《Journal of Cleaner Production》：Life cycle assessment of coir geotextiles for sustainable infrastructure applications
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椰纤维地布全生命周期评估显示其全球变暖排放较合成材料低34%-40%，制造阶段（尤其是织造环节）贡献75%以上的环境影响，主要源于化石能源电力。采用水电等可再生能源可降低10%-50%的环境负担，不同产区的生态影响差异显著。研究支持SDGs 7、9、12、13，证实椰纤维地布作为热带地区生态修复材料的潜力。
Krishnashree Achuthan|Vysakh Kani Kolil|S.U. Parvathy|Narayanan R. Nambiar|Vivek Prasad Shaw
印度喀拉拉邦科拉姆阿姆里塔维什瓦大学工程学院，邮编690525
摘要 近年来，对可持续基础设施材料的需求激增，这促使人们更加关注基于天然纤维的土工织物作为合成材料的替代品。本研究使用SimaPro v. 9.3.03软件，结合Ecoinvent 3.7.1数据库中的库存数据以及来自印度椰壳纤维制造设施的一手资料，通过生命周期评估（LCA）方法，评估了椰壳土工织物的环境性能。研究目的是量化1公斤编织椰壳土工织物（密度为700克/平方米）的环境影响，并将其与合成土工织物进行比较，重点关注18个环境影响类别。结果表明，制造阶段，尤其是编织过程，是环境影响的主要来源，约占全球变暖影响的75%（1.64E千克二氧化碳当量中的1.17E?01千克二氧化碳当量），这一影响主要由化石燃料发电造成。敏感性分析显示，电力供应的±5%变化会显著影响化石资源的稀缺性和全球变暖程度。情景分析表明，可再生能源，尤其是水力发电，可以将环境影响降低10%至50%。对三大椰子生产国的比较分析显示，各国的环境影响特征各不相同：印度尼西亚由于椰子种植资源密集型产业的影响较大；印度的环境影响主要来自其制造过程；而菲律宾则因使用可再生能源而表现出更为平衡的环境影响。与合成土工织物相比，椰壳土工织物在减少全球变暖（约34%–40%）和降低毒性负担方面具有优势，这主要归功于其可生物降解性，从而避免了能源密集型的处理过程。这些发现表明椰壳土工织物符合可持续发展目标（SDGs）7、9、12和13，凸显了它们作为热带地区生态友好型材料在侵蚀控制和坡地稳定方面的潜力。
引言 全球基础设施的迅速扩张，特别是在新兴经济体中，对可持续工程实践的需求前所未有（Achuthan和Khobragade，2025年）。随着对气候变化和生物多样性下降的担忧加剧，这一趋势促使人们在土木工程和岩土工程领域重新评估材料选择（Kallis等人，2025年；Alizadeh等人，2024年）。随着实现联合国可持续发展目标（SDGs）的全球努力加强，人们越来越期望岩土工程领域能够开发出既技术先进又环境可持续和社会公平的解决方案（Thapa等人，2025年；MC等人，2025年；Kolil等人，2026年）。此类干预的关键领域在于提高地面稳定性和管理地表水动态的应用，尤其是在容易发生土壤退化、大规模移动和水文压力的地区（Amarasinghe等人，2024年；Alcántara-Ayala，2025年）。
土工织物是一种工程化的透气织物，用于过滤、分离、排水、加固和侵蚀控制，在道路建设、堤坝支撑、海岸保护等多种土木工程应用中不可或缺（Fan等人，2025年；Kumar和Das，2018年；Chatrabhuj，2024年）。合成土工织物主要由聚丙烯（PP）、聚乙烯（PE）和聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）等化石衍生聚合物制成，因其耐用性和机械性能而长期主导市场（Tiwari等人，2021年）。然而，这些优势带来了显著的环境代价。从生产到处置的整个生命周期中，合成土工织物会导致大量温室气体排放和塑料污染，尤其是在缺乏完善废物管理基础设施的地区。全球估计显示，特别是在低收入和中等收入国家，大量塑料废物被不当处理，导致环境污染、微塑料积累和公共卫生风险（Yannick Ngaba等人，2025年；Stevenson等人，2025年）。
鉴于这些问题，基于天然植物纤维的土工织物作为可持续替代品正受到关注（Morsy等人，2025年）。椰壳是其中的一个典型例子，这种纤维材料从椰壳中提取。椰壳可生物降解，在热带地区资源丰富，非常适合用于坡地加固、土壤稳定和水资源管理等岩土工程功能（Kampeerapappun等人，2025年；Guo等人，2025b年；Camilli等人，2025年）。
科学进步进一步增强了基于椰壳的土工织物的可行性。例如，研究表明，用腰果壳液（CNSL）这种植物衍生树脂处理椰壳纤维可以显著提高其抗微生物降解能力并延长使用寿命。Sumi等人（2016年）报告称，经过CNSL处理的椰壳土工织物在土壤环境中暴露240天后仍保持76%的拉伸强度，而未经处理的样本仅保持19%。Sumi等人（2018年）进一步证明了CNSL改性在各种物理、化学和生物应力条件下的有效性。这些发现强调了天然土工织物在通过生物基处理后能够达到或超越合成材料性能指标的潜力。
尽管兴趣日益浓厚且结果令人鼓舞，但椰壳土工织物的环境性能尚未在全球范围内得到全面评估。生命周期评估（LCA）是一种标准化框架，可用于详细评估从原材料提取到最终处置整个过程中的环境影响（Chavez等人，2025年）。通过这一框架，可以识别出加工、分配和部署等各个阶段的环境“热点”，从而指导更有效的减排和资源利用优化措施（Hosamo等人，2024年）。
这项分析对于参与椰壳价值链的生产国和消费国都具有重要意义。虽然生产主要集中在南亚和东南亚，但对可持续基础设施材料的需求是全球性的。此外，椰壳加工的分散化以及许多制造区域对化石燃料电力的依赖，为符合国际气候目标带来了复杂的挑战和机遇（Bhatia和Smith，2022年；Bordoloi和Bordoloi，2020年）。
累积能源需求（CED）涵盖了整个生命周期阶段的直接和间接能源投入，为评估椰壳土工织物的能源使用提供了全面的指标。这种方法有助于与合成材料进行严格比较，特别是在评估能源强度和整体资源效率方面（Borda等人，2024年；Zhao等人，2025年）。探索其他能源方案在椰壳生产过程中的潜在作用也为将这种材料与碳中和基础设施路径对齐提供了新的可能性，以支持印度的2070年净零排放目标（Lakhouit等人，2025年）。
为了确保研究结果的可靠性和适用性，通过敏感性和不确定性分析来检验环境结果。敏感性分析有助于识别影响环境结果的最关键变量，从而指导数据改进和方法论透明度的工作（Chen等人，2024年；Singh等人，2024年）。同时，不确定性分析解决了生命周期清单和影响评估阶段中的固有变异性和数据限制。蒙特卡洛模拟是一种广泛采用的概率方法，用于在模型中传播这些不确定性，提供可能结果的统计分布（Motevalli等人，2024年）。这种综合方法确保了结果解释考虑到了数据变异性和模型假设，从而增强了生命周期评估结论的可靠性。
本研究通过生命周期可持续性的视角，对椰壳土工织物进行了严格评估，为可持续材料工程做出了全球性贡献。通过探讨排放、能源使用和可再生能源整合潜力，本研究回答了以下研究问题：
RQ1： 椰壳土工织物在其整个生命周期中的环境影响是什么？制造链中的哪些阶段对这些影响贡献最大？
RQ2： 椰壳土工织物的可生物降解性如何影响其可持续性表现，尤其是在生命周期结束时的情况与合成材料相比？
RQ3： 椰壳土工织物的环境影响是否因地理差异而有所不同？
RQ4： 采用可再生能源系统和改进制造工艺能在多大程度上减轻与椰壳土工织物生产相关的环境负担？
RQ5： 椰壳土工织物在整个生命周期内的总体环境影响与合成材料相比如何？
RQ6： 使用椰壳土工织物最直接支持哪些可持续发展目标（SDGs），这些贡献是通过哪些机制实现的？
通过将分析建立在工程性能和环境责任的基础上，本研究旨在推动向低影响、基于自然的基础设施材料的转变，特别是在生态恢复和侵蚀控制紧迫的热带地区。
方法论 生命周期评估（LCA）是一种成熟且全面的工具，用于识别和量化产品、服务或技术从原材料提取到处置整个生命周期的环境影响（Paul等人，2024年；Parvathy等人，2025b年）。该评估分为四个阶段：目标和范围定义、清单分析、影响评估和解释，遵循ISO 14040和ISO 14044标准进行（
ISO 2006 ）。此外，还使用了SimaPro软件（版本……）。
基线环境影响 1公斤编织椰壳土工织物生命周期的基线影响见图2。基线情景假设制造阶段使用传统的电力组合。制造阶段是大多数环境影响类别（如全球变暖、人类致癌毒性、水消耗和富营养化）的主要贡献者。
结论 本研究的结果对从事可持续材料、农村发展和气候适应性基础设施工作的实践者和政策制定者具有重要意义。椰壳土工织物作为一种可再生且可生物降解的资源，正逐渐被视为合成土工织物的环保替代品。然而，研究表明，其实际的环境可持续性在很大程度上取决于地区因素。
结论 生命周期评估表明，椰壳土工织物是一种可持续的合成材料替代品，在整个生命周期内可减少34%–40%的全球变暖影响和降低毒性负担。制造阶段，尤其是编织过程，是主要的环境影响来源，由于依赖化石燃料发电，贡献了约75%的全球变暖影响。然而，情景分析显示，整合可再生能源（如……）可以进一步改善这一状况。
局限性与未来研究 本研究的数据主要来自亚洲国家，因此结果可能不适用于环境条件、能源来源和原材料供应不同的其他地区。此外，先进经济体的土工织物制造工艺可能因使用更先进的机械和技术而存在显著差异。因此，在不同地理背景下进行类似研究将具有重要的参考价值。
作者贡献声明 Krishnashree Achuthan： 撰写——审稿与编辑、初稿撰写、调查、概念构思。Vysakh Kani Kolil： 撰写——审稿与编辑、初稿撰写、项目管理、方法论、概念构思。S.U. Parvathy： 初稿撰写、调查。Narayanan R. Nambiar： 可视化、方法论、调查。Vivek Prasad Shaw： 撰写——审稿与编辑。
利益冲突声明 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 作者感谢印度阿姆里塔维什瓦大学 在本研究过程中提供的支持。
