鸡粪是集约化农业中产生的最庞大的粪便之一。传统的粪便管理方法是通过撒布、条带施用或注入直接将其施用于农田。然而，土壤中过量的粪便会导致严重的环境影响，包括吸引啮齿动物、昆虫和其他害虫，传播动物传播的病原体，污染土壤和地下水，以及温室气体（GHG）排放[1]。将鸡粪作为一种替代生物质加以利用，在管理和处理这种废物方面提供了环境和经济上的双重好处[2]。热化学转化方法显著减少了废物的质量和体积，同时提供了以电力和热能形式产生能源的可能性。根据Billen等人的研究[3]，与直接施用于土壤相比，燃烧鸡粪具有优势，因为其能量含量被认为是可再生的且碳中性的，并且灰分中含有磷酸盐和钾等有价值的成分。然而，燃烧鸡粪会产生温室气体排放，特别是在含氮化合物的热转化过程中会产生N2O。
诸如厌氧消化（AD）等替代技术已被广泛采用，以改善鸡粪利用的环境状况，因为它们可以显著减少温室气体排放，同时提供有效的可持续废物管理解决方案[4]。鸡粪中的高氮含量主要以尿酸的形式排出，在AD过程中会导致自由氨氮的快速形成，这可能会抑制产甲烷微生物并破坏工艺稳定性。此外，与其他粪便相比，鸡粪本身的C/N比例较低，导致营养供应不平衡，进一步限制了甲烷的稳定生产[4,5]。为避免氨抑制并改善与垫料材料和羽毛相关的降解问题，已经探索了几种策略，包括沸石吸附、膜分离、鸟粪石沉淀、浸出、微生物驯化、共消化和微量元素添加[[6], [7], [8]]。浸出和AD的结合是一种有效的治疗方法，其中底物在受控条件下与水混合。这一过程能够分离液体（渗滤液）和固体（滤出物）部分。富含易降解有机物的液相特别适合AD，有助于减轻氨积累，优化C/N比例，并提高甲烷产量[5,9]。这种综合方法支持将粪便转化为有价值的产品，如热能和电力（通过沼气），以及污染物排放相对较低的富含营养的消化物。浸出不仅产生富含挥发性固体的液体部分，还提供了一种成本效益高（不需要昂贵试剂）且环保的策略，与未经处理的鸡粪相比，显著提高了AD的性能[7]。
作为AD的补充策略，用于管理像鸡粪这样的含水量高、营养丰富的生物质，热解碳化（HTC）和AD的结合受到了越来越多的关注，目的是提高工艺性能并多样化增值产品。HTC是一种热化学过程，通过在低于300°C的压力水中加热湿生物质来将其转化为富含碳的固体（水碳化物）[10,11]。该过程通过化学反应加速了自然煤化过程[12]，产生水碳化物、水相和气相，同时允许直接使用湿原料而无需耗能的预干燥。然而，当水碳化物用作固体燃料时，仍需要后续的脱水或干燥步骤。影响水碳化物产量和特性的关键因素包括原料类型、温度和停留时间[13]。根据Cavali等人的研究[14]，大多数关于HTC的研究强调了水碳化物作为传统固体燃料的替代品在供热和发电方面的应用，以及作为土壤改良剂的作用（特别是由于磷和钾的回收）。然而，HTC工艺水的增值仍然是一个挑战，因为它含有难以处理的溶解有机化合物和营养物质，如果未经处理释放，可能会对环境造成负担。将AD集成到HTC工艺水中可以将其可生物降解的部分转化为沼气，从而减少环境影响并提高废物增值途径中的整体资源回收率[[15], [16], [17]]。将AD应用于HTC工艺水的可行性受到HTC工艺操作参数的强烈影响，如温度、停留时间和原料组成。这些条件决定了工艺水中有机化合物、营养物质和潜在抑制剂的浓度，直接影响后续AD的效率和稳定性[18]。理解这些依赖关系对于最大化AD整合的环境和能源效益至关重要。
尽管生命周期评估（LCA）被广泛认为是评估转化过程潜在环境影响和资源消耗的基本工具，特别是在HTC与AD结合的集成方法中，但相关出版物直到2020年左右才开始出现。大多数关于HTC的研究都集中在将其作为独立处理方法的应用上，表明使用HTC产生的水碳化物作为固体燃料比直接施用于土壤更为环保。然而，只有少数研究通过全面的生命周期评估（LCA）分析了这一观点[17]。换句话说，评估HTC和AD整合的LCA研究仅在过去五年中才受到关注，因此这是一个需要进一步探索的领域。
集成的HTC-AD系统在废水污泥管理中显示出显著的环境效益，研究表明，通过从工艺水中提高能源回收率和用水碳化物替代化石燃料，相关影响减少了30%到85%[19,20]。然而，尽管有这些有希望的结果，HTC-AD应用于鸡粪的环境性能仍有待评估。
Ma和You[21]提出了一种集成多种热化学和生化技术的超级结构，包括快速和慢速热解、热液液化、热液气化和AD，用于家禽垫料的增值。这项研究强调，热处理是一种高效的方法，可以从家禽粪便中回收价值，因为它允许在无需预先干燥的情况下转化湿物料，显著降低了工艺成本和能源消耗。该过程产生了高能量价值的优质材料，适用于生物精炼厂，便于将其用作燃料或高级生物燃料。此外，该过程产生的液体和固体副产品可以通过AD再利用或处理，优化总能源回收率并最小化废物[21]。然而，这种超级结构尚未进行生命周期评估，需要进一步的研究来确定最具环境效益的替代方案，理想情况下是一个更简单、灵活且用户友好的系统，能够在支持当地社区发展的同时回收能源和营养物质。
为了克服鸡粪高氮含量带来的限制，提出了一种集成的浸出-HTC-AD路径：浸出减少了氨抑制，HTC稳定了富含碳的部分并提高了能源回收率，AD将处理后的液体流转化为沼气和富含营养的消化物。鉴于这种相互依赖性，评估该系统的环境性能需要考察整个集成链条。这些特性既影响工艺性能也影响潜在排放；然而，它们对集成浸出-HTC-AD系统环境性能的贡献直到现在才被量化，这是本研究的重点。因此，本研究评估了在不同温度和停留时间条件下（在HTC中）集成浸出、HTC和AD的生命周期环境影响。进行了敏感性分析以评估结果的稳健性。古巴被用作案例研究；然而，LCA的结果可以扩展到其他国家，特别是对于那些能源结构仍然严重依赖化石燃料的发展中国家来说，采用可持续替代品对于能源安全和环境管理至关重要。在这种情况下，鸡粪可以提供双重好处：其能量含量可以转化为可再生且碳中性的能源，其营养物质可以作为合成肥料的替代品，提高农业的可持续性。因此，这项工作提供了基于LCA的第一个鸡粪浸出-HTC-AD处理链的评估，为可持续废物管理提供了新的见解，作为传统土地施用方式的替代方案。
