（重新）审视可持续性阈值：对于（生物）化学过程来说，1克/升的产品浓度是否足够？

《ChemSusChem》：(Re)visiting the Sustainability Thresholds: Are Product Titers of 1?g?L?1 Enough for (Bio)chemical Processes?

本文提出基于产品浓度的全球变暖潜力（GWP）估算方法，分析能源消耗及废水、溶剂处理产生的CO2排放。评估显示，当产品浓度约1 g/L且回收率95%时，GWP超过100 kg CO2/kg产品。通过过程强化（如提高浓度至20 g/L、优化回收系统）可将GWP降至约10 kg CO2/kg产品，对低成熟度生物催化工艺的可持续发展具有重要指导意义。

　　

摘要

在之前的研究中，人们提出了利用底物负荷和转化率来估算（生物）催化反应的全球变暖潜能（GWP，单位为 kg CO₂?kg 产物^?1）的方程式。这种方法适用于质量比（底物与产物）相似的反应。对于质量比发生变化的过程，或者对于发酵过程（其中底物与产物的关系难以确定），使用产物滴度的 GWP 方程式更为直接。本文介绍了基于产物滴度的 GWP 方程式，用于估算来自能源转化（上游和下游）以及废物处理（即废水和溶剂）过程中释放的 CO₂。通过这些方程式可以讨论：当产物滴度为 1?g?L^?1 的水相（生物）转化过程以及下游的萃取过程是否具有可持续性。如果不回收废水和溶剂，每生产 1 千克产物将产生超过 6000?kg CO₂?kg 产物的排放；因为需要大量的水介质（1000?L）和溶剂（1000–3000?L）。即使溶剂和废水几乎完全被回收（95%），仍然会产生超过 100?kg CO₂?kg 产物的排放。为了改善环境状况，必须采用更高效的系统，降低稀释程度。通过将产物滴度设定为约 20?g?L^?1 并结合高效的回收循环（95%）以及温和的废水处理方法，可以将总体 GWP 降低到约 10?kg CO₂?kg 产物^?1。在开发初期进行 GWP 估算有助于改进那些技术成熟度较低（TRL 低）的过程。

图形摘要

测量数据对于了解过程情况至关重要！通常描述的过程具有约 1?g?L^?1 的产物滴度。本文推导出了基于产物滴度估算全球变暖潜能（kgCO₂?kg 产物^?1）的方程式，通过这些方程式可以评估能源利用和废物处理对环境的影响，并据此提出改进措施...

利益冲突

作者声明不存在利益冲突。