《Biomass and Bioenergy》：Environmental assessment of refined bleached deodorized palm kernel oil production: Effect of liquid waste management scenarios
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棕榈油厂废水（POME）能源回收对精炼棕榈仁油（RBDPKO）环境影响评估，比较开放池塘、沼气供热和供电三种情景，发现生物气利用显著降低工厂排放但无法消除上游种植园的主导环境影响，需多阶段协同减排。
Ibnu Tryansar Purba | Muflih Arisa Adnan | Joko Waluyo | Jingang Yao | Sunu Herwi Pranolo
化学工程研究项目，工程学院，塞贝拉斯马雷特大学（Universitas Sebelas Maret），苏拉卡塔市Ir. Sutami街36A号，57126，印度尼西亚
摘要
与现有的主要关注原油和精炼棕榈油的生命周期评估不同，本研究首次对精炼、漂白和脱臭的棕榈仁油（RBDPKO）进行了从摇篮到大门的全面评估，探讨了基于棕榈油厂废水（POME）的能源回收如何与产品本身较低的产量相互作用，从而加剧上游种植园和土地利用的影响。评估了三种POME管理系统：传统的开放式池塘处理（RBDPKO-conv）、通过封闭式池塘消化产生热能的生物气利用（RBDPKO-heat）以及将生物气转化为电能的利用（RBDPKO-electric）。在质量分配的情况下，RBDPKO的全球变暖潜能（GWP）分别为每公斤产品2.88、2.63和2.73公斤二氧化碳当量（kg CO?-eq）。其中，将生物气转化为热能的方案在整体气候效益上最为显著，而将生物气转化为电能的方案通过甲烷捕获和替代化石能源在工厂层面实现了最高的减排效果。然而，能源替代导致了负担的转移，在热能利用方案中增加了酸化和光化学氧化剂的形成。在所有方案中，上游种植园阶段占据了环境影响的主导地位，贡献了超过50%的GWP和非GWP类别的影响。蒙特卡洛分析显示95%的置信区间有所重叠，表明平均估计值具有较高的可靠性，但统计区分度有限。总体而言，研究结果表明，尽管基于POME的生物气回收有效减少了工厂排放，但供应链的脱碳仍需要在种植园阶段采取有针对性的措施。
引言
近年来，印度尼西亚的新鲜果串（FFB）年产量急剧上升，超过了2.56亿吨。这一增长带动了约5860万吨原油棕榈油（CPO）和1380万吨棕榈仁油（PKO）的提取，相当于每吨FFB生产5.4%的PKO。[1,2] 大部分PKO会进一步精炼成精炼、漂白和脱臭的棕榈仁油（RBDPKO）[3]。根据图1a，棕榈油有许多衍生物，在印度尼西亚的潜在出口中占据很大份额，到2030年可能达到500亿美元[4]。特别是RBDPKO的市场规模预计将从2023年的85亿美元增长到2032年的123亿美元[5]。印度尼西亚RBDPKO的主要市场包括中国、巴基斯坦、印度、欧盟、美国等国家（见图1b），这凸显了其全球需求。推动这一增长的主要因素是市场对可持续、多功能植物油的需求不断增加，尤其是在食品和饮料[6],[7],[8],[9],[10]、个人护理和化妆品[11,12]以及能源[13,14]行业。市场的快速扩张，加上可持续性认证在全球贸易中的重要性日益增加，凸显了全面了解从种植园到精炼过程的RBDPKO生产链的必要性。这种全面理解对于准确评估其环境足迹至关重要，涵盖从农田到精炼过程的所有阶段。日益严格的监管要求以及消费者对可持续、低碳油品的偏好，进一步凸显了进行此类评估的紧迫性。
尽管近年来关于棕榈油的生命周期评估（LCA）研究有所增加[15],[16],[17],[18],[19],[20]，但大多数研究主要集中在上游过程或CPO和精炼漂白脱臭棕榈油（RBDPO）上，而较少关注棕榈仁油及其下游的精炼过程。例如，一项未包含生物气利用的印度尼西亚种植园和工厂系统的从摇篮到大门的LCA研究显示，环境影响包括：全球变暖潜能（GWP）为每吨CPO 2.43吨二氧化碳当量，酸化影响为每吨CPO 1.64×10??吨二氧化硫当量，富营养化影响为每吨CPO 2.65×10?3吨磷酸盐当量[21]。相比之下，一项在类似系统边界下但包含生物气利用设施的研究报告的GWP排放量较低，为每吨CPO 1.34吨二氧化碳当量[22]。这突显了利用棕榈油厂废水（POME）生产生物气的潜在环境效益。在精炼厂层面，马来西亚的一项从大门到大门的LCA研究指出，来自国家电网的电力消耗和用于蒸汽生产的化石燃料使用是主要的环境热点，导致每吨RBDPO的排放量约为40公斤二氧化碳当量[20]。同样，另一项在印度尼西亚进行的从摇篮到大门的研究报告的GWP排放量为每吨RBDPO 1.23公斤二氧化碳当量[19]，而一项涵盖马来西亚和印度尼西亚多年度运营的企业级评估记录的排放量为每吨RBDPO 1.36公斤二氧化碳当量[23]。总体而言，这些研究虽然提供了关于原油棕榈油生产环境绩效的宝贵见解，但在评估棕榈仁油衍生产品及其与POME基生物气利用的整合方面存在明显不足。填补这一空白对于支持更全面的可持续性评估至关重要。一项关于POME处理技术的LCA研究显示，其GWP值为负（-4.1至-4.5公斤二氧化碳当量/千瓦时），表明与传统电力系统相比具有净环境效益[24]。此外，基于POME的生物气发电具有显著的减排潜力，估计每月可减少约1131吨二氧化碳当量。
为填补这一研究空白，本研究对印度尼西亚的RBDPKO生产进行了全面的从摇篮到大门的LCA评估，涵盖了从土地转换和种植园建立到棕榈仁油加工、PKO提取、精炼以及各阶段运输的整个生产链。鉴于POME作为甲烷排放主要来源的关键作用[26],[27],[28],[29]，系统评估了三种POME管理方案（开放式池塘和封闭式池塘），以量化它们对气候变化缓解、能源效率、资源利用和环境毒性的影响。该研究通过结合全生命周期清单数据和不确定性分析，识别了重要的环境热点，并评估了生物气利用在抵消化石能源使用和温室气体排放方面的作用。研究结果直接有助于实现可持续发展目标（SDG）7（负担得起和清洁的能源）、SDG 12（负责任的消费和生产）以及SDG 13（气候行动），通过可再生能源回收、提高工艺效率和废物利用来实现这些目标。此外，这些结果为食用油行业的环境影响评估和脱碳提供了可靠且具有决策意义的信息。同时，这些结果加强了通过国际合作、技术转让、能力建设和多方利益相关者合作推动可持续发展的全球伙伴关系。
章节片段
生命周期评估框架
本研究严格遵循国际标准ISO 14040:2006和ISO 14044:2006进行，这些标准为生命周期评估提供了基础框架。ISO 14040定义了LCA的概念和结构，包括目标与范围、清单分析、影响评估和结果解释（见图2A）[30,31]。ISO 14044为LCA的每个阶段制定了全面的标准和指南，包括数据质量和方法选项。
生命周期清单分析
本研究中的生命周期清单（LCI）涵盖了生产1公斤RBDPKO所需的从摇篮到大门系统边界内的九个关键工艺单元的数据。这些工艺单元包括直接的土地利用改变、土地准备、棕榈苗圃、棕榈种植园、CPO/PK加工、PKO提取、生物质和生物气联产、生物气生产以及RBDPKO精炼。用于不确定性评估的数据质量指标和筛选标准见表S4，表S5总结了相关背景信息。
结论
这项从摇篮到大门的LCA研究表明，POME的利用影响了RBDPKO的生产环境影响，但并未完全消除这些影响。在测试的三种方案中，RBDPKO-heat方案在气候性能方面表现最佳，每单位FFB的总体GWP减少了8.4%，棕榈厂层面的GWP降低了30.9%。相比之下，RBDPKO-electric方案每单位FFB的总体GWP减少了5.0%，同时在棕榈厂层面实现了更高的减排效果。
CRediT作者贡献声明
Ibnu Tryansar Purba：调查、方法论设计、可视化处理、初稿撰写。Muflih Arisa Adnan：监督、验证、修订与编辑。Joko Waluyo：正式分析、验证。Jingang Yao：正式分析、验证。Sunu Herwi Pranolo：资金获取、资源协调、监督、验证。
利益冲突
作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
本研究主要得到了印度尼西亚棕榈油基金管理机构（BPDPKS）的支持，通过棕榈油研究项目K24（编号PRJ-166/DPKS/2024）资助。作者还感谢Abdul Aziz Yudistira、Grata Priangga和Erika Candra Pratama在流程开发方面的宝贵讨论。特别地，Ibnu Tryansar Purba感谢塞贝拉斯马雷特大学提供的硕士学位奖学金。
