欧盟棉-聚酯纺织废料资源化预处理策略的技术经济与环境影响综合评估

《Waste Management》：Integrated techno-economic and environmental assessment of pretreatment strategies for cotton–polyester textile waste valorization in Europe

　　

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  综合生物精炼厂将棉-PET废弃物转化为乳酸（LA）、对苯二甲酸（TPA）和乙二醇（EG），实现资源化利用。
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  技术经济分析（TEA）与生命周期评价（LCA）相结合，对三种预处理方案的经济性和环境影响进行评估。
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  原料敏感性测试检验了对可变棉-PET组成的稳健性。
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  化学回收敏感性分析量化了经济性与环境效益之间的权衡。
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  综合评估确定碱性路线为优选工艺路径。

引言

纺织服装业是全球废弃物产生的主要贡献者之一，大量被丢弃的衣物进入城市固体废弃物流。由于回收能力有限，大多数纺织废弃物被填埋或焚烧，造成严重的资源损失和环境负担（Morell-Delgado 等，2024）。受快时尚、人口增长和消费上升的驱动，全球纺织纤维产量从2000年的约5800万吨翻了一番多，到2022年超过1.16亿吨（Gupta 等，2025）。因此，该行业每年产生约9200万吨废弃物（Biyada 和 Urbonavi?ius，2025；Fois 等，2026）。在欧洲，2024年的纺织消费与约400平方米的人均土地利用、9立方米的水资源消耗以及270千克二氧化碳排放相关（Binczarski 等，2024）。尽管资源需求如此之高，但被回收用于制造新衣物的旧衣物比例不到1%，反映出当前系统存在严重效率低下（Clark，2023）。除了资源耗竭和排放问题，纺织废弃物的管理还可能带来二次环境影响，包括在加工和处置过程中释放微塑料和化学污染物。这些挑战凸显了对先进回收技术的需求，使其能够在最大限度减少环境风险的同时实现高效的物料回收。合成纤维严重依赖化石资源，而棉花种植则需要大量的水和化学投入。此外，混纺织物（尤其是棉-聚酯混合物）的日益增加，由于材料异质性和纤维紧密结合，使回收变得更加复杂。

对此，各国政策制定者已将纺织品纳入循环经济战略的重点。欧盟委员会《循环经济行动计划》（2020）将纺织品列为需要改进设计、再利用和回收的关键价值链（European Commission，2020），随后出台的《欧盟可持续与循环纺织战略》（2022）则设定了到2030年实现完全可回收纺织产品的目标（European Commission，2022）。生产者延伸责任制方案，如比利时已实施和正在开发的制度，进一步推动了对消费后纺织品的废弃物管理、收集系统和回收基础设施的改善（Retexbel，2025）。这些举措还支持产业共生，将纺织废弃物流与化工和生物基产业联系起来，使废弃物可作为新材料的原料（SYMBA 项目，2023）。纺织废弃物的复杂性进一步体现在其组成上，包括合成纤维（如聚酯）和天然纤维（如棉花）。混纺织物的广泛使用，尤其是棉-聚酯混合物，由于其异质结构以及纤维紧密结合，构成了主要的回收挑战。棉纤维主要由纤维素（88–96%）组成，适合转化为生物基化学品（Akhtar 等，2020；Zhang 等，2019），而聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）则提供耐久性和成本优势（Esmaeili 等，2024）。然而，它们的组合结构带来了巨大的回收挑战，因为纤维分离困难，往往导致材料质量下降（Cho 等，2023）。因此，大多数回收纺织品被降级回收为低价值产品，如保温材料或清洁用品，而高质量的纤维对纤维回收仍然有限（Papamichael 等，2024）。

近年来，热化学和生物过程的进展为纺织废弃物的资源化利用创造了新机遇。这些技术能够生产对苯二甲酸（TPA）、乙二醇（EG）和乳酸（LA）等高价值化学品，广泛应用于聚合物、化工和制药行业（Abedi 和 Hashemi，2020；Alves de Oliveira 等，2018）。富含PET的废弃物可通过水解、醇解或甲醇解进行化学解聚以回收TPA和EG（Binczarski 等，2024；Yousef 等，2019），减少对化石基原料的依赖。近期高影响力的研究已推动催化塑料升级再造超越传统解聚技术。例如，羰基解聚可以在相对温和的条件下同时实现PET解聚和EG的原位升级为更高价值的C3+羧酸，提高碳效率，减少下游分离需求，并提升产品价值（Liu 等，2026）。

研究表明，与传统原生生产相比，纺织回收可将二氧化碳排放最多降低55%，整体环境影响最多减少60%（Espinoza Pérez 等，2022；Leal Filho 等，2024；Zhou 等，2022）。传统机械回收方法成本效益高，但往往会降低纤维质量，导致产品价值降低。相比之下，化学回收能够回收高质量单体，但通常需要较高的能量投入和苛刻的反应条件（Guo 等，2021；Ma 等，2019）。低温催化系统的最新进展提高了PET回收效率。一种基于生物基愈创木酚增强的甲醇解工艺可在120°C和低压下运行，实现高收率的对苯二甲酸二甲酯和EG，同时降低能源需求。技术经济分析（TEA）和生命周期评价（LCA）进一步证明其在实现成本效益高、低碳工业应用方面的潜力（Yu 等，2025）。新兴的生态创新方法，特别是酶回收技术，可实现对纤维素等天然纤维的选择性降解，在回收合成组分的同时产生葡萄糖等高价值副产品（Mihalyi 等，2023；Navone 等，2020）。此外，使用离子液体和生物基溶剂的绿色化学方法已显示出潜力，与传统技术相比可将能耗和二氧化碳排放最多降低60%（Phan 等，2023）。

尽管取得了上述进展，纺织回收率仍然较低，在发达地区通常在5–20%之间（Arun 等，2025）。主要障碍包括污染、纤维分离困难、加工成本高以及工业化规模部署有限（Enking 等，2025）。此外，对基于溶剂的棉-聚酯回收系统的技术、经济和环境性能进行同步评估的综合性研究仍然有限。TEA和LCA正被越来越多地用于支持决策，通过量化新兴废弃物资源化技术的经济可行性和环境可持续性来实现（Abagnato 等，2024；Mata 等，2025）。然而，针对棉-聚酯纺织品预处理的对比性TEA-LCA研究仍然匮乏。因此，本研究评估了碳酸钠（Na?CO?）、NMMO和磷酸（H?PO?）预处理方案，将纺织废弃物转化为LA、TPA和EG。采用综合的Aspen Plus-TEA-LCA框架，结合SimaPro，评估物料和能量平衡、经济可行性及环境影响。研究结果对比了不同预处理策略，识别了产品收率、盈利能力和环境表现之间的权衡关系，为循环经济中的可持续纺织生物精炼厂提供支持。

章节摘要

情景定义

本研究采用综合框架，结合过程模拟、TEA和LCA，评估一种基于废弃纺织品的生物精炼厂。纺织废弃物通过综合生物（水解和发酵）和热化学（聚酯解聚）途径转化为LA、TPA和EG。由于棉-聚酯结构异质，需要进行高效分离：纤维素需被破坏以进行酶解，而聚酯则保持完整以供解聚。三种

原料处理

该生物精炼厂连续运行，年处理量为72,000吨消费后纺织品（50 wt% 棉和 50 wt% 聚酯），代表在欧盟循环经济条件下的一个大规模纺织回收设施（Dukovska-Popovska 等，2023）。原料经过称重、破碎至均匀尺寸后储存，然后连续输送至预处理反应器。

技术经济分析

基于Aspen Plus过程模拟和经济评估，建立了三种从棉-聚酯纺织废弃物生产LA、TPA和EG的集成方案。尽管棉-聚酯混纺织物由于纤维分离限制而本质上难以回收（Loo 等，2023），但所提出的工艺能够实现纤维素和聚酯的有效分离。在碱性路线中，碳酸钠（Na?CO?）部分溶解棉纤维，使聚酯得以进行固液分离。该

结论

本研究利用综合TEA-LCA框架评估了三种预处理策略（碱性、有机溶剂法和酸性法），将棉-聚酯纺织废弃物转化为LA、TPA和EG。碱性路线表现出最佳的经济性能，资本投资最低（1.336亿美元）、内部收益率最高（29.1%）、投资回收期最短（3.34年）。有机溶剂法路线表现居中，而酸性路线的资本和运营成本最高，导致内部收益率最低。

作者贡献声明（CRediT）

Reza Farahmandpour：写作 – 审阅与编辑、写作 – 原稿撰写、软件、方法学、调查研究、形式化分析、数据整理、概念构思。Homa Hosseinzadeh-Bandbafha：写作 – 审阅与编辑、软件、方法学、形式化分析、概念构思。Stijn Van der Perre：验证、资源、方法学。Mohammadali Kiehbadroudinezhad：写作 – 审阅与编辑、方法学、调查研究。Khaled Zoroufchi Benis：写作 – 审阅与编辑、指导，

利益冲突声明

作者声明，他们不存在可能影响本文所报告工作的已知竞争性财务利益或个人关系。

致谢

作者谨向布鲁塞尔自由大学（VUB）表示诚挚感谢，感谢其通过STEPCHEM（IOF）资助项目提供的财务支持。

Reza Farahmandpour|Homa Hosseinzadeh-Bandbafha|Stijn Van der Perre|Mohammadali Kiehbadroudinezhad|Khaled Zoroufchi Benis|Tomas Wyns|Joeri F.M. Denayer|Keikhosro Karimi