近日，我校工学院2020级化学工程与工艺专业林彭慕森在中科院一区Top期刊Energy（IF=9）以第一作者身份发表了题为“Life cycle assessment of bio-oil prepared from low-temperature hydrothermal oxide-catalyzed cotton stalk”的研究论文（DOI: 10.1016/j.energy.2023.128554）。论文第一通讯作者为化工与环境系张立波副教授。本研究工作获得了新疆维吾尔自治区自然科学基金 (2022D01F60, 2021D01B120)，新疆维吾尔自治区天山英才 (2022TSYCJC0001)等项目资助。

  文章以典型氧化物（Al₂O₃, CeO₂, MgO, SiO₂, TiO₂及ZnO）作催化剂，建立了包含粉碎等预处理过程的棉秆低温（220°C）水热转化工艺，并以实验室规模数据为基础进行放大估算，以1kg生物油产品作为功能单位，进行了涉及十六个环境影响类别的生命周期评估。

图2  棉秆低温水热转化工艺流程及其生命周期边界

研究的评估边界包含从棉秆种植，到作为终产物的生物油与副产物的生物炭被最终利用的全过程（图2），计算并比较了不同氧化物催化剂在低温棉秆水热生物油制备工艺中的环境影响结果（图3-A），且额外比较了全流程各阶段（图3-B）、各投入流产生的影响大小，定量分析得出环境影响较高的投入因素。如氧化铈参与工艺（67.729 kg CO₂e/kg生物油）生物油产率较高，但高催化剂合成消耗使其在相同产量下环境影响同样较高；以及在氧化硅参与工艺（60.001 kg CO₂e/kg生物油）中因产率较低、相同产量下投入较多的热能消耗。这为生物质低温转化工艺在实验室开发阶段的环境维度改进提供了参考。研究结果对实验规模工艺可持续性评估，及以氧化物基催化剂参与的、农林废弃生物质为原料的低温热转化工艺产业化发展具有重要意义。

图3  低温棉秆水热生物油生产系统环境影响。图中为归一化数据较高的八个环境影响类别的 (A)各催化剂参与工艺的总体比较   (B)以二氧化钛为催化剂的低温水热工艺的分阶段比较