《Scientific Reports》：Drying kinetics, power consumption, economic and environmental analysis of pomegranate peels drying using a hybrid SD compared with oven dryer
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本研究针对石榴皮这一果汁加工副产物的干燥处理难题，探索了混合太阳能干燥技术的应用。研究人员系统比较了混合间接太阳能干燥器与常规烘箱干燥系统在不同温度与铺层厚度下的干燥动力学、能耗、经济与环境效益。结果表明，混合太阳能干燥技术能显著降低能耗（约64.28%~75.75%），缩短能源回收期，并产生可观碳信用收益，为果蔬加工废弃物的绿色、高效资源化利用提供了优化的工艺方案与数据支持。
在果汁产业的背后，每年都会产生大量的石榴皮废弃物。这些果皮看似无用，实则蕴藏着多种有益的生物活性成分，若不加以妥善处理，不仅会造成资源浪费，还可能引发环境问题。传统的热风或烘箱干燥（Conventional Oven Drying System, CODS）方法虽然常用，但其高能耗和运行成本一直是产业规模化应用的掣肘。另一方面，太阳能干燥技术以其绿色、可再生的特点备受关注，但其效率受天气影响大，干燥过程不稳定。那么，能否找到一种兼具高效、稳定与环保的干燥方案，让石榴皮变废为宝呢？这正是本研究旨在回答的核心问题。研究人员将目光投向了一种混合间接太阳能干燥器（Hybrid Indirect Solar Dryer, HISD），它配备了温湿度控制单元，旨在结合太阳能与辅助能源的优势，实现可控、高效的干燥。为了全面评估其性能，研究团队将HISD与CODS进行了系统性对比，不仅关注干燥速度，还深入分析了能耗、经济成本和环境足迹，相关成果发表于《Scientific Reports》期刊。
为开展此项研究，作者主要运用了以下几种关键技术方法：首先，设计了配备温度与湿度控制单元的混合间接太阳能干燥实验系统。其次，设置了严格的对比实验，将HISD与常规烘箱干燥系统（CODS）进行平行对照。实验变量包括三个干燥温度（50°C、60°C、70°C）和三个铺层厚度（1厘米、2厘米、3厘米）。研究中对石榴皮样品的初始与最终含水率（Moisture Content, MC）进行了精确测量，并计算了干燥速率。此外，还对两个系统的功耗进行了监测与对比，并基于此进行了全生命周期的体现能耗（Embodied Energy）、能源回收期（Energy Payback Period）和碳信用收益等环境与经济分析。
研究结果
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干燥动力学与最终含水率：研究表明，提高干燥温度会增加石榴皮的失重。石榴皮的平均初始含水率为76.5%（湿基，w.b.）。CODS干燥后的最终MC在2.67%至2.10%之间，而HISD的最终MC在2.97%至2.84%之间。在铺层厚度为3厘米、干燥温度为70°C的条件下，CODS和HISD的最高干燥速率分别为169.79和196 kg水/kg干物质/小时。
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能耗对比：与CODS相比，使用HISD可使功耗降低约64.28%至75.75%，节能效果显著。
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环境分析：HISD系统的体现能耗约为1270.463千瓦时。其能源回收期在2.38至6.34年之间。使用HISD干燥石榴皮所能获得的碳信用收益在770.1至2207.2美元之间。
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经济分析：基于经济分析，使用HISD干燥石榴皮的最低成本为每吨144.5美元，该最优条件在铺层厚度为1厘米、干燥温度为70°C时达成。
结论与讨论
本研究通过系统的实验与多维度分析，得出了明确结论：混合间接太阳能干燥器（HISD）在干燥石榴皮方面，相较于传统烘箱干燥系统（CODS），展现出了显著的优越性。虽然在最干终点含水率上略高于CODS，但HISD在更高的干燥温度与较厚的铺层条件下，能获得更高的干燥速率，这大大提升了干燥效率。更重要的是，HISD带来了革命性的能耗降低，节能幅度超过六成，这直接转化为可观的经济效益和环保价值。其较短的能源回收期和潜在的碳信用收益，使得该项技术投资具有吸引力的回报前景。经济分析进一步指出，在优化的工艺参数（薄层、高温）下，干燥成本可降至每吨144.5美元，为工业化应用提供了有力的经济可行性依据。这项研究的意义在于，它不仅仅比较了两种干燥设备的性能，更从可持续发展视角，为农业食品加工副产物的资源化利用提供了一套兼顾技术效能、经济成本与环境影响的综合评价框架和优化工艺方案，推动了农产品加工行业向更绿色、更高效的方向发展。
