开发农林废弃物热转化过程的数字孪生系统是实现其高值化利用的关键环节。其中，构建高精度、快响应的理论映射模型是实现驱动数字孪生系统的核心，也是当前学术界亟待攻克的难题。针对这一科学问题，本研究开发了一种面向数字孪生技术的焦炭气化反应性理论映射模型。该模型基于简单碰撞理论，构建了结合孔隙结构演变、无机元素催化/抑制作用的农林废弃物热解焦炭气化反应性理论模型，对比了4种热解焦炭样品在不同气化温度下的实验数据与模型计算值，预测准确率达90%以上，验证了模型在H2O气氛下预测的适用性与准确性。研究发现，在725～800℃的温度区间内，不同种类样品在H2O气氛下的焦炭气化速率是CO2气氛下的3.16～76.52倍，这主要归因于活性中间体的催化增强作用。此次，对不同无机元素在不同气氛下的作用效果进行了定量表征，发现具有催化作用的Fe、抑制作用的Si、Al 3种无机元素在CO2/H2O气氛下的作用效果差异显著，Fe在CO2气氛下的催化作用效果显著高于H2O气氛，Si、Al在2种气氛下的作用强弱则表现出完全相反的趋势。气氛变化诱导形成不同的含氧化合物结构，使得元素赋存形态和表面化学键连接结构发生变化进而影响焦炭活性。该研究可为农林废弃物热转化过程数字孪生技术的开发提供理论映射模型支持。