In this article we explore the quantitative challenges posed by the intended circular biobased economy. To do this, we present the relative sizes, in terms of mass and energy, of the agro-food and fossil production system, and the interrelations in the system of transformation to food, feed, materials, and energy. We deduce that the flows in the fossil system are of a comparable magnitude to the agricultural / biomass production in terms of mass and energy. This implies that replacing a significant fraction of fossil-derived products by biobased products will be a huge challenge. Solving this challenge will require both efficiency improvements and circular innovations. The analysis reveals major inefficiencies in the current system. In terms of mass, the pathways from agricultural production to food seem quite inefficient, on average less than 10%. This suggests space for efficiency improvement. The relatively low efficiency of livestock production confirms the relevance of diet change. Likewise, enhanced utilization of side streams appears significant. However, we show that in the current system of linear chains, such solutions are insufficient to provide an alternative to the current volume of fossil use. We argue that, next to biobased solutions, multifunctional use and recycling will be essential if we want to maintain current living standards and reduce dependence on fossil feedstock. We reflect on this consideration, and define four different cycles in the combined biomass / fossil system. These circles may be optimized and extended to improve the circularity of our carbon-based production systems and to fight climate change.

中文翻译：

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当前生物质和化石需求背景下的循环生物基生产系统

在本文中，我们探讨了预期的循环生物经济带来的定量挑战。为此，我们介绍了农业食品和化石生产系统在质量和能源方面的相对规模，以及食品、饲料、材料和能源转化系统中的相互关系。我们推断，就质量和能源而言，化石系统中的流量与农业/生物质生产具有可比性。这意味着用生物基产品取代大部分化石衍生产品将是一个巨大的挑战。解决这一挑战需要提高效率和循环创新。分析揭示了当前系统的主要低效率。就质量而言，从农业生产到食物的途径似乎效率很低，平均不到 10%。这暗示了效率提升的空间。畜牧生产效率相对较低证实了饮食变化的相关性。同样，提高侧流的利用率似乎很重要。然而，我们表明，在当前的线性链系统中，此类解决方案不足以为当前的化石使用量提供替代方案。我们认为，除了生物基解决方案之外，如果我们想要维持当前的生活水平并减少对化石原料的依赖，多功能使用和回收利用将是必不可少的。我们反思了这一考虑，并在组合的生物质/化石系统中定义了四个不同的循环。这些圈子可能会被优化和扩展，以改善我们基于碳的生产系统的循环性并应对气候变化。畜牧生产效率相对较低证实了饮食变化的相关性。同样，提高侧流的利用率似乎很重要。然而，我们表明，在当前的线性链系统中，此类解决方案不足以为当前的化石使用量提供替代方案。我们认为，除了生物基解决方案之外，如果我们想要维持当前的生活水平并减少对化石原料的依赖，多功能使用和回收利用将是必不可少的。我们反思了这一考虑，并在组合的生物质/化石系统中定义了四个不同的循环。这些圈子可能会被优化和扩展，以改善我们基于碳的生产系统的循环性并应对气候变化。畜牧生产效率相对较低证实了饮食变化的相关性。同样，提高侧流的利用率似乎很重要。然而，我们表明，在当前的线性链系统中，此类解决方案不足以为当前的化石使用量提供替代方案。我们认为，除了生物基解决方案之外，如果我们想要维持当前的生活水平并减少对化石原料的依赖，多功能使用和回收利用将是必不可少的。我们反思了这一考虑，并在组合的生物质/化石系统中定义了四个不同的循环。这些圈子可能会被优化和扩展，以改善我们基于碳的生产系统的循环性并应对气候变化。提高侧流的利用率似乎很重要。然而，我们表明，在当前的线性链系统中，此类解决方案不足以为当前的化石使用量提供替代方案。我们认为，除了生物基解决方案之外，如果我们想要维持当前的生活水平并减少对化石原料的依赖，多功能使用和回收利用将是必不可少的。我们反思了这一考虑，并在组合的生物质/化石系统中定义了四个不同的循环。这些圈子可能会被优化和扩展，以改善我们基于碳的生产系统的循环性并应对气候变化。提高侧流的利用率似乎很重要。然而，我们表明，在当前的线性链系统中，此类解决方案不足以为当前的化石使用量提供替代方案。我们认为，除了生物基解决方案之外，如果我们想要维持当前的生活水平并减少对化石原料的依赖，多功能使用和回收利用将是必不可少的。我们反思了这一考虑，并在组合的生物质/化石系统中定义了四个不同的循环。这些圈子可能会被优化和扩展，以改善我们基于碳的生产系统的循环性并应对气候变化。除了生物基解决方案，如果我们想要维持当前的生活水平并减少对化石原料的依赖，多功能使用和回收将是必不可少的。我们反思了这一考虑，并在组合的生物质/化石系统中定义了四个不同的循环。这些圈子可能会被优化和扩展，以改善我们基于碳的生产系统的循环性并应对气候变化。除了生物基解决方案，如果我们想要维持当前的生活水平并减少对化石原料的依赖，多功能使用和回收将是必不可少的。我们反思了这一考虑，并在组合的生物质/化石系统中定义了四个不同的循环。这些圈子可能会被优化和扩展，以改善我们基于碳的生产系统的循环性并应对气候变化。