《Biomass and Bioenergy》：Energy potential of orange peel waste in the Brazilian context
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本文聚焦巴西作为全球最大橙子生产国所产生的大量柑橘加工废弃物（OPW），探讨了将其转化为能源的可行性。研究人员通过文献计量与技术分析，评估了橙皮废弃物在不同能量转化路径（如热化学转化、生物技术转化）中的应用潜力及其对减少温室气体排放、推动能源转型的贡献。研究表明，OPW的能源化利用是一种有前景的策略，可支持生物经济发展和巴西可再生能源矩阵的多样化。
想象一下，全世界每喝掉的五杯橙汁中，就有三杯源自巴西的果园。这个国家凭借其广袤的柑橘种植带，稳坐全球橙子生产和橙汁加工的头把交椅。然而，鲜榨果汁背后隐藏着一个巨大的环境挑战：在工业化加工过程中，近一半的果实重量——包括果皮、内膜和种子——变成了废弃物。这些被称为橙皮废弃物（Orange Peel Waste, OPW）的物质，不仅含水量高、有机质丰富，若处置不当，还会引发一系列环境问题。与此同时，全球能源需求持续增长，减少对化石燃料的依赖、降低温室气体（Greenhouse Gas, GHG）排放以应对气候变化已成为迫在眉睫的议题。在这一背景下，能否将这些看似无用的“垃圾”转化为宝贵的“能源”？这正是巴西联邦大学ABC分校（UFABC）的研究团队在《Biomass and Bioenergy》期刊上发表的最新综述所要探索的核心问题。
研究人员开展了一项结合文献计量学和技术分析的综合性研究，旨在系统梳理和评估全球范围内关于橙皮废弃物价值化，特别是其在热能转化系统中应用潜力的最新进展。他们发现，将OPW进行能源化利用，不仅是一条处理巨量农业废弃物的可行路径，更是助力巴西乃至全球实现能源转型、发展生物经济和达成可持续发展目标（Sustainable Development Goals, SDGs）的关键策略。
为开展这项研究，作者团队主要运用了以下几种关键方法：首先，进行了系统的文献计量分析，利用Scopus和Web of Science数据库，以“orange peel waste”和“energy”等为关键词，检索并分析了2005年至2025年间发表的科学文献，运用VOSviewer软件可视化研究趋势和热点集群。其次，开展了深入的技术性分析，评估了OPW的理化特性（如高水分、高有机物含量）及其在不同能量转化路径（如热化学转化、生物技术转化）中的适用性和效能。此外，研究还基于案例研究与数据分析，整合了来自联合国粮农组织（FAO）、美国农业部（USDA）、巴西地理与统计研究所（IBGE）等机构的产业与能源数据，并结合生命周期评估（Life Cycle Assessment, LCA）的研究结果，量化了OPW能源化利用的环境效益（如二氧化碳减排潜力）和技术经济可行性。
研究结果
1. 巴西的橙子生产与加工
巴西是全球橙子生产的领导者，2024/25年度收获季产量达1300万吨，占全球总产量的28.7%。其柑橘产业带（主要位于圣保罗州和米纳斯吉拉斯州）贡献了全国70%以上的产量。然而，气候变化和病害（如黄龙病/Huanglongbing, HLB）严重影响了生产力，导致近年产量下滑。与此同时，巴西的橙汁加工业极为发达，94%的产量用于出口，创造了可观的经济收益，但也随之产生了相当于果实总重40-60%的加工废弃物（OPW）。
2. 橙子加工业产生的废弃物
橙子加工会产生大量果渣，主要由果皮（60-65%）、内膜残留物（30-35%）和种子（0-10%）组成。这些废弃物具有高湿度（80–90%）和高有机质含量（约占总固体的95%）的特点，含有丰富的碳水化合物、酚类化合物、色素和有机酸等。目前，OPW的主要处理方式包括填埋、焚烧、堆肥或用于生产动物饲料（如柑橘果肉颗粒，Citrus Pulp Pellets, CPP）。然而，将OPW用于动物饲料可能会间接增加反刍动物肠道发酵产生的甲烷（CH4）排放，而传统的处置方式则可能带来环境污染。
3.1. 橙皮废弃物作为替代能源转化路径的原料
将OPW用于能源转化是实现其高值化利用的 promising 途径。这直接关系到联合国多项可持续发展目标（SDGs），如目标7（经济适用的清洁能源）和目标13（气候行动）。研究汇总了全球范围内OPW能源化利用的不同路径：
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热化学转化：包括燃烧、焚烧、热解和气化等，可产生热、蒸汽、生物油（Bio-oil）和生物炭（Biochar）等。例如，墨西哥的一项案例研究表明，利用橙渣作为生物燃料燃烧产汽，用于果汁浓缩，其碳排放强度（19.2 g CO2-eq MJ-1）比传统燃料油低79%。
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生物技术转化：主要包括厌氧消化（Anaerobic Digestion）生产沼气（Biogas），以及发酵生产乙醇（Ethanol）、丁醇（Butanol）等生物燃料。
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化学转化：例如用于生产生物柴油（Biodiesel）。
生命周期评估（LCA）结果显示，用OPW替代化石燃料进行能源转化，可以显著减少温室气体排放。例如，焚烧处理每吨OPW可减少多达203 kg CO2-eq的排放。
3.2. 巴西能源矩阵的增长与多样化
巴西的能源结构在过去几十年中不断多样化，可再生能源占比显著提高。2024年，其能源矩阵中可再生能源占比达到50%，其中生物质能（主要来自甘蔗产品）在热电发电中占40.6%，在总发电量中占8.1%。尽管如此，化石燃料（如石油）仍占最大份额。研究指出，OPW作为一种可再生生物质资源，在巴西的能源矩阵中尚未得到充分开发，其年能源潜力估算相当于约4951 kW的连续功率，展现出作为补充能源来源的潜力。国家政策如《国家生物燃料政策》（RenovaBio）和《未来燃料法》也为生物质能源的推广提供了支持。
4. 全球背景下的研究进展
文献计量分析显示，过去20年间，关于橙子生物质能源利用的研究出版物数量持续增长。中国、印度、巴西、美国、西班牙等是发表相关论文最多的国家。研究热点主要集中在OPW的应用、新产品合成（如纳米材料、生物吸附剂）、厌氧消化、水热碳化（Hydrothermal Carbonization）、生物精炼（Biorefinery）和增值工艺等领域。目前，大多数技术仍处于实验室（TRL 3-4）或中试（TRL 6）阶段，距离大规模工业化应用尚有距离。高附加值的生物产品生产技术成熟度较低，而面向能源的生产途径（如厌氧消化、热化学转化）相对更成熟，且更易适应巴西的产业环境。
结论与意义
本综述研究得出结论，橙皮废弃物（OPW）作为一种储量丰富、易于获取的农业残留物，在巴西乃至全球范围内都具有巨大的能源化利用潜力。通过热化学、生物技术等转化路径，可以将OPW转化为热能、电力或多种生物燃料，从而替代部分化石燃料。这种“变废为宝”的策略具有多重重要意义：环境方面，它能有效减少废弃物不当处置带来的污染，并通过替代化石能源显著降低温室气体排放，助力碳中和目标。能源方面，它有助于丰富和多元化巴西本已较为清洁的可再生能源矩阵，提升能源安全。经济与社会方面，它契合循环生物经济（Circular Bioeconomy）理念，能为农业产业链创造额外价值，促进可持续发展。最终，OPW的能源化利用不仅是一个技术解决方案，更是连接农业生产力、环境责任和清洁能源未来的重要桥梁，对于实现联合国2030年可持续发展议程具有重要意义。
