近日，我校能源與安全工程學(xué)院劉漢橋教授聯(lián)合天津商業(yè)大學(xué)陳冠益教授在城市固廢資源化與減污降碳領(lǐng)域取得重要進(jìn)展。相關(guān)成果于2025年10月以Article形式發(fā)表于《Nature》旗下期刊Communications Earth & Environment，題目為“Strengthening pollutant control and resource recovery can enhance sustainable waste incineration in China”。

論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s43247-025-02859-0

作者介紹

第一作者 /韓千龍 碩士研究生（天津城建大學(xué)）

韓千龍，天津城建大學(xué)能源與安全工程學(xué)院碩士研究生，2023年在我校能源與動(dòng)力工程專(zhuān)業(yè)畢業(yè)后，以?xún)?yōu)異成績(jī)考取本校研究生，跟隨劉漢橋教授攻讀碩士學(xué)位，主要從事固廢處置及資源化的生命周期評(píng)價(jià)研究。兩年來(lái)，以第一作者身份在Nature Communications Earth & Environment、Energy Conversion and Management、Sustainable Production and Consumption及ACS Sustainable Chemistry & Engineering等期刊發(fā)表SCI論文6篇，其中一區(qū)5篇。連續(xù)兩年獲研究生國(guó)家獎(jiǎng)學(xué)金。作為項(xiàng)目負(fù)責(zé)人，帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)在能源學(xué)院首次斬獲“挑戰(zhàn)杯”天津市大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽金獎(jiǎng)，獲得全國(guó)節(jié)能減排大賽三等獎(jiǎng)以及天津市優(yōu)秀學(xué)生干部等榮譽(yù)。

通訊作者 /劉漢橋教授 天津城建大學(xué)

陳冠益教授 天津商業(yè)大學(xué)、天津大學(xué)

第一單位 /天津城建大學(xué)能源與安全工程學(xué)院

據(jù)悉，隨著我國(guó)“雙碳”目標(biāo)和“無(wú)廢城市”政策的持續(xù)推進(jìn)，劉漢橋教授課題組的研究生們近5年來(lái)圍繞垃圾焚燒、焚燒飛灰、市政污泥、生物質(zhì)以及工業(yè)固廢等領(lǐng)域展開(kāi)深入研究，已在Nature Communications Earth & Environment、Waste Management、Energy、Bioresource Technology、Energy Conversion and Management、International Journal of Hydrogen Energy、ACS Sustainable Chemistry & Engineering、Sustainable Production and Consumption等期刊發(fā)表高水平學(xué)術(shù)論文28篇，其中SCI收錄1區(qū)22篇；同時(shí)，課題組的學(xué)生近 5 年先后有7人次獲得研究生國(guó)家獎(jiǎng)學(xué)金（其中2人連續(xù)2年獲得）。2022年—2025年，7名研究生分別到清華大學(xué)、東北大學(xué)、北京工業(yè)大學(xué)、海南大學(xué)、荷蘭格羅寧根大學(xué)、天津大學(xué)、太原理工大學(xué)攻讀博士學(xué)位，其中2名研究生在博士階段還以第一作者身份在Nature子刊發(fā)表論文。

內(nèi)容介紹

隨著我國(guó)“碳達(dá)峰、碳中和”戰(zhàn)略向縱深推進(jìn)，“無(wú)廢城市”建設(shè)作為固廢治理的核心抓手，正推動(dòng)城市生態(tài)系統(tǒng)從“末端處置”向“循環(huán)利用”轉(zhuǎn)型。垃圾焚燒因減量化徹底、能源回收效率高，成為城市生活垃圾處理的主流路徑，但其發(fā)展仍面臨多重現(xiàn)實(shí)困境：滲濾液處理存在“高能耗、難達(dá)標(biāo)”瓶頸，煙氣凈化需平衡“深度脫除”與“成本控制”，飛灰資源化受技術(shù)、市場(chǎng)限制；同時(shí)，部分焚燒廠(chǎng)因前期產(chǎn)能規(guī)劃與區(qū)域垃圾量不匹配、垃圾分類(lèi)后可燃垃圾占比變化等，出現(xiàn)“吃不飽”的產(chǎn)能閑置問(wèn)題。如何在保障環(huán)境安全的前提下，破解產(chǎn)能閑置難題、實(shí)現(xiàn)行業(yè)低碳轉(zhuǎn)型與經(jīng)濟(jì)可持續(xù)，凸顯了開(kāi)展全鏈條、系統(tǒng)性研究的迫切性與必要性。

圖1. 中國(guó)垃圾焚燒廠(chǎng)的空間分布和污染物控制技術(shù)現(xiàn)狀：

（a）全國(guó)不同規(guī)模焚燒廠(chǎng)的空間分布

（b）全國(guó)不同焚燒爐的應(yīng)用占比

（c）—（e）焚燒廠(chǎng)氣體、液體和固體廢物處理技術(shù)的應(yīng)用占比

該研究基于全國(guó)876座垃圾焚燒廠(chǎng)的真實(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)，首次對(duì)我國(guó)生活垃圾焚燒行業(yè)全鏈條下的各項(xiàng)處理環(huán)節(jié)進(jìn)行了環(huán)境與經(jīng)濟(jì)的綜合評(píng)估，并通過(guò)情景模擬揭示了區(qū)域污染物治理與資源化利用的協(xié)同增效潛力。

01數(shù)據(jù)體系突破

傳統(tǒng)垃圾焚燒研究多依賴(lài)統(tǒng)計(jì)年報(bào)或典型案例，難以揭示行業(yè)真實(shí)運(yùn)作特征。本研究首次采用自下而上的數(shù)據(jù)采集方法，系統(tǒng)匯總了全國(guó)876座垃圾焚燒廠(chǎng)的詳細(xì)運(yùn)行數(shù)據(jù)，涵蓋氣、液、固全環(huán)節(jié)處理工藝與焚燒負(fù)荷水平，構(gòu)建出目前分辨率最高的中國(guó)垃圾焚燒行業(yè)信息庫(kù)。這一高精度數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)了從“宏觀(guān)估算”向“工廠(chǎng)級(jí)實(shí)測(cè)”的跨越，為全國(guó)生活垃圾焚燒行業(yè)的全景評(píng)估奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

圖2. 中國(guó)省級(jí)垃圾焚燒行業(yè)污染物產(chǎn)生和碳排放現(xiàn)狀

（在副產(chǎn)品處理、能源使用和產(chǎn)出以及垃圾焚燒總量的省級(jí)碳核算中，紅色和綠色分別表示碳排放的正值和負(fù)值。其中，正值代表碳負(fù)擔(dān)，負(fù)值代表碳效益）

圖3. 中國(guó)省級(jí)垃圾焚燒行業(yè)的經(jīng)濟(jì)表現(xiàn)：

（a）各省垃圾焚燒廠(chǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行狀況

（b）省級(jí)垃圾焚燒行業(yè)的經(jīng)濟(jì)成本貢獻(xiàn)分析

（c）省級(jí)垃圾焚燒行業(yè)的經(jīng)濟(jì)收入貢獻(xiàn)分析，包括電力銷(xiāo)售收入、垃圾處理費(fèi)和底渣資源回收收入

圖4. 省級(jí)垃圾焚燒行業(yè)不同優(yōu)化策略下的碳減排潛力

02方法體系突破

在完整數(shù)據(jù)庫(kù)基礎(chǔ)上，研究團(tuán)隊(duì)運(yùn)用全生命周期評(píng)價(jià)（LCA）、動(dòng)態(tài)生命周期成本（LCC）與機(jī)器學(xué)習(xí)模型，對(duì)每座焚燒廠(chǎng)進(jìn)行了逐級(jí)計(jì)算與可視化分析。這一多模型融合框架不僅量化了焚燒行業(yè)在不同技術(shù)路徑下的碳排放與經(jīng)濟(jì)效益差異，還實(shí)現(xiàn)了全國(guó)尺度的空間分布可視化與關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)因素識(shí)別。結(jié)果顯示，2022年中國(guó)焚燒行業(yè)在實(shí)現(xiàn)廢棄物能源化的同時(shí)，已整體呈現(xiàn)碳負(fù)排放特征，年減排量約1850萬(wàn)噸CO?當(dāng)量，凸顯其在“減污降碳協(xié)同”中的基礎(chǔ)作用。

圖5. 2022—2035年國(guó)家/省級(jí)垃圾焚燒行業(yè)的碳減排潛力

基線(xiàn)：從2022年到2035年，垃圾焚燒行業(yè)遵循基于正常分類(lèi)情況下的預(yù)測(cè)增長(zhǎng)趨勢(shì)，沒(méi)有實(shí)施任何改進(jìn)策略

方案1：焚燒廠(chǎng)滲濾液處理、煙氣凈化和飛灰處理的技術(shù)升級(jí)，優(yōu)先選擇具有最佳環(huán)境和經(jīng)濟(jì)性能的技術(shù)

方案2：在技術(shù)轉(zhuǎn)讓的基礎(chǔ)上，對(duì)滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行的工廠(chǎng)采用污泥聯(lián)合焚燒策略，以最大限度地利用焚燒空負(fù)荷

圖6. 2022—2035年省級(jí)垃圾焚燒行業(yè)的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)潛力

情況1代表了廢物焚燒隨時(shí)間的正常增長(zhǎng)，沒(méi)有優(yōu)化策略。情況2代表了在各個(gè)方面采用最佳可用策略的正常增長(zhǎng)

03情景模擬突破

研究團(tuán)隊(duì)將垃圾分類(lèi)、技術(shù)升級(jí)與污泥協(xié)同焚燒等策略引入動(dòng)態(tài)時(shí)空模擬體系，構(gòu)建了一個(gè)能夠反映政策–技術(shù)–時(shí)序–空間多層互動(dòng)關(guān)系的綜合評(píng)估框架。這一模型突破了傳統(tǒng)靜態(tài)分析的局限，使未來(lái)不同省份垃圾焚燒行業(yè)的減碳與增收潛力評(píng)估更加真實(shí)可靠。結(jié)果表明，到2035年，在多策略協(xié)同實(shí)施下，全國(guó)焚燒行業(yè)可實(shí)現(xiàn)1.19億噸CO?當(dāng)量的碳負(fù)效益，經(jīng)濟(jì)收益達(dá)到3643億元人民幣，實(shí)現(xiàn)環(huán)境與經(jīng)濟(jì)的雙重躍升。研究揭示了中國(guó)焚燒行業(yè)“東部提效—中部融合—西部替代”的區(qū)域差異化發(fā)展格局，為我國(guó)固廢領(lǐng)域的分區(qū)低碳轉(zhuǎn)型與精準(zhǔn)治理政策提供了重要科學(xué)依據(jù)。

此次劉漢橋教授團(tuán)隊(duì)在《Nature》子刊發(fā)表的重要研究成果，不僅彰顯了我校在能源環(huán)境領(lǐng)域的科研實(shí)力與育人成效，更體現(xiàn)了天城大人把論文寫(xiě)在祖國(guó)大地上的使命擔(dān)當(dāng)。未來(lái)，學(xué)校將以此為契機(jī)，進(jìn)一步強(qiáng)化有組織科研，打造跨學(xué)科創(chuàng)新平臺(tái)，完善“導(dǎo)師引領(lǐng)-團(tuán)隊(duì)攻關(guān)-學(xué)生主體”的培養(yǎng)模式，鼓勵(lì)更多師生聚焦真問(wèn)題、開(kāi)展真研究、作出真貢獻(xiàn)，讓科技創(chuàng)新既服務(wù)于國(guó)家“雙碳”目標(biāo)的宏大敘事，也融入城市綠色發(fā)展的日常實(shí)踐，為建設(shè)美麗中國(guó)持續(xù)注入天城大智慧和力量。