椰糠废料的合成气资源化利用及其技术经济与环境影响分析

《Bioresource Technology Reports》：Valorization of cocopeat waste into synthetic gas, its techno-economic and environmental impact analysis

　　

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  椰糠是分离椰子外壳的副产品，尚未得到广泛利用。
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  椰糠（50%）和 OPEFB（50%）混合颗粒燃料符合 DIN 51731 标准。
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  合成气成分：4.28 vol% H₂、3.40 vol% CO 和 29.91 vol% CO₂。
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  椰糠颗粒的生命周期评估（LCA）取决于粘合剂和能源来源。
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  技术经济分析（TEA）显示椰糠颗粒生产的可行性，内部收益率（IRR）为 33%，投资回收期（PBP）为 3.4 年。

引言

液化石油气（LPG）的高进口量和不断上升的政府补贴给印度尼西亚政府向公众提供燃料带来了挑战。到 2024 年，印度尼西亚从其他国家进口了超过 75% 的 LPG（Ahdiat, 2025）。LPG 被家庭、食品摊贩和小型工业企业广泛消费，到 2024 年占 LPG 总消费量的 96%（Astuti et al., 2019）。预计政府对 LPG 的补贴将继续增加。事实上，印度尼西亚政府已探索其他替代能源，包括燃煤二甲醚（DME）和电炉或感应炉，以减少对进口 LPG 的依赖并减轻国际价格波动的影响（Muliahati et al., 2018）。缓解政府对国内 LPG 消费补贴压力的最有效解决方案之一是推广使用由生物质颗粒气化过程产生的合成气作为燃料（Gould et al., 2024; Lackner et al., 2024）。

相反，椰子产业面临着无法充分利用所有椰子部分（如椰糠、椰子外壳、椰壳和椰子叶）潜力的经济挑战（Junita et al., 2023; Ru et al., 2025）。印度尼西亚生产 318 万吨椰干当量，或约 1797 万吨新鲜椰子（Nabillah et al., 2025）。营养成分根据果实成熟度有很大差异。成熟椰子由四个主要物理部分组成：椰棕（35%）、壳（12%）、果肉（28%）和椰子水（25%）（San Andrés et al., 2023）。椰糠是从椰子外壳分离或提取椰纤维的生物质副产品，约占整个椰子重量的 24–25%（Yang et al., 2017）。

将椰糠压制成颗粒燃料具有优势，包括有效利用可气化为合成气的废产品（Nabila et al., 2023）。颗粒燃料可用于炉灶和锅炉中的自动加热和发电（Katerla and Sornek, 2025）。合成气主要由一氧化碳（CO）和氢气（H₂）组成，作为生产合成燃料、电力和化学品（如甲醇和氨）的多用途中间体（Nguyen and Blum, 2015）。生物质致密化改善了物流，并能够在现代颗粒炉或气化中实现高效清洁燃烧，与常规化石燃料相比，温室气体排放减少高达 90%，二氧化碳排放减少 54–59%（Apraku and Shen, 2024; Rey et al., 2024）。

椰糠的结构是一种轻质、多孔的颗粒物质（Alamsyah and Siregar, 2013; Yao et al., 2025a）。由于椰糠燃烧特性较弱，有必要添加或其他生物质混合以改善这些特性（Alamsyah et al., 2022）。一种替代生物质来源是棕榈空果串（OPEFB），在印度尼西亚储量充足（Gozal et al., 2024）。印度尼西亚的 OPEFB 产量非常高，这与印度尼西亚作为世界最大棕榈油生产国（2022 年粗棕榈油 4682 万吨）的地位相符（Januari and Agustina, 2022）。加工 1 吨鲜果串（FFB）可产生约 0.22–0.23 吨 OPEFB 废料（Indriati et al., 2020）。估计每年至少生产 1550 万吨 OPEFB（Juliastuti et al., 2022）。

大多数关于椰糠的研究集中在其在农业和园艺中作为栽培介质/基质的应用上，特别是作为传统土壤或泥炭的可持续和有效替代品。关于椰糠作为颗粒燃料使用的研究很少。Singh 等人（Singh et al., 2019）研究了椰糠、锯末和干牛粪作为蒸发冷却系统的干燥剂。Sharma 等人（Sharma et al., 2021）研究了椰糠粉对太阳能蒸馏器生产率的影响，重点是火用经济分析。Nasir 等人（Nasir et al., 2022）开展了一项关于椰糠和灰用作生物过滤器处理垃圾填埋渗滤液性能的研究。Parvathi 等人（Parvathi et al., 2025）开展了一项关于添加肥皂果和椰糠的 Herbo-泡沫混凝土性能和热建模的研究。Viera 等人（Vieira et al., 2024）研究了从椰子废物推进循环经济的可持续方法。

本研究的一个研究缺口是关于椰糠颗粒气化以及大规模椰糠生物能系统长期环境和社会经济影响的研究缺乏。虽然目前的研究已探索其作为固体燃料的潜力（例如在颗粒或压块中），但对其更广泛实施的综合理解仍然缺乏。需要详细的生命周期评估（LCA）来量化椰糠加工大规模能源生产的全部环境足迹。还需要考虑商业规模运营的经济可行性，包括加工成本和广泛使用的基础设施需求。

本研究介绍了一种新颖的集成方法，将致密化的椰糠整合到颗粒燃料中以通过气化生产合成气（作为 LPG 的替代品）。它展示了颗粒生产的技术经济分析和环境影响评估（生命周期分析）。本研究还旨在评估原料混合物和颗粒燃料质量的影响，并将所得颗粒与 DIN 51731 等既定标准进行比较。预计研究结果将通过扩展对集成加工的学术理解使研究人员受益，并通过提供可复制的低成本方法利用椰糠、将其转化为颗粒和合成气、提高颗粒燃料质量以及支持清洁能源过渡努力来协助政策制定者和椰子管理人员。

章节摘要

材料

本研究使用的椰糠源自印度尼西亚朗中省班达尔兰邦 PT. Mahligai Indococo Fiber 和印度尼西亚椰子棕纤维产业管理的椰子棕纤维行业，如图 1 所示。本研究使用的 OPEFB 是印度尼西亚西爪哇省博戈尔 PT Perkebunan Nusantara 8 粗棕榈油（CPO）厂加工 CPO 的副产品。使用的辅助材料包括废弃食用油（UCO）和木薯粉作为粘合剂以生产生物质颗粒。颗粒配方

生物质颗粒燃料特性

通过工业分析、元素分析和热值分析评估了生物质颗粒的特性，结果如表 2 所示。观察到所有颗粒的水分和灰分含量均较低。低灰分含量非常有优势，因为颗粒气化后产生的灰渣很少。添加 OPEFB 显著提高了热值。

生物质颗粒燃料质量

图 4 显示了由椰糠和 OPEFB 混合物衍生出的生物质颗粒的外观。颗粒 P1

结论

成功制造了添加棕榈空果串的椰糠生物质颗粒燃料，符合长度、直径、水分含量、密度和热值的质量标准（DIN 53731）。颗粒的气化模拟结果显示合成气成分为 5.54 vol% H₂、3.57 vol% CO 和 32.20 vol% CO₂。向上行式气化炉中投入 5 公斤颗粒产生了 60 分钟的合成气，适用于干燥和加热。颗粒气化的排放物

CRediT 作者贡献声明

Rizal Alamsyah: 撰写 – 原稿，方法论，概念化。Nina Konitat Supriatna: 撰写 – 原稿，形式分析。Adolf Leopold Sihombing: 调查，形式分析。Bayu Aji Saputro: 软件，形式分析。Hanafi Prida Putra: 撰写 – 审阅与编辑。Hafizh Ghazidin: 撰写 – 审阅与编辑。Oni Fariza: 调查。Lan Marakkup Tua Nainggolan: 调查。Agus Kismanto: 监督。Samdi Yarsono: 调查。Fahruddin Joko Ermada:

利益冲突声明

作者声明他们没有任何已知的竞争性财务利益或个人关系，这些可能被认为影响了本文中报告的工作。

致谢

本研究由 RIIM LPDP 拨款和 BRIN 资助，拨款编号 48/II.7/HK/2025（RIIM 竞争计划第 8 波）。作者感谢 Bogor 农业产业研究所在颗粒加工和气化设备方面的支持。同时感谢中国农业大学董仁杰教授提供宝贵的气化参考资料。

Rizal Alamsyah|Nina Konitat Supriatna|Adolf Leopold Sihombing|Bayu Aji Saputro|Hanafi Prida Putra|Hafizh Ghazidin|Oni Fariza|Lan Marakkup Tua Nainggolan|Agus Kismanto|Samdi Yarsono|Fahruddin Joko Ermada|Muhaemin Tallo