[论文解读] Can we improve the environmental benefits of biobased PET production through local 1 biomass value chains? A life cycle assessment perspective

Carlos García-Velásquez, Yvonne van der Meer|arXiv (Cornell University)|Jul 12, 2021

Bioeconomy and Sustainability Development参考文献 23被引用 21

一句话总结

本研究通过生命周期评价（LCA）和全球敏感性分析（GSA），评估了使用本地欧洲生物质原料（甜菜、小麦和芒草）生产30%和100%生物基聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）的环境表现。结果表明，基于芒草的生物基PET在温室气体排放和环境影响方面均最低，优于巴西甘蔗和印度糖蜜等进口原料。研究还表明，LCA与GSA的整合可作为优化欧洲可持续生物塑料供应链的关键早期决策支持工具。

ABSTRACT

The transition to a low-carbon economy is one of the ambitions of the European Union for 2030. Biobased industries play an essential role in this transition. However, there has been an on-going discussion about the actual benefit of using biomass to produce biobased products, specifically the use of agricultural materials (e.g., corn and sugarcane). This paper presents the environmental impact assessment of 30% and 100% biobased PET (polyethylene terephthalate) production using EU biomass supply chains (e.g., sugar beet, wheat, and Miscanthus). An integral assessment between the life cycle assessment methodology and the global sensitivity assessment is presented as an early-stage support tool to propose and select supply chains that improve the environmental performance of biobased PET production. From the results, Miscanthus is the best option for the production of biobased PET: promoting EU local supply chains, reducing greenhouse gas (GHG) emissions (process and land-use change), and generating lower impacts in midpoint categories related to resource depletion, ecosystem quality, and human health. This tool can help improving the environmental performance of processes that could boost the shift to a low-carbon economy.

研究动机与目标

• 评估使用本地欧洲生物质原料（甜菜、小麦、芒草）与进口替代品（巴西甘蔗、印度糖蜜）生产30%和100%生物基PET的环境影响。
• 评估本地生物质价值链是否能相较于当前全球供应链，进一步提升生物基PET生产的环境效益。
• 将生命周期评价（LCA）与全球敏感性分析（GSA）整合，作为识别最优供应链配置的早期阶段决策支持工具。
• 识别影响环境表现的关键参数，如能源来源、农业实践和分配方法，以指导可持续工艺设计。

提出的方法

• 对不同原料和供应链配置下的生物基PET生产路径开展对比性生命周期评价（LCA）。
• 应用全球敏感性分析（GSA）量化关键参数（如能源结构、施肥实践和分配方法）对环境影响结果的影响。
• 采用中间点影响类别（如气候变化、资源耗竭、生态系统质量）评估不同情景下的环境表现。
• 在系统边界内纳入生物源碳核算，以评估净温室气体（GHG）排放。
• 开展热点分析，识别供应链中环境影响最高的关键环节。
• 将LCA与GSA整合为决策支持框架，以在早期设计阶段优先识别环境表现更优的供应链替代方案。

实验结果

研究问题

• RQ1 当使用本地欧洲生物质（甜菜、小麦、芒草）与进口原料（巴西甘蔗、印度糖蜜）时，30%和100%生物基PET生产的环境影响有何差异？
• RQ2 在生物基PET生产中，第一代原料（甜菜、小麦）与第二代原料（芒草）相比，哪种生物质原料的环境影响最低？
• RQ3 用于生物基对苯二甲酸（TPA）生产的能源来源选择（如煤与可再生电力）如何影响整体环境表现？
• RQ4 农业管理实践（如施肥）和分配方法在决定乙醇和MEG生产环境影响方面发挥何种作用？
• RQ5 LCA与全球敏感性分析（GSA）的整合能否作为有效早期工具，用于识别和优先排序生物基PET供应链中的环境改善策略？

主要发现

• 芒草作为生物基PET生产的最优原料，可在所有中间点影响类别中实现最低的温室气体（GHG）排放和环境影响。
• 使用芒草生产100%生物基PET可使温室气体排放较化石基PET降低最多40%，主要得益于生物源碳封存和较低的土地利用变化排放。
• 与依赖进口甘蔗或糖蜜的全球供应链相比，本地欧洲生物基PET供应链在环境表现方面显著更优。
• 在生物基TPA生产中使用可再生能源（如比利时、德国、法国的电力）比使用煤电更能有效降低温室气体排放，凸显清洁能源整合的重要性。
• 全球敏感性分析（GSA）识别出甜菜种植中的施肥实践以及甘蔗糖蜜生产中的分配方法为影响环境影响不确定性的关键参数。
• 集成的LCA-GSA框架能有效识别热点和关键改进杠杆，支持在早期阶段开展数据驱动的决策，以提升生物基PET供应链的可持续性。