第三章 物质流分析与能流分析

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MFA|分析方法
一、物质输入-输出核算原则
——度量单位及物质换算系数的确定 根据欧盟《物质流分析手册》（2001），物质输入输出都是 以其统计上报的鲜重计算，包括物质本身所含的水分。为了 保持物质流平衡，对于不是用重量统计上报的物质，一般尽 量将其换算成重量。 物质流分析在建立物质流账户级数据库过程中采用两种方法： 一是所有的物质流分析都用实物量核算的方法，即将所有输 入、输出物质统一换算成标准的实物重量予以分析；二是， 对能源物质流，除用前面的方法外，采用标准煤换算的方法 予以分析。
2. 基于通量的物质流分析（MFA） 3. 基于单一物质的物质流分析（SFA） 4. 能流分析
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物质流分析与能流分析|物质流分析 1、概述：人们逐渐认识到经济活动中物质流动与自然环境有着 紧密的关联，物质流分析主要研究物质的流动规律及其对环境产 生的影响。有很多种不同的研究方法，但最终目的都是为了维持 产业代谢的可持续性。
MFA|物质分类 参照欧盟统计局制定的《物质流分析手册》
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输 入 物 质 分 类 指 标
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输 出 物 质 分 类 指 标
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MFA|物质流数据来源 分析区域的物质流数据可以从以下途径获取
通过规范的统计年鉴、环境质量报告书或网络统计数 据库等：可以获取直接物质输入和直接物质输出等指 标数据 已被学术界认可的研究成果，如我国目前对物质隐藏 流系数的先关研究很少，可以参考国外的物质隐藏流 系数。 国家权威机构公布的研究报告，如国土资源部提供的 水土流失遥感普查数据等。
向周围环境的输出（OTE）：进入国家或区域内自然环境的
所有物质流动，包括生产或消费过程中或之后的物质输出。
非直接流和隐藏流（IF&HF）：UDE——区域内隐藏流DHF，
进口和出口的非直接流——国外隐藏流（FHF）；隐藏流系数 HFC——隐藏流与其自身重量的比值。煤18.62；金：666666.67 12 ；砂石0.02
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MFA|研究框架
——物质输出端： 由出口物质、区域内物质输出和区域内隐藏流三部分组成。
其中，区域内物质输出：由经济系统排出的固体废弃物、废 水、废气组成。
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MFA|物质流分析的主要指标
——物质流分析方法为制定区域可持续发展及循环经 济战略提供了可以量化的依据，并为可持续发展评价 指标的建立提供了一种新的思路和方法。 ——在对经济系统进行物质流分析的基础上，可以得 到输入指标、输出指标、消耗指标、平衡指标、强度 和效率指标、综合指标六大类共十多个物质流分析指
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MFA|分析方法
பைடு நூலகம்
一、物质输入-输出核算原则
——各种能源与标准煤的换算系数
能源名称 原煤 洗精煤/t 其他洗煤/t 型煤/t 焦炭/t 焦炉煤气/m3 高炉煤气/m3 其他煤气/m3 天然气/m3 参考折标系数 （吨标煤） 0.7143 0.9000 0.2850 0.6000 0.9714 6.1430 1.2860 3.5701 12.1430 能源名称 原油/t 汽油/t 煤油/t 柴油/t 燃料油/t 液化石油气/t 炼厂干气/t 热力/百万kJ 电力/万kWh 参考折标系数 （吨标煤） 1.4286 1.4714 1.4714 1.4571 1.4286 1.7143 1.5714 0.0341 4.0400
投入产出分析（IOA）：一种经济核算方法，研究经济体系中各个部分之间 投入与产出的相互依存关系的数量分析方法。 中间产品+最终产品+总产品（实物）
■货币投入产出表
■实物投入产出表
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第三章 物质流分析与能流分析
1. 物质流分析及其理论基础
2. 基于通量的物质流分析（MFA） 3. 基于单一物质的物质流分析（SFA） 4. 能流分析
研究框架
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MFA|研究框架 从研究层次上划分，MFA包括经济系统物质流分析、产业部门 物质流分析和产品LCA3个层次。 以质量守恒定律为基本依据，将通过经济系统、产业部门和企 业的物质分为输入、贮存和输出三大部分，通过研究三者的关系， 跟踪、定位物质利用及迁移、转化途径。
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MFA|研究框架
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MFA|物质流分类 直接物质输入：参照欧盟统计局制定的《物质流分析手册》
直接物质输入（DMI）：进入经济系统以供生产和消费的所
有固体、液体和气态物质，包括区域内原材料开采和进口两部分
未使用的区域内开采（UDE）：在区域内资源开采过程或国
内有目的的物质移动过程中由于没有用途或不适于使用而未进入 经济系统的物质
标。
第一，有多少物质进出经济系统； 第二，这些物质是如何流动的，也就是 影响物质流动的因素和作用机理是什么。
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MFA|物质流分析的主要指标
物质流分
析指标分 类及其计 算公式
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MFA|物质流分析的主要指标
最重要的是区域内物质输入总量，人类对自然环境的最根本影响 是通过自然物质的输入产生的，并且每一种物质的输入必将带来 巨大的隐藏流或生态包袱，对当地的生态环境和资源造成了巨大 的破坏和消耗，而进口物质流的生态包袱被留在国外或研究区域 外，对当地自然环境并未产生直接影响。 用物质输入总量来度量一个国家或地区资源利用与自然生态的可 持续性比用物质需求总量表示要更准确 物质输入总量越小，自然资源和物质的动用就越少，生态系统为 人类提供服务的质量也就越好，经济系统运行的可持续性则越强； 反之，物质输入量越大，自然资源和物质的动用就越多，经济系 23 统运行的可持续性则越弱
通过这些研究可以得到一些环境压力指标，并以此来描述区域 代谢的结构特征
图：城市区域总体 物质流分析和平衡 无数水流和其它物 质流或者以循环的 方式被利用，或者 离开城市，亦即被 排放掉 8
物质流分析与能流分析|物质流分析
海水资源流动模型
海水分析化学 - 有机物分析（总有机碳、总有机氮、总有机磷等）
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MFA|物质流分析的主要指标
物质生产力代表了一个国家或地区的资源利用效率的高低。
作为物质流分析的衍生指标，物质消耗强度、物质生产力、环境 效率等有助于分析经济系统与自然环境之间的关系，最终为提高 经济系统的资源生产效率和降低资源消耗强度，揭示经济系统物 质结构的组成和变化情况，并为实现去物质化和社会、经济、环 境的可持续发展奠定理论基础。 物质流分析指标可以表述一个国家或地区的资源投入、贮存、 回收、废弃物产生及再生利用的情况，并在物质流分析框架基础 上，建立循环经济及可持续发展的评价指标体系。
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物质流分析与能流分析|物质流分析 SFA：主要研究物质向环境排放的主要途径以及与之相关的过 程，研究产业系统内部的物质存储、流动以及这些物质在环境 中的最终浓度等。 1
研究重金属等 有害物质的流 动 ——可能导致 重大环境问题 （如食物链累 积）
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研究营养物质 的流动 ——它们是造 成水体富营养 化的主要物质
经济系统
MFA
能量
物质
自然生态系统
SFA
基于环境可持续性的物质流分析类型 Ⅰ-基于通量的 毒性降低和污染减少
分析类型 基本策略 主要研究对象
Ⅱ-基于单一物质的（元素） 物质减量化和生态重组
在一定企业、部门或在某一个国家内， 与物质或原料流动的数量 与单位物质或原料流动相关的特定环 和结构相关的环境不可持 境问题（物质如Cd、Cl、CO2、CFCs 续性问题 等，原料如木材、煤、生物质等）
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研究碳的流动 ——它与全球 变暖有关
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研究能源物质 、塑料、木材 、生物质以及 金属等流动 ——它们会产 生一定的环境 影响
重金属
营养物质
碳
其它
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物质流分析与能流分析|物质流分析 MFA：主要研究 特定经济部门或区域的物质流数量和结构是否可持续。
如对建筑业的物质或原料流动的研究； 对城市、区域甚至国家层次经济系统中部分物质流以及物质需求总量等的 研究
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MFA|研究框架
——物质输入端： 直接物质输入：生物质、 固体非生物物质、水、空气 四大类。 隐藏流——生物包袱 （ecological rucksack）， 是指人类为获取直接物质输 入而必须动用的数量巨大的 环境物质，主要包括：
（1）开采化石能源、工业原材料时移动的表土量和引起的水土流失量 （2）生物收获的非食用部分：如木材砍伐的损失、农业收割的损失等 （3）建筑遗弃土方及河流疏浚 （4）自然环境水土流失量
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MFA|分析方法
三、物质输出的数据来源和方法
物质输出主要包括排放到空气、水、土地填埋场的废物、产 品的耗费及耗散性损失、未使用的区域内开采及出口等。 物质输出的数据来源包括：政府统计年鉴、环境统计年鉴、 能源统计年鉴、经济貌似统计年鉴等，部分需要估算获得。 一般来说，各单元的物质总输出总和并不等于总体的物质总 输出。
理论基础
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物质流分析与能流分析|物质流分析的理论基础 经济系统的物质流分析来源于对社会经济系统中物质和能量的输 入和输出进行分析
质量平衡定律：物质输入量=物质输出量+物质储存量：消费——“效用”
生命周期评价（LCA）：基于LCA的物质流分析主要适用于对生物质或非生物 质原材料以及初加工产品的研究。
产业生态学
大连理工大学环境学院 2013年02月
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主要内容
课程介绍——导论 产业生态学基础—概念、理论
产业生态学技术与方法——LCA
技术与方法—物质流分析、为环境而设计 产业生态学实践—绿色化学
产业生态学实践—清洁生产、生态产业园
产业生态学管理与政策
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第三章 物质流分析与能流分析
1. 物质流分析及其理论基础
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MFA|物质流分析的主要指标 物质库存的净增量反映了一个国家或地区的物质财富增长水平。 而在物质库存的增长量中，循环利用及废弃物质的资源化回收利 用有多少贡献，目前国内外对此都还未有系统的研究。——一方 面增加物质库存的净增量，另一方面改善其增量的组成结构和循
环利用的比例，对于建设循环型社会具有重要的战略价值。
MFA|物质流分析的主要指标
区域内物质输出总量最重要。
物质输出总量越小，输出到环境中的废弃物就越少，环境的友好 程度也就越高，环境的可持续性则越强；反之，物质输出总量越 大，输出到 环境中的废弃物就越多，环境的友好程度就越低，环 境的可持续性就越弱。
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MFA|物质流分析的主要指标
物质消耗总量反映了人类对自然界物质的消耗程度。 物质消耗量越大，意味着人类对自然界的干扰越强烈，也就越不 利于资源节约型社会的建立；反之，物质消耗总量越小，意味着 人类对自然界的干扰越弱，也就越有利于资源节约型社会的建立
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MFA|分析方法
二、物质输入的数据来源和方法
——数据来源 国家及地方政府统计年鉴 林业统计和核算账户 农业统计 工业/产品统计（化石燃料、原矿、工业及建筑矿物开采等） 对外贸易的统计（进口、出口） 供应-使用表 输入-输出表 估算（如基于化石燃料燃烧的空气输入的估计） 对极少数难以获取的缺失数据可采用数学插值估算得到
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MFA|软件平台 Excel Umberto GaBi SimaPro
Umberto软件由海德堡公司能源与环境研究所与汉堡公司环境信息学研究所联合开发， 最初应用于1994年。Umberto 这款专业工具用于基于计算机的物料和能流分析，包括综 合成本会计、生命周期评估和碳足迹（carbon footprinting），侧重于宏观的物质流分析。 该软件以功能强大的数据库为基础，通过构建物流网络模型的方式对能源和材料流动过 程中的数据信息进行分析和管理。 Umberto 软件构建的物流网络中，通过物质和能源流描述能源以及各种材料进入系统， 在系统内部流动和转换，最终流出系统等一系列过程。网络结构由多种不同定义的元素 及图形符号组成。利用数学语言对这些图形符号进行定义并根据各种关系组成的网络结 构就能进一步直观的描述物质流动的情况。 http://www.ifu.com/en/
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MFA|分析方法
一、物质输入-输出核算原则
——部分物质重量换算系数
物质名称 平板玻璃 圆木（针叶） 圆木（阔叶） 纸浆木 体积 重量箱 1m3 1m3 1m3 0.05t 0.65t 0.975t 0.5t 质量 玻璃论坛 备注
胶合板 天然气
1m3 1Nm3
0.65t 0.7174kg 状态0º C，101.325kPa