《工業(yè)生態(tài)學(xué)》第二章工業(yè)生態(tài)學(xué)基本理論產(chǎn)業(yè)代謝理論課件

1、第二章 工業(yè)生態(tài)學(xué)的基本理論2 產(chǎn)業(yè)代謝理論第1頁(yè)，共43頁(yè)。作為新興的學(xué)科領(lǐng)域，產(chǎn)業(yè)生態(tài)學(xué)的一個(gè)核心內(nèi)容就是對(duì)產(chǎn)業(yè)代謝的研究，其研究目的是分析我們社會(huì)的物質(zhì)基礎(chǔ)、產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)內(nèi)部以及與環(huán)境之間的物質(zhì)和能量交換。當(dāng)前的產(chǎn)業(yè)代謝造成了資源耗竭，并對(duì)環(huán)境產(chǎn)生了巨大壓力。那么如何才能使其可持續(xù)發(fā)展呢？通常認(rèn)為，最有效的方法是通過(guò)物質(zhì)回收、最優(yōu)化能源利用、提高物質(zhì)利用效率等途徑最小化其與環(huán)境系統(tǒng)的物質(zhì)交換，從而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展。產(chǎn)業(yè)代謝概念的提出第2頁(yè)，共43頁(yè)。產(chǎn)業(yè)代謝的發(fā)展3452K.Boulding 1966強(qiáng)調(diào)人類社會(huì)由“牧童經(jīng)濟(jì)”向“飛船經(jīng)濟(jì)”轉(zhuǎn)變。D.Meadows 1966增長(zhǎng)的極限

2、第一次用計(jì)算機(jī)模型模擬人口、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、污染和資源增長(zhǎng)關(guān)系，超越極限人類必將崩潰。R.U.Ayres 1968，1969，1974）開(kāi)展了美國(guó)的物質(zhì)流分析，并將其結(jié)果與人口GDP聯(lián)系起來(lái)，提出應(yīng)把環(huán)境污染與控制看做是整個(gè)經(jīng)濟(jì)中的物質(zhì)平衡問(wèn)題。A.Kneese1974提出MIPs(單位產(chǎn)品或服務(wù)物質(zhì)投入強(qiáng)度)生態(tài)包袱等重要概念，進(jìn)一步發(fā)展了代謝分析。1A.Wolma1965ScientificAmerican第一次發(fā)表了他對(duì)美國(guó)城市代謝的經(jīng)驗(yàn)估計(jì)。他指出為了滿足城市居民家居、工作、休閑所需的物質(zhì)及廢棄物的處理形成了城市代謝。牧童經(jīng)濟(jì)：所描述的地球是一個(gè)物質(zhì)充裕的開(kāi)放系統(tǒng)，其特征為高強(qiáng)度的物質(zhì)代謝

3、。飛船經(jīng)濟(jì)：是指地球是一個(gè)封閉的系統(tǒng)，資源有效、經(jīng)濟(jì)發(fā)展應(yīng)重質(zhì)量而不是數(shù)量。第3頁(yè)，共43頁(yè)。產(chǎn)業(yè)代謝的發(fā)展20世紀(jì)80年代，Ayres等人就經(jīng)濟(jì)活動(dòng)中物質(zhì)與能量流動(dòng)對(duì)環(huán)境的影響進(jìn)行了創(chuàng)新性的研究；1989年，美國(guó)環(huán)境生態(tài)學(xué)家R.A.Frosch首次通過(guò)模擬生物新陳代謝過(guò)程和生態(tài)系統(tǒng)的循環(huán)再生過(guò)程提出了“產(chǎn)業(yè)代謝”的概念。第4頁(yè)，共43頁(yè)。 但是，目前產(chǎn)業(yè)代謝的研究成果對(duì)公共政策的影響非常微弱，應(yīng)用范圍也極其狹窄。原因有很多：一、理論研究與具體政治目標(biāo)的脫節(jié)，二、缺少有效的產(chǎn)業(yè)代謝分析工具，三、在理論研究和政策制定過(guò)程中，沒(méi)有充分重視經(jīng)濟(jì)和自然生態(tài)系統(tǒng)中物質(zhì)流動(dòng)的作用。產(chǎn)業(yè)代謝概念的提出第5頁(yè)

4、，共43頁(yè)。產(chǎn)業(yè)代謝分析概念 產(chǎn)業(yè)代謝分析是描述產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)中物質(zhì)能量從資源采掘，經(jīng)產(chǎn)業(yè)和消費(fèi)系統(tǒng)到最終作為廢棄物處置的整個(gè)過(guò)程的方法。 產(chǎn)業(yè)代謝是模擬生物和生態(tài)系統(tǒng)代謝功能的一種系統(tǒng)分析方法。包括四個(gè)組成部分，即：生產(chǎn)者、消費(fèi)者、再生者和外部環(huán)境。可以通過(guò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)變化分析，功能模擬和產(chǎn)業(yè)流分析來(lái)研究工業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的代謝機(jī)能及其控制方法。第6頁(yè)，共43頁(yè)。產(chǎn)業(yè)代謝示意圖太陽(yáng)空氣家庭及個(gè)人消費(fèi)風(fēng)景：改善環(huán)境水地表水、地下水制造業(yè)、建筑物、運(yùn)輸銷售服務(wù)廢棄物處置生物群落 藻類 蠕蟲(chóng) 細(xì)菌 昆蟲(chóng)采礦與鉆井從公用 從私或無(wú)主 人所的土地 有土地農(nóng)業(yè)和林業(yè)在私人土地 公共土地上的耕作 與 上打獵 釣管理 魚(yú)

5、放牧123456758910111213141516171819第7頁(yè)，共43頁(yè)。產(chǎn)業(yè)代謝和生物代謝的聯(lián)系和區(qū)別（1）在個(gè)體層次上： 單個(gè)企業(yè)與生物體個(gè)體之間存在很大的相似性，兩者都是由自由能流驅(qū)動(dòng)的物質(zhì)加工轉(zhuǎn)化系統(tǒng)，而且兩者都是出于一種遠(yuǎn)離熱力學(xué)平衡的穩(wěn)定狀態(tài)的自組織“耗散系統(tǒng)”。區(qū)別: 生物體可以進(jìn)行自我繁殖，而企業(yè)只能生產(chǎn)產(chǎn)品或提供服務(wù)，無(wú)法創(chuàng)造新企業(yè)。 生物體是高度專門(mén)化的，并且不能再短期內(nèi)改變自身的行為模式；而企業(yè)是不需要專門(mén)化的，他們可以很容易地從生產(chǎn)某種產(chǎn)品或提供某種服務(wù)轉(zhuǎn)向生產(chǎn)另一種產(chǎn)品或另一種服務(wù)。（2）在系統(tǒng)層次上：不同的生物體之間通過(guò)互相提供食物而形成了相互依賴的鏈條關(guān)系

6、，建立了自然界物質(zhì)的健康循環(huán)，將生物體與非生物體環(huán)境之間構(gòu)成一個(gè)統(tǒng)一的、不斷進(jìn)行物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)的整體，從而保持著生態(tài)系統(tǒng)的平衡和相對(duì)穩(wěn)定。區(qū)別：產(chǎn)業(yè)代謝研究的宗旨是通過(guò)對(duì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)中純物質(zhì)的數(shù)量與質(zhì)量的追蹤，揭示構(gòu)成產(chǎn)業(yè)活動(dòng)的全部物質(zhì)和能量的輸入、儲(chǔ)存轉(zhuǎn)化與輸出過(guò)程及其對(duì)環(huán)境的影響。第8頁(yè)，共43頁(yè)。（3）區(qū)別：自然生態(tài)系統(tǒng)中的元素代謝過(guò)程是封閉的，而產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中的代謝過(guò)程是開(kāi)放的。無(wú)機(jī)物營(yíng)養(yǎng) C N P生物產(chǎn)品（無(wú)生命）生物體（有生命）流動(dòng)回收回收流動(dòng)再生再生光合作用尸體排泄物質(zhì)流動(dòng)的生物模型-生物地化循環(huán)物質(zhì)流動(dòng)的工業(yè)模型-工業(yè)原料循環(huán)自然環(huán)境原材料商品最終產(chǎn)品生產(chǎn)設(shè)備提取產(chǎn)生廢棄物廢

7、物循環(huán)利用副產(chǎn)品、家庭廢棄物產(chǎn)品生產(chǎn)再制造、恢復(fù)產(chǎn)品分銷第9頁(yè)，共43頁(yè)。產(chǎn)業(yè)代謝分析的內(nèi)涵產(chǎn)業(yè)代謝分析是通過(guò)對(duì)產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)中物質(zhì)能量的輸入-儲(chǔ)存轉(zhuǎn)化-輸出過(guò)程的數(shù)量的追蹤，反映產(chǎn)業(yè)活動(dòng)對(duì)環(huán)境的壓力。 通過(guò)對(duì)產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)中物質(zhì)流動(dòng)途徑及其狀態(tài)的跟蹤分析，建立物質(zhì)收支平衡表。 產(chǎn)業(yè)代謝分析的基本觀點(diǎn)是：人類活動(dòng)產(chǎn)生的環(huán)境影響在很大程度上取決于進(jìn)入經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的自然資源和物質(zhì)的數(shù)量和質(zhì)量，以及從經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)排入環(huán)境的資源和廢棄物質(zhì)的數(shù)量和質(zhì)量。第10頁(yè)，共43頁(yè)。產(chǎn)業(yè)代謝的研究?jī)?nèi)容（1）在有限的區(qū)域內(nèi)追蹤某些污染物：如針對(duì)江河流域地區(qū)工業(yè)集中、人口密度大和環(huán)境污染重的特點(diǎn)，可以通過(guò)產(chǎn)業(yè)代謝分析追蹤特征污染物的遷移

8、和轉(zhuǎn)化。（2）分析研究某一物質(zhì)，特別是重金屬：由于其潛在的毒性，重金屬應(yīng)列入首先對(duì)象。分析跟蹤環(huán)境中重金屬相對(duì)比較容易。（3）具體研究某種物質(zhì)成分：產(chǎn)業(yè)代謝研究也可以僅限于某種物質(zhì)成分、以確定其不同形態(tài)的特性及其自然生物地球化學(xué)循環(huán)的相互影響。（4）產(chǎn)業(yè)代謝也可以研究不同的與這樣那樣的產(chǎn)品相聯(lián)系的物質(zhì)與能量流，例如德國(guó)烏珀塔爾研究院曾經(jīng)就多種日用消費(fèi)品進(jìn)行了產(chǎn)業(yè)代謝分析，典型的例子是對(duì)澄汁的產(chǎn)業(yè)代謝分析。 第11頁(yè)，共43頁(yè)。德國(guó)是世界上人均橙汁消費(fèi)量最高的國(guó)家，每人年消費(fèi)橙汁21升。歐洲消費(fèi)的橙汁中80以上來(lái)自世界上最主要的橙汁生產(chǎn)國(guó)巴西。橙汁從巴西到德國(guó)要經(jīng)過(guò)12000公里的長(zhǎng)途運(yùn)輸。 為

9、了運(yùn)輸?shù)慕?jīng)濟(jì)性，橙汁要濃縮成原來(lái)狀態(tài)8的總量， 并在零下18度的條件下冷藏。 橙汁生產(chǎn)的主要原料是水和石油。石油主要用于生產(chǎn)蒸汽，用于橙汁濃縮加工。 生產(chǎn)1噸橙汁需要8.1千克石油。 如果包括運(yùn)輸與冷藏在內(nèi)，每噸橙汁約需100千克石油。 水的消耗同樣不可小視：每一杯橙汁至少需要22杯水，主要用于濃縮過(guò)程中產(chǎn)生蒸汽和運(yùn)到德國(guó)后稀釋濃縮橙汁。 產(chǎn)業(yè)代謝研究?jī)?nèi)容第12頁(yè)，共43頁(yè)。 分析表明在德國(guó)生產(chǎn)1升橙汁需要25千克其他物質(zhì)消耗，還不包括所謂的生態(tài)包袱。即為了取得生產(chǎn)橙汁所需的石油與水而需要消耗的能源與原料。而物質(zhì)流分析方法將會(huì)對(duì)此進(jìn)行研究。 比如說(shuō)，生產(chǎn)1千克石油約需0.5-20升的水。如果我

10、們想做一全面分析，就應(yīng)把這些水也包括進(jìn)去；同樣地，也應(yīng)該包括在橙汁運(yùn)輸分銷過(guò)程中需要大量的小規(guī)格包裝物料（用于適應(yīng)航空與鐵路運(yùn)輸?shù)莫?dú)立小包裝）以及由此產(chǎn)生大量的廢料。 我們可從以下兩個(gè)角度使橙汁生產(chǎn)與消費(fèi)更為“生態(tài)化”：一是生產(chǎn)者應(yīng)設(shè)法減少這25千克的物質(zhì)消耗， 例如讓濃縮過(guò)程更為有效；另一角度，看起來(lái)難以實(shí)現(xiàn)，那就是減少橙汁消費(fèi)。產(chǎn)業(yè)代謝研究?jī)?nèi)容第13頁(yè)，共43頁(yè)。 就德國(guó)而言，每人每年喝掉21升橙汁，如果按照“生態(tài)足跡”來(lái)計(jì)算，生產(chǎn)這21升橙汁相當(dāng)于需要24平方米的土地。換句話說(shuō)，德國(guó)每年消費(fèi)的橙汁總量， 相當(dāng)于需要巴西的150000公頃良田，這相當(dāng)于瑞士國(guó)土面積的3倍以上。 由此可見(jiàn)對(duì)于

11、社會(huì)- 環(huán)境系統(tǒng)的物質(zhì)流分析可以重新審視我們的經(jīng)濟(jì)活動(dòng)，引導(dǎo)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)中物質(zhì)和能源流動(dòng)向更可持續(xù)的方向發(fā)展。近年的研究成果也表明，對(duì)于產(chǎn)業(yè)代謝的研究應(yīng)該基于對(duì)經(jīng)濟(jì)和環(huán)境系統(tǒng)中物質(zhì)流的分析，因此國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者紛紛將研究重點(diǎn)轉(zhuǎn)向?qū)ξ镔|(zhì)流的分析，并且已經(jīng)取得了一定成績(jī)。產(chǎn)業(yè)代謝研究?jī)?nèi)容第14頁(yè)，共43頁(yè)。產(chǎn)業(yè)代謝分析的類型（1）資源代謝分析（2）組織或區(qū)域代謝分析第15頁(yè)，共43頁(yè)。幾個(gè)重要的概念MIPs（單位服務(wù)的物質(zhì)強(qiáng)度）：是指為消費(fèi)者提供一個(gè)單位的產(chǎn)品或服務(wù)所涉及的整個(gè)生命周期過(guò)程（生產(chǎn)、消費(fèi)、廢棄物處置）的物質(zhì)流的數(shù)量。生態(tài)包袱：指生產(chǎn)或提供單位服務(wù)所需要的物質(zhì)投入總量與產(chǎn)品質(zhì)量之差稱為生態(tài)包

12、袱。隱流：那些在提供商品的過(guò)程中被搬運(yùn)或被使用，而本身并不進(jìn)入經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的物質(zhì)被稱為隱流。分為2類：一是隨目標(biāo)材料一同開(kāi)采后又被分離和拋棄的輔助材料，如金屬礦中的石塊；二是被挖出或受到擾動(dòng)的物質(zhì)，如開(kāi)采礦石所挖出的覆土。減物質(zhì)化：在產(chǎn)業(yè)代謝分析基礎(chǔ)上產(chǎn)生的改善物流和減少資源消耗的概念，是指在產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中減少物料消耗和降低能量強(qiáng)度的現(xiàn)象。第16頁(yè)，共43頁(yè)。表 1 資源代謝分析的分類中文名稱英文名稱英文縮寫(xiě)元素流分析element flow analysisEFA分子流分析molecular flow analysisMoFA物質(zhì)流分析substance flow analysisSFAmate

13、rial flow analysisMFA3第17頁(yè)，共43頁(yè)。元素流分析-舉例元素流分析的對(duì)象是單個(gè)元素。例如，當(dāng)對(duì)一個(gè)系統(tǒng)開(kāi)展硫元素分析時(shí)，我們不需要考慮它究竟是單質(zhì)硫、二氧化硫、還是硫酸，而只需要關(guān)注單位時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)移的硫的質(zhì)量。元素硫分析可在任何尺度上開(kāi)展。1993年，國(guó)際應(yīng)用系統(tǒng)分析研究所的Stigliani和Anderberg首次采用元素流分析方法，研究了流域范圍內(nèi)的重金屬代謝。該項(xiàng)研究在空間模型上是萊茵河全流域，他們認(rèn)為大河流域是進(jìn)行產(chǎn)業(yè)代謝分析的理想實(shí)體。第18頁(yè)，共43頁(yè)。分析的對(duì)象為鎘、鉛、鋅三種金屬以及氮、硫和林丹。分析有三部分構(gòu)成：（1）識(shí)別含有以上元素的化學(xué)品在其生命周期

14、的每一個(gè)階段對(duì)空氣、水和土壤的排放與沉降；（2）構(gòu)建一個(gè)全流域污染模式；（3）評(píng)價(jià)環(huán)境影響及所提出的排放量削減政策，或與所要考慮的化學(xué)品相關(guān)的其他問(wèn)題。第19頁(yè)，共43頁(yè)。分子流分析工業(yè)生態(tài)學(xué)的第一例分子流分析是由加利福尼亞大學(xué)的M.Molina和F.S.Rowland聯(lián)合開(kāi)展的關(guān)于氟氯烴的大氣循環(huán)研究，并獲得了諾貝爾獎(jiǎng)?？茖W(xué)家們?cè)诖髿鈱又袡z測(cè)到了工業(yè)中用制冷劑的氟氯烴，Molina等人推斷氟氯烴在大氣層高能太陽(yáng)輻射的作用下最終將分解，其分解產(chǎn)物進(jìn)而與臭氧反應(yīng)，消耗平流層中的臭氧。幾年后，南極上空臭氧空洞的發(fā)現(xiàn)證明了他們的分析是正確的。第20頁(yè)，共43頁(yè)。表 2 大氣層甲烷分子流分析收支項(xiàng)目流

15、量/ (Mta-1)（以碳計(jì)）源自然源濕地120（100 - 200）白蟻20（10 - 50）海洋10（5 - 20）水合物0（0 - 5）人為源煤炭、天然氣開(kāi)采100（70 - 120）稻田60（20 - 100）反芻動(dòng)物80（65 - 100）固體廢物處理80（60 - 100）生物質(zhì)燃燒40（20 - 80）匯與HO反應(yīng)的消耗430（350 - 510）土壤吸收30（15 - 45）注：1. 此為1990年數(shù)據(jù)。對(duì)于每一個(gè)項(xiàng)目，都有一個(gè)最佳的預(yù)測(cè)值，括號(hào)中數(shù)據(jù)表示該項(xiàng)目預(yù)測(cè)可能范圍。 2. 參考 T. E. Graedel, P. J. Crutzen, 1993.4第21頁(yè)，共43頁(yè)

16、。 人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)與自然環(huán)境之間是依靠各種物質(zhì)流(material flow)聯(lián)系起來(lái)的， 產(chǎn)業(yè)代謝分析實(shí)質(zhì)上是對(duì)這些物質(zhì)流的研究與分析。20世紀(jì)80年代后期，人們逐漸認(rèn)識(shí)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)中的物質(zhì)流動(dòng)對(duì)于物質(zhì)的全球循環(huán)具有重大的影響；另外經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)還影響自然生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)和能源消耗。因此許多學(xué)者認(rèn)為，人類的經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)是自然生態(tài)系統(tǒng)的子系統(tǒng)。 經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)中的物質(zhì)與能量流動(dòng)與生態(tài)系統(tǒng)中的物質(zhì)和能量流動(dòng)相類似，但具有以下特性： 1. 經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)與生態(tài)系統(tǒng)之間的物質(zhì)交換量大而迅速； 2. 經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)內(nèi)部物質(zhì)流動(dòng)迅速； 3. 經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)內(nèi)物質(zhì)利用率低。物質(zhì)流分析第22頁(yè)，共43頁(yè)。 簡(jiǎn)單說(shuō)來(lái)，物質(zhì)流分析主要是對(duì)社會(huì)經(jīng)

17、濟(jì)或環(huán)境系統(tǒng)中的物質(zhì)輸入和輸出進(jìn)行量化，建立物質(zhì)流賬戶，以便進(jìn)行以物質(zhì)流為基礎(chǔ)的優(yōu)化管理。 它具體是通過(guò)物理單位（如質(zhì)量）對(duì)物質(zhì)從開(kāi)采、生產(chǎn)、消費(fèi)、循環(huán)使用直到最終處置進(jìn)行結(jié)算，其分析的物質(zhì)可以是元素、原材料、產(chǎn)品、制成品，也可以是廢棄物以及向空氣、水的排放物等等。 物質(zhì)流分析第23頁(yè)，共43頁(yè)。 20世紀(jì)90年代初,德國(guó)Wuppertal研究所的研究人員提出了生態(tài)包袱(ecological rucksacks)的概念，后來(lái)也稱其為隱藏流(hidden flows)。此后形成了較為完善的物質(zhì)流分析框架，并廣泛應(yīng)用于各國(guó)研究中。如德國(guó)、荷蘭、美國(guó)、日本、澳大利亞、奧地利、芬蘭意大利、波蘭、瑞典、

18、英國(guó)、法國(guó)等主要發(fā)達(dá)國(guó)家先后對(duì)本國(guó)的資源物質(zhì)利用情況與經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)行了分析，近年來(lái)，中國(guó)、巴西、委內(nèi)瑞拉等少數(shù)發(fā)展中國(guó)家也開(kāi)始進(jìn)入該研究領(lǐng)域。 物質(zhì)流分析研究因其強(qiáng)烈的政策導(dǎo)向和對(duì)政策的指導(dǎo)意義而受到國(guó)際上的關(guān)注，通過(guò)物質(zhì)流分析，可以控制有毒有害物質(zhì)的投入和流向，分析物質(zhì)流的使用總量和使用強(qiáng)度，為環(huán)境政策提供了新的方法和視角。 物質(zhì)流分析第24頁(yè)，共43頁(yè)。2. 組織或區(qū)域代謝分析組織代謝分析（organismal metabolic analysis，OMA）是針對(duì)單個(gè)產(chǎn)業(yè)組織（如一個(gè)工廠）開(kāi)展的分析；區(qū)域組織分析（regional metabolic analysis，RMA）是指對(duì)某一特定

19、地區(qū)內(nèi)部及其邊界開(kāi)展的物質(zhì)流分析。第25頁(yè)，共43頁(yè)。表 4 1996 年 5 個(gè)國(guó)家國(guó)內(nèi)不同行業(yè)的環(huán)境排放奧地利德國(guó)日本荷蘭美國(guó)總排放量/ Mt農(nóng)業(yè)9.544.830.644.6231.6建筑業(yè)5.426.225.43.0110.0能源部門(mén)2.9133.1119.712.4723.9工業(yè)11.035.3171.318.1653.0民用6.556.435.214.0280.4交通部門(mén)5.557.977.817.1668.9人均排放量/ t 農(nóng)業(yè)1.20.60.22.90.9建筑業(yè)0.70.30.20.20.4能源部門(mén)0.41.61.00.82.7工業(yè)1.40.41.41.22.4民用0.80.

20、70.30.91.0交通部門(mén)0.70.70.61.12.5注：參考 E. Matthews, et al. , 2000.2第26頁(yè)，共43頁(yè)。圖 5 煤的主要產(chǎn)業(yè)代謝流程注：參考T. E. Graedel, B. R. Allenby, 20021第27頁(yè)，共43頁(yè)。分析：從圖中可以看出，在目前的工業(yè)生產(chǎn)體系中，煤炭資源基本上是一種單向流動(dòng)，即人們從自然界中索取大量的煤炭資源，在滿足人們生產(chǎn)和生活需求后，又講大量的廢棄物和污染物排放到環(huán)境中。大量直接燃煤產(chǎn)生的煙塵、SO2造成的大氣污染，以及CO2溫室氣體的排放.以1995年中國(guó)為例，燃煤造成的煙塵、二氧化硫和二氧化碳排放量分別為103410

21、4t、1702104 t和45000104t，分別占當(dāng)年全國(guó)總排放量的70%，90%和75%。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，這種污染排放還有增長(zhǎng)的趨勢(shì)。而且由于中國(guó)煤多油少的能源結(jié)構(gòu)，決定了煤炭作為我國(guó)基礎(chǔ)能源的局面短期內(nèi)是不可能改變的。第28頁(yè)，共43頁(yè)。 意義：產(chǎn)業(yè)代謝研究可以揭示產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及系統(tǒng)中各成分之間、產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)與環(huán)境系統(tǒng)之間的耦合關(guān)系，從而為了解產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及其對(duì)環(huán)境的影響，為尋找改善物質(zhì)代謝和提高能量利用率、減少環(huán)境排放的機(jī)會(huì)提供基礎(chǔ)。 從代謝總量上，提供了一種衡量經(jīng)濟(jì)發(fā)展“之重”的參數(shù)，即提供了一個(gè)維持經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)正常運(yùn)行所需要的物質(zhì)的數(shù)量，而資源的消費(fèi)量與環(huán)境的壓力之間存在著正相關(guān)關(guān)系。

22、 從代謝結(jié)構(gòu)上，它以物質(zhì)流分析為手段，提供關(guān)于產(chǎn)業(yè)體系運(yùn)行機(jī)制的一個(gè)整體理解。產(chǎn)業(yè)代謝分析的意義和用途第29頁(yè)，共43頁(yè)。產(chǎn)業(yè)代謝分析方法的應(yīng)用（1）資源管理：代謝分析方法可以為資源的分析、規(guī)劃、開(kāi)采等管理措施提供基本的技術(shù)支持，可以提供一種資源的開(kāi)采、使用、存量及其變化量的關(guān)系模型，可以用于檢測(cè)資源的開(kāi)采和使用行為。（2）廢棄物管理：產(chǎn)業(yè)代謝分析可以有效識(shí)別不同廢棄物的成分，這對(duì)于采用適當(dāng)?shù)膹U棄物處理措施（填埋、焚燒、堆肥）非常必要。（3）產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型： 產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型的主要目的是研究社會(huì)、技術(shù)和環(huán)境之間存在的復(fù)雜關(guān)系，確定各種變化的驅(qū)動(dòng)力，探討使環(huán)境承受較小壓力的發(fā)展途徑。第30頁(yè)，共43頁(yè)。產(chǎn)業(yè)代

23、謝分析基本要素（1）物質(zhì) 這里的物質(zhì)是指研究的對(duì)象，既包括原材料，又包括經(jīng)過(guò)化學(xué)合成的物質(zhì)，也可以指產(chǎn)品。類別亞類舉例類別亞類舉例原材料礦物質(zhì)材料 生物質(zhì)材料 礦物燃料鐵礦，銅礦，金礦，石灰礦谷物，蔬菜，魚(yú)，野生動(dòng)物煤炭，石油，天然氣產(chǎn)品礦物質(zhì)材料 生物質(zhì)材料 礦物燃料鋼材 大理石板 首飾牛奶 咖啡 肉 木材汽油 煤氣加工材料礦物質(zhì)材料生物質(zhì)材料礦物燃料生鐵，銅，石灰褐煤，甲烷，礦物油廢棄物氣體水體固體CO2 SOx VOCN P S廢塑料 廢玻璃第31頁(yè)，共43頁(yè)。（2）過(guò)程 指物質(zhì)在系統(tǒng)中轉(zhuǎn)化、運(yùn)行或存儲(chǔ)的過(guò)程。轉(zhuǎn)化的過(guò)程是指物質(zhì)以一種形式進(jìn)入系統(tǒng)，而以另外一種形式輸出。主要過(guò)程（黑箱）次

24、要過(guò)程1次要過(guò)程2次要過(guò)程31234614235876分解綜合產(chǎn)業(yè)代謝分析中的“過(guò)程”第32頁(yè)，共43頁(yè)。（3）流量和流速 每一個(gè)過(guò)程聯(lián)系著物質(zhì)的輸入和輸出過(guò)程，流量和流速表征這些物質(zhì)流的強(qiáng)度和速度。流量是指單位時(shí)間內(nèi)流經(jīng)系統(tǒng)的物質(zhì)的數(shù)量或質(zhì)量，用kg/a表示。流速是指單位時(shí)間、單位面積內(nèi)物質(zhì)的流量，用kg/sm2表示。例如：瑞士的紙消費(fèi)量1.8106 t/a，反映的是流量，246 kg/人a反映的是流速。SO2排放：3.0104 t/a，反映是流量； 0.7g/m2 a，反映是流速。第33頁(yè)，共43頁(yè)。（4）轉(zhuǎn)化系數(shù) 指針對(duì)某一個(gè)過(guò)程，物質(zhì)的輸出與輸入量之比。過(guò)程XXi1Xi2Xi3Xo1X

25、o2轉(zhuǎn)化系數(shù)的推導(dǎo)對(duì)輸出流Xo2而言，它的轉(zhuǎn)換系數(shù)TC2=XO2/(Xi1 + Xi2 + Xi3) 100%第34頁(yè)，共43頁(yè)。產(chǎn)業(yè)代謝分析程序（1）明確研究的問(wèn)題和預(yù)期目標(biāo) 首先必須明確所研究的問(wèn)題，幷根據(jù)前期的調(diào)研，適當(dāng)確定目標(biāo)。（2）定義系統(tǒng)邊界 包括確定系統(tǒng)的時(shí)間、空間范圍及所考慮的物質(zhì)類型。結(jié)合研究的目標(biāo)，在定義系統(tǒng)的地理邊界時(shí)，最好選擇在“行政上”和“地理空間”上獨(dú)立的單元。（3）確定與系統(tǒng)相關(guān)的流、存量及過(guò)程 明確了系統(tǒng)的范圍和所考慮的物質(zhì)后，首先要根據(jù)質(zhì)量守恒原理，初步描繪出各種物質(zhì)在系統(tǒng)中的輸入、儲(chǔ)存轉(zhuǎn)換及輸出的方式及過(guò)程。（4）計(jì)算過(guò)程 計(jì)算系統(tǒng)各過(guò)程的流量和存量及轉(zhuǎn)換系數(shù)。（5）研究報(bào)告。第35頁(yè)，共43頁(yè)。產(chǎn)業(yè)代謝分析量化指標(biāo)（1）物質(zhì)的再循環(huán)利用率 指產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)中物質(zhì)的再循環(huán)利用量與自然消耗的比值，是反映系統(tǒng)是否穩(wěn)定的一個(gè)指標(biāo)。 （2）物質(zhì)生產(chǎn)率 指單位物質(zhì)（能源）投入的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出，是衡量產(chǎn)業(yè)代謝效率的一個(gè)主要指標(biāo)，物質(zhì)生產(chǎn)率越高，物質(zhì)的生產(chǎn)率越高，經(jīng)濟(jì)的效益越大。第36頁(yè)，共43頁(yè)。產(chǎn)業(yè)代謝分析形式（1）研究對(duì)象：既可以是某