一种基于秸秆的生物乙醇生命周期评价方法及系统

本发明涉及生物乙醇生命周期评价，具体为一种基于秸秆的生物乙醇生命周期评价方法及系统。

背景技术：

1、近年来，随着全球能源危机和环境保护意识的加强，生物乙醇作为一种可再生能源，受到了广泛关注，特别是以农业废弃物如秸秆为原料的生物乙醇，由于其对食物供应的影响较小，被认为是一种更加可持续的选择，在这一背景下，生物乙醇的生产技术不断发展，涵盖了原料的预处理、糖化、发酵和精馏等多个环节，此外，环境影响评估和生命周期分析成为衡量生物乙醇生产可持续性的重要工具，生命周期评价方法能够全面考量原料的收集、处理、转化以及最终产品的使用与处置过程中的能耗、环境影响和经济成本。

2、尽管目前的生物乙醇生产技术取得了显著进展，但仍存在一些关键的不足之处，首先，在原料的预处理和转化效率方面，许多现有方法无法充分利用秸秆中的纤维素和半纤维素，导致原料的利用率不高和转化效率有限，其次，现有的生物乙醇生产过程监控和优化手段还不够成熟，导致生产效率低下和产品质量波动，此外，生物乙醇生产的环境影响和生命周期评估往往缺乏全面性和系统性，难以有效指导生产流程的优化和决策，针对这些问题，本发明提出了一种基于秸秆的生物乙醇生命周期评价方法及系统，首先通过采集秸秆生物特征数据，建立了秸秆品质评估模型，从而优化原料的预处理和发酵过程，接着，通过对生物乙醇发酵过程的细致监测，建立了一个全面的生命周期评价体系，有效衡量了整个生产过程的能源效率、环境影响和经济成本，将秸秆原料的特性与生产过程紧密结合，实现了对生物乙醇生产流程的全面优化和持续改进，为生物乙醇产业的可持续发展提供了重要支撑。

技术实现思路

1、鉴于上述存在的问题，提出了本发明。

2、因此，本发明解决的技术问题是：现有的生物乙醇生命周期评价方法存在转化效率低，利用率低，质量低，以及如何对生物乙醇生产流程的全面优化和持续改进的问题。

3、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种基于秸秆的生物乙醇生命周期评价方法，包括采集秸秆生物特征数据，建立秸秆品质评估模型；基于秸秆品质对秸秆进行预处理，进行生物乙醇发酵；对生物乙醇发酵过程进行监测，通过生物乙醇参数建立生命周期评价体系，定期对生物乙醇生产流程进行更新优化。

4、作为本发明所述的基于秸秆的生物乙醇生命周期评价方法的一种优选方案，其中：所述采集秸秆生物特征数据包括秸秆成分分析数据、秸秆物理特性数据、秸秆生长环境数据、环境影响数据；秸秆成分分析数据包括纤维素、半纤维素含量以及木质素含量；秸秆物理特性数据包括秸秆的水分含量和秸秆的密度；秸秆生长环境数据包括土壤类型和质量、气候数据；环境影响数据包括温室气体排放和能源消耗。

5、作为本发明所述的基于秸秆的生物乙醇生命周期评价方法的一种优选方案，其中：所述建立秸秆品质评估模型包括基于采集的秸秆生物特征数据，建立秸秆品质评估模型，表示为：

6、

7、其中，h代表半纤维素含量，l代表木质素含量，w代表水分含量，p代表密度，e代表土壤类型，g代表气候条件，t代表温室气体排放量，q代表能源消耗量，参数α，β，γ，δ，ζ，η，κ，λ为秸秆品质调节参数，基于秸秆品质评估模型输出结果将秸秆品质分为不合格品质、合格品质以及高品质。

8、作为本发明所述的基于秸秆的生物乙醇生命周期评价方法的一种优选方案，其中：所述预处理包括基于秸秆品质对秸秆进行预处理，当秸秆品质评估模型输出结果大于0.75时，秸秆品质为高品质，高品质秸秆使用破碎设备和混合槽进行预处理后进入发酵流程。

9、当秸秆品质评估模型输出结果大于0.45小于等于0.75时，秸秆品质为合格品质，合格品质秸秆进行破碎和水分调节处理后进入发酵流程。

10、当秸秆品质评估模型输出结果大于0小于等于0.45时，秸秆品质为不合格品质，不合格品质秸秆使用酸或碱处理系统和压缩机，进行酸或碱预处理、热处理以及压缩后进入发酵流程。

11、预处理过程中对秸秆生物特征数据进行监测，使用自动化传感器和分析仪器定期检测环境条件和处理效率，秸秆品质随秸秆品质评估模型中的调节参数进行调整。

12、作为本发明所述的基于秸秆的生物乙醇生命周期评价方法的一种优选方案，其中：所述生物乙醇发酵包括将预处理的秸秆通过机械粉碎机粉进行粉碎，将秸秆中的纤维素和半纤维素转化为木糖，经过螺旋输送机到挤干机进行固液分离，得到木糖液和粗纤维素，将木糖液中的多糖分解为单糖，将酶解后的液体转移到发酵罐中，加入酵母，从发酵液中分离纯化生物乙醇，获取纤维素乙醇产品。

13、作为本发明所述的基于秸秆的生物乙醇生命周期评价方法的一种优选方案，其中：所述生命周期评价体系包括对生物乙醇发酵过程进行监测，通过生物乙醇参数建立生命周期评价体系，采集生物乙醇参数包括发酵过程参数、产物质量数据以及能耗和排放数据，建立生命周期评价体系表示为：

14、

15、其中，φ代表生命周期评价体系的综合评分，t代表发酵过程的总时间，l(t)代表时间t时木质素含量，w(t)代表时间t时水分含量，c(t)代表时间t时纤维素含量，h(t)代表时间t时半纤维素含量，p(t)代表时间t时密度，e(t)代表时间t时的土壤类型，g(t)代表时间t时的气候条件，q(t)代表时间t时的能源消耗量，ψ(e(t),g(t),q(t))为信息过滤函数。

16、作为本发明所述的基于秸秆的生物乙醇生命周期评价方法的一种优选方案，其中：所述定期对生物乙醇生产流程进行更新优化包括当综合评分大于0小于等于10时，生产流程为不达标，对原材料利用率、能源消耗以及环境影响对应数据进行调整，对生产设备进行定期评估和维护，若出现损坏则进行更换处理。

17、当综合评分大于10小于等于60时，生产流程为达标，对原材料利用率、能源消耗以及环境影响对应数据进行监测。

18、当综合评分大于60小于等于100时，生产流程为优良，对原材料利用率、能源消耗以及环境影响对应数据进行保存记录。

19、本发明的另外一个目的是提供一种基于秸秆的生物乙醇生命周期评价系统，其能通过基于秸秆品质对秸秆进行预处理，进行生物乙醇发酵，解决了目前的生物乙醇生命周期评价含有转化效率低的问题。

20、作为本发明所述的基于秸秆的生物乙醇生命周期评价系统的一种优选方案，其中：包括品质评估模块，生物乙醇发酵模块，生命周期评价模块；所述品质评估模块用于采集秸秆成分分析数据、秸秆物理特性数据、秸秆生长环境数据、环境影响数据，建立秸秆品质评估模型；所述生物乙醇发酵模块用于基于秸秆品质对秸秆进行预处理，进行生物乙醇发酵；所述生命周期评价模块用于对生物乙醇发酵过程进行监测，通过生物乙醇参数建立生命周期评价体系，定期对生物乙醇生产流程进行更新优化。

21、一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序是实现基于秸秆的生物乙醇生命周期评价方法的步骤。

22、一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现基于秸秆的生物乙醇生命周期评价方法的步骤。

23、本发明的有益效果：本发明提供的基于秸秆的生物乙醇生命周期评价方法通过建立秸秆品质评估模型确保了原料的可持续性和环境友好性，提升了原料利用效率，减少浪费，同时提高最终生物乙醇产品的质量和可靠性；通过基于秸秆品质对秸秆进行预处理，进行生物乙醇发酵，秸秆被分类为不同的品质等级，并采用相应的预处理方法，提高了原料的转化效率，还降低了生产成本和环境影响，确保了生物乙醇生产的经济和环境可持续性；通过生物乙醇参数建立生命周期评价体系，定期对生物乙醇生产流程进行更新优化，提高了生产效率，还减少了环境污染，保证了生产工艺的现代化和高效性，本发明在利用效率、生产成本以及生产效率方面都取得更加良好的效果。