分配方法重塑了源自猪副产品的粗制肝素钠的生命周期碳足迹

《Environmental Impact Assessment Review》：Allocation methods reshape the life-cycle carbon footprint of crude heparin sodium derived from swine by-products

　　摘要肝素钠是一种广泛使用的抗凝剂，由猪肠黏膜生产。由于其生命周期碳足迹尚未明确，方法学上存在挑战，即气候负担必须在两个副产品阶段之间进行分配。第一阶段是屠宰阶段，气候负担在胴体和小肠之间分配。第二阶段是肠衣加工阶段，气候负担在肠衣和肠黏膜之间进一步分配。我们开发了一个粗制肝素钠的摇篮到大门生命周期模型。结果显示，质量（M）和经济（E）分配方式的选择对碳足迹有强烈影响。在所有20年、100年和500年的时间范围内，M-M分配方式产生的碳足迹最高，其次是M-E、E-M和E-E。在100年范围内采用M-M分配，肝素钠的碳足迹为819 tCO?e/t，其中74%的排放来源于养猪阶段。通过扣除肠道残留物替代豆粕的碳信用（87 tCO?e）计算出的净足迹为732 tCO?e/t。在质量分配下，改善养猪可减少碳足迹18%。这种上游减排略高于下游生产者完全使用绿色电力带来的减排（15%）。然而，两种减排潜力均低于从质量分配到经济分配的方法转换所产生的明显下降（30%）。屠宰阶段的影响强于肠衣加工阶段的分配方式，因此是肝素钠生产中的关键杠杆点。我们的研究结果强调了在碳足迹评估报告中提高分配方式选择透明度的重要性。引言动物产品消费量正在快速增长，其副产品越来越多地被增值利用为生物材料或药品的原料（Mondello等，2025；Scandurra等，2023）。然而，在量化这些增值产品的气候负担时，生命周期评估（LCA）方法仍面临挑战。挑战在于单个生产链通常包含多个共产品或副产品，它们具有不同的质量和经济价值。因此，分配方法的选择会影响下游产品的碳足迹（Al-Zohairi等，2023；Scandurra等，2023）。肝素是一种广泛使用的抗凝剂（Torri和Naggi，2016；Yates和Rudd，2016），是增值产品的典型例子。这是因为肝素由肠衣加工阶段产生的猪肠黏膜副产品制成（Van Der Meer等，2017）。目前，由于心血管疾病每年导致超过1700万人死亡（Grumiller等，2021；Hyman等，2025），全球对肝素的需求持续增长。相应地，预计到2028年全球肝素市场将增长30%，达到120亿美元（Fan和Favaloro，2022）。值得注意的是，全球肝素生产高度依赖于猪肠黏膜作为主要原料（Van Der Meer等，2017；Grumiller等，2021）。2024年，中国销售了66,500吨肠衣，价值4.68亿美元（中国食品土畜进出口商会，2024）。因此，中国在肝素中间体的生产和出口方面处于领先地位，满足全球约80%的需求，年产量超过30万亿国际单位（Vilanova等，2019）。2024年，中国出口了约140吨肝素，创汇45亿元人民币（中国海关总署，2024）。其中一例是肝素钠。然而，源自猪小肠副产品的肝素钠的气候负担仍未被量化。作为国际正式框架，LCA方法可以量化畜牧系统的环境负担。例如，越来越多的文献确定了碳排放的关键驱动因素，强调饲料生产是主要贡献者（Fan等，2023；Hietala等，2024）。研究人员测量了猪肉供应链的二次温室气体排放（Chen等，2025），量化了养猪场的排放（Zhang等，2023），并绘制了中国肉类生产省级排放图谱（Wei等，2023）。研究人员越来越关注动物副产品的环境效益。例如，使用动物副产品可以减少猪肉的环境足迹（Al-Zohairi等，2023；Sui等，2025），并且LCA建模中的分配选择被发现会产生截然不同的结果（Vergé等，2016；Wilfart等，2021；Dominguez Aldama等，2023）。肝素钠未被量化的碳足迹变得越来越重要，因为肝素消费量持续上升以满足心血管疾病患者的需求，心血管疾病是非传染病的主要类别。英国医学会明确呼吁将药品的生命周期碳足迹纳入医疗保健可持续性评估（Fan和Favaloro，2022）。在方法上，粗制肝素钠碳足迹的LCA包括两个分配步骤：在猪肉和肠道之间分配屠宰排放；在肠衣、黏膜（肝素钠的原料）和其他组分之间分配肠衣加工排放。这两个分配步骤影响了应该被量化的碳足迹。因此，我们开发了一个LCA模型，旨在实现四个目标：量化粗制肝素钠的碳足迹；比较两个分配阶段中质量和经济分配方式的效果；评估20年、100年和500年范围内的碳足迹；并通过敏感性、不确定性和情景分析确定关键排放驱动因素和减排机会。通过使用粗制肝素钠作为案例研究，我们的工作澄清了高价值动物副产品的碳核算，并强调了分配方式选择如何影响LCA结果。章节摘录功能单元和边界定义对于药品，我们可以使用基于活动的功能单元进行生命周期评估。然而，粗制肝素钠是一种中间体，不能直接由患者服用来治疗心血管疾病。因此，遵循Parvatker等人（2019）的方法，我们将功能单元定义为一吨粗制肝素钠（效价≥50 IU/mg）。1吨肝素钠的总活性为≥5×101? IU。如果以活性IU作为功能单元，则每个活性单位的碳足迹可以……库存分析生产系统是密集型投入但低产出，生命周期库存汇总在表S3中。生产1吨肝素钠，工厂需要来自29,684吨活猪的437吨小肠。肠衣加工和粗制肝素提取需要5,973吨水，并产生5,702吨废水。生产系统在加工过程中消耗了1,608吨盐。大部分乙醇在23吨/吨的回收循环中循环，但仍然会排放挥发性有机物。讨论对于农食产品及其增值衍生品，上游种植和畜牧饲料是环境热点，分配方式选择决定了碳足迹。在粗制肝素钠生产中，养猪占排放量的74%，与豌豆蛋白种植（81%；Desiderio等，2023）相似。屠宰仅贡献0.45%，与Yu等人（2024）的结果一致。然而，屠宰分配导致小肠足迹出现27%的差异（111 tCO?e……）结论本研究开发了一个摇篮到大门的生命周期评估（LCA）模型，以研究分配方式如何影响农业副产品碳足迹，以粗制肝素钠（由猪肠黏膜制成的药品中间体）作为案例研究。系统地评估了关键驱动因素和减排潜力。粗制肝素钠的净碳足迹（100年范围）为每吨732 tCO?e；副产品信用减少了87 tCO?e的排放（即11%）。养猪……生成式AI使用声明在准备这项工作的过程中，作者使用ChatGPT生成图形摘要的一些基本元素，并使用Grammarly检查文本的语法和拼写问题。在使用这些工具后，作者将图形摘要的元素整理为预先设计的格式，审查和编辑了手稿，并对已发表文章的内容承担全部责任。利益冲突声明作者声明他们没有任何已知的竞争性经济利益或个人关系，这些利益或关系可能会影响本论文报告的工作。致谢作者[Min Yue]感谢人力资源和社会保障部少数民族专业技术人才特殊培养计划提供的财务支持和培训机会。我们感谢两位匿名审稿人的宝贵意见和建议。作者信息Min Yue | Shuxian Liu | Xize Dong | Meruyert Zhamaliyeva | Guobao Song工业生态与环境工程教育部重点实验室；大连理工大学环境与化学工程学院，大连 116024，中国