生物质厌氧发酵-气化耦合处置过程模拟与碳效益评估
葛亚东1
袁壮1
张睿1
王智1
颜蓓蓓1
陶俊宇2
陈冠益2
1.天津大学 环境科学与工程学院,天津 3000722.天津商业大学 机械工程学院,天津 300133
摘要：厌氧发酵-气化耦合技术作为一种新型生物质高效转化路径,可显著提升生物质处置与转化效率,在实现"双碳"目标的背景下具有广阔的应用前景.借助机器学习方法,将传统厌氧发酵模型与气化过程模型有机融合,构建了生物质厌氧发酵-气化耦合过程的动态模拟体系,系统揭示了从厌氧发酵至气化全流程中关键产物的动态演变规律.模拟与试验验证结果表明:该耦合模型对气化阶段主要气体产物(包括H2、CO、CH4、CO2)浓度预测的平均精度达到 91.3%,相较于传统单一气化模型预测精度提高了 12.5%,显示出优异的泛化与预测能力.在厌氧发酵初期阶段(0～6 d),发酵系统表现出较高的产甲烷活性,挥发性脂肪酸快速降解,累计甲烷产量快速上升至 136.4 mL/g,为发酵系统主要产甲烷阶段.随着发酵进行,沼渣的理化性质发生明显变化:C、O元素在沼渣中的质量分数呈整体下降趋势,C元素的质量分数从初始 34.14%降至 29.11%,O元素的质量分数由 30.05%降至 20.10%,反映出有机组分分解并向CO2 和CH4 转化的规律.N元素的质量分数从 2.15%上升至 2.57%,主要归因于含碳组分的降解导致相对富氮.在碳减排效益评估方面,以单位生物质输入所产生的CO2 排放当量为指标,其随发酵时间的增加呈先升后降趋势.当厌氧发酵进行至第 3 d时,耦合系统CO2 排放当量值达到最高(0.069 4 gCO2eq),说明该时间点系统碳减排性能最优.研究为生物质原料梯级利用技术的工程化应用提供了关键理论支撑.
关键词：厌氧发酵气化机器学习碳减排沼渣
分类号：TK6(生物能及其利用)
资助基金：天津市重点研发计划资助项目(24YFXTHZ00130)国家资助博士后研究人员计划资助项目(GZB20240522)
论文发表日期：2025-09-30
在线出版日期：2025-10-22（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：9( 122-130 )
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