这篇文档属于类型a，即报告了一项原创性研究。以下是该研究的学术报告：

研究作者与机构

该研究由Yanmei Zhang、Zhiwei Li、Kathleen B. Aviso、Raymond R. Tan、Fang Wang和Xiaoping Jia共同完成。作者分别来自中国青岛科技大学环境与安全工程学院、合肥工业大学化学与化学工程学院、菲律宾德拉萨大学化学工程系以及青岛科技大学中德工程学院。研究于2023年发表在《Resources, Conservation & Recycling》期刊上，文章编号为106766。

学术背景

该研究的主要科学领域是负排放技术（Negative Emission Technologies, NETs），特别是增强风化（Enhanced Weathering, EW）技术。增强风化是一种通过加速碱性矿物与水和二氧化碳的化学反应，生成碳酸氢盐并将其流入海洋以实现长期碳封存的技术。研究的主要背景是应对气候变化，特别是实现《巴黎协定》中提出的1.5°C气候目标。尽管许多发展中国家在脱碳方面进展缓慢，但负排放技术可以抵消这些国家持续的碳排放。研究选择了非危险工业废弃物（Non-Hazardous Industrial Wastes, NHIWs）作为增强风化的碱性矿物，因为这些废弃物具有较高的反应性，并且不需要专门的采矿过程，能够同时实现气候变化缓解和废弃物资源化利用。

研究流程

研究的主要目标是通过多周期混合整数非线性规划（MINLP）模型，优化NHIWs在源与汇之间的流动，以实现区域碳减排目标。研究流程包括以下几个步骤：

1. 问题定义与模型构建
   研究首先定义了多周期规划问题，假设在规划期内NHIWs的生成量不会剧烈波动。模型中考虑了NHIWs的生成源、碳汇的容量、CO2封存因子、以及NHIWs在粉碎、运输和扩散过程中的CO2排放强度和单位操作成本。目标是最小化系统总成本，同时实现增强风化的净CO2封存目标。

2. 数据收集与参数设置
   研究以中国山东省为案例，选取了16个城市作为NHIWs的生成源，并选择了沿海盐碱土壤作为碳汇。收集了NHIWs的生产数据、CO2封存因子、以及粉碎、运输和扩散过程中的技术参数。这些参数基于文献调查和当前技术发展水平设置。

3. 模型求解与优化
   研究使用GAMS软件中的DICOPT求解器对MINLP模型进行求解。模型包括8019个变量，其中3520个为离散变量。研究设置了两种情景：情景1为每年封存山东省1%的碳排放，情景2为每年封存1.5%的碳排放。通过优化模型，确定了NHIWs在源与汇之间的最优流动路径。

4. 结果分析与讨论
   研究分析了不同情景下的净CO2封存量、系统总成本以及单位净CO2封存成本。还讨论了目标函数变化、子周期规划以及工业结构调整对结果的影响。

主要结果

1. 情景1：封存1%的碳排放
   在情景1下，规划期内的总净CO2封存量为137.85 Mt CO2，系统总成本为376.3亿美元，单位净CO2封存成本为273美元/吨CO2。研究结果表明，NHIWs的生成量足以满足碳减排目标，但并非所有NHIWs都被利用，特别是煤飞灰由于CO2封存潜力较低未被使用。

2. 情景2：封存1.5%的碳排放
   在情景2下，总净CO2封存量为206.78 Mt CO2，系统总成本为786.3亿美元，单位净CO2封存成本为380美元/吨CO2。与情景1相比，情景2的成本增加了近一倍，且所有NHIWs都被部分或全部利用。

3. 目标函数变化的影响
   研究还探讨了将最大增强风化潜力纳入目标函数的影响。结果表明，增加最大增强风化潜力目标会显著增加系统成本和净CO2封存量，单位净CO2封存成本在273-613美元/吨CO2之间。

4. 子周期规划的影响
   研究将2020-2030年分为三个子周期，发现子周期规划可以在满足净CO2封存目标的同时，显著降低系统总成本，特别是在60%的年度碳封存目标下效果最为显著。

5. 工业结构调整的影响
   研究假设2025年后某些NHIWs不再生产，发现这种调整会增加系统总成本，特别是运输成本。研究还发现，减少CO2封存潜力较大的NHIWs会显著降低净CO2封存量。

结论

该研究开发了一种多周期增强风化供应链优化模型，并将其应用于山东省的NHIWs优化分配。研究结果表明，NHIWs的增强风化技术每年可以抵消山东省1-2%的碳排放，单位净CO2封存成本在273-613美元/吨CO2之间。子周期规划可以缓解特定年份的碳减排压力，并降低总成本。未来工业结构调整将影响NHIWs的净CO2封存潜力，特别是减少CO2封存潜力较大的NHIWs会显著降低封存量并增加单位成本。

研究亮点

1. 创新性模型：研究首次开发了多周期混合整数非线性规划模型，用于优化增强风化技术的供应链。
2. 实际应用价值：研究为山东省的碳减排提供了科学依据，并为其他地区和国家提供了参考。
3. 多情景分析：研究通过多种情景分析，全面评估了增强风化技术的碳封存潜力和经济成本。
4. 子周期规划：研究提出了子周期规划方法，能够在满足长期碳封存目标的同时，降低系统总成本。

其他有价值的内容

研究还讨论了增强风化技术在未来可持续发展中的潜力，特别是在推动循环经济（Circular Economy, CE）和废弃物资源化利用方面的作用。研究指出，增强风化技术不仅可以实现碳减排，还可以为工业生产提供可持续的废弃物处理方案。

该研究为增强风化技术的实际应用提供了重要的理论支持和实践指导，具有显著的学术价值和实际意义。