近日，我校生物質工程研究院生物質能源團隊謝君教授、余強研究員在城市有機固廢（園林綠化廢棄物、餐廚垃圾）低碳處置和能源化利用方面取得新研究進展。兩項研究成果發(fā)表在國際知名學術期刊上，相關成果同時申請發(fā)明專利多項。
近年來，隨著我國經濟的快速發(fā)展和城市化進程的加速，城市有機固廢的產生量顯著增加。其中餐廚垃圾和園林廢棄物是城市有機固廢的典型代表，其科學處置利用逐漸成為無廢社會建設和美麗中國建設的重點之一。有機固廢富含C、H、O、N、P等元素，具有“二重性”，如果處理不當是潛在的環(huán)境污染源，處理得當則是潛在的能源和資源。將有機固廢轉化為生物質能源不僅可以避免環(huán)境問題產生，還可以實現有機固廢的資源化、能源化、高值化利用。為此，陳勇院士提出了“開發(fā)城鄉(xiāng)礦山，建設無廢社會”的理念。
園林綠化廢棄物（簡稱綠廢）是第二大城市有機固廢。將綠廢用于厭氧消化生產沼氣是一種低碳的處置方法。然而，當前使用綠廢作為主要原料的沼氣工程面臨著原材料供應波動、發(fā)酵效率低以及沼液處理困難等挑戰(zhàn)。團隊提出了沼液循環(huán)回用強化綠化廢棄物厭氧消化的技術路線，探討了在綠廢保存和預處理階段回用沼液對原料組分和后續(xù)厭氧性能的影響。通過添加沼液進行青貯實現了可持續(xù)的綠廢原料供應，避免了季節(jié)性產量波動的影響。經過3個月和6個月后的青貯后，與對照組相比，添加滅菌沼液青貯的處理組產甲烷潛力分別增加了10.17%和14.65%。在預處理過程中回用沼液可以提高綠廢水解和產甲烷速率。使用沼液代替水作為水熱預處理反應介質，綠廢和青貯綠廢的產甲烷潛力分別提高了62.40%和47.46%。通過將沼液循環(huán)回用，控制和管理沼液的營養(yǎng)物質釋放，解決了沼液消納困難、污染環(huán)境的問題。同時基于該技術，對廣州市園林綠化廢棄物處置的調配策略和碳減排效益進行了簡短分析。該研究對解決綠化廢棄物處置難題、改善能源結構、促進循環(huán)經濟發(fā)展具有一定的啟發(fā)意義。此研究成果發(fā)表在Chemical Engineering Journal (工程技術1區(qū)，Top，影響因子13.4)上，題目為“Low carbon disposal of urban green waste through biogas slurry recycling for preservation and pretreatment”，文章第一作者為博士生鄒金拓，通訊作者為余強研究員和謝君教授。
研究團隊還提出了利用水熱炭增強餐廚垃圾厭氧消化的強化技術，研究了其作用機制。通過在180-260℃下將沼液與甘蔗葉、纖維素乙醇廢渣、餐廚垃圾沼渣共水熱炭化，生產了15種類型的水熱炭，然后將水熱炭投加至餐廚垃圾厭氧消化系統中強化沼氣生產。以甘蔗葉為原料在180℃制備的水熱炭表現出最佳的促進效果，甲烷產量達到461.59mL/gVS，比對照組高出13.69%。此外，還測試了不同劑量的水熱炭添加對餐廚垃圾中溫厭氧消化性能的影響。水熱炭劑量從5g/L增加至40g/L時，累積甲烷產量從379.68mL/gVS增加到543.26mL/gVS，與對照組相比累積甲烷產量提高了3.90-48.66%。研究發(fā)現水熱炭強化甲烷產量的主要因素是水熱炭自身降解，而次要因素是水熱炭維持了發(fā)酵系統穩(wěn)定性和富集了產生甲烷的微生物。能量分析和經濟評估表明，水熱炭化與厭氧消化相結合可以實現高能量輸出和經濟效益。該研究為提高餐廚垃圾厭氧消化的穩(wěn)定性和甲烷產量提供了參考和建議。此研究成果發(fā)表在Industrial Crops and Products (農林科學1區(qū)，Top，影響因子5.6)上，題目為“Effect of hydrochar from biogas slurry co-hydrothermal carbonization with biomass on anaerobic digestion performance of food waste”，文章第一作者為博士生徐孫強，通訊作者為謝君教授和余強研究員。
生物質工程研究院生物質能源團隊聚焦國家、粵港澳大灣區(qū)和廣東省重大戰(zhàn)略需求，在纖維素乙醇、厭氧發(fā)酵、制氫產醇等重點領域，取得了系列研究成果，對相關產業(yè)的技術進步起到了推動作用。以上研究得到了國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金、廣東省基礎與應用基礎研究基金等項目的支持。
相關論文鏈接：
https://doi.org/10.1016/j.cej.2025.159204
https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2024.119361
文圖/生物質工程研究院
