基于耦合LCA-SD模型的煤基固废资源化利用碳汇收益评估

《Scientific Reports》：Carbon sink gain mechanism and evaluation of coal-based solid waste resource utilization in China

　　

摘要

中国在煤炭的开采和利用过程中产生了大量煤基固废（CBSW），造成了严重的环境风险，并加剧了温室气体排放。在“双碳”目标下，推动煤基固废的资源化利用已成为煤炭行业绿色转型的关键。本研究系统综述了煤基固废的特性、环境影响和资源潜力，确定了建材替代、充填开采和生态修复等利用途径。开发了一种集生命周期评价（LCA）与系统动力学（SD）于一体的模型，用于量化碳汇收益（CSG），其中包含了直接排放、替代效益、避免排放和碳封存。本研究完整呈现了耦合 LCA-SD 模型的完整存量-流量微分方程系统、标准化的多源参数化框架以及 30 年多情景动态模拟模块，并辅以存量-流量因果回路图、完整参数表和情景设置表，以实现透明的方法学解释。结果表明，粉煤灰在建材中的利用产生的碳汇收益（CSG）最高（405.7 kg CO?-eq/t），这主要归因于水泥熟料的替代。充填开采具有中等碳汇收益（218.5 kg CO?-eq/t），并兼具安全与生态协同效益；而气化渣的高值化利用由于工艺能耗较高，显示出最低的净碳汇收益（165.8 kg CO?-eq/t）。本研究构建的耦合 LCA-SD 模型可以为煤炭企业和环境决策者提供差异化的低碳参考依据，为中国固废的低碳管理奠定了理论和实践基础。