分布式生物质热解装备在庭院废弃物资源化利用中的创新设计及成型炭性能优化研究

针对庭院废弃物利用率低、传统处理方式污染严重等问题，研究人员开发了具有生物焦油回收和余热利用功能的分布式热解装备，通过复合粘结剂（HPMC:生物焦油=3:1）制备成型炭，其高热值（MWC 25.47 MJ/kg，MBC 25.88 MJ/kg）和机械强度（MWC 172.25 N/cm）满足工业需求，经济分析显示最低售价861.96 USD/t，为废弃物增值利用提供新方案。

　　

随着城市化进程加速，我国每年产生数千万吨庭院废弃物（yard wastes），包括竹木残枝等，但利用率不足5%。传统焚烧或填埋不仅造成环境污染，堆肥处理还会产生渗滤液和氯化芳香化合物，耗时长达90-210天。如何实现这类低密度（64-96 kg/m³）、季节性产出的废弃物高效转化，成为亟待解决的难题。

国际竹藤中心（International Centre for Bamboo and Rattan）的研究团队在《Renewable Energy》发表研究，设计出新型分布式热解装备，通过双热解室结构（7500×2400×2600 mm）实现生物焦油（bio-tar）回收和余热利用，在400°C、2.5°C/min升温速率下热解30分钟，竹炭和木炭产率分别达36.37%和34.20%。创新性采用羟丙基甲基纤维素（HPMC）与生物焦油3:1复合粘结剂，使成型木炭（MWC）和竹炭（MBC）的发热量（HHV）分别达25.47 MJ/kg和25.88 MJ/kg，抗压强度超140 N/cm，媲美低阶煤。经济分析显示成型炭最低售价861.96 USD/t，利润5.14 USD/t，为分布式处理模式商业化提供科学依据。

关键技术包括：1）双热解室设计提升处理量至单次0.6t；2）Y型燃烧喷嘴优化热效率；3）冷凝系统回收生物焦油替代25%粘结剂；4）基于北京永定河休闲森林公园的竹木废弃物样本开展理化分析；5）采用折现现金流法评估经济效益。

【Set-up and operation of equipment】
装备创新性采用循环水冷系统与双热解室联动设计（图1a），通过管道切换实现热解气（pyrolysis gas）高效利用。相比传统砖窑，该设备将产率从8-12%提升至34%以上，且配备烟气处理系统避免CO/CH₄直接排放。

【Conclusion】
研究证实生物焦油可有效替代部分HPMC粘结剂，MWC抗压强度达172.25 N/cm。尽管MWC与MBC燃烧曲线相似，但MBC灰熔特性更优。消耗品支出、人工成本和原料成本是影响最低售价的主要因素。

该研究首次构建了"分布式热解-焦油回收-成型炭制备"的全链条技术方案，其装备便携性（可移动部署）与产品高附加值（成型炭利润空间）的组合模式，为庭院废弃物资源化提供了可复制的商业范式。尤其针对我国城乡绿地每年2.45-3.74×10⁷吨废弃物的处理困境，该技术既能规避集中式工厂的运输成本，又能通过成型炭产品打入工业燃料市场，具有显著的环保与经济双重效益。