stringtranslate.com

Анализ потока материалов

Анализ потока материалов ( MFA ), также называемый анализом потока веществ ( SFA ), представляет собой аналитический метод количественной оценки потоков и запасов материалов или веществ в четко определенной системе . MFA является важным инструментом для изучения биофизических аспектов человеческой деятельности в различных пространственных и временных масштабах. Он считается основным методом промышленной экологии или антропогенного , городского , социального и промышленного метаболизма . MFA используется для изучения потоков материалов, веществ или продуктов в различных промышленных секторах или в пределах экосистем . MFA также может применяться к отдельной промышленной установке, например, для отслеживания потоков питательных веществ через очистные сооружения сточных вод . В сочетании с оценкой затрат, связанных с материальными потоками, это бизнес-ориентированное применение MFA называется учетом затрат на материальные потоки . MFA является важным инструментом для изучения круговой экономики и разработки управления материальными потоками . С 1990-х годов количество публикаций, связанных с анализом материальных потоков, неуклонно растет. Рецензируемые журналы, публикующие работы, связанные с MFA, включают Journal of Industrial Ecology , Ecological Economics , Environmental Science and Technology и Resources, Conservation, and Recycling . [1]

Методология

Мотивация

Такие человеческие потребности, как жилье, еда, транспорт или связь, требуют таких материалов, как древесина, крахмал, сахар, железо и сталь, медь или полупроводники. По мере развития общества и расширения экономической деятельности производство, использование и утилизация материалов увеличиваются до уровня, на котором нежелательные воздействия на окружающую среду и общество больше нельзя игнорировать ни на местном, ни на глобальном уровне. Потоки материалов лежат в основе местных экологических проблем, таких как выщелачивание со свалок или разливы нефти . Растущая обеспокоенность по поводу глобального потепления выносит ранее неважный поток отходов, углекислый газ , на первое место в политической и научной повестке дня. Постепенный переход от производства первичных материалов к городской добыче полезных ископаемых в развитых странах требует детальной оценки используемых и устаревших запасов материалов в человеческом обществе. Поэтому ученым, промышленникам, государственным органам и НПО нужен инструмент, который дополняет экономический учет и моделирование. Им нужен систематический метод для отслеживания и отображения запасов и потоков материалов, поступающих, остающихся внутри и покидающих различные процессы в антропосфере . Анализ потока материалов является таким методом.

Основные принципы

MFA базируется на двух фундаментальных и общепризнанных научных принципах: системном подходе и балансе масс . [2] [3] Определение системы является отправной точкой каждого исследования MFA.

Определение системы

Базовая система МФА без количественной оценки.
Более общая система MFA без количественной оценки.

Система MFA представляет собой модель промышленного предприятия, промышленного сектора или региона, представляющего интерес. Уровень детализации модели системы выбирается в соответствии с целью исследования. Система MFA всегда состоит из границы системы, одного или нескольких процессов , материальных потоков между процессами и запасов материалов в процессах. Физический обмен между системой и ее средой происходит через потоки, пересекающие границу системы. Вопреки предвзятому мнению о том, что система представляет собой определенную промышленную установку, системы и процессы в MFA могут представлять собой гораздо более крупные и абстрактные сущности, если они четко определены. Явное определение системы помогает практикующему специалисту находить имеющуюся количественную информацию в системе, либо как запасы в определенных процессах, либо как потоки между процессами. Описание системы MFA можно уточнить путем дезагрегирования процессов или упростить путем агрегирования процессов.

Наряду с указанием расположения процессов, запасов и потоков в определении системы, практикующий специалист также должен указать масштаб и элемент-индикатор или материал изучаемой системы. Пространственный масштаб описывает географическую сущность, которая охватывается системой. Система, представляющая определенный промышленный сектор, может быть применена к США, Китаю, определенным регионам мира или миру в целом. Временной масштаб описывает момент времени или временной промежуток, для которого система количественно определяется. Элемент-индикатор или материал системы — это физическая сущность, которая измеряется и для которой выполняется баланс массы. Как следует из названия, элемент-индикатор — это определенный химический элемент, такой как кадмий, или вещество, такое как CO2 . В общем, материал или продукт также могут использоваться в качестве индикатора, если для него может быть установлен баланс процесса. Примерами более общих индикаторов являются товары, такие как легковые автомобили, материалы, такие как сталь, или другие физические величины, такие как энергия .

MFA требует от практиков точного использования терминов «материал», «субстанция» или «товар», как изложено, например, в главе 2.1 книги Бруннера и Рехбергера [4] , одного из основных источников по методу MFA.

Типичная система MFA с количественной оценкой.

Баланс процесса

Одной из основных целей MFA является количественная оценка метаболизма элементов системы. В отличие от экономического учета, MFA также охватывает неэкономические потоки отходов, выбросы в окружающую среду и нерыночные природные ресурсы.

Модель производственного процесса в экономическом учете (вверху) и в физическом учете (внизу).

Баланс процесса — это физический принцип первого порядка, который превращает MFA в мощный инструмент учета и анализа. Характер процессов в системе определяет, какие балансы применяются. Например, для процесса « нефтеперерабатывающий завод » можно установить баланс масс для каждого химического элемента, тогда как для атомной электростанции это невозможно. Автомобильный завод соблюдает баланс для стали, а сталелитейный завод — нет.

При количественной оценке систем MFA либо с помощью измерений, либо на основе статистических данных необходимо проверить балансы массы и других процессов, чтобы гарантировать правильность количественной оценки и выявить возможные несоответствия данных или даже неверные представления в системе, такие как пропуск потока или процесса. Противоречивую информацию можно согласовать с помощью проверки и согласования данных , а программное обеспечение STAN предлагает базовую функциональность согласования, подходящую для многих приложений MFA. [6]

Примеры применения в различных пространственных и временных масштабах

Исследования MFA проводятся в различных пространственных и временных масштабах и для различных элементов, веществ и товаров. Они охватывают широкий спектр технологических цепочек и материальных циклов. Несколько примеров:

Историческое развитие

Недавнее развитие

Проведение современного МИД

Современная МФА состоит из следующих этапов: [4]

Разница между анализом потока материала и вещества

В то время как термин «вещество» в «анализе потока веществ (SFA)» всегда относится к химическим веществам, термин «материал» в «анализе потока материалов (MFA)» имеет гораздо более широкую область применения. По словам Бруннера и Рехбергера [4], термин «материал» включает в себя вещества И товары, и причиной такой широкой области применения является желание применять MFA не только к химическим элементам или веществам, но и к таким материалам, как сталь, древесина, или к таким продуктам, как автомобили или здания. Таким образом, можно провести MFA для парка легковых автомобилей, регистрируя транспортные средства, входящие и выходящие из фазы использования.

Связь с другими методами

MFA дополняет другие основные методы промышленной экологии : оценку жизненного цикла (LCA) и модели «затраты-выпуск» (IO) . [43] Между различными методами существуют некоторые совпадения, поскольку все они разделяют системный подход и в некоторой степени принцип баланса масс. Методы в основном различаются по цели, области применения и требованиям к данным.

Исследования MFA часто охватывают весь цикл (добыча, производство, изготовление, использование, обращение с отходами) определенного вещества в пределах заданных географических границ и временных рамок. Запасы материалов в MFA являются явными, что делает этот метод подходящим для исследований, связанных с дефицитом ресурсов и переработкой старого лома. Распространенное использование временных рядов (динамическое моделирование) и моделей жизненного цикла делает MFA подходящим инструментом для оценки долгосрочных тенденций в использовании материалов.

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ «Ресурсы, сохранение и переработка».
  2. ^ Марина Фишер-Ковальски, Интеллектуальная история анализа потоков материалов, часть I, 1860-1970, Журнал промышленной экологии 2(1), 1998, стр. 61-78, doi :10.1162/jiec.1998.2.1.61.
  3. ^ Марина Фишер-Ковальски, Интеллектуальная история анализа потоков материалов, часть II, 1970-1998, Журнал промышленной экологии 2(4), 1998, стр. 107-136, doi :10.1162/jiec.1998.2.4.107.
  4. ^ abcdefgh Бруннер, PH; Рехбергер, H. (2004). Практическое руководство по анализу материальных потоков . Lewis Publishers, Нью-Йорк. ISBN 978-1-56670-604-9.
  5. ^ IUPAC, Compendium of Chemical Terminology, 2nd ed. («Золотая книга») (1997). Онлайн-исправленная версия: (2006–) «химический элемент».
  6. ^ "Главная". www.stan2web.net .
  7. ^ Евростат (2013). Счета материальных потоков в экономике (EW-MFA) (Отчет). Евростат.
  8. ^ Краусманн, Фридолин; Вайс, Хельга; Айзенменгер, Нина; Шютц, Хельмут; Хаас, Вилли; Шаффарцик, Анке (2015). "Economy-wide Material Flow Accounting - Introduction and Guide. Social Ecology Working Paper 151". Social Ecology Working Paper . Institute of Social Ecology, Alpen-Adria University, Клагенфурт/Грац/Вена. ISSN  1726-3808.
  9. ^ Баччини и Бадер 1996, «Regionaler Stoffhaushalt» (Региональный метаболизм), Spektrum Akademischer Verlag, Гейдельберг (Германия), ISBN 3-86025-235-6 
  10. ^ Baccini P. & Brunner PH (2012). Метаболизм антропосферы, анализ, оценка, проектирование. 2-е издание, The MIT Press, Кембридж, Массачусетс. ISBN 9780262016650 
  11. ^ «Прогнозирование будущих выбросов на основе характеристик запасов», Экологическая экономика, 2002, 41(2), 223-234.
  12. ^ "Wuppertal Institute" . Получено 3 июля 2011 г.
  13. ^ Шмидт-Блик, Фридрих (1994), "MIPS: Ein neues ökologisches Maß", Wieviel Umwelt braucht der Mensch? , стр. 97–141, номер документа : 10.1007/978-3-0348-5650-8_4, ISBN. 978-3-0348-5651-5
  14. ^ Брингезу, Стефан; Шютц, Хельмут; Молл, Стефан (март 2003 г.). «Обоснование и интерпретация анализа потоков материалов в масштабах всей экономики и производных показателей». Журнал промышленной экологии . 7 (2): 43–64. Bibcode : 2003JInEc...7...43B. doi : 10.1162/108819803322564343. ISSN  1088-1980. S2CID  154386004.
  15. ^ Паннекуке, Сабина (20 апреля 2005 г.). «Доминик Бург и Сурен Эркман (редакторы), 2003, Перспективы промышленной экологии, Greenleaf Publishing, Шеффилд, 384 страницы ISBN 1874719462». Долгосрочное развитие и территории . doi : 10.4000/developpementdurable.961 . ISSN  1772-9971. S2CID  193004848.
  16. ^ Klancko, Robert John (июнь 2003 г.). «Справочник по промышленной экологии. Роберт У. Айрес и Лесли У. Айрес, ред. 2002 г. Edward Elgar Publishing, Нортгемптон, Массачусетс. 680 стр. 285 долл. в твердом переплете». Environmental Practice . 5 (2): 183–184. doi :10.1017/s1466046603261123. ISSN  1466-0466. S2CID  128714127.
  17. ^ Брингезу, Стефан; Шютц, Хельмут; Штегер, Сёрен; Баудиш, Ян (ноябрь 2004 г.). «Международное сравнение использования ресурсов и его связь с экономическим ростом». Экологическая экономика . 51 (1–2): 97–124. doi :10.1016/j.ecolecon.2004.04.010. ISSN  0921-8009.
  18. ^ Брингезу, Стефан; ван де Санд, Изабель; Шютц, Хельмут; Бляйшвиц, Раймунд; Молл, Стефан (2009), «Анализ глобального использования ресурсов национальной и региональной экономики на различных уровнях», Устойчивое управление ресурсами: глобальные тенденции, видения и политика , Greenleaf Publishing Limited, стр. 10–51, doi :10.9774/gleaf.978-1-907643-07-1_3, ISBN 978-1-907643-07-1, получено 2023-10-01
  19. ^ Адриансе, Альберт (1997). Потоки ресурсов: материальная основа индустриальных экономик . Институт мировых ресурсов. Вашингтон, округ Колумбия: Институт мировых ресурсов. ISBN 978-1-56973-209-0.
  20. ^ Брингезу, Стефан; Бляйшвиц, Раймунд, ред. (08.09.2017). Устойчивое управление ресурсами. Рутледж. дои : 10.4324/9781351279284. ISBN 978-1-351-27928-4. S2CID  106557145.
  21. ^ Mostert; Bringezu (2019-04-02). «Измерение материального следа продукта как новый метод оценки воздействия на жизненный цикл: индикаторы и факторы абиотической характеристики». Ресурсы . 8 (2): 61. doi : 10.3390/resources8020061 . ISSN  2079-9276.
  22. ^ Самир, Хусам; Вебер, Виктория; Мостерт, Клеменс; Брингезу, Стефан; Фелинг, Эккехард; Ветцель, Александр (13.03.2019). «Экологическая оценка сверхвысокопроизводительного бетона с использованием углеродного, материального и водного следа». Материалы . 12 (6): 851. Bibcode : 2019Mate...12..851S. doi : 10.3390/ma12060851 . ISSN  1996-1944. PMC 6470619. PMID  30871243 . 
  23. ^ Хэтфилд-Доддс, Стив; Шандл, Хайнц; Брингезу, Стефан; Че, Нху; Экинс, Пол; Флёрке, Мартина; Фрэнк, Стефан; Гавлик, Петр; Хюфнер, Ребекка (16 сентября 2020 г.), «Два взгляда на использование ресурсов», Global Resources Outlook 2019 , ООН, стр. 98–123, doi : 10.18356/d9b3639f-en, ISBN 978-92-807-3741-7, S2CID  234645562 , получено 2023-10-01
  24. ^ "ЮНЕП" . Получено 3 июля 2011 г.
  25. ^ "МГЭИК" . Получено 3 июля 2011 г.
  26. ^ "Учет в ЕС" . Получено 3 июля 2011 г.
  27. ^ "Бухгалтерский учет в Японии" (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 27 сентября 2011 г. Получено 3 июля 2011 г.
  28. ^ "Форум мировых ресурсов" . Получено 16 сентября 2019 г.
  29. ^ Накамура, Шиничиро; Накадзима, Кеничи; Кондо, Ясуси; Нагасака, Тецуя (2007). «Подход ввода-вывода отходов к анализу потоков материалов». Журнал промышленной экологии . 11 (4): 50–63. Бибкод : 2007JInEc..11...50N. дои : 10.1162/jiec.2007.1290. ISSN  1088-1980. S2CID  154240391.
  30. ^ Накамура, Шиничиро; Кондо, Ясуси (2009). Анализ ввода-вывода отходов. Концепции и применение в промышленной экологии . Springer. ISBN 978-1-4020-9901-4.
  31. ^ Накамура, Шиничиро; Кондо, Ясуси; Мацубаэ, Казуё; Накадзима, Кеничи; Нагасака, Тетсуя (2011-02-01). «UPIOM: Новый инструмент MFA и его применение к потоку железа и стали, связанному с производством автомобилей». Environmental Science & Technology . 45 (3): 1114–1120. Bibcode : 2011EnST...45.1114N. doi : 10.1021/es1024299. ISSN  0013-936X. PMID  21174465.
  32. ^ Накадзима, Кенити; Оно, Хадзимэ; Кондо, Ясуши; Мацубаэ, Казуё; Такеда, Осаму; Мики, Такахиро; Накамура, Шиничиро; Нагасака, Тетсуя (2013-05-07). «Анализ одновременного потока материалов никеля, хрома и молибдена, используемых в легированной стали, с помощью анализа входов и выходов». Environmental Science & Technology . 47 (9): 4653–4660. Bibcode : 2013EnST...47.4653N. doi : 10.1021/es3043559. ISSN  0013-936X. PMID  23528100.
  33. ^ "materialflows.net" . Получено 3 июля 2011 г. .
  34. ^ Дэниел Б. Мюллер, Динамика запасов для прогнозирования материальных потоков. Пример жилищного строительства в Нидерландах, Ecological Economics 59(1), 2006, стр. 142-156, doi :10.1016/j.ecolecon.2005.09.025.
  35. ^ Накамура, Шиничиро; Кондо, Ясуси; Кагава, Сигэми; Мацубаэ, Кадзуё; Накадзима, Кеничи; Нагасака, Тецуя (01 июля 2014 г.). «MaTrace: отслеживание судьбы материалов с течением времени и в разных продуктах при переработке с открытым циклом». Экологические науки и технологии . 48 (13): 7207–7214. Бибкод : 2014EnST...48.7207N. дои : 10.1021/es500820h . ISSN  0013-936X. ПМИД  24872019.
  36. ^ Pauliuk, Stefan; Kondo, Yasushi; Nakamura, Shinichiro; Nakajima, Kenichi (2017-01-01). «Региональное распределение и потери стали с истекшим сроком службы на протяжении нескольких жизненных циклов продукта — выводы из глобальной многорегиональной модели MaTrace». Ресурсы, сохранение и переработка . 116 : 84–93. Bibcode : 2017RCR...116...84P. doi : 10.1016/j.resconrec.2016.09.029. ISSN  0921-3449. PMC 5302007. PMID 28216806  . 
  37. ^ Годой Леон, Мария Фернанда; Бленгини, Джан Андреа; Дьюлф, Джо (01.07.2020). «Кобальт в отслуживших свой срок изделиях в ЕС, куда он попадает? — Подход MaTrace». Ресурсы, сохранение и переработка . 158 : 104842. Bibcode : 2020RCR...15804842G. doi : 10.1016/j.resconrec.2020.104842. ISSN  0921-3449. PMC 7185230. PMID 32624643  . 
  38. ^ Харрин Хакоме, Габриэла; Годой Леон, Мария Фернанда; Альваренга, Родриго А.Ф.; Девульф, Джо (2021). «Отслеживание судьбы алюминия в ЕС с помощью модели MaTrace». Ресурсы . 10 (7): 72. doi : 10.3390/resources10070072 . hdl : 1854/LU-8721110 . ISSN  2079-9276.
  39. ^ Клозе, Стефани; Паулюк, Стефан (2021). «Количественная оценка долговечности и цикличности меди для различных политик эффективности ресурсов на уровне материалов и продуктов». Журнал промышленной экологии . 25 (4): 979–993. Bibcode : 2021JInEc..25..979K. doi : 10.1111/jiec.13092. ISSN  1088-1980.
  40. ^ Накамура, Шиничиро; Кондо, Ясуши; Накадзима, Кеничи; Оно, Хадзимэ; Паулюк, Стефан (2017-09-05). «Количественная оценка переработки и потерь Cr и Ni в стали на протяжении нескольких жизненных циклов с использованием MaTrace-Alloy». Environmental Science & Technology . 51 (17): 9469–9476. Bibcode : 2017EnST...51.9469N. doi : 10.1021/acs.est.7b01683 . ISSN  0013-936X. PMID  28806506.
  41. ^ Хельбиг, Кристоф; Кондо, Ясуши; Накамура, Шиничиро (2022). «Одновременное отслеживание судьбы семи металлов на глобальном уровне с помощью MaTrace-multi». Журнал промышленной экологии . 26 (3): 923–936. Bibcode : 2022JInEc..26..923H. doi : 10.1111/jiec.13219. ISSN  1088-1980.
  42. ^ "3R в Японии" . Получено 3 июля 2011 г.
  43. ^ Гао, Цзияо; Ю, Фэнци (2018). «Основа оптимизации жизненного цикла на основе динамического анализа материальных потоков и ее применение для устойчивого проектирования энергетических систем на основе сланцевого газа». ACS Sustainable Chemistry & Engineering . 6 (9): 11734–11752. doi :10.1021/acssuschemeng.8b01983. S2CID  105839057.

Дальнейшее чтение

Внешние ссылки