《Cleaner Environmental Systems》：Circular economy-oriented assessment in waste-to-energy systems to enhance sustainability: A comparative decision support framework under uncertainty
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人口增长、城市化、经济发展和城市标准的提高导致废物产生以及社会、经济和环境挑战。工业废物通常含有危险物质，对人类和环境构成重大威胁。城市废物造成的污染可影响农业，并沿食物链对动物造成健康和卫生风险。在大多数国家，废物收集和处置被认为是重要的环境威胁之一，包括家
人口增长、城市化、经济发展和城市标准的提高导致废物产生以及社会、经济和环境挑战。工业废物通常含有危险物质，对人类和环境构成重大威胁。城市废物造成的污染可影响农业，并沿食物链对动物造成健康和卫生风险。在大多数国家，废物收集和处置被认为是重要的环境威胁之一，包括家庭活动、商业活动以及街道、公园、海滩和其他公共场所清洁所产生的废物。
政府和决策者需要战略决策来减轻和控制废物的有害影响，包括处理、回收和填埋。优化和促进废物管理对于促进人类健康和保护资源至关重要。因此，需要管理一个在经济上可行且与社会需求和环境相容的废物系统。
由于废物的可回收特性，其在生产清洁能源和保存资源方面具有相当大的潜力。考虑到节能和减排问题在全球变暖加剧和能源再利用限制的背景下至关重要。利用废物生产清洁能源有助于减少污染、节约化石资源并满足工业能源需求。适合清洁能源的主要废物类型包括木材废料、纸张和纸板、有机废物以及塑料。通过多种方法将废物转化为能源可带来环境效益和能源节约，但该领域仍需更多研究，尤其是在发展中国家。因此，从工业和城市废物及碎片中生产能源对于提供能源和实现当前时代的可持续发展目标至关重要。
有多种将废物转化为能源（WtE）的技术，每种WtE技术都有特定的优势和局限性。为了以社会和环境友好的方式从废物中生产能源，有必要在各种备选方案中评估WtE技术。评估WtE技术涉及定量和定性评估，这些评估具有不同且往往相互冲突的标准。选择最佳WtE技术是一个具有不一致方面的决策问题，使用多准则决策（MCDM）技术是选择最佳WtE技术的实用方法，因为它可以同时考虑评估中不一致的度量。然而，仅靠技术排序并不能完全解释WtE选择的环境后果。有意义的评估还应考虑替代技术如何影响资源消耗、资源回收、废物减少、排放以及废物管理系统中有用价值的保留。
能源回收和对WtE技术的关注可以成为能源供应的可持续解决方案，从而最大限度地减少环境风险、生产更清洁的能源并创造就业机会。当前全球正推动向循环经济（CE）转型，强调再利用、回收和资源化。在WtE系统中使用CE可以促进废物减少、资源管理和可持续发展目标。CE通过防止废物产生、再利用和回收来减少原材料加工产生的总体废物，并促进清洁生产。CE概念加强了资源使用、废物和回收之间的紧密联系，有助于整合环境和经济政策。CE可以通过废物减少和资源效率帮助创建更具韧性和可持续的废物系统。在WtE系统中实施CE将有助于实现可持续性，并带来社会福利和环境质量。这种方法将有助于有效的废物控制，并促进可再生能源结构的形成。
从环境系统角度来看，CE与WtE的相关性在于废物流、资源使用、能源回收和环境负担之间的相互作用。WtE技术可根据其转化过程和输出对这些流产生不同影响。从废物中回收能源的技术可减少对常规能源资源的需求，而有用过程输出的回收和利用可进一步在资源循环中保留价值。因此，从CE角度评估WtE技术需要考虑这些相互关联的环境和资源相关效应，而非仅关注能源生产。鉴于CE的益处和全球推动CE活动的动力，基于CE原则评估WtE技术至关重要。在此背景下，WtE技术不仅应根据其能源生产潜力进行评估，还应根据其对资源效率、废物有用价值回收、环境负担减少、资源损失减少以及废物管理周期内资源持续使用的贡献进行评估。这种评估为理解选择某种WtE技术而非另一种技术的环境后果提供了更以环境为导向的基础。
尽管在WtE系统背景下使用CE很重要，但现有文献中对WtE技术比较评估中CE原则的明确操作化仍发展不足。现有WtE评估主要集中于常规技术、经济、环境和社会维度，而替代技术对资源回收、废物减少、资源效率以及材料和能源循环中价值保存的贡献程度受到的系统性关注相对较少。因此，CE的环境原则与用于比较WtE技术的操作标准之间仍存在重要差距。特别是，现有评估对技术选择如何同时影响资源效率、回收路径、环境负担和废物管理系统中价值保留提供的结构化见解有限。另一方面，选择WtE技术是一个涉及不同因素的决策问题。需要使用MCDM程序并考虑评估中的不确定性，这在以往研究中很少受到关注。在此背景下，MCDM不仅用作排序机制，而且作为将环境和CE原则转化为可衡量决策标准并检验其在技术选择中相对重要性的结构化工具。在已进行的WtE技术评估中，检查不同情景和验证结果至关重要，因为MCDM结果可能因决策技术和标准权重的改变而变化。这些方面在以往研究中受到的关注有限，代表了重要的方法论缺陷。
为解决这些差距，本研究开发了一个面向CE的决策支持框架，用于评估和优先排序WtE技术。主要贡献是在CE原则、资源和环境考虑与WtE技术选择之间建立结构化联系。该框架不是将环境绩效视为孤立标准，而是在比较替代WtE技术时考虑资源效率、废物和能源回收、环境负担减少以及资源价值保留之间的关系。这提供了环境系统视角来解释为什么某些WtE技术可能比其他技术更符合CE目标。在此逻辑下，所选标准不仅用于捕捉常规技术绩效，还用于捕捉WtE选项对资源效率、回收、废物减少和资源循环中价值保留的贡献程度。随后采用模糊MCDM技术作为分析工具，在专家判断固有的不确定性下操作化这一面向CE的评估。为实现这一点，将模糊逻辑集成到MCDM技术中，具体为模糊逐步加权评估比率分析（F-SWARA）和模糊加权聚合和积评估（F-WASPAS）方法，以评估WtE技术。
此外，通过在多种不同情景下进行比较评估和敏感性分析来评估研究结果的稳健性。特别是，在替代专家权重情景下检验结果的稳健性，当分配给个别专家的相对重要性改变时，评估技术得分和排序的稳定性。这提供了证据表明优先排序是由特定专家判断驱动还是反映专家组集体评估。此外，还与模糊逼近理想解排序法（F-TOPSIS）、模糊加法比率评估（F-ARAS）、模糊组合折中解（F-CoCoSo）和模糊加权和法（F-WSM）进行了比较评估。因此，本研究的研究目标（ROs）如下：RO1：开发面向环境和CE的WtE技术评估决策逻辑，将技术选择与资源效率、废物和能源回收、环境负担减少以及废物管理周期内资源价值保留联系起来。RO2：通过将循环性和资源相关目标转化为与技术和经济、环境和社会考虑并列的结构化决策标准集来操作化CE原则。RO3：开发和应用基于模糊的决策框架，使用F-SWARA和F-WASPAS方法纳入专家判断的不确定性并优先排序替代WtE技术。RO4：通过与多种模糊MCDM方法的比较评估和不同情景下的敏感性分析（包括专家相对权重的系统性变化）来检验技术优先排序的稳健性和稳定性。RO5：将所提框架应用于伊朗废物管理背景，并为WtE技术选择和向更资源高效和循环废物管理系统过渡提供针对具体背景的见解。
文献分析在第二部分提供。第三部分详细阐述所提方法。第四部分将该程序应用于案例研究。第五部分讨论主要实践意义和关键要点，随后在最后部分提出结论性建议。
循环经济导向的垃圾能源化技术评估研究解读
一、研究背景与问题
随着全球人口增长、城市化进程加快和经济发展，城市固体废物的产生量持续攀升，由此引发的社会、经济和环境问题日益严峻。工业废物中常含有危险物质，对人类健康和环境构成显著威胁；城市废物污染可沿食物链影响农业和动物健康。在多数国家，废物收集与处置已被视为最重要的环境威胁之一。与此同时，废物因其可回收特性而具备生产清洁能源、保存资源的巨大潜力。在全球变暖加剧和能源再利用约束的背景下，将废物转化为能源（Waste-to-Energy, WtE）不仅有助于减少污染、节约化石资源，还能满足工业能源需求。
然而，WtE技术的选择是一个涉及多维度、多冲突标准的复杂决策问题。现有评估研究主要聚焦于技术、经济、环境和社会等常规维度，而对循环经济（Circular Economy, CE）原则——如资源回收、资源效率、废物减少以及资源在材料与能源循环中价值保留——的系统性关注明显不足。此外，WtE技术评估高度依赖专家判断，天然伴随不确定性和主观性，而现有研究对不确定性处理及结果稳健性的验证关注有限。不同标准权重或决策方法可能导致不同的优先排序结果，因此仅依赖单一方法或单一情景难以证明结论的可靠性。在此背景下，亟需建立一个将CE原则明确操作化、能够处理评估不确定性并验证结果稳健性的WtE技术评估框架。
二、研究内容与主要方法
研究人员开发了一个面向CE的决策支持框架，用于评估和优先排序WtE技术。该框架将CE原则与常规技术、经济、环境和社会考虑相结合，建立了从CE视角理解WtE技术选择后果的结构化逻辑。研究采用模糊逐步加权评估比率分析（Fuzzy Step-wise Weight Assessment Ratio Analysis, F-SWARA）方法确定各指标权重，采用模糊加权聚合和积评估（Fuzzy Weighted Aggregates Sum-Product Assessment, F-WASPAS）方法对WtE技术进行排序。为验证结果稳健性，研究人员进行了敏感性分析，包括改变F-WASPAS参数λ的取值（十种情景）以及改变六位专家相对权重（二十二种情景），并与模糊逼近理想解排序法（F-TOPSIS）、模糊加法比率评估（F-ARAS）、模糊组合折中解（F-CoCoSo）和模糊加权和法（F-WSM）四种方法进行比较验证。研究以伊朗为案例背景，邀请了六位不同专业背景的专家参与评估，涵盖环境工程、可再生能源系统、环境经济学、能源政策与循环经济、生命周期评估以及废物管理基础设施等领域。
三、研究结果
指标识别与权重确定：研究最终确定了五个主指标和十二个子指标。五个主指标包括资源管理（I1）、技术能力（I2）、环境（I3）、经济（I4）和社会（I5）。通过F-SWARA方法加权结果显示，经济指标（I4）权重最高（0.350），其次是技术能力（I2，0.260）、环境（I3，0.185）、资源管理（I1，0.126）和社会（I5，0.079）。在子指标层面，考虑净现值和低投资额（I42，0.164）、能源发电系统整体效率（I22，0.126）以及低维护和运行成本（I41，0.109）是最重要的三个子指标。
WtE技术排序：通过F-WASPAS方法对八种WtE技术（填埋气回收T1、乙醇发酵T2、微生物燃料电池T3、气化T4、光生物过程T5、热解T6、焚烧T7、厌氧消化T8）进行评估。结果显示，厌氧消化（T8，得分0.923）排名第一，气化（T4，得分0.916）排名第二，热解（T6，得分0.848）排名第三，焚烧（T7，得分0.690）排名第四，微生物燃料电池（T3，得分0.594）排名第五，填埋气回收（T1，得分0.554）排名第六，光生物过程（T5，得分0.285）排名第七，乙醇发酵（T2，得分0.218）排名第八。
敏感性分析：参数λ的十种变化情景下，技术得分虽有微小波动，但整体排序基本保持不变，厌氧消化始终排名第一，气化和热解紧随其后，表明结果对专家偏好变化不敏感。在二十二种专家权重变化情景中，结果同样保持稳定，证明优先排序反映的是专家组的集体评估而非个别专家判断。
比较验证：与F-TOPSIS、F-ARAS、F-CoCoSo和F-WSM四种方法的比较结果显示，厌氧消化在所有方法中均排名第一，气化在多数方法中排名第二，验证了F-WASPAS结果的稳健性。
四、讨论与结论
研究人员指出，厌氧消化通过将有机废物转化为沼气，在减少废物体积和产生可再生能源的同时降低了污染；气化技术通过从废物中生产合成气，实现未利用资源的优化使用并减少对化石燃料的依赖；热解通过在高温下分解废物产生有价值的产品，有助于化学品回收和减少污染。这些技术均有助于优化废物管理并实现可持续发展目标。
研究结论强调，将CE原则纳入WtE技术评估不仅有助于识别更符合资源效率和循环废物管理目标的技术，还为决策者提供了结构化的决策支持工具。研究提出的框架能够帮助决策者识别不仅对能源回收有效，而且更符合资源效率和循环废物管理目标的WtE技术，为伊朗及类似发展中国家向更可持续和循环的废物管理系统过渡提供了重要参考。该论文发表在《Cleaner Environmental Systems》。
