从原材料提取到寿命终了处置。在 ISO 14040 和 ISO 14044 框架下标准化，LCA 提供了一套结构化的多阶段流程，包括目标和范围定义、生命周期清单（LCI）编制、生命周期影响评估（LCIA）和解释（ISO, 2006）。作为整体和比较工具，LCA 能够系统地识别复杂工业系统中的环境热点，支持基于证据的决策，用于流程优化和可持续性改进。过去十年，棕榈油行业的 LCA 研究大幅增长，研究考察了各种地理背景和生产工艺配置下的环境绩效（Sari et al., 2023a）。这些研究普遍证实，施肥和土地利用变化是上游棕榈油生产中全球变暖潜值（GWP）、酸化和富营养化的主要贡献者，而加工阶段的投入和废水在油厂层面有不同的贡献（Sari et al., 2023a; Siregar et al., 2015）。

尽管 LCA 文献日益丰富，但仍存在重大研究空白，特别是关于先前集成评估的范围。先前的印度尼西亚棕榈油集成 LCA 研究通常只涵盖三个运营阶段中的两个，通常是种植园至油厂（Sari et al., 2023a）或仅油厂系统（Andarani et al., 2018），并将评估限制在狭小的三类影响类别中，即 GWP、酸化和富营养化（Sari et al., 2023a; Siregar et al., 2015）。决定后续种植园运营质量和产量的苗圃阶段，被完全排除在这些集成评估之外，而且上述研究中没有一项在超过两个生产阶段中应用单一的、一致的生命周期清单和特征化框架。迄今为止，没有已发表的关于印度尼西亚棕榈油的 LCA 研究结合了 (i) 所有三个运营阶段（苗圃、种植园和油厂），在一个连续的摇篮至厂门系统边界内，(ii) 扩展的八种中点影响类别，在单一标准化方法（EPD 2018）下评估，以及 (iii) 与每千克 CPO 的单一摇篮至厂门参考流通过明确的转换系数定量链接的阶段特定功能单元，从而能够实现阶段级别的热点识别和每千克 CPO 的集成评估。这种三重集成构成了本研究相对于先前文献的具体新颖性，它填补了苗圃阶段的数据空白，将影响类别的覆盖范围扩展到早期工作使用的传统三个指标之外，并能够系统地查看累积环境负担，这是孤立的、阶段有限的评估无法捕捉的。

本研究通过进行全面的、多阶段的 LCA 来解决这些空白，评估印度尼西亚北苏门答腊一家国有企业的棕榈油生产系统，涵盖三个相互关联的运营阶段：油棕苗圃、种植园和棕榈油磨坊。主要输入 - 输出清单数据直接从设施运营记录中收集（时间为 2022 年 4 月至 2023 年 3 月），并辅以 ecoinvent v.3.8 数据库的背景过程二次数据；使用 SimaPro v.9.5 配合 ecoinvent v.3.8 数据库和环境产品声明（EPD 2018）特征化方法进行环境影响评估。评估了八种影响类别：酸化、富营养化、全球变暖潜值（GWP）、光化学氧化、非生物资源耗竭（元素）、非生物资源耗竭（化石燃料）、水稀缺和臭氧层耗竭。研究结果旨在提供一体化棕榈油生产系统的整体环境概况，确定各阶段每种影响类别的主要贡献者，并提供可操作的信息，以支持印度尼西亚棕榈油部门的可持续性改进。

本研究的具体目标是 (1) 分析和量化苗圃、种植园和棕榈油磨坊阶段每种物质输入和输出流在八种影响类别中的环境影响贡献；(2) 比较三个生产阶段的环境绩效并识别阶段特定的环境热点；以及 (3) 识别基于模型的环境热点，并在此基础上概述减缓选项，区分那些由模型结果直接支持的选项和那些源自文献的选项，以及对其减少潜力的指示性估计，从而促进该地区可持续棕榈油生产的更广泛目标。

章节片段
方法论
本研究采用生命周期评估（LCA）方法论来评估与毛棕榈油（CPO）生产相关的环境影响，涵盖从苗圃阶段到种植园运营和棕榈油磨坊。研究地点是印度尼西亚北苏门答腊一家运营的国有棕榈油企业。主要输入 - 输出数据系统地直接从 2022 年 4 月至 2023 年 3 月期间油棕苗圃、种植园和油厂站点的运营记录中收集。

苗圃阶段的影响类别
LCA 评估显示，油棕苗圃的运营对各种环境影响类别有显著贡献。系统与环境的交换是根据主苗圃树苗生产过程中的输入 - 输出物料流进行分析的。输入流由水、能源、化肥、农药、设备和以危险和有毒废物形式产生的输出组成。表 9 列出了计算得出的每个输入 - 输出流。

结论
本研究提供了印度尼西亚北苏门答腊一体化棕榈油生产系统的全面多阶段生命周期评估，涵盖苗圃、种植园和棕榈油磨坊阶段以及八种环境影响类别。研究结果一致表明，施肥是苗圃和种植园阶段的主要环境热点，对全球变暖潜值（GWP）、酸化、非生物资源耗竭的贡献在 74.43% 至 98.53% 之间，以及……

发表同意声明
不适用。

参与同意声明
不适用。

CRediT 作者贡献声明
Muhammad Thoriq Al Fath：写作 – 审阅与编辑，验证，监督，方法论，调查，数据整理，概念化。Maya Sarah：写作 – 审阅与编辑，验证，监督，调查，数据整理，概念化。Seri Maulina：写作 – 审阅与编辑，验证，监督，方法论，调查，数据整理，概念化。Amir Hamzah Sharaai：写作 – 审阅与编辑，验证，监督，软件，方法论，调查，数据。

数据伦理声明
不适用。

利益冲突声明
作者声明，他们没有任何已知的竞争财务利益或个人关系，这些利益或关系可能影响本论文报告的工作。

致谢
本研究由北苏门答腊大学研究学院（LP-USU）和工程学院通过应用研究计划资助，研究资助编号为 5/UN.5.2.1.4/KPM/2023。作者衷心感谢并表达对研究赞助的感激之情，该赞助使得呈现的工作成为可能。

Muhammad Thoriq Al Fath|Maya Sarah|Seri Maulina|Amir Hamzah Sharaai|Noor Zalina Binti Mahmood|Onn Chieu Chuen|Gina Cynthia Raphita Hasibuan|Vikram Alexander|Michael Michael|Juan Akmal Nasution|Nisaul Fadilah Dalimunthe|Fadli Akbar Lubis