生物源残余物作为化工行业的循环碳原料：德国空间显式技术潜力评估

《Biomass and Bioenergy》：Biogenic residues as a circular carbon feedstock for the chemical industry: A spatially explicit technical potential assessment for Germany

　　

研究人员针对德国生物源残余物作为化工行业循环碳原料的利用问题，开展了涵盖农业、林业、工业与市政四类起源共23种残余物流的空间显式技术碳潜力评估，空间分辨率至NUTS3级。基于物理资源潜力、物理碳潜力、理论碳潜力、可动员理论碳潜力与技术碳潜力五级递进定义，结合公开数据与PRTR（Pollutant Release and Transfer Register，污染物排放转移登记册）废物数据作为工业残余物空间化分解密钥，构建最小–均值–最大三情景。结果表明，谷物秸秆（3.72 MtC/a）与绿化废弃物（3.67 MtC/a）为最具动员潜力的流式；全国技术碳潜力相当于德国化学工业绿色甲醇（green MeOH）碳需求的90%–184%。该研究为大规模气化装置选址与跨区域物流链设计提供了透明、可复用的评估框架。

研究背景方面，碳广泛存在于社会与自然界四大圈层，工业化使大量地质圈化石碳转化为大气气态碳（主要为CO₂与CH₄）。能源部门可通过可再生电力替代减排，但化工原料碳无法脱碳只能脱化石，全球超85%有机化学品碳源自化石。生物质本身因“粮 vs 燃料”争议被排除，生物源残余物（biogenic residues）成为循环碳（circular carbon）候选。既有德国研究多聚焦单一起源类或缺乏NUTS3空间分辨，工业残余物尤其难以分解至NUTS3。为此，研究人员在《Biomass and Bioenergy》发表本文，首次在NUTS3尺度评估四类起源23种残余流对大规模合成气（syngas）与绿色甲醇（green MeOH）生产的循环碳技术潜力。

关键技术方法上，研究人员采用Kerschbaum与Trentmann等跨技术可再生潜力定义并适配为循环碳五级阶梯：物理资源潜力→物理碳潜力→理论碳潜力→可动员理论碳潜力→技术碳潜力。物理资源潜力以DBFZ（Deutsches Biomasseforschungszentrum，德国生物质研究中心）工作流与2023年公开统计为基础；农业秸秆按收获量乘DüV（Düngeverordnung，德国肥料条例）主副产物比推算，畜禽粪浆按牲畜亚类与饲养方式份额计算；森林采伐残余以第四次国家木材普查净年增量基准配Mantau相对质量分数；工业残余物以PRTR公开废物数据作空间分解密钥下沉至NUTS3；市政废物直接用Regionalstatistik NUTS3处置量乘UBA（Umweltbundesamt，德国环境署）有机份数。碳含量取Phyllis2库干基乘干物质（dry matter, dm）还原收到基（as received, ar），三情景取最小–均值–最大。适合长途运输者入理论潜力，依欧盟废物层级与级联利用扣减原位利用得可动员理论潜力，经气化转化效率折减得技术碳潜力。

研究结果部分，引言指出生物源残余物评估需空间显式以识别区域热点与价值链。方法学小节中，潜力定义明确可动员理论碳潜力不仅扣除原点利用（如秸秆还田），也扣除离原点利用（如垫料），并将当前用于供能的份额视为可转物料利用，区别于Br?dner等仅计完全未用者。范围小节确定23种残余流（排除沼渣、废纸、景观木本与工业废水生物相），参考年2023、NUTS3（2021分类）、仅固液流、面向大规模跨区气化。数据与潜力评估小节详述五潜力计算链与各类起源数据来源，物理碳潜力通过C_ar=C_dry·dm校正Phyllis2标注偏差。

讨论与结论翻译浓缩如下：研究人员指出，谷物秸秆与绿化废弃物为可动员碳最高流，技术碳潜力总量达绿色甲醇需求90%–184%，证明德国生物源残余物可显著覆盖化工脱化石碳需求。工业残余物经PRTR密钥区域化后填补了既有空白，三情景处理缓解运输适应性与参数不确定。局限在于可动员潜力未区域化需求侧、年度波动未展开、部分工业点源位置不确定。研究意义在于为大型气化–绿色甲醇厂址筛选、跨区收运半径与原料组合提供首套NUTS3透明开源评估基线，并可迁移至热供或其他循环碳源评估。