《Bioresource Technology Reports》：Cradle-to-gate life cycle assessment of bioethanol from winter wheat and sugar beet under harmonised system boundaries
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本研究针对可再生能源需求与环境规制趋严的现状，采用OpenLCA软件与ReCiPe Midpoint (H)方法，对冬小麦和甜菜两种一代温带原料的生物乙醇生产开展“摇篮到大门”生命周期评估。通过统一系统边界与功能单位（1 kg乙醇），揭示两种原料在土地利用、毒性、富营养化、气候变化等中点影响类别中的显著权衡：冬小麦在土地占用和毒性指标上负担更高，而甜菜在温室气体排放和空气污染方面表现更差。研究强调分配方法（质量分配与经济分配）对结果影响显著，为生物燃料政策制定提供了关键科学依据。
在全球能源转型和碳中和目标的驱动下，生物燃料作为化石能源替代品的重要性日益凸显。其中，生物乙醇因其可再生性和相对成熟的生产技术，成为交通领域减排的热点选项。然而，生物乙醇的“绿色”标签并非与生俱来——其全生命周期的环境绩效高度依赖于原料选择、种植方式、加工工艺乃至副产物处理策略。长期以来，针对甘蔗、玉米等热带或北美主流原料的生命周期评估（LCA）研究较多，而对温带地区代表性原料（如冬小麦、甜菜）在统一标准下的系统对比仍较为缺乏，尤其在印度等发展中国家背景下，数据缺失和方法不一致问题更为突出。在此背景下，发表于《Bioresource Technology Reports》的研究论文《Cradle-to-gate life cycle assessment of bioethanol from winter wheat and sugar beet under harmonised system boundaries》应运而生，旨在填补这一空白。
为科学回答上述问题，研究团队采用了标准化生命周期评估框架，核心方法包括：基于ISO 14040/44指南构建“摇篮到大门”系统边界，利用OpenLCA 2.5.0软件平台整合德国BioEnergieDat数据库和Ecoinvent 3.11背景数据集；应用ReCiPe Midpoint (H)方法量化涵盖气候变化、资源消耗、毒性、富营养化等18个中点影响类别；针对系统多功能性（如乙醇与副产物DDGS、甜菜粕、酒糟共存），平行实施质量分配与经济分配两种方案进行敏感性分析；通过参数扰动（±10%）开展不确定性分析，验证模型稳健性。
3.1. Stage 1: cultivation of feedstock
农业阶段建模显示，冬小麦种植因肥料（氮、磷、钾）和农药投入较高，导致其单位乙醇产出的土地占用（3.32 m2a）远超甜菜（0.0065 m2a）。甜菜虽需大量灌溉（约10,000 m3/ha），但其高糖分特性带来更高乙醇转化效率。冬小麦的毒性指标（如人类毒性潜力0.333 kg 1,4-DCB eq）为甜菜的5倍以上，主要源于化肥施用和田间机械的柴油消耗。
3.2. Stage 2: pre-processing and extraction
预处理阶段，甜菜通过切片、扩散提糖、发酵等工序转化为乙醇，但蒸发和蒸馏过程能耗密集，需电力（1.90 MJ/kg乙醇）和硬煤供热（7.8 MJ/kg）。冬小麦则需酶解淀粉为葡萄糖后发酵，其酶制剂（0.0045 kg）和化学品（如硫酸、氢氧化钠）投入增加上游环境负担。两系统均产生大量废水（3.0–3.5 kg/kg乙醇）和生物质残渣（如甜菜粕、DDGS）。
3.3. Stage 3: plant stage / bioethanol production
在工厂阶段，运输（柴油卡车）和精馏脱水进一步贡献排放。关键发现显示，分配方法显著影响结果解读：质量分配下，甜菜乙醇的全球变暖潜能值（GWP100）为1.93 kg CO2eq，高于冬小麦（1.37 kg CO2eq）；但转为经济分配后，甜菜副产物（如价值较低的酒糟）分摊负担减少，其GWP100骤升至18.23 kg CO2eq，凸显能源密集型加工的隐性成本。相反，冬小麦因DDGS经济价值较高，分配转换下影响波动较小（GWP100从1.37增至1.88 kg CO2eq）。
研究结论明确指出，两种原料的环境优劣具有强烈的类别依赖性和方法论敏感性。甜菜在土地资源效率上占优，但加工能耗使其在气候变化和空气污染类别中表现较差；冬小麦则因农业投入高，在毒性、富营养化和化石资源消耗上负担更重。敏感性分析进一步证实，施肥量、产量等参数±10%波动即可显著改变影响幅度，呼吁未来研究纳入区域化农业实践数据。这项工作的政策意义在于：单一指标或分配方法无法全面评判生物乙醇的可持续性，需结合地域资源禀赋和政策优先级（如气候目标 vs. 土地利用效率）制定差异化推广策略。该研究为温带地区生物燃料路线选择提供了严谨的科学基准，尤其对印度等新兴生物经济体的能源规划具有参考价值。
