中国生物质电厂环境足迹异质性差异可达百倍

《Sustainable Production and Consumption》：Up to a hundredfold environmental footprint heterogeneity of biomass power plants in China

　　## 摘要在全球气候变化加剧和能源转型加速的背景下，生物质发电在中国低碳能源体系中具有战略意义。然而，其多维环境影响尚未在全国尺度上得到系统评估，且电厂间的显著差异仍然不明。本研究通过调查2024年中国158家生物质发电厂的一手数据，建立了全国生命周期清单数据库，并使用ReCiPe方法评估了每家电厂的18种环境足迹。结果表明，环境足迹在电厂层面表现出显著的异质性，各类别之间差异较大。电厂层面的综合环境足迹异质性达到6.94倍。具体而言，用地、臭氧形成和人体健康的P90/P10比值分别为109.03倍、97.32倍，平流层臭氧消耗的P90/P10比值为49.30倍，而耗水量、海洋富营养化和全球变暖的差异分别为21.39倍、19.33倍和12.03倍。全国总环境影响呈现高度集聚的空间格局，以规模为主导的热区集中在黑龙江、山东、江苏和河南。这些环境足迹对燃料热值高度敏感，表明可以通过提高燃料质量稳定性和优化原料预处理与掺烧来实现有效减排。这些结果为我国生物质发电厂的精细化环境管理和政策优化提供了科学依据。## 符号说明| 符号 | 定义 ||------|------|| $AD_{ij}$ | 与生物质发电厂$i$相关的基元流$j$的活动数据 || $CEF_i$ | 生物质发电厂$i$的综合环境足迹 || $CF_{jk}$ | 基元流$j$对环境影响类别$k$的特征化因子 || $e_k$ | 环境影响类别$k$的信息熵 || $EF_{ik}$ | 生物质发电厂$i$对环境影响类别$k$的环境足迹强度 || $m$ | 生命周期清单中包含的基元流总数 || $p_{ik}$ | 归一化比例 |## 生物质发电产业发展状况中国生物质发电产业已从探索性部署发展到大规模开发，形成了多元化的技术和原料组合。生物质发电可分为四大路径：农林生物质、生活垃圾焚烧、沼气以及污泥。农林生物质电厂主要使用农作物秸秆、林业残余物和农加工废弃物，通常采用直接燃烧锅炉进行热电联产。## 方法本研究采用生命周期评估（LCA）方法量化中国生物质发电厂的环境足迹。分析框架遵循ISO 14040和ISO 14044标准，采用自下而上的设计，将电厂层面的影响与省级和全国的环境负担联系起来。## 结果与讨论结果围绕"来源-表现-累积-管理"框架组织。我们首先刻画了电厂和原料路径间环境足迹强度的异质性，然后探讨了这些差异如何在省级尺度上产生并累积，并结合发电量与电厂集中度形成全国环境热点。生命周期贡献分析识别了产生这些模式的过程。敏感性分析……## 结论基于中国21个省级行政区158家运营生物质发电厂的特有数据，本研究建立了一个整合自下而上、多尺度的LCA框架，将电厂层面的环境强度、省级差异和全国环境总负担联系起来。该框架通过统一将1千瓦时发电量定义为功能单位，建立了燃料至电力的系统一致性，实现了数据的一致性和可比性。## 作者贡献声明**郭雪薇：** 撰写初稿、可视化、方法论、调查研究、形式化分析。**王依荣：** 调查研究。**张杰：** 软件。**李震：** 验证。**裴良：** 方法论。**闫玉龙：** 监督指导。**彭林：** 监督指导。**李俊杰：** 审阅与编辑、可视化、验证、监督指导、资源管理、项目管理、数据管理。## 利益冲突声明作者声明不存在可能影响本文工作结果的已知竞争性经济利益或个人关系。## 致谢本研究由国家自然科学基金（批准号42622513和42475181）、国家重点研发计划（批准号2023YFC3709500）以及中央高校基本科研业务费专项资金（批准号2025JBZY026）资助。本研究还得到了"智力援疆创新拓展人才计划"小组援助团队和柔性援助专家人才项目的支持。---**作者：** 郭雪薇 | 王依荣 | 张杰 | 李震 | 裴良 | 闫玉龙 | 彭林 | 李俊杰