综述：海鲜加工废弃物转化为低排放船用燃料的循环经济路径：废物管理、技术、生命周期影响与政策支持

《Biomass and Bioenergy》：Circular bioeconomy pathways for converting seafood processing wastes into low-emission marine fuels: Waste management, technologies, life-cycle impacts and policy enablers

　　

**本综述整合了海洋废物制燃料、循环生物经济、生命周期评估（LCA）以及现行政策。**
**将技术选项与生命周期影响及海运脱碳目标联系起来。**
**突出优先采用级联和高附加值利用的循环生物经济模式。**
**识别监管促进因素，包括国际海事组织（IMO）和欧盟的低碳船用燃料框架。**
**为港口中心、海洋生物炼制系统绘制关键研究和部署差距图谱。**

**引言**

全球海运业面临日益加剧的脱碳压力，同时需要维持贸易、渔业和沿海生计，这产生了对可扩展的低碳燃料路径的迫切需求，而这些路径不应加剧土地竞争、淡水使用或粮食安全担忧[1]。与此同时，海产品和海洋加工行业产生大量有机残渣，包括鱼头、鱼骨、贝壳、内脏、血液、鱼皮、污泥以及废水衍生固体，其中大部分仍未得到利用或仅通过填埋、焚烧、露天倾倒或低附加值制革等途径处置[2]。这些废物流通常富含脂质、蛋白质、矿物质和可降解有机物，使其成为生物燃料生产的有前景的原料[[3]，[4]，[5]]。对它们的增值利用符合循环生物经济的原则，即生物资源尽可能长时间地保持在生产性使用中，废物产生最小化，并通过级联利用和资源回收减少环境负担[6]。

海洋加工废物是一个特别有吸引力的资源基础，因为它们持续产生于地理上集中的节点，如渔港、水产养殖集群、加工厂和冷链物流中心[7]。这种空间集中性可能降低原料收集成本，并启用与本地能源需求相链接的集成生物炼制系统[8]。

尽管存在这种潜力，将海洋加工废物转化为低碳船用燃料在技术和制度上仍然充满挑战[9]。海洋废物流高度异质，季节性变化大，水分丰富，且易快速降解，这使得储存、运输和转化效率变得复杂[10]。盐分含量、高灰分水平、含氮化合物和污染物可能影响预处理需求、催化剂稳定性、提质性能、排放特征和燃料质量[11]。此外，废物制燃料系统的经济可行性不仅取决于转化产率，还取决于物流、副产物增值利用、能源集成、法规合规和市场准入[12]。实际上，许多有前景的实验室规模技术尚未转化为商业上稳健且环境上更优的系统。这一差距突显了需要对一种综合评述的需求，该评述不应将燃料生产视为孤立的工艺技术，而应将其置于更广泛的废物管理系统、生命周期思维和政策框架中加以考察。

循环生物经济视角尤为相关，因为海洋废物增值利用的可持续性取决于路径层次和系统设计[13]。并非所有残渣都应自动转向燃料生产；某些组分作为营养保健品、饲料原料、肥料、几丁质衍生物、胶原蛋白产品或生物化学产品可能具有更高价值[14]。当利用难以通过其他方式增值利用的残余流时，当燃料生产与更高价值产品回收形成互补时，或者当它同时解决本地处置负担和化石燃料依赖时，燃料生产最具说服力[15]。因此，评估海洋废物制燃料路径需要考虑原料优先排序、级联利用、过程集成以及环境、经济和社会结果之间的权衡[16]。在此背景下，生命周期评估是核心，因为它可以揭示所谓的低碳燃料在计及上游收集、预处理、能源投入、提质、分销和终端燃烧后，是否真正减少了温室气体排放[17]。

本综述考察了将海洋加工废物转化为低碳船用燃料的循环生物经济路径，通过综合四个相互关联的维度中的知识：废物管理实践和原料特征；转化技术和提质路线；生命周期环境影响；以及政策、治理和市场促进因素。它批判性地评估了生物、化学和热化学技术相关的机遇和约束，突出了原料变异性如何影响性能。它还考虑了基础设施、认证、碳核算、蓝色经济战略和跨行业产业共生在加速部署中的作用。通过将这些线索整合在一起，本综述旨在阐明海洋废物衍生物燃料在何处可以为海运脱碳做出可信贡献，以及仍然存在哪些重要的知识、商业化和政策差距。本综述还确定了未来研究的优先事项，包括原料标准化、预处理优化、技术经济评估、港口中心部署模式和沿海地区的公平转型路径，这些地区依赖海洋资源加工产业。尽管更广泛的海洋生物经济包括藻类、水产养殖生物质和其他海洋衍生材料，本综述的主要焦点是来自海产品加工操作的废物，特别是鱼类加工残渣。藻类残渣仅在补充海产品废物进行共加工或集成生物炼制配置时进行讨论。

**章节摘要**

**文献综述**

先前的研究从多个角度考察了海洋和海产品加工废物，包括循环生物经济发展、生物柴油生产、厌氧消化、水热液化、生物炼制开发和生命周期环境评估[[18]，[19]，[20]，[21]]。然而，现有的大部分文献仍然聚焦于个别转化技术或特定废物流，而非提供对其适用于海洋的综合评估……

**海产品加工废物的来源和类型**

海产品加工废物产生于整个海产品价值链，从捕获渔业和水产养殖收获到工业加工、包装、分销和零售处理[7]（图1）。最大数量通常产生于登陆点、鱼市、分割单位、罐头厂、虾剥壳厂、软体动物加工中心以及鱼糜或鱼粉行业[55]。额外的残渣在水产养殖操作中通过死亡率、污泥等产生……

**厌氧消化制沼气和生物甲烷**

海洋废物是特别有吸引力的厌氧消化（AD）底物，因为它们含有易于生物降解的脂质和蛋白质[103]（图4）。实验证据表明，工业鱼类加工废物即使在单消化条件下也能高效转化为甲烷[41]，一项被广泛引用的研究报告称，鱼类废物的甲烷产率约为540.5 mL CH?/g VS，鱼油废物的甲烷产率约为426.3 mL CH?/g VS[104]。理化表征研究还表明……

**化学和热化学转化路径**

化学和热化学路径通过根本不同的机制转化海产品加工废物。化学转化路线，特别是酯化和酯交换反应，通过与醇类和催化剂的反应来转化回收的脂质，而不分解整个生物质基体。因此，这些路线最适合已分离的、富含脂质的组分，如从内脏、鱼头、鱼皮和边角料中回收的油类[122]。

相比之下，热化学……

**案例研究和示范规模应用**

海产品加工废物制燃料路径的实际状况可以通过将应用实例与基础技术描述区分开来得到更好的理解。以下案例说明了不同的商业成熟度阶段，同时也展示了成功的废物转化与生产成品船用燃料之间的差距。

**将海洋废物制燃料路径整合到物质循环中**

将海洋废物制燃料路径整合到物质循环中需要采用级联增值逻辑，而非简单的"废物制能"方法。海产品加工残渣成分丰富且异质，含有脂质、蛋白质、矿物质、几丁质组分、胶原蛋白前体和溶解有机物[2]。由于许多这些成分在饲料、营养保健品、肥料、生物材料或生物化学应用中具有更高的功能和经济价值，燃料……

**海洋废物衍生物燃料生命周期评估中的关键问题**

生命周期评估（LCA）对于确定海洋废物衍生物燃料是否真正减少相对于化石船用燃料或替代废物管理选项的环境负担至关重要。然而，已发表的比较仍然困难，因为海产品废物研究在原料定义、转化路线、方法选择和影响覆盖方面差异很大[166]。最近一项关于海产品废物生物炼制LCA的综述发现，研究之间的直接比较往往……

**海运和燃料法规**

低碳船用燃料的监管基准日益受到两级架构的影响：以国际海事组织（IMO）为主导的全球框架和以欧洲联盟为主导的快速推进的区域框架[207]（图13）。在全球层面，IMO 2023年温室气体战略现在将脱碳锚定在2050年或左右实现国际航运温室气体净零排放，设有2030年前至少减少20%排放的指示性检查点，努力争取……

**海洋燃料应用的研究差距和未来方向**

尽管将海洋加工废物转化为低碳燃料的兴趣日益增长，但现有证据仍不足以证明从完整加工工厂到船舶链的可靠部署[240]。当前大部分研究聚焦于实验室条件下的转化产率，而商用船用燃料应用需要同步解决原料供应、连续加工、燃料提质、质量认证、储存……

**结论**

本综述总结认为，海洋加工废物为在循环生物经济中生产低碳船用燃料提供了一条真正有前景但高度有条件限制的路径。其最大优势是结构性的而非仅仅是技术性的：这些残渣已经大量产生，集中在港口和沿海加工中心周围，不需要额外的农业用地、淡水或专用种植。这使它们比许多……

**CRediT作者贡献声明**

V.S. Shaisundaram：原创草案撰写、概念构思。Saravanakumar Sengottaiyan：验证。Dheeban Chakravarthi Kannan：可视化。M. Chandrasekaran：项目管理。R. Muraliraja：验证。Yuvaraj Dinakarkumar：综述和编辑、验证、概念构思。

**数据可用性**

数据将在合理请求下提供。

**生成式人工智能（AI）**

生成式AI辅助工具在部分概念性图表布局的初始开发期间使用。所有科学内容、过程关系、标签和解释随后均由作者使用BioRender和Microsoft PowerPoint进行检查、纠正和重绘。这些图表是概念性文献综合，不代表定量模拟或原始实验数据。

**资助**

本综述没有资助来源。

**利益冲突**

作者声明无已知利益冲突。

V.S. Shaisundaram | Saravanakumar Sengottaiyan | Dheeban Chakravarthi Kannan | M. Chandrasekaran | R. Muraliraja | Yuvaraj Dinakarkumar