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1物質(zhì)流分析

1.1定義

物質(zhì)流分析方法描述了人類從自然界獲取資源,進(jìn)行人類生產(chǎn)和消費的經(jīng)濟(jì)活動,并產(chǎn)生出廢棄物,以及廢棄物的再使用和資源化再生利用的過程中物質(zhì)的實物流量和流向,圖1表示出這種物質(zhì)的循環(huán)過程。中的虛線邊框表示了系統(tǒng)的邊界,邊界內(nèi)是人類生產(chǎn)和消費的經(jīng)濟(jì)活動,邊界外是自然環(huán)境。因為物質(zhì)流核算體系主要用來研究一個國家的物質(zhì)循環(huán),因此這個系統(tǒng)邊界以一個國家為界線。

1.2物質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)中涉及的主要指標(biāo)

1.2.1直接物質(zhì)投入量(DMI,DirectMaterialInput)直接物質(zhì)投入即為人類經(jīng)濟(jì)活動的輸入端,按照MFA核算體系,一個國家經(jīng)濟(jì)活動的直接物質(zhì)投入量,除了包括國內(nèi)開采的資源量之外,還包括了從國外進(jìn)口的物質(zhì)量,以及再生資源的利用量。表示為:直接物質(zhì)投入量(DMI)=國內(nèi)開采資源量+進(jìn)口物資量+再生利用物資量國內(nèi)開采的資源包括國內(nèi)開采的一次能源、礦產(chǎn)資源,以及農(nóng)作物和森林產(chǎn)品,主要有以下類型的自然資源:(1)一次能源:原煤、原油、天然氣;(2)建筑用材料:碎石、砂、石塊;(3)工業(yè)用非金屬礦石:①用于建材生產(chǎn):砂、石膏、石灰;②用于化工原料生產(chǎn):鹽、硫礦石、磷礦石;(4)工業(yè)用金屬礦石:鐵礦石、銅礦石、鋁礬土;(5)森林制品:建筑用原木、造紙用材、薪柴等;(6)農(nóng)產(chǎn)品:糧食、秸稈、水果蔬菜、奶制品、畜產(chǎn)品、甘蔗、油料作物、棉麻等。進(jìn)口的物資不僅包括從國外進(jìn)口的一次能源、礦產(chǎn)品、農(nóng)產(chǎn)品、林產(chǎn)品等資源性物質(zhì),也包括了半制成品和制成品的商品類物質(zhì),甚至包括了廢紙、廢塑料、廢鋼、廢銅等回收利用的廢棄物。再生利用的物資是指國內(nèi)產(chǎn)生的廢棄物經(jīng)資源化處理后的再生物資。

1.2.2國內(nèi)資源開采過程中伴生的隱性物質(zhì)流(HMF,HiddenMaterialFlow)隱性物質(zhì)了流主要包括了三種類型:(1)伴生物質(zhì)流,指那些隨礦產(chǎn)品一起開采出來,在洗選過程殘留下的尾礦;(2)開挖物質(zhì)流,指礦藏的覆蓋層,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)導(dǎo)致的水土流失,以及建筑物和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)開挖的土石方;(3)農(nóng)業(yè)秸稈和森林殘留物,指隨農(nóng)作物和森林產(chǎn)品一起收割,但不進(jìn)入商品經(jīng)濟(jì)活動的廢棄物。這些物質(zhì)流沒有商品價值,因此未進(jìn)入到社會生產(chǎn)和消費經(jīng)濟(jì)活動的邊界之內(nèi)。但是這些物質(zhì)流對于自然環(huán)境生態(tài)產(chǎn)生了不利的影響,這些物質(zhì)往往侵占了大片的土地,破壞了周圍的景觀,塵土飛揚,影響大氣質(zhì)量,隨雨水沖刷,污染水體。

1.2.3國內(nèi)過程產(chǎn)出(DPO,DomesticProcessedOutput)投入的物質(zhì)經(jīng)過生產(chǎn)活動產(chǎn)生出各類的產(chǎn)品和服務(wù),與此同時一些物質(zhì)成為副產(chǎn)品或下腳料,稱之為廢棄物;有一些消費類產(chǎn)品在消費過程中被消耗掉了,變成為廢棄物。這些廢棄物從經(jīng)濟(jì)活動邊界內(nèi)排出,進(jìn)入到自然環(huán)境中。廢棄物進(jìn)入到周圍自然環(huán)境的主要途徑包括大氣、水和土壤,根據(jù)進(jìn)入到周圍環(huán)境的第一排放點對廢棄物進(jìn)行分類,包括:

(1)排入大氣的廢棄物。包括化石燃料燃燒、工業(yè)生產(chǎn)過程、工業(yè)和城市垃圾填埋場和垃圾焚燒產(chǎn)生的氣體廢棄物,如CO2、SO2、CO等。

(2)排入到水中的廢棄物。包括酸、堿、化學(xué)品、糞便等。

(3)最終處置的工業(yè)和城市垃圾固體廢棄物。工業(yè)和城市垃圾中經(jīng)過處置,將其中可利用的廢棄物如廢鋼、廢銅、廢紙、廢塑料、廢玻璃,經(jīng)過回收處理變成為再生利用的資源重新加以利用,一些工業(yè)發(fā)達(dá)國家將城市垃圾進(jìn)行焚燒處理,將焚燒產(chǎn)生的熱回收利用。因此,應(yīng)將這些物質(zhì)流從工業(yè)和城市垃圾的廢棄物加以扣除,其余的固體廢棄物計算進(jìn)為最終處置的廢棄物。

(4)流散的廢棄物。流散的廢棄物是一類難于控制和處置的廢棄物,包括農(nóng)村散落于田間的人和牲畜的糞便、施用農(nóng)田的化肥、農(nóng)藥、用于溶化積雪撒到路面的鹽等,一些過程的損耗,例如汽車輪胎的摩擦落下的顆粒,從剎車片摩擦掉下的顆粒,以及包括溶解油漆的材料揮發(fā)后進(jìn)入到環(huán)境中。

1.2.4增加的資產(chǎn)存量人類經(jīng)濟(jì)活動生產(chǎn)的產(chǎn)品,一部分產(chǎn)品出口到國外,一部份為消費品,其余的產(chǎn)品成為新增加的資產(chǎn)存量(Stockchange),仍留在人類的經(jīng)濟(jì)活動邊界內(nèi)。新增加的資產(chǎn)存量是指使用到新建筑物、新的基礎(chǔ)設(shè)施中的物質(zhì),使用于制造新的工業(yè)設(shè)施和交通工具中的物質(zhì),以及家電、家具等耐用消費品中的物質(zhì),包括:(1)建筑物;(2)基礎(chǔ)設(shè)施:公路、鐵路、港口、航空港、輸油管等;(3)機(jī)械設(shè)備和車輛;(4)耐用消費品:家用電器、家具、服裝等。為了界定新增加的資產(chǎn)存量,以一年為核算的基礎(chǔ),也即只要在一年內(nèi)仍存留在經(jīng)濟(jì)活動邊界內(nèi)的物質(zhì),都計入到新增加的資產(chǎn)存量中。同樣,對于使用期超過一年以上的消費品,也應(yīng)考慮為耐用消費品計入到新增加的資產(chǎn)存量中。隨耐用消費品淘汰而拋棄的物質(zhì)除非作再循環(huán)利用,其余的也均算作為國內(nèi)過程的產(chǎn)出,稱為當(dāng)年折舊的資產(chǎn)存量。因此,凈增加的資產(chǎn)存量=新增加的資產(chǎn)存量-折舊的資產(chǎn)存量。

1.3物質(zhì)流的核算

從物質(zhì)流平衡考慮,直接物質(zhì)投入應(yīng)為國內(nèi)過程產(chǎn)出、凈增加資產(chǎn)存量,以及出口物質(zhì)之和。但是由于在生產(chǎn)和消費過程中,原物質(zhì)中的水分會蒸發(fā)到大氣中去,大氣中的氧會參與反應(yīng)成為廢棄物中的成分,使得這種衡算變得復(fù)雜。考慮到這些影響因素,對于凈增加資產(chǎn)存量可以采用兩種核算方法。第一種方法是間接核算方法,按直接物質(zhì)投入、國內(nèi)過程產(chǎn)出、經(jīng)濟(jì)活動過程中吸收的氧,以及排放出的水分進(jìn)行物質(zhì)流的重量平衡加以計算,可以表示如下的關(guān)系式:凈增加資產(chǎn)存量=直接物質(zhì)投入量-國內(nèi)過程產(chǎn)出量+燃燒和工業(yè)過程中獲取的氧-排放出的水分式中,國內(nèi)過程產(chǎn)出量包括了當(dāng)年淘汰的資產(chǎn)存量。另一種核算的方法就是直接核算的方法。也即直接計算當(dāng)年新增加到建筑物和基礎(chǔ)設(shè)施中的物質(zhì)流;制造工業(yè)設(shè)備和交通運輸工具中新投入的物質(zhì)流;制造成耐用消費品的物質(zhì)流,以及增加庫存的物質(zhì)流,再扣除原有資產(chǎn)存量當(dāng)年折舊的物質(zhì)流。在進(jìn)行物質(zhì)流核算時利用了下列的平衡關(guān)系式:直接物質(zhì)投入=能源消費+凈增加的資產(chǎn)存量+非耐用消費品+出口產(chǎn)品+工業(yè)廢棄物非耐用消費品中,能源消費產(chǎn)生二氧化碳和水作為氣體排放物進(jìn)入大氣,但二氧化碳中的氧和水中的氧不計入氣體排放物的重量;工業(yè)廢棄物包括了當(dāng)年淘汰的資本存量。此關(guān)系式表示,直接物質(zhì)投入除了其中的能源消費轉(zhuǎn)變?yōu)槎趸己退鳛闅怏w排放物進(jìn)入大氣外,均轉(zhuǎn)入到凈增加的資產(chǎn)存量、非耐用消費品、出口產(chǎn)品和工業(yè)廢棄物的物質(zhì)中。包括食品、衣物、紙張、包裝等,其中食品為人使用,形成人的新陳代謝,吐出的二氧化碳和水進(jìn)入大氣,排出的糞便進(jìn)入廢水排泄,其余的非耐用消費品均變成為城市垃圾,以及農(nóng)村流散廢棄物。國內(nèi)過程產(chǎn)出即為各類廢棄物的總和,表示為:國內(nèi)過程產(chǎn)出=氣體廢棄物(含能源消費廢棄物)+工業(yè)和城市垃圾+廢水+流散廢棄物其中,在工業(yè)廢棄物和城市垃圾中包括了淘汰的舊資產(chǎn)存量(舊機(jī)器、舊建筑物、舊家電等)中的物質(zhì)。

2基于MFA的日本循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展目標(biāo)

日本在推進(jìn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展上,走在世界的前列。在建立循環(huán)經(jīng)濟(jì)法律體系的基礎(chǔ)上,明確制定出循環(huán)型社會推進(jìn)計劃,并采用MFA方法制定了具體的發(fā)展目標(biāo)[3]。日本的循環(huán)型社會發(fā)展目標(biāo)有3個主要指標(biāo):物資生產(chǎn)率、再利用和再使用率、最終處置量。物資生產(chǎn)率是指單位物資投入量所生產(chǎn)的GDP。日本確立該指標(biāo)的方法見圖2。根據(jù)MFA方法核算出1980-2000年的歷史數(shù)據(jù),得出物資生產(chǎn)率的年變化趨勢,然后再根據(jù)該趨勢外推出2010年的發(fā)展目標(biāo)。再利用和再使用率是指再利用和再使用物資的數(shù)量與總物資投入數(shù)量的比值?？偽镔Y投入既包括直接物資投入,也包括再利用和再使用物資的投入。采用MFA方法對過去20年數(shù)據(jù)的分析,根據(jù)20世紀(jì)90年代的再利用和再使用率變化趨勢可以得出2010年的預(yù)期目標(biāo)為14%。最終處置量是指那些無法再利用和再使用,最終成為廢棄物的物資的數(shù)量。通過MFA分析可以看出(見圖4),日本從20世紀(jì)90年代初開始,最終處置量呈現(xiàn)快速下降趨勢?？紤]到繼續(xù)減少最終處置量的難度會越來越大,因而在將趨勢外推的時候,最終處置量在2000-2010年期間的下降趨勢要稍緩于1990-2000年期間。2010年的最終處置量的預(yù)期目標(biāo)定為約3000萬t。日本的實踐經(jīng)驗表明,MFA方法所核算出來的一些重要指標(biāo)(尤其是將3R定量化的指標(biāo))是制定循環(huán)型社會發(fā)展目標(biāo)的理論依據(jù)。通過對我國的資源利用情況進(jìn)行MFA分析,也可以為我國建立循環(huán)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)體系,確立具體而明確的循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展目標(biāo)提供直接有力的理論依據(jù)。

3循環(huán)經(jīng)濟(jì)評價指標(biāo)體系

循環(huán)經(jīng)濟(jì)是一種以資源的高效利用和循環(huán)利用為核心,以“減量化、再利用、資源化”為原則的經(jīng)濟(jì)增長模式。因此,循環(huán)經(jīng)濟(jì)的評價指標(biāo)體系也應(yīng)以評價資源利用的效率和效益、廢棄物的產(chǎn)生量和最終處置量,廢棄物的再利用和資源化為主要目標(biāo)。我國的循環(huán)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)體系應(yīng)包括以下幾方面指標(biāo):

3.1資源利用的評價指標(biāo)

資源利用的評價指標(biāo)主要包括:資源消費總量、人均資源消費量、資源消費強(qiáng)度、資源生產(chǎn)率等。

3.1.1資源消費總量資源消費總量可以表示為某一種資源(如石油、鋼鐵等)、某一類資源(如能源、礦產(chǎn)資源),或各類資源綜合的消費總量。MAF方法中的直接物質(zhì)投入即表示為一國資源綜合的消費總量。

3.1.2人均資源消費量同樣,人均資源消費量可以表示為某一種資源、某一類資源,或各類資源綜合的人均消費量。人均直接物質(zhì)投入即表示為一國人均資源綜合的消費量。

3.1.3資源消費強(qiáng)度資源消費強(qiáng)度系指單位社會經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的資源消費量,大多以創(chuàng)造單位GDP所投入的資源量來表示。單位GDP的直接物質(zhì)投入量即表示了資源綜合消費強(qiáng)度,即資源綜合消費強(qiáng)度=直接物質(zhì)投入量/GDP國際上還經(jīng)常采用GDP的能耗強(qiáng)度、GDP的水消耗強(qiáng)度等指標(biāo),表示創(chuàng)造單位GDP的能源消費量、水資源消費量等某一種資源的消費強(qiáng)度。資源消費強(qiáng)度是一種表示資源利用經(jīng)濟(jì)效益的指標(biāo),資源消費強(qiáng)度與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品結(jié)構(gòu),以及資源利用效率等因素有關(guān),其中資源利用效率是屬于技術(shù)性的指標(biāo),例如生產(chǎn)單位重量產(chǎn)品的能耗、材耗等。國際上也有的采用資源生產(chǎn)率表示資源利用經(jīng)濟(jì)效益的指標(biāo),資源生產(chǎn)率是資源消費強(qiáng)度的倒數(shù),是指單位資源投入量所創(chuàng)造的GDP。

3.2資源循環(huán)再利用的評價指標(biāo)

廢棄物的循環(huán)利用包括了廢棄物的再利用和廢棄物的資源化再利用。再利用是指產(chǎn)品多次使用或修復(fù)、翻新或在制造后繼續(xù)使用,盡可能地延長產(chǎn)品的使用周期,防止產(chǎn)品過早地成為垃圾;資源化是指廢棄物最大限度地轉(zhuǎn)化為資源,變廢為寶、化害為利,既可減少自然資源的消耗,又可減少污染物的排放。

3.2.1物質(zhì)平均使用周期

物質(zhì)平均使用周期建議用作為廢棄物再利用的評價指標(biāo)。物質(zhì)平均使用周期是指,從物質(zhì)作為直接物質(zhì)投入進(jìn)入到社會經(jīng)濟(jì)活動邊界內(nèi),直到作為廢棄物離開社會經(jīng)濟(jì)活動邊界為止的年限。物質(zhì)平均使用周期是衡量資源利用效益的重要因素,延長物質(zhì)平均使用周期可有效地提高資源的利用效益。目前我國建筑物和基礎(chǔ)設(shè)施經(jīng)常拆了又蓋,蓋了又拆的,使用年限短,資源浪費很大。物質(zhì)平均使用周期可以表達(dá)為物質(zhì)資產(chǎn)存量年淘汰率的倒數(shù),即:物質(zhì)平均使用周期(年)=1/物質(zhì)資產(chǎn)存量年淘汰率(年-1)物質(zhì)資產(chǎn)存量年淘汰率可以由物質(zhì)資產(chǎn)存量關(guān)系式來求得。物質(zhì)資產(chǎn)存量可表示為,At=Bt(1-a)+SSt-1•b(1)SSt=SS0+∑ti=1Bi-At(2)將(2)代入(1)中,得到At=Bt•(1-a)+SS0•b+(∑t-1i=1Bi-At-1)b(3)其中:SSt為第t年物質(zhì)的資產(chǎn)存量;At為第t年物質(zhì)廢棄物的產(chǎn)生量;Bt為第t年新投入的物質(zhì)量;a為生產(chǎn)和消費過程物質(zhì)損耗率;b為物質(zhì)資產(chǎn)存量的淘汰率。因而根據(jù)(3)可以得到回歸方程:At=C+α•Bt+β•Dt+(4)其中,At是被解釋變量,C是常數(shù)項,C=SS0•bα,β是回歸系數(shù),α=1-a,β=bBt,Dt是解釋變量,Dt=∑t-1i=1Bi-At-1,并且令Dt=0是隨機(jī)擾動項。其中,物質(zhì)廢棄物年產(chǎn)生量為物質(zhì)加工和消費過程廢棄物年產(chǎn)生量,以及物質(zhì)資產(chǎn)存量年淘汰量之和,物質(zhì)年新投入量即為物質(zhì)年表觀消費量。這兩組時間序列數(shù)據(jù)可以從統(tǒng)計中獲得,通過對上述的關(guān)系式進(jìn)行最小二乘法處理,可求得物質(zhì)資產(chǎn)存量的年淘汰率,再由物質(zhì)資產(chǎn)存量的年淘汰率取倒數(shù),即可得到物質(zhì)平均使用周期。

3.2.2廢棄物資源化再利用的評價指標(biāo)

(1)廢棄物回收利用率為廢棄物資源化利用量占廢棄物產(chǎn)生量的比例。實際上,廢棄物回收利用率包括了廢棄物回收率和回收廢棄物的資源化利用率兩項指標(biāo)。廢棄物回收率是指回收的廢棄物占廢棄物產(chǎn)生量的比重,表示了廢棄物回收工作的成效;另一項指標(biāo)是廢棄物資源化利用量占回收廢棄物的比重。廢棄物產(chǎn)生量可能難于從統(tǒng)計上獲得,而廢棄物回收量是可能由統(tǒng)計獲得的。

(2)資源循環(huán)利用率為廢棄物資源化利用量/直接物質(zhì)投入量。廢棄物回收利用率和資源循環(huán)利用率兩類指標(biāo)可用于一種物質(zhì)、一類物質(zhì),或各類物質(zhì)的總和。對于我國可持續(xù)發(fā)展,更關(guān)注于能源資源、鐵資源、銅資源、鋁資源、森林資源和造紙原料等物質(zhì)的循環(huán)利用。應(yīng)對這些物質(zhì)建立資源再利用的指標(biāo),如鋼鐵物質(zhì)的回收利用率和循環(huán)利用率等。廢棄物的資源化再利用可劃分為以下幾類:生物類、土石類、金屬類和油脂類。此外,廢棄物等的焚燒處理時,通過發(fā)電,蒸汽,熱水利用等進(jìn)行熱能回收,但只占很少比例。

3.3廢棄物排放量

廢棄物排放量即以MFA中國內(nèi)過程產(chǎn)出量為評價指標(biāo)。

4結(jié)論

MFA方法是目前世界上一些國家表述國家資源投入、廢棄物產(chǎn)生和廢棄物再生利用的概況,并在此基礎(chǔ)上,建立循環(huán)經(jīng)濟(jì)的評價指標(biāo)體系的重要工具。以MFA方法為基礎(chǔ),建立我國的循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展指標(biāo)體系是我國當(dāng)前推進(jìn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的當(dāng)務(wù)之急。這個指標(biāo)體系不僅會為我國制定循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展目標(biāo)、推進(jìn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供理論依據(jù),也會成為社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展中我國與國際比較,找出差距,調(diào)整戰(zhàn)略的重要技術(shù)指標(biāo)。