《Journal of Cleaner Production》：The carbon footprint of Hydrotreated Vegetable Oil (HVO) production and consumption based on primary data
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HVO生物燃料在威尼斯和杰拉生物炼厂的碳足迹研究，采用过程导向LCA方法，分析四种原料（UCO、POME、动物脂肪、蓖麻油）的供应、加工及运输全链条。结果显示威尼斯HVO碳足迹10.6–17.9 g CO?eq/MJ，杰拉15.2–22.2 g CO?eq/MJ，平均应用场景下减排达75%。未来通过低碳氢技术可进一步提升减排效果。
Davide Bonalumi | Mehrshad Kolahchian Tabrizi | Jacopo Famiglietti | Letizia Bua | Giammarco Gioco
能源部，米兰理工大学，意大利米兰
摘要
根据欧盟提出的《欧洲绿色协议》，生物燃料被视为减少交通运输部门二氧化碳当量排放的潜在解决方案之一。氢化处理植物油（HVO）是一种化学性质与化石柴油相似的生物燃料，可以用于现有的柴油内燃机车辆，已有商业化的产品例如HVOlution?。基于原始数据的大规模HVO炼油厂生命周期评估（LCA）研究较为罕见。本文利用Enilive提供的原始数据，分析了意大利威尼斯和杰拉两家生物炼油厂HVO生产的碳足迹及其在欧洲地区的应用情况。分析采用了基于过程的生命周期评估（LCA）方法。HVO生产的原料包括食用油废油（UCO）、棕榈油厂废水（POME）、动物脂肪和蓖麻油。威尼斯和杰拉炼油厂生产的HVO碳足迹分别为10.6–17.9克二氧化碳当量/兆焦（g CO? eq./MJ），其中棕榈油厂废水和蓖麻油途径的碳足迹范围较低和较高。在平均情景下，HVO在法国、意大利和荷兰销售的生命周期碳足迹为20.2至21.9克二氧化碳当量/兆焦（34.4至37.3克二氧化碳当量/公里）。这与商业柴油相比减少了75%，凸显了HVO在推动交通运输部门脱碳方面的巨大潜力。随着未来技术的发展和低碳氢的使用，碳足迹的进一步降低成为可能。
引言
根据《欧洲绿色协议》，欧盟承诺到2050年将交通运输部门的二氧化碳当量排放量比1990年减少90%（欧盟委员会，2024年）。生物燃料是一类可再生燃料，有助于减少交通运输部门的温室气体（GHG）排放（国际能源署，2024年）。在生物燃料中，氢化处理植物油（HVO）是一种化学性质与化石柴油相似的可再生柴油，可用于现有的柴油内燃机车辆，已有商业化产品如HVOlution?。2023年，美国、欧盟和中国的HVO产量分别为110亿升、40亿升和14亿升，较2014年的产量增长了近五倍（世界生物能源协会，2024年）。
HVO是通过植物油和动物脂肪的氢化反应获得的（Pinto等人，2023年），由于其可再生特性，可以降低交通运输部门的温室气体排放（Kuronen等人，2007年）。然而，HVO的生产必须满足某些标准才能被视为可持续燃料。生命周期评估（LCA）是一种定量工具，可以揭示产品和服务（包括替代燃料的生产）的环境影响。在相关文献中，一些研究者研究了同时使用原油、大豆油或食用油废油（UCO）的HVO生产系统。Garraín等人（2014年）计算出含有8–13% HVO的生物-化石混合物的碳足迹约为12克二氧化碳当量/兆焦，而含硫量低于10 ppm的柴油碳足迹为11.55克二氧化碳当量/兆焦。当大豆油作为唯一原料时，HVO的碳足迹约为24克二氧化碳当量/兆焦（Li等人，2023年），根据《可再生能源指令》（RED II，欧盟委员会，2018年）的估计，这一数值可上升至42–46克二氧化碳当量/兆焦。Kourkoumpas等人（2024年）利用改装石油炼油厂的原始数据和食用油废油预处理的相关数据，报告了与传统柴油共生产的HVO柴油的全球温控潜能值（GWP）为28.5克二氧化碳当量/兆焦。
对于仅使用生物基原料的配置，Arvidsson等人（2011年）基于试点规模工厂的原始数据和文献中的二手数据，对油菜籽油、棕榈油和麻风树油制成的HVO柴油进行了LCA分析。Roque等人（2023年）基于巴西的种植、植物油生产和HVO柴油消费数据，以及芬兰的HVO柴油生产阶段，对棕榈油和大豆油制成的HVO柴油进行了LCA分析。他们发现，棕榈油基HVO的碳足迹比EN 590化石柴油降低了75%，而大豆油基产品的碳足迹仅降低了30%。Karlsson Potter等人（2023年）估计了瑞典谷物轮作中使用的Camelina油制成的HVO柴油的GWP为27克二氧化碳当量/兆焦。研究表明，碳足迹的变化范围（相对于文献中的平均值）介于-60%到+100%之间，这取决于所使用数据的质量（即原始数据或二手数据），以及其他因素，如（i）所使用的背景数据库、（ii）系统模型、（iii）多功能性方法等。
据作者所知，基于大规模炼油厂原始数据的HVO柴油LCA研究较为少见。与现有文献相比，本研究的创新贡献包括：
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基于HVO行业主要企业的运营数据（而非试点规模或模拟结果）进行LCA分析。
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原始数据不仅涵盖了HVO生产阶段，还包括整个供应链，包括原料生产、加工、收集和供应，以及HVO的分配和在乘用车柴油中的使用。
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提供了关于蓖麻油作为原料的HVO生产碳足迹的信息，这在文献中较少涉及。
具体而言，本研究涵盖了从食用油废油（UCO）、棕榈油厂废水（POME）、动物脂肪和蓖麻油制成的HVO的整个生命周期。在平均情景下，所生产的HVO在三个欧洲国家进行分配和使用，并将其碳足迹与商业柴油进行了比较。
方法部分
方法
本节简要描述了：（i）原料准备、（ii）HVO生产过程，以及（iii）本研究中采用的生命周期评估（LCA）方法的详细信息。
结果与讨论
本节报告了研究结果，包括：（i）威尼斯和杰拉炼油厂使用四种原料生产的HVO柴油的气候影响；（ii）HVO柴油与商业柴油在普通内燃机车辆（ICEV）中的碳足迹比较；（iii）数据质量评估。
敏感性分析
本节提供了使用蒙特卡洛方法进行的逐一敏感性分析（OAT）和不确定性评估的结果。
结论
本研究采用生命周期评估（LCA）方法，在“从摇篮到车轮”（Well-to-Wheel）系统边界内，基于Enilive威尼斯和杰拉生物炼油厂的原始数据，报告了从食用油废油（UCO）、棕榈油厂废水（POME）、动物脂肪和蓖麻油生产的HVO柴油的生命周期碳足迹。主要发现如下：
CRediT作者贡献声明
Davide Bonalumi：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、监督、软件使用、资源管理、方法论设计、数据收集与整理、概念构建。
Mehrshad Kolahchian Tabrizi：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、软件使用、方法论设计、数据收集与整理、概念构建。
Jacopo Famiglietti：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、软件使用、方法论设计、数据收集与整理、概念构建。
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。
