引言
对能源的高需求以及应对气候变化的关注，正促使越来越多的人对来自生物质的可再生燃料来源产生兴趣。生物质因提供了减少温室气体排放的机会，以及为与废物相关的负面环境行为提供了解决方案，而在利用农业废物生产生物乙醇方面受到了广泛关注。稻草是印度等产稻国家中最丰富的农业残留物之一，每年产生数百万吨（Yadav and Yadav, 2025）。大量此类残留物仍然通过在露天焚烧进行处置。这种做法直接导致大量颗粒物和其他污染物排放到空气中，造成严重的空气污染事件及相关公共卫生影响（Ambulkar et al., 2025; Firdaus et al., 2024）。因此，将稻草转化为生物乙醇既是一项环境必要性，也是可持续能源生产的一个机遇（Firdaus et al., 2024; Zhai et al., 2026）。
过去二十年来，关于从木质纤维素生物质生产第二代生物乙醇的研究稳步扩展。在预处理方法、酶解和发酵技术方面，特别是在实验室和中试规模上，生物乙醇生产领域已报告了相当大的进展。即便如此，尽管印度是世界上最大的第一代原料（如甘蔗蜜）乙醇生产国之一，但在印度等发展中经济体，第二代乙醇技术的大规模部署仍然有限。研究表明，生物乙醇生产成本严重依赖于原料收集和运输、预处理化学以及酶的需求（Boro et al., 2022; Zhou et al., 2021）。除了经济可行性外，还必须考虑环境影响。此类系统的环境效益与整个过程中材料流和能量流的管理方式密切相关（Castro et al., 2025）。
生命周期评估（LCA）和技术经济分析（TEA）是用于检查生物燃料系统环境影响和生产成本的常见分析方法（Pérez-Almada et al., 2023）。单独来看，每种方法仅能捕捉到情况的一部分。当这些分析方法一起使用时，LCA 和 TEA 允许更现实地检查系统性能，特别是当经济和环境目标不一致时（Firdaus et al., 2024; Zhai et al., 2026）。近期的工作表明，针对此类系统的集成评估有助于揭示在单一维度分析中仍然隐藏权衡取舍（Meramo et al., 2022; Wunderlich et al., 2021）。
许多已发表的 LCA 和 TEA 研究中的不确定性主要来源之一与酶生产和酶解过程有关（Hong et al., 2013; Nogueira et al., 2022）。在几种过程系统中，商业酶制剂经常被视为外部输入，其相关成本和生命周期影响可能主导整体结果（Klein-Marcuschamer et al., 2012）。在印度背景下，这一假设尤为重要，因为酶成本高且供应链在很大程度上仍依赖进口。与此同时，几项实验研究表明，可以使用木质纤维素底物（包括经预处理的生物质）在现场生产粗纤维素酶（He et al., 2024; Ili? et al., 2023; Liu et al., 2024）。此类方法可以降低生产成本和生命周期影响。现场酶生产通常在集成 LCA-TEA 评估中被省略或简化。很少有集成研究在印度条件下将实验得出的现场酶生产纳入统一的系统边界内。
在过去十年中，乙醇混合已成为印度交通能源战略的关键组成部分。印度已正式承诺扩大乙醇在交通燃料中的使用。由 NITI Aayog 发布的乙醇混合路线图勾勒出了到 2025-26 年汽油中乙醇混合比例为 20% 的国家目标（Sarwal et al., 2021）。新闻信息局的官方更新报告称，近年来全国乙醇混合比例已超过 12%，到 2025 年 2 月达到 17.98%，反映了在现实条件下的快速实施（Press Information Bureau, G. of I., 2025b）。达到剩余的混合目标需要大幅增加非食物基原料的乙醇生产能力。因此，关注点已转向衍生自农业残留物的第二代乙醇（Basera et al., 2024）。在这种情况下，如果要使基于稻草的乙醇路径在燃料混合目标中发挥有意义的角色，它们必须在技术经济上可行且环境可持续（Chandel et al., 2024）。实验研究与直接相关政策及工业决策的系统级评估之间仍然存在差距。
本研究旨在通过进行基于实验过程数据的稻草基生物乙醇生产集成 LCA-TEA 分析来弥补这一差距。在摇篮到大门系统边界内，考虑了碱预处理、现场酶生产、酶解、发酵和蒸馏，并将结果标准化为 1 升无水乙醇。通过明确将酶生产建模为内部过程步骤，本研究提供了比依赖假设商业酶输入的研究更现实的成本及排放评估。除了量化温室气体排放和最低乙醇销售价格（MESP）外，本研究还将其发现与近期印度 LCA 和 TEA 报告进行基准比较，以评估区域相关条件下的竞争力。敏感性分析用于评估结论的稳健性，并确定最强烈影响成本和排放的参数。
虽然木质纤维素乙醇的集成 LCA-TEA 研究已经存在，并且现场酶生产已在以往文献中讨论过，但本研究提供了四项独特的贡献，这些贡献很少在单一的特定印度评估中集成。首先，与许多依赖文献得出的转化假设的以往评估不同，本研究在印度条件下，将实验获得的预处理、水解、发酵和酶生产性能直接整合到一个统一的、以质量平衡为驱动的 LCA-TEA 框架中。其次，它不仅量化了现场酶生产的成本和排放，还强调了其非成本优势：减少供应链依赖、提高运营稳定性以及对分散式印度生物精炼厂物流的适应性。第三，它提供了特定于印度乙醇混合计划的相关政策见解，包括第一代和残留物基乙醇之间的权衡。第四，在方法论上，本研究通过纳入具有不确定性边界的蒙特卡洛模拟和概率敏感性分析，超越了确定性的单次敏感性分析，提供了先前基于稻草的乙醇 LCA 和 TEA 中主要缺乏的与决策相关的稳健性测试。总之，这些贡献提供了一个基于实验的、特定于印度的集成评估，该评估超越了常规确定性稻草乙醇 LCA-TEA 案例研究，达到了分散式工厂规模（10,000 升/天）。在假设和限制的条件下，结果可能为印度可持续生物乙醇生产相关的技术开发、过程优化和政策讨论提供有用输入。
