《Environmental Technology & Innovation》：Toward the Decarbonization of Industrial Drying Technologies: Cross-Sector sustainability, economics and efficiency integrated assessments with emphasis on the wood and paper Industries
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在欧洲气候法、欧盟分类法、可再生能源指令及可持续性标准等政策推动下，欧洲经济向可持续转型，能源密集型过程的脱碳成为核心议题，其中干燥技术因环境负荷占比高尤为关键。在木材与造纸行业，干燥阶段分别占全流程总能耗的50-70%与60-80%，是减排的核心靶点。为推动
在欧洲气候法、欧盟分类法、可再生能源指令及可持续性标准等政策推动下，欧洲经济向可持续转型，能源密集型过程的脱碳成为核心议题，其中干燥技术因环境负荷占比高尤为关键。在木材与造纸行业，干燥阶段分别占全流程总能耗的50-70%与60-80%，是减排的核心靶点。为推动高效、可持续干燥技术发展，本研究通过批判性综述系统解析上述行业常用干燥技术的能效表现，以比能耗（Specific Energy Consumption, SEC）与能源效率为核心参数开展评估，同时引入生命周期评价（Life Cycle Assessment, LCA）与技术经济分析（Techno-Economic Analysis, TEA）方法验证技术与经济可行性。研究发现，木材行业主流窑式干燥机平均SEC达3.80 MJ/kgev,water，而热泵干燥机凭借能效优势SEC降至2.39 MJ/kgev,water，可持续性潜力显著；造纸行业普遍采用的多缸干燥机SEC约为3.3 MJ/kgev,water，能源效率可达75%。当前评估方法的应用仍存在明显缺口：在纳入分析的59篇文献中，仅10篇应用LCA、11篇应用TEA，且多数研究未将干燥阶段纳入系统边界，方法学层面缺乏统一规范。因此未来研究需将高效干燥技术研发与综合可持续性评估深度结合，同时推动术语与方法学的标准化，以提升不同技术间的可比性，保障技术方案的技术、经济与环境三重可行性。
1. 引言
当前欧洲政策框架对能源密集型产业形成显著约束，该类产业是CO2排放的主要来源。欧盟通过《欧洲绿色协议》提出2050年净零排放目标，《可再生能源指令》要求成员国提升工业可再生能源占比，叠加能源成本上升与欧盟碳排放交易体系（EU ETS）成本预期增加，工业过程能效提升与可再生能源替代需求迫切。欧盟91%的工业供热来自化石燃料，气候政策智库数据显示工业过程热需求的75%仍依赖化石燃料。干燥过程是食品、木材、造纸行业的高耗能环节：食品行业干燥能耗占总能耗的20-60%，木材与造纸行业因产品均质性更高，该比例分别达50-70%与60-80%，是落实欧盟脱碳目标的关键改造环节。现有减排路径中，热泵、生物质热电联产等供热系统电气化是最具潜力的方向，造纸行业电气化预计2050年可减少78%温室气体排放，但能效仍需进一步提升，过热蒸汽干燥等技术已被证实可实现显著的效率突破。为保障技术落地与脱碳目标达成，需配套标准化的评估方法：环境层面采用ISO 14040-14044标准化的生命周期评价（LCA），经济层面采用技术经济分析（TEA）、生命周期成本（Life Cycle Cost, LCC, ISO 15686）等框架，但现有方法更多应用于全生产系统评估，针对木材与造纸行业干燥技术的专项研究存在明显空白。本综述据此设定三个核心目标：识别可提升能效、降低环境影响、优化经济成本的干燥技术；分析现有研究对LCA、TEA等标准化框架的应用程度；梳理可支撑跨研究结果对比的指标与度量体系。
2. 方法论
本研究采用符合PRISMA指南的系统文献综述法，检索Scopus与Web of Science数据库2004年至2025年4月的公开文献，关键词覆盖技术类型、行业领域、评估方法三类。排除标准包括非英文文献、非开放获取文献、专利及超出研究范围的文献，同时纳入相关书籍与技术报告，最终筛选59份文献作为分析样本。研究采用VOSviewer软件开展文献计量分析，通过关键词共现分析识别研究主题与关联特征。
3. 结果与讨论
3.1 科学文献研究趋势映射
关键词共现分析将研究主题划分为四个聚类：蓝色聚类以技术维度为主，窑式干燥机是木材行业的研究核心，太阳能干燥机等技术的关注度持续上升，热泵、太阳能干燥等术语的出现反映行业对可持续运行的重视；橙色聚类聚焦能源维度，研究重点关注能耗、效率与能源来源，但除总能耗外缺乏统一的能量指标，制约技术对比；绿色聚类对应可持续性维度，节点规模较小，主要围绕气候变化与碳足迹，表明虽然减排是普遍目标，但系统性可持续性分析仍较薄弱，仅少量研究应用LCA等方法；黄色聚类为经济评估维度，相关研究占比最低，部分研究虽开展可行性分析，但难以支撑工业层面的技术部署决策。
3.2 已识别干燥技术的能效表现
为保障跨研究可比性，研究统一采用单位蒸发水能耗（SEC，MJ/kgev,water）作为核心能效指标，能源效率仅采用“理论蒸发热能与总供能的比值”这一标准化定义。
3.2.1 木材行业能效表现
窑式干燥机是该行业的主流技术，常规热风窑式干燥机平均SEC为3.80 MJ/kgev,water，传统供热依赖锯末等废弃物燃烧，一定程度上削弱了能效提升动力。电气化供热方案中，工业级热泵可将平均SEC降至2.39 MJ/kgev,water；运行参数优化也可实现显著节能，高温干燥工况可降低35-44%能耗，程序化调控风速策略可降低59%能耗。太阳能干燥技术是重要替代方向，配备热泵的光伏-热混合太阳能干燥机平均SEC可达0.75 MJ/kgev,water，搭配平板集热器与热回收单元的混合系统可降低46-54%能耗，光伏-热集热器方案可降低49.6-67.5%能耗，但现有研究的设备容量多为2-6 m3，与工业级窑式干燥的万吨级产能存在差距。此外，过热蒸汽干燥的SEC可达0.7-1.0 MJ/kgev,water，但近年相关研究较少。
3.2.2 造纸行业能效表现
造纸行业干燥技术按产品细分：文化纸与纸板主要采用多缸干燥机（占行业产能85-90%），生活用纸主要采用扬克式干燥机（占4-5%），穿透干燥机占1-2%，浸没式与红外干燥机主要用于涂布纸生产，分别占2-3%与3-4%。多缸干燥机平均SEC约为3.3 MJ/kgev,water，能源效率接近75%；浸没式干燥机平均SEC为3.78 MJ/kgev,water，采用过热蒸汽工况可降低约34%能耗；扬克式干燥机平均SEC约为4.7 MJ/kgev,water，搭配热泵蒸汽发生系统可较天然气锅炉降低17%能耗；红外干燥机能效最低，平均SEC约为6.5 MJ/kgev,water；穿透干燥机平均SEC为3.95 MJ/kgev,water。与木材行业相比，造纸行业更侧重传统技术优化，过热蒸汽干燥、供热电气化等新兴技术的研发投入不足。
3.3 生命周期评价方法在干燥过程中的应用
在59份样本中，仅21份文献涉及环境评估：8份采用非标准化环境分析，仅核算干燥过程CO2排放；2份仅定性讨论排放控制路径；1份采用多准则决策方法构建综合指数；其余10份严格遵循ISO 14040-14044标准开展LCA研究。LCA的系统边界设置差异显著：仅1项研究聚焦干燥阶段本身（干燥器入口至出口），其余研究均采用更宽泛的边界，涵盖从原料提取到废弃处置的全链条或工厂级门到门边界。在影响评价层面，研究共采用7种不同的计算方法，除67%的研究报告全球变暖潜值外，累计使用32种不同指标，方法学缺乏统一性。量化结果显示，干燥环节对产品环境绩效影响显著：木材行业窑式干燥可使花旗松锯材的全球变暖潜值增加约34 kg CO2eq/m3，定向刨花板生产中干燥环节贡献约25-27%的气候变化影响；造纸行业采用高温热泵替代天然气锅炉，在欧洲电力结构下可减少约40%温室气体排放。现有研究多聚焦碳足迹，未充分考虑生物质燃料的颗粒物排放、太阳能利用的土地占用、先进设备的矿产资源消耗等潜在权衡，这类多维影响需通过标准化LCA才能系统识别。
3.4 经济评估方法在干燥技术中的应用
仅18份样本包含经济评估内容，其中14份采用技术经济分析（TEA）框架，其余采用成本效益分析、作业成本法等方法。木材行业有11项经济评估研究，覆盖窑式干燥、真空干燥、太阳能干燥等技术，研究显示太阳能干燥系统的投资回收期、资本支出（CAPEX）、运营支出（OPEX）等指标均具备可行性，真空干燥虽初始投资较高，但凭借短周期特性净现值（NPV）、内部收益率（IRR）表现优于传统工艺。造纸行业仅4项相关研究，主要针对多缸干燥机、扬克式干燥机的运营成本与回收期开展分析，均验证了技术经济可行性。现有研究的评估指标虽以回收期、CAPEX、OPEX、NPV为主，但术语表述与成本拆解口径差异较大，缺乏统一的方法学规范，制约了跨技术经济性能对比。
3.5 局限性与未来方向
本综述存在三方面局限：一是文献报告的能耗单位、系统边界、功能单位差异较大，部分对比需依赖假设或重算，影响结果稳健性；二是标准化LCA与TEA研究数量不足，难以得出确定性的技术优劣结论；三是多数新兴技术仅在实验室或中试尺度验证，工业级放大性能尚不明确。未来研究需重点推进评估框架的标准化，统一系统边界、功能单位、能效与经济指标定义，加强LCA与TEA在工业数据中的应用，配套敏感性分析与不确定性分析，为低碳干燥技术的工业部署提供可靠支撑。
4. 结论
干燥是木材与造纸行业的高耗能核心环节，分别占全流程能耗的50-70%与60-80%，是工业脱碳的关键抓手。木材行业常规窑式干燥机平均SEC为3.80 MJ/kgev,water，热泵辅助系统可降至2.39 MJ/kgev,water，配备热泵的光伏-热混合太阳能干燥机平均SEC可达0.75 MJ/kgev,water，搭配热回收的混合系统最高可降低50%以上能耗。造纸行业多缸干燥机平均SEC为3.3 MJ/kgev,water，效率约75%；扬克式干燥机与红外干燥机SEC分别为4.7 MJ/kgev,water与6.5 MJ/kgev,water；热泵与过热蒸汽干燥可分别降低17%与34%能耗。标准化评估方法应用严重不足，仅10项研究应用LCA，且多数未聚焦干燥阶段本身，32种差异化影响指标导致结果不可比；TEA研究同样稀缺，仅18项样本涉及经济分析，指标口径不统一制约了工业决策支撑能力。未来需将高效干燥技术研发与标准化LCA、TEA深度结合，统一评估规范，才能保障低碳干燥技术的工业可行性与可持续性。
