产业代谢物质流分析物质减量化.ppt

Industrial Ecology in ActionIndustrial Ecology in Action session 2session 2 产业代谢产业代谢(I (IMA)MA) an all operations of art and nature, nothing is created; an equal quantity of matter exists both before and after the equal quantity of matter exists both before and after the experiment; the quality and quantity of the elements experiment; the quality and quantity of the elements remain precisely the same; and nothing takes place remain precisely the same; and nothing takes place beyond changes and modifications in the combination of beyond changes and modifications in the combination of these elements. these elements. The The law of conservation of masslaw of conservation of mass, written by , written by LavosierLavosier in the in the late eighteenth century.late eighteenth century. J Ju u MeiMeitingting, , College of College of EnvEnv. . SciSci. and Eng., . and Eng., NanKaiNanKai University University1414/48/48 物质平衡是物质流分析的理论基础，它可物质平衡是物质流分析的理论基础，它可 以叙述某种特殊要素在时间点的流动，包括向环境的以叙述某种特殊要素在时间点的流动，包括向环境的 散失，并能够估计原料流动系统每个阶段的输入和输散失，并能够估计原料流动系统每个阶段的输入和输 出，从而提出与原料相连的全部途径的分析观点。出，从而提出与原料相连的全部途径的分析观点。2020 世纪世纪9090年代，美国矿产局基于此完成了对年代，美国矿产局基于此完成了对AsAs、CdCd、PbPb 、ZnZn等金属和矿物的研究。等金属和矿物的研究。 四四. . 物质流分析的理论基础物质流分析的理论基础 （一）（一） 质量平衡定律（质量平衡定律（mass balancemass balance） J Ju u MeiMeitingting, , College of College of EnvEnv. . SciSci. and Eng., . and Eng., NanKaiNanKai University University1515/48/48 （二）（二） 生命周期评价生命周期评价 生命周期评价是评价产品从摇篮到坟墓的整个生命周期评价是评价产品从摇篮到坟墓的整个 生命周期过程中对环境产生的影响的系统方法。它生命周期过程中对环境产生的影响的系统方法。它 首先辨识和量化整个生命周期和能量的消耗及环境首先辨识和量化整个生命周期和能量的消耗及环境 释放，然后评价这种消耗和释放对环境的影响，最释放，然后评价这种消耗和释放对环境的影响，最 后辨识减少这些影响的机会。目前生命周期评价作后辨识减少这些影响的机会。目前生命周期评价作 为一种产品环境特征分析和决策支持工具技术上已为一种产品环境特征分析和决策支持工具技术上已 经日趋成熟，并得到较广泛的应用。经日趋成熟，并得到较广泛的应用。 利用生命周期评价来进行物质流分析可以发现利用生命周期评价来进行物质流分析可以发现 不易引起注意的隐藏流，它要求对产品整个生命周不易引起注意的隐藏流，它要求对产品整个生命周 期中的间接物质流进行计算。它是一个很有用的分期中的间接物质流进行计算。它是一个很有用的分 析工具，可以评价产品整个生命周期中的物质输入析工具，可以评价产品整个生命周期中的物质输入 ，包括所谓的，包括所谓的“生态包袱生态包袱”。生态包袱是指那些不。生态包袱是指那些不 会进入经济系统、产生经济效益，却是产品整个生会进入经济系统、产生经济效益，却是产品整个生 命周期中必不可少的物质，根据定义命周期中必不可少的物质，根据定义“生态包袱生态包袱” 等于生命周期中总的物质输入减去产品本身质量。等于生命周期中总的物质输入减去产品本身质量。 四四. . 物质流分析的理论基础物质流分析的理论基础 J Ju u MeiMeitingting, , College of College of EnvEnv. . SciSci. and Eng., . and Eng., NanKaiNanKai University University1616/48/48 Ecological rucksacks is the life-cycle-wide Ecological rucksacks is the life-cycle-wide material input during all upstream production material input during all upstream production stages minus the mass of a product itself.stages minus the mass of a product itself. 基于生命周期评价的物质流分析方法主要适基于生命周期评价的物质流分析方法主要适 用于对生物质或非生物质原材料以及初级加工产用于对生物质或非生物质原材料以及初级加工产 品的研究。而在分析成品半成品时，由于需要大品的研究。而在分析成品半成品时，由于需要大 量的、每个生产阶段的物质输入数据，所以可能量的、每个生产阶段的物质输入数据，所以可能 会耗费大量的时间和精力，并且系统边界的定义会耗费大量的时间和精力，并且系统边界的定义 也相当困难。分析宏观水平上的物质流有一个更也相当困难。分析宏观水平上的物质流有一个更 为简便的方法，即投入产出分析。为简便的方法，即投入产出分析。 四四. . 物质流分析的理论基础物质流分析的理论基础 （二）（二） 生命周期评价生命周期评价 J Ju u MeiMeitingting, , College of College of EnvEnv. . SciSci. and Eng., . and Eng., NanKaiNanKai University University1717/48/48 （三）（三） 投入产出分析（投入产出分析（Input-output Analysis, Input-output Analysis, IOAIOA） 投入产出分析方法作为一种经济核算方法，投入产出分析方法作为一种经济核算方法， 其思想在其思想在1818世纪由法国经济学家首先提出。世纪由法国经济学家首先提出。 2020世纪世纪7070年代初，西方国家的一些经济学家年代初，西方国家的一些经济学家 将经济范畴的投入产出表扩展到环境将经济范畴的投入产出表扩展到环境- -经济系统中经济系统中 ， 构成了环境构成了环境- -经济投入产出表。经济投入产出表。 投入产出分析投入产出分析 法有助于寻求经济系统中所有直接流和间接流，法有助于寻求经济系统中所有直接流和间接流， 并能确定一套相应指标。并能确定一套相应指标。 投入产出分析的一个重要应用是计算单位最投入产出分析的一个重要应用是计算单位最 终需求的物质投入总量。通过分析，人们不仅可终需求的物质投入总量。通过分析，人们不仅可 以部门生产的直接物质需求，还可以得出由其他以部门生产的直接物质需求，还可以得出由其他 部门的产品供应引起的间接物质需求，从而可确部门的产品供应引起的间接物质需求，从而可确 定最终需求（如私人消费、出口）所需的总物质定最终需求（如私人消费、出口）所需的总物质 投入。投入。 四四. . 物质流分析的理论基础物质流分析的理论基础 J Ju u MeiMeitingting, , College of College of EnvEnv. . SciSci. and Eng., . and Eng., NanKaiNanKai University University1818/48/48 资源利用投入产出分析有两种途径：一是货资源利用投入产出分析有两种途径：一是货 币投入产出表（币投入产出表（monetary input-output tables, monetary input-output tables, MIOTsMIOTs）；）； 一是实物投入产出表（一是实物投入产出表（physical physical input-output tables, input-output tables, PIOTsPIOTs）。理论上）。理论上PIOTsPIOTs更更 适合计算间接资源需求，因为资源投入的种类是适合计算间接资源需求，因为资源投入的种类是 多种多样的，多种多样的， 然而然而PIOtsPIOts重要的缺陷在于不容易重要的缺陷在于不容易 获得数据，因此应该将两者结合使用。获得数据，因此应该将两者结合使用。 与生命周期评价方法相比，投入产出分析在与生命周期评价方法相比，投入产出分析在 研究国家层次的物质流时，只需知道总的物质投研究国家层次的物质流时，只需知道总的物质投 入和实物出口，然后再根据入和实物出口，然后再根据MIOTsMIOTs来确定经济系来确定经济系 统中的直接和间接物质投入，以及所有部门的物统中的直接和间接物质投入，以及所有部门的物 质生产力。质生产力。 四四. . 物质流分析的理论基础物质流分析的理论基础 （三）（三） 投入产出分析（投入产出分析（Input-output Analysis, IOAInput-output Analysis, IOA） J Ju u MeiMeitingting, , College of College of EnvEnv. . SciSci. and Eng., . and Eng., NanKaiNanKai University University1919/48/48 MFAMFA有多种不同研究方法，有多种不同研究方法， 但其最终目的都是为了维但其最终目的都是为了维 持产业代谢的可持续性。实现此目的的策略又有两种持产业代谢的可持续性。实现此目的的策略又有两种, ,一一 种策略是把降低物质流的毒性（种策略是把降低物质流的毒性（detoxificationdetoxification）和环境污）和环境污 染程度作为重要目标；另一种策略是将物质减量化染程度作为重要目标；另一种策略是将物质减量化 ( (dematerializationdematerialization) ) 和生态重组看作环境可持续的先决条和生态重组看作环境可持续的先决条 件，因此无论是单位物质流的潜在影响还是物质流的数量件，因此无论是单位物质流的潜在影响还是物质流的数量 和结构都要进行分析。需要指出的是，这两者对实现可持和结构都要进行分析。需要指出的是，这两者对实现可持 续发展都是必须的，因此应该将其看作是互补的而不是互续发展都是必须的，因此应该将其看作是互补的而不是互 斥的。斥的。 五五. . 物质流分析方法分类物质流分析方法分类 J Ju u MeiMeitingting, , College of College of EnvEnv. . SciSci. and Eng., . and Eng., NanKaiNanKai University University2020/48/48 第一种类型的物质流分析可以用来控制第一种类型的物质流分析可以用来控制 环境有害物质（如重金属）的流动。环境有害物质（如重金属）的流动。 SFASFA（ Substance flow analysisSubstance flow analysis）可确定这些物质）可确定这些物质 向环境排放的主要途径、与之相关的过程、向环境排放的主要途径、与之相关的过程、 产业系统内部的物质存储和流动、以及在这产业系统内部的物质存储和流动、以及在这 些物质在环境中的最终浓度。些物质在环境中的最终浓度。SFASFA的结果既可的结果既可 以用于决策制定，也可用于产业系统本身的以用于决策制定，也可用于产业系统本身的 调节，尤其是研究单个产品时。调节，尤其是研究单个产品时。 2020世纪世纪8080年代欧洲主要应用第一种类型年代欧洲主要应用第一种类型 的物质流分析，而的物质流分析，而9090年代开始第二种类型的年代开始第二种类型的 物质流分析方法被广泛应用于各国经济系统物质流分析方法被广泛应用于各国经济系统 物质流分析中，于是就有了较为完善的经济物质流分析中，于是就有了较为完善的经济 系统物质流分析方法。系统物质流分析方法。 五五. . 物质流分析方法分类物质流分析方法分类 J Ju u MeiMeitingting, , College of College of EnvEnv. . SciSci. and Eng., . and Eng., NanKaiNanKai University University2121/48/48 物质流分析方法也可以根据所研究的系统边物质流分析方法也可以根据所研究的系统边 界来划分，按照地理边界可以分为：水域、森林界来划分，按照地理边界可以分为：水域、森林 、农田等等；按照行政区域划分为：企业、农田等等；按照行政区域划分为：企业MFAMFA、 区域区域MFAMFA、国家、国家MFAMFA。 由于由于MFAMFA方法过于繁多，方法过于繁多， 使得不同研究之间的相使得不同研究之间的相 互比较相当困难，互比较相当困难， 于是迫切需要建立统一的于是迫切需要建立统一的MFAMFA 框架或方法体系，并对框架或方法体系，并对MFAMFA方法作适当简化。方法作适当简化。 五五. . 物质流分析方法分类物质流分析方法分类 J Ju u MeiMeitingting, , College of College of EnvEnv. . SciSci. and Eng., . and Eng., NanKaiNanKai University University2222/48/48 SFASFA是一种重要的物质流分析方法，是一种重要的物质流分析方法， 它基于投入它基于投入 产出分析，着重于环境流的分析，有时也称为环境投产出分析，着重于环境流的分析，有时也称为环境投 入产出分析。入产出分析。 SFASFA主要分析的是一些与特定环境影响主要分析的是一些与特定环境影响 相关的某一种或者某一组物质，如重金属、氮元素、相关的某一种或者某一组物质，如重金属、氮元素、 碳元素、氯以及能源物质等等，其核心是物质平衡理碳元素、氯以及能源物质等等，其核心是物质平衡理 论，依据这个理论可以发现那些潜在的或预料不到的论，依据这个理论可以发现那些潜在的或预料不到的 物质流和排放物。物质流和排放物。SFASFA有静态和动态之分，静态有静态和动态之分，静态SFASFA模模 型可以评估污染问题的起源，还可以评估在经济系统型可以评估污染问题的起源，还可以评估在经济系统 材料管理中一定变化的影响；动态材料管理中一定变化的影响；动态SFA SFA 模型则可以评模型则可以评 价将来排放的发展趋势和废物的产生。价将来排放的发展趋势和废物的产生。 六六. . 物质流分析方法物质流分析方法SFASFA法法 J Ju u MeiMeitingting, , College of College of EnvEnv. . SciSci. and Eng., . and Eng., NanKaiNanKai University University2323/48/48 SFASFA尤其侧重于对有害物质的研究，该方法需要首尤其侧重于对有害物质的研究，该方法需要首 先了解不同物质流之间的相互关系，某种有害物质的各先了解不同物质流之间的相互关系，某种有害物质的各 种问题转移机制，以及经济系统中的物质积累可能造成种问题转移机制，以及经济系统中的物质积累可能造成 的环境影响。的环境影响。SFASFA有助于制定预防性的、主动的环境政有助于制定预防性的、主动的环境政 策，从而调整这些有害物质在整个生命周期中的流动情策，从而调整这些有害物质在整个生命周期中的流动情 况，尽可能减少其潜在环境影响。况，尽可能减少其潜在环境影响。 一般情况下，一般情况下，SFASFA要对进出经济实体（区域、国家要对进出经济实体（区域、国家 甚至全球）的某种物质流绘制流动图，建立分析模型，甚至全球）的某种物质流绘制流动图，建立分析模型， 并进行结果解释。这个流动图包括物质的进口、开采、并进行结果解释。这个流动图包括物质的进口、开采、 生产、出口、消费以及最终环境排放等过程。生产、出口、消费以及最终环境排放等过程。 六六. . 物质流分析方法物质流分析方法SFASFA法法 J Ju u MeiMeitingting, , College of College of EnvEnv. . SciSci. and Eng., . and Eng., NanKaiNanKai University University2424/48/48 van van derder VoetVoet在在19961996年给出了年给出了SFASFA的基本框的基本框 架，它主要包括：研究目的及系统边界定义；架，它主要包括：研究目的及系统边界定义； 数据清单及分析模型的建立；分析结果解释。数据清单及分析模型的建立；分析结果解释。 根据研究目的不同，每个具体过程又包含不同根据研究目的不同，每个具体过程又包含不同 具体内容。具体内容。 1. 1. 定义目的及系统边界定义目的及系统边界 研究的目的是通过物质流分析，得出提高研究的目的是通过物质流分析，得出提高 物质利用效率和减少废物产生的方法，研究降物质利用效率和减少废物产生的方法，研究降 低物质利用强度的方法，从而指导国家政策和低物质利用强度的方法，从而指导国家政策和 经济活动。系统边界的定义应考虑到物质、空经济活动。系统边界的定义应考虑到物质、空 间、时间、经济间、时间、经济/ /环境特征等四个变量。环境特征等四个变量。 六六. . 物质流分析方法物质流分析方法SFASFA法法 J Ju u MeiMeitingting, , College of College of EnvEnv. . SciSci. and Eng., . and Eng., NanKaiNanKai University University2525/48/48 系统边界的定义首先要选择一种或一组物质系统边界的定义首先要选择一种或一组物质 ，物质的选择通常是由该地区的主要环境问题决，物质的选择通常是由该地区的主要环境问题决 定的。在本研究中重金属镉和铬对比利时佛兰德定的。在本研究中重金属镉和铬对比利时佛兰德 斯的环境具有较大的影响。重金属镉在西方国家斯的环境具有较大的影响。重金属镉在西方国家 属于优先污染物，它具有很强的毒性，且应用广属于优先污染物，它具有很强的毒性，且应用广 泛，以污染物状态排放到环境后能够不断富集，泛，以污染物状态排放到环境后能够不断富集， 严重危害环境，而且可能造成资源耗竭。铬也是严重危害环境，而且可能造成资源耗竭。铬也是 优先污染物，但是它的毒性取决于其价态：六价优先污染物，但是它的毒性取决于其价态：六价 铬的毒性比三价铬大，但它仍会造成严重的环境铬的毒性比三价铬大，但它仍会造成严重的环境 污染。因此我们就需要对镉和铬的流动情况进行污染。因此我们就需要对镉和铬的流动情况进行 系统分析。系统分析。 1. 1. 定义目的及系统边界定义目的及系统边界 六六. . 物质流分析方法物质流分析方法SFASFA法法 J Ju u MeiMeitingting, , College of College of EnvEnv. . SciSci. and Eng., . and Eng., NanKaiNanKai University University2626/48/48 系统边界划分的第二个内容是空间上的界定系统边界划分的第二个内容是空间上的界定 。对于区域大小并没有特殊要求，对任何范围进。对于区域大小并没有特殊要求，对任何范围进 行物质流分析都是可能的。最好按照行政区划分行物质流分析都是可能的。最好按照行政区划分 ，因这样易获得统计数据。，因这样易获得统计数据。 接下来就应该确定时间范围。对于物质流动接下来就应该确定时间范围。对于物质流动 的研究本身就包含了时间因素，因为物质流动是的研究本身就包含了时间因素，因为物质流动是 用单位时间内质量流动来表示的。从数据的可获用单位时间内质量流动来表示的。从数据的可获 得性和政策实施角度来看，通常以一年为时间界得性和政策实施角度来看，通常以一年为时间界 限。限。 将物质流分析进行细化更能显示环境和经济将物质流分析进行细化更能显示环境和经济 系统之间的相互影响，通常分为两个子系统：系统之间的相互影响，通常分为两个子系统： (1)(1)社会子系统，也称为经济子系统或技术圈社会子系统，也称为经济子系统或技术圈 。这个子系统包括可以人为控制的物质储存和流。这个子系统包括可以人为控制的物质储存和流 动。动。 (2)(2)环境子系统，也称为生物圈，这个子系统环境子系统，也称为生物圈，这个子系统 包括环境系统中的物质储存和流动。包括环境系统中的物质储存和流动。 1. 1. 定义目的及系统边界定义目的及系统边界 六六. . 物质流分析方法物质流分析方法SFASFA法法 J Ju u MeiMeitingting, , College of College of EnvEnv. . SciSci. and Eng., . and Eng., NanKaiNanKai University University2727/48/48 另外也可以将这两个子系统进一步划分，例另外也可以将这两个子系统进一步划分，例 如环境子系统可以分为生物圈、大气圈和水圈。如环境子系统可以分为生物圈、大气圈和水圈。 表表3-23-2给出了在研究重金属镉、铬的案例中需要考给出了在研究重金属镉、铬的案例中需要考 虑的经济活动。虑的经济活动。 表表 3-2 3-2 重金属镉、铬研究涉及的经济活动重金属镉、铬研究涉及的经济活动 物质经济活动 镉 锌工业、钢铁工业、镉生产和加工业（镉合金和电镀业）、电力产业 、磷工业、种植业、食品业、饲料生产业、畜牧业、铜工业、铅工业 、水泥业、运输业、石油化工业、家政服务、废物处理、废物焚烧、 废水处理、废料回收 铬 印染业、钢铁业、木材保护行业、电力产业、磷工业、种植业、食品 业、饲料生产业、畜牧业、玻璃制造业、皮革业、水泥业、运输业、 石油化工业、家政服务、废物处理、废物焚烧、废水处理、废料回收 、纺织业、电镀业、TiO2相关产业、堆肥 1. 1. 定义目的及系统边界定义目的及系统边界 六六. . 物质流分析方法物质流分析方法SFASFA法法 输入污染物流入 经济过程 输出 物质储存 电池、塑料、 汽车、锌制品 建筑物 污染物流出 环境过程 物质储存 废电池 土壤 地表水、沉积 物、地下水 提取 排放 图 3-1 镉在环境子系统和经济子系统中的流动框图 经济子系统 环境子系统 J Ju u MeiMeitingting, , College of College of EnvEnv. . SciSci. and Eng., . and Eng., NanKaiNanKai University University2929/48/48 2. 2. 建立数据清单和分析模型建立数据清单和分析模型 将总体物质储存和流动进行量化的方法有两将总体物质储存和流动进行量化的方法有两 种，一种是构建帐户，另外一种是静态模拟。种，一种是构建帐户，另外一种是静态模拟。 （1 1）构建帐户）构建帐户 实际上是指事先将物质流动实际上是指事先将物质流动 和累积情况进行簿记，然后再归纳整理，使得决和累积情况进行簿记，然后再归纳整理，使得决 策者能够发现其趋势、评估一定政策变化可能带策者能够发现其趋势、评估一定政策变化可能带 来的影响。如果是用来描述社会流动，我们通常来的影响。如果是用来描述社会流动，我们通常 可以省略物质储存，而只需要物质流动相关的数可以省略物质储存，而只需要物质流动相关的数 据。据。 研究者可向区域内的企业或者组织发放调查研究者可向区域内的企业或者组织发放调查 问卷，这当然需要很长时间，而且需要这些企业问卷，这当然需要很长时间，而且需要这些企业 和组织的积极配合。然而仍有一些物质流是无法和组织的积极配合。然而仍有一些物质流是无法 量化的，因为根本得不到相关信息。有些缺失的量化的，因为根本得不到相关信息。有些缺失的 数据可以通过间接数据来推算。环境数据大多可数据可以通过间接数据来推算。环境数据大多可 以从环境保护部门直接得到。以从环境保护部门直接得到。 六六. . 物质流分析方法物质流分析方法SFASFA法法 J Ju u MeiMeitingting, , College of College of EnvEnv. . SciSci. and Eng., . and Eng., NanKaiNanKai University University3030/48/48 （2 2）静态模拟）静态模拟 在静态模型中物质流是通过一系列数学方在静态模型中物质流是通过一系列数学方 程来表示的，这些方程能够反映不同过程中输程来表示的，这些方程能够反映不同过程中输 入和输出流之间的关系。一方面，静态模型详入和输出流之间的关系。一方面，静态模型详 细说明了物质储存和流动之间的关系，使决策细说明了物质储存和流动之间的关系，使决策 者找出污染问题的根源。另一方面，静态模型者找出污染问题的根源。另一方面，静态模型 能够评估所采取措施的有效性。整个物质流动能够评估所采取措施的有效性。整个物质流动 网络被转换成一个个独立的方程。在此必须详网络被转换成一个个独立的方程。在此必须详 细说明不同储存和物质流过程之间的关系。过细说明不同储存和物质流过程之间的关系。过 程的特性参数可以作为这些方程的系数，例如程的特性参数可以作为这些方程的系数，例如 排放系数、转化输出、分配系数等。在静态模排放系数、转化输出、分配系数等。在静态模 型中质量守恒原则仍然适用。型中质量守恒原则仍然适用。 2. 2. 建立数据清单和分析模型建立数据清单和分析模型 六六. . 物质流分析方法物质流分析方法SFASFA法法 J Ju u MeiMeitingting, , College of College of EnvEnv. . SciSci. and Eng., . and Eng., NanKaiNanKai University University3131/48/48 3. SFA3. SFA结果解释结果解释 SFASFA的研究角度不同，其结果表达的方式也的研究角度不同，其结果表达的方式也 不同。我们仅介绍两种主要的结果表达方式。不同。我们仅介绍两种主要的结果表达方式。 当然他们有一定交叉或者包含相似参数，见下当然他们有一定交叉或者包含相似参数，见下 表。表。 有时为了将多个有时为了将多个SFASFA进行比较分析，我们可进行比较分析，我们可 以将以上两者结合起来。通常我们选择与特征以将以上两者结合起来。通常我们选择与特征 类型直接相关的指标。所谓的直接相关是指这类型直接相关的指标。所谓的直接相关是指这 些指标可以直接提供物质流特征相关的信息。些指标可以直接提供物质流特征相关的信息。 然而有些指标则要排除，因为他们可能既是不然而有些指标则要排除，因为他们可能既是不 可以计算的也是不相关的。表可以计算的也是不相关的。表3-43-4是用于比较性是用于比较性 分析的分析的SFASFA结果解释框架。结果解释框架。 六六. . 物质流分析方法物质流分析方法SFASFA法法 （X） （X） X （X） X （X） X （X） （X） （X） （X） （X）（X） X （X） X （X） X X 经济系统 1.效率 2.使用程度 3.回收率 4.经济累积 5.经济耗散 6.污染出口 7.干扰率 （X） X X （X） （X） （X） （X） X X X 环境系统 1.浓度 2.日吸入量 3.环境累积 4.总排放 5.耗损率 人类影响能力物质作用资源性暴露程度数量 分类 指标 表 SFA结果解释中指标体系和分类表达之间的关系 注：表中X表示直接相关，（X）表示间接相关。 J Ju u MeiMeitingting, , College of College of EnvEnv. . SciSci. and Eng., . and Eng., NanKaiNanKai University University3333/48/48 （一）经济系统物质流分析（一）经济系统物质流分析（Economy-wide Economy-wide MFAMFA） 概念及分类概念及分类 经济系统经济系统MFAMFA及其相关指标是用来描述社及其相关指标是用来描述社 会会/ /经济系统中物质和能量流动信息的工具。经济系统中物质和能量流动信息的工具。 经济系统经济系统 MFAMFA以吨为单位对一经济系统每年的以吨为单位对一经济系统每年的 物质输入和输出量进行分析，其中包括环境输物质输入和输出量进行分析，其中包括环境输 入和输出以及进出口物流量。存量净增长等于入和输出以及进出口物流量。存量净增长等于 输入输出之差，输入输出之差， 图图3-23-2表示的是经济系统的物表示的是经济系统的物 质平衡框架。由于水和气在所有物质流中占了质平衡框架。由于水和气在所有物质流中占了 相当大的份额，为了不至于影响最终结果，一相当大的份额，为了不至于影响最终结果，一 般对其进行单独分析。般对其进行单独分析。 六六. .经济系统物质流分析方法经济系统物质流分析方法 国内开采： l化石能源 l矿物 l生物质 未使用的国内开 采 进口 物质积累（净储存增长） 物质流通（每年） 环境输出： l大气污染物 l固体废弃物 l水污染物 l耗散性物质 未使用的国内开采 出口 与进口相关的非 直接流 与出口相关的非 直接流 回收 输入经济输出 经济系统物质平衡框架（不包括空气和水） J Ju u MeiMeitingting, , College of College of EnvEnv. . SciSci. and Eng., . and Eng., NanKaiNanKai University University3535/48/48 经济系统中的物质流分析分为三个层次：宏经济系统中的物质流分析分为三个层次：宏 观层次上是国家物质流分析；中观层次上是区域观层次上是国家物质流分析；中观层次上是区域 物质流分析；微观层次就是针对具体企业的物质物质流分析；微观层次就是针对具体企业的物质 流分析。目前开展最多的是国家层次上的物质流流分析。目前开展最多的是国家层次上的物质流 分析和企业的物质流分析，而对于区域层次上的分析和企业的物质流分析，而对于区域层次上的 物质流研究较少。物质流研究较少。 区域区域MFAMFA和国家和国家MFAMFA的主要不同在于数据的来的主要不同在于数据的来 源。国家层次上研究所需的数据一般可以直接从源。国家层次上研究所需的数据一般可以直接从 官方统计数据中得到，研究过程中需要的几乎所官方统计数据中得到，研究过程中需要的几乎所 有的物质投入和贸易数据都是可得的。而区域层有的物质投入和贸易数据都是可得的。而区域层 次物质流数据则较难搜集，并且需花费很长时间次物质流数据则较难搜集，并且需花费很长时间 ，因为这些数据是分散在各个机构的，不能集中，因为这些数据是分散在各个机构的，不能集中 从一个机构（例如国家统计局）获得。另外，有从一个机构（例如国家统计局）获得。另外，有 些物质流根本没有用物理单位表示的数据，这就些物质流根本没有用物理单位表示的数据，这就 需要通过其他可得数据来推测。需要通过其他可得数据来推测。 六六. .经济系统物质流分析方法经济系统物质流分析方法 J Ju u MeiMeitingting, , College of College of EnvEnv. . SciSci. and Eng., . and Eng., NanKaiNanKai University University3636/48/48 物质输入量物质输入量= =物质输出量物质输出量+ +物质储存量物质储存量 Input=Input=Output+StockOutput+Stock 系统边界的定义通常由两方面决定：一方系统边界的定义通常由两方面决定：一方 面由从自然环境中开采的原材料以及向环境中面由从自然环境中开采的原材料以及向环境中 排放的物质来定义边界；另一方面是从行政区排放的物质来定义边界；另一方面是从行政区 角度来决定的，即物质的进出口。角度来决定的，即物质的进出口。 社会代谢所定义的物质输入是指由于人类社会代谢所定义的物质输入是指由于人类 活动引起的自然资源的开采和流动，输出是指活动引起的自然资源的开采和流动，输出是指 人类无法控制的环境排放人类无法控制的环境排放. . 六六. .经济系统物质流分析方法经济系统物质流分析方法 （二）（二）MFAMFA中的物质分类中的物质分类 J Ju u MeiMeitingting, , College of College of EnvEnv. . SciSci. and Eng., . and Eng., NanKaiNanKai University University3737/48/48 物质储存通常是指：道路、建筑、水坝、物质储存通常是指：道路、建筑、水坝、 运输工具（船舶、飞机、汽车）、机器设备等运输工具（船舶、飞机、汽车）、机器设备等 人造资本（人造资本（ Man-Made CapitalMan-Made Capital）和消费性耐用）和消费性耐用 商品，如冰箱、电视和家电。理论上，人口的商品，如冰箱、电视和家电。理论上，人口的 增加、人类体重的变化以及牲畜总量的增加也增加、人类体重的变化以及牲畜总量的增加也 应视为储存，但是它与其他物质储存相比数量应视为储存，但是它与其他物质储存相比数量 非常小，因此在研究中可以忽略不计。有些研非常小，因此在研究中可以忽略不计。有些研 究把牲畜数及其重量的变化作为社会的输入量究把牲畜数及其重量的变化作为社会的输入量 计算，这是错误的，因为在人类的社会经济圈计算，这是错误的，因为在人类的社会经济圈 中，牲畜同人一样，是代谢的主体部分，它们中，牲畜同人一样，是代谢的主体部分，它们 吃草吃料而排出粪便；吸入新鲜空气而排出废吃草吃料而排出粪便；吸入新鲜空气而排出废 气。因此，牲畜的重量应作为物质储存来处理气。因此，牲畜的重量应作为物质储存来处理 ，奶和肉的生产、消费都不能视为物质输入。，奶和肉的生产、消费都不能视为物质输入。 六六. .经济系统物质流分析方法经济系统物质流分析方法 J Ju u MeiMeitingting, , College of College of EnvEnv. . SciSci. and Eng., . and Eng., NanKaiNanKai University University3838/48/48 农作物包括粮食和经济作物，农作物包括粮食和经济作物， 按照奥地利按照奥地利 的经验（的经验（Fischer-Kowalski, 1997Fischer-Kowalski, 1997）作为投入）作为投入 处理。处理。 森林、渔业产品与农产品一样也应视为森林、渔业产品与农产品一样也应视为 物质输入。物质输入。 当社会代谢的物质输入大于输出时，社会物质当社会代谢的物质输入大于输出时，社会物质 储存总量便不断增长，例如楼房、道路的扩建储存总量便不断增长，例如楼房、道路的扩建 ；机器设备的生产等。物质输入与输出的差值；机器设备的生产等。物质输入与输出的差值 就是物质存量净增长。社会代谢物质输入输出就是物质存量净增长。社会代谢物质输入输出 量相等量相等, ,物质净存量不变化的情况是否会出现，物质净存量不变化的情况是否会出现， 目前尚无预测报告，不过美国经济学家目前尚无预测报告，不过美国经济学家DalyDaly强强 调的稳态型经济（调的稳态型经济（Steady State EconomySteady State Economy）就）就 是指物质代谢的进出平衡、存量恒定的可持续是指物质代谢的进出平衡、存量恒定的可持续 状态。状态。 而战争引起的人口减少或设施破坏可而战争引起的人口减少或设施破坏可 能会导致物质输入小于输出，社会物质储存量能会导致物质输入小于输出，社会物质储存量 减少。减少。 六六. .经济系统物质流分析方法经济系统物质流分析方法 J Ju u MeiMeitingting, , College of College of EnvEnv. . SciSci. and Eng., . and Eng., NanKaiNanKai University University3939/48/48 在分析过程中，为了维持物质输入输出平衡在分析过程中，为了维持物质输入输出平衡 需要引入平衡项。例如，需要引入平衡项。例如， 为使污染空气与燃料为使污染空气与燃料 之间的计算平衡，必须在输入面考虑平衡项之间的计算平衡，必须在输入面考虑平衡项“氧氧 ”，因为燃烧是氧化过程，因为燃烧是氧化过程， 燃料燃烧的结果是燃料燃烧的结果是 废气（包括废气（包括CO2CO2）与水蒸气以及其它固体残余（）与水蒸气以及其它固体残余（ 如灰渣的产生），如灰渣的产生）， CO2CO2排放量中碳的重量占排放量中碳的重量占27%27% ，其余，其余73%73%为氧。除了人类、动物新陈代谢以及为氧。除了人类、动物新陈代谢以及 某些技术过程所消耗的氧气之外，人类、动物体某些技术过程所消耗的氧气之外，人类、动物体 的水蒸发也都应该在输入面引入平衡项；在输出的水蒸发也都应该在输入面引入平衡项；在输出 面，燃烧过程的水蒸发（燃料中的水成分和燃料面，燃烧过程的水蒸发（燃料中的水成分和燃料 中的氢氧成分）以及人和动物代谢过程中的水蒸中的氢氧成分）以及人和动物代谢过程中的水蒸 发也应列入平衡项。发也应列入平衡项。 六六. .经济系统物质流分析方法经济系统物质流分析方法 J Ju u MeiMeitingting, , College of College of EnvEnv. . SciSci. and Eng., . and Eng., NanKaiNanKai University University4040/48/48 非直接流（非直接流（Indirect flowsIndirect flows）是指：在欧洲）是指：在欧洲 的物质流分析中，的物质流分析中， 把国内物质开采所需的隐藏把国内物质开采所需的隐藏 流叫做非使用国内开采流叫做非使用国内开采(Domestic Unused (Domestic Unused Extraction)Extraction)，把进口和出口物质对应的称为非，把进口和出口物质对应的称为非 直接流，直接流， 它包括使用的和非使用的，使用的非它包括使用的和非使用的，使用的非 直接流如进口钢铁制品的上游铁矿石，非使用的直接流如进口钢铁制品的上游铁矿石，非使用的 非直接流如进口来源国为开采这些铁矿石发生的非直接流如进口来源国为开采这些铁矿石发生的 剥离量。剥离量。 直接物质输入直接物质输入 （Direct Material Inputs, Direct Material Inputs, DMIDMI）是衡量自然环境对经济系统的直接物质投）是衡量自然环境对经济系统的直接物质投 入，即所有具有经济价值的、在生产和消费活动入，即所有具有经济价值的、在生产和消费活动 中直接动用的物质，它等于国内物质开采与进口中直接动用的物质，它等于国内物质开采与进口 物质的数量加和。物质的数量加和。 DMIDMI主要受经济总量、经济结主要受经济总量、经济结 构和消费结构等因素的影响。构和消费结构等因素的影响。 六六. .经济系统物质流分析方法经济系统物质流分析方法 J Ju u MeiMeitingting, , College of College of EnvEnv. . SciSci. and Eng., . and Eng., NanKaiNanKai University University4141/48/48 总物质输入（总物质输入（Total material input, TMITotal material input, TMI ）包括）包括DMIDMI以及非使用的国内开采，即经济活动以及非使用的国内开采，即经济活动 动用的却没有用于生产或消费过程中的物质资动用的却没有用于生产或消费过程中的物质资 源。源。 非使用的国内开采有时也称为非使用的国内开采有时也称为“国内隐藏国内隐藏 流流”。表。表3-73-7是隐藏流的估算方法。是隐藏流的估算方法。 物质需求总量（物质需求总量（Total Material Total Material Requirement, TMRRequirement, TMR）是衡量经济系统年度资源）是衡量经济系统年度资源 消耗总量指标，计入国内物质开采过程中产生消耗总量指标，计入国内物质开采过程中产生 的隐藏流和进口物质的隐藏流。虽然隐藏流并的隐藏流和进口物质的隐藏流。虽然隐藏流并 不直接服务于生产和消费活动，但却成为自然不直接服务于生产和消费活动，但却成为自然 环境的生态包袱，资源利用技术进步的一个重环境的生态包袱，资源利用技术进步的一个重 要目的就是尽可能减少物质开采过程中产生的要目的就是尽可能减少物质开采过程中产生的 隐藏流数量，因此，隐藏流数量，因此，TMRTMR还受技术水平和物质循还受技术水平和物质循 环利用状况的影响。环利用状况的影响。 六六. .经济系统物质流分析方法经济系统物质流分析方法 J Ju u MeiMeitingting, , College of College of EnvEnv. . SciSci. and Eng., . and Eng., NanKaiN