中国白酒行业酿酒废弃物回收规模与环境权衡的生命周期评估

《Journal of Cleaner Production》：A life cycle assessment of scale-environment trade-offs for distillery waste recycling in China's Baijiu industry

　　

- 评估了白酒酒糟的六条循环路径，涵盖四种情景。
- 整合了过程模拟、生命周期评估和系统动力学建模。
- 确定了实现盈利性独立处理的关键经济规模。

引言

白酒产业是中国经济的传统支柱产业，在创造巨大经济价值的同时，也产生了大量副产品，主要是酒糟（DGs）。中国每年产生的酒糟超过1亿吨，其产量与白酒生产水平密切相关（Liu等，2021；Li等，2025）。这些残留物主要来源于高粱、小麦和其他谷物，通过固态发酵和蒸馏工艺产生（Liu等，2023；Chen等，2024），其高有机质和养分含量代表了一种可观但尚未充分利用的生物质资源（Li等，2025）。鉴于当前产业结构中酱香型白酒生产的占主导地位（He等，2024），所产酒糟具有强酸性、高含水量和富含可溶性有机质的特点（Shad等，2021）。若不加适当管理，将对周边水体和土壤构成长期污染风险（Hu等，2022）。因此，酒糟具有双重属性：既是潜在污染物，也是资源，所采用的处理策略直接影响白酒产业的整体碳足迹和可持续性（Havryshko等，2020；Díaz-Vázquez等，2021）。应对这一挑战需要将这一"环境负担"转变为"高价值资源"，这是推动产业绿色循环发展的关键所在（De Iseppi等，2020）。

尽管酒糟具有较高的资源潜力，但在许多地区仍通过传统的线性处置方式进行处理，主要是直接焚烧回收能源和填埋（图1）。虽然这些方法减少了废物体积并提供有限的能源或成本节约，但它们存在根本性缺陷，包括资源利用效率低、二次污染潜力高和相当大的碳足迹。有机废物管理的文献值表明，填埋的温室气体排放潜力（GWP）约为350-550 kg CO?当量/吨湿酒糟（取决于甲烷收集效率），而焚烧的GWP约为195-300 kg CO?当量/吨（Hwang等，2017；Xiao等，2022；Cui等，2026）。相比之下，本研究中表现最佳的回收路径GWP为78-126 kg CO?当量/吨酒糟，相较于现状展现出显著的环境优势。此外，废物处理路径的环境排序对背景能源系统的脱碳化敏感；对于生物基材料，电网排放因子已被证明会显著改变回收与处置选项之间的相对表现（Huang等，2025）。

认识到这些简单的末端治理方案的局限性，产业界已将关注点转向更可持续的循环经济模式，从而发展出多种酒糟资源化利用的先进技术路径：路径1采用微生物发酵生产饲料；路径2基于好氧堆肥并随后将养分还田；路径3对新鲜酒糟进行厌氧消化以回收沼气，随后直接排放废水；路径4将厌氧消化与沼渣堆肥结合，实现能源和养分的综合回收；路径5对新鲜酒糟进行强化发酵生产回酒，并将发酵废气回收作为能源回馈；路径6将新鲜酒糟的厌氧消化与养分还田结合。在碳减排约束下区域有机废物的最优处理策略研究表明，路径选择取决于本地原料可得性、能源需求和电网排放因子，这些发现可直接应用于酒糟管理（Yue等，2022）。

本研究考虑了所有六种酒糟处理路径，涵盖了一系列技术和应用规模。路径1（微生物发酵饲料）和路径2（好氧堆肥制肥）是中大型酒厂的成熟实践。路径3（直接厌氧消化产沼气）和路径4（厌氧消化结合沼渣堆肥）已在茅台生态循环经济园区得到实施。路径5（强化发酵生产回酒并回收沼气能源回馈）代表了一种新兴技术前沿，将成本中心转变为收入来源。路径6（厌氧消化结合养分还田）将快速沼气回收与沼渣增值利用相结合。路径1具体评估了酒糟的微生物发酵制饲料技术，该饲料是中国的主要饲料，尽管由于真菌毒素污染、高含水量和营养不一致性，直接使用原始酒糟作为饲料受到越来越严格的限制（Chen等，2024）。所有六种路径均被建模为无内部反馈回路的独立线性过程链，以高粱基酒糟为共同原料，谷物种植被视为系统边界外的上游背景过程。

为系统评估这些路径，本研究应用了生命周期评估（LCA）和生命周期成本分析（LCCA）（Benavides等，2020；Sándor等，2021；Li等，2025）。LCA量化了从原材料获取到产品分销的整个过程链中的资源消耗和环境排放，有助于识别不同技术之间的环境优势和劣势（Lara-Topete等，2024；Jia等，2026）。例如，比较研究表明厌氧消化的净能源产出高于直接焚烧（Palacios-Bereche等，2020）。在可再生能源扩展背景下对农业工业系统的环境与经济表现联合评估已被验证，能源替代信用可显著改变净影响格局（Chen等，2025）。规模经济和区域产业协同可以提高有机废物处理系统的整体效率（Wu等，2021；Yang等，2022）。区域副产品集群分析证实了其降低物流成本和实现规模经济的潜力（Duffy等，2023）。

LCA框架已较为成熟，但其在酒糟资源回收中的应用面临重大挑战，包括数据可获得性、方法论局限性和情境相关性。首先，大多数现有LCA研究严重依赖已发表文献或标准化数据库（如Ecoinvent）中的数据，这些数据往往难以反映实际工艺条件；此外，其底层机理仍不够透明（Lodato等，2019）。其次，当前研究主要孤立地评估单个技术路径（Zheng等，2024），缺乏在一致系统边界和功能单位下对多条路径的系统比较，尤其是对能够实现级联物质和能源利用的综合系统。这一差距限制了研究结果在比较技术评估和信息决策方面的实用适用性。

当前评估模型往往忽视一个关键实际因素：白酒企业的规模差异巨大，形成了复杂的运营情景。中国白酒产业呈现双重结构，包括少数大型资源丰富企业和众多小型分散生产者（Xia，2023；Wu等，2024）。企业规模（通常按产量分为大、中、小型）在很大程度上决定了酒糟在何处、何时以及以何种数量产生，以及可用于处理工作的财务和技术资源。例如，大型公司可以投资建设高科技厌氧消化系统以获得可观的规模经济效应，而小型酒厂由于初始成本过高且无法达到高效运行能力，则无法采用相同技术。这种规模依赖的经济约束已在蒸馏副产品厌氧消化研究中得到充分记录（Gunes等，2019；Dalton等，2022）。在中国，为不同规模的畜禽粪污处理系统选择适宜技术既决定了环境表现也决定了经济可行性（Ji等，2024）。然而，针对不同规模企业的详细定量比较仍然稀缺，导致不清楚环境效益和经济收益如何随规模变化或在区域合作模式下有所不同。这些空白限制了当前研究对中小企业的相关性，阻碍了针对性政策和区域循环经济策略的发展。

为解决这些空白，本研究采用基于多情景系统分析的分析框架，整合过程模拟、LCA和经济分析，从资源、环境和经济角度评估不同规模下不同酒糟增值路径的可持续性（Li等，2026a）。使用Aspen Plus进行过程模拟可提供机理驱动的、工艺特定的清单数据，捕捉白酒酒糟的独特特征（高含水量、强酸性和特定有机组成），从而补充LCA研究中常用的通用文献值（Li等，2025）。Aspen Plus生成的详细物料流数据可以增强LCA的透明度，但前提是必须对照全尺度运行数据进行模型验证以确保可靠性（Xiao等，2022）。通过阐明运营规模与技术选择之间的关键关系，该方法既提供了科学依据，也提供了实际决策支持工具，以促进产业向绿色低碳发展转型。

方法

为支持酒糟回收技术的广泛应用和合理规划，有必要从资源、环境和经济维度进行综合评估。据此，本研究建立了一个评估框架，将资源-环境-经济生命周期评估（REE-LCA）与多情景分析（MSA）及系统动力学（SD）模拟相结合，两个主要目标为：首先，量化不同技术路径的可持续性

规模与效益的情景对比分析

本部分报告的所有环境影响潜力均以每吨新鲜酒糟处理量为基准。该数量作为本研究的功能单位。特征化采用CML-2001中期方法完成。大气污染物排放以两种形式呈现。第一种是每吨新鲜酒糟的排放强度，便于直接进行路径间比较。第二种是年度总排放量（吨/年），用于支持情景层面的分析。后者包括

结论与政策启示

本研究开发了一个整合Aspen Plus过程模拟、LCA和MSA的综合框架，用于评估酒糟的六条循环资源回收路径，从统一的资源-环境-经济视角解决环境影响、经济可行性和规模依赖性适用性问题。随后构建了一个系统动力学模型，模拟不同政策干预下经济可行性阈值的动态演变。主要发现总结如下

作者贡献声明

傅文：撰写——初稿、可视化、调研、数据整理。李程江：撰写——初稿、数据整理、概念化。顾秀：撰写——审阅与编辑、调研。郝千文：撰写——审阅与编辑、可视化、数据整理。田佩佩：可视化、验证。杨靖：监督、正式分析。张伟：撰写——审阅与编辑、监督、方法论。

资助

本研究由国家自然科学基金委员会资助[项目编号72464005和72564011]。

利益冲突声明

作者声明不存在可能影响本文报告工作的已知竞争性财务利益或个人关系。

傅文 | 李程江 | 顾秀 | 郝千文 | 田佩佩 | 杨靖 | 张伟