Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Анализ материального потока ( MFA ), также называемый анализом потока вещества ( SFA ), представляет собой аналитический метод для количественной оценки потоков и запасов материалов или веществ в четко определенной системе . MFA - важный инструмент 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 внутри экосистем.. MFA также может применяться к отдельной промышленной установке, например, для отслеживания потоков питательных веществ через установку для очистки сточных вод . В сочетании с оценкой затрат, связанных с материальными потоками, это бизнес-ориентированное приложение MFA называется расчетом затрат на материальные потоки . MFA - важный инструмент для изучения экономики замкнутого цикла и разработки управления материальными потоками . С 1990-х годов количество публикаций, связанных с анализом материальных потоков, неуклонно росло. Рецензируемые журналы, которые публикуют работы, связанные с МИД, включают Journal of Industrial Ecology , Ecological Economics , Environmental Science and Technology., а также ресурсы, сохранение и переработка . [1]

Методология [ править ]

Мотивация [ править ]

Человеческие потребности, такие как жилье, еда, транспорт или связь, требуют таких материалов, как дерево, крахмал, сахар, железо и сталь, медь или полупроводники. По мере развития общества и расширения экономической деятельности производство, использование и удаление материалов увеличиваются до уровня, при котором нежелательные воздействия на окружающую среду и общество больше нельзя игнорировать ни на местном, ни на глобальном уровне. Материальные потоки лежат в основе местных экологических проблем, таких как выщелачивание со свалок или разливов нефти . Растущее беспокойство по поводу глобального потепления ставит прежде неважный поток отходов, двуокись углерода , на первое место в политической и научной повестке дня. Постепенный переход от производства первичных материалов кгородская горнодобывающая промышленность в развитых странах требует детальной оценки используемых и устаревших запасов материалов в человеческом обществе. Поэтому ученым, отраслям, государственным органам и НПО нужен инструмент, дополняющий экономический учет и моделирование. Им нужен систематический метод, позволяющий отслеживать и отображать запасы и потоки материалов, входящих, находящихся внутри и покидающих различные процессы в антропосфере . Таким методом является анализ материальных потоков.

Основные принципы [ править ]

MFA основан на двух фундаментальных и устоявшихся научных принципах: системном подходе и балансе массы . [2] [3] Определение системы является отправной точкой каждого исследования MFA.

Определение системы [ править ]

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

Система MFA - это модель промышленного предприятия, промышленного сектора или интересующего региона. Уровень детализации модели системы выбирается в соответствии с целью исследования. Система MFA всегда состоит из границы системы, одного или нескольких процессов., материальные потоки между процессами и запасы материалов внутри процессов. Физический обмен между системой и окружающей средой происходит через потоки, пересекающие границу системы. Вопреки предвзятому мнению, что система представляет собой конкретную промышленную установку, системы и процессы в MFA могут представлять гораздо более крупные и абстрактные объекты, если они четко определены. Явное определение системы помогает практикующему специалисту найти доступную количественную информацию в системе либо в виде запасов в рамках определенных процессов, либо в виде потоков между процессами. Описание системы MFA может быть уточнено путем дезагрегирования процессов или упрощено путем агрегирования процессов.

Наряду с указанием организации процессов, запасов и потоков в определении системы практикующему специалисту также необходимо указать масштаб и индикаторный элемент или материал изучаемой системы. Пространственный масштаб описывает географический объект, охватываемый системой. Система, представляющая определенный промышленный сектор, может быть применена к США, Китаю, определенным регионам мира или миру в целом. Временная шкала описывает момент времени или промежуток времени, для которого система оценивается количественно. Индикаторный элемент или материал системы - это физический объект, который измеряется и для которого выполняется баланс масс. Как следует из названия, индикаторный элемент - это определенный химический элемент, такой как кадмий, или такое вещество, как CO 2.. Как правило, материал или продукт также могут использоваться в качестве индикатора, если для них может быть установлен баланс процесса. Примерами более общих показателей являются такие товары, как легковые автомобили, материалы, такие как сталь, или другие физические величины, такие как энергия .

MFA требует от практиков точного использования терминов «материал», «вещество» или «хороший», как это изложено, например, в главе 2.1 книги Бруннера и Рехбергера [4], одной из основных ссылок на метод MFA. .

  • Химический элемент является «чистым химическим вещество , состоящее из одного типа атома отличает его атомный номер». [5]
  • Вещество - это «любой (химический) элемент или соединение, состоящее из однородных единиц. Все вещества характеризуются уникальным и идентичным строением и, таким образом, однородны». Из главы 2.1.1 в Brunner & Rechberger. [4]
  • Товар определяется как «экономический субъект, имеющий положительную или отрицательную экономическую ценность. Товары состоят из одного или нескольких веществ». Из главы 2.1.2 книги Бруннера и Рехбергера. [4]
  • Термин «материал» в MFA «служит общим термином как для веществ, так и для товаров». Из главы 2.1.3 в Brunner & Rechberger. [4]
Типичная система MFA с количественной оценкой.

Баланс процесса [ править ]

Одна из основных целей MFA - 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 хозяйственном учете (вверху) и в физическом учете (внизу).

Баланс процессов - 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 « нефтепереработка » можно установить баланс масс для каждого химического элемента, в то время как для атомной электростанции это невозможно. Завод по производству автомобилей соблюдает баланс по производству стали, а сталелитейный завод - нет.

При количественной оценке систем MFA либо измерениями, либо на основе статистических данных, массовые и другие балансы процесса должны быть проверены, чтобы гарантировать правильность количественной оценки и выявить возможные несоответствия данных или даже неправильные представления в системе, такие как пропуск потока или процесса. . Конфликтующую информацию можно согласовать с помощью проверки и согласования данных , а программное обеспечение STAN предлагает базовые функции согласования, которые подходят для многих приложений MFA. [6]

Примеры приложений MFA в различных пространственных и временных масштабах [ править ]

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

  • MFA в национальном или региональном масштабе (также называемый учетом материальных потоков ): в этом типе исследования анализируется материальный обмен между экономикой и окружающей средой. Для оценки уровня ресурсоемкости системы рассчитываются несколько показателей . [7] [8]
  • Анализ корпоративных материальных потоков или MFA в производственной цепочке поставок включает ряд компаний: цель анализа материальных потоков внутри компании состоит в том, чтобы количественно оценить и затем оптимизировать производственные процессы, чтобы материалы и энергия использовались более эффективно, например, с помощью переработка и сокращение отходов . Компании могут использовать результаты, полученные с помощью учета затрат на материальные потоки, для снижения своих эксплуатационных расходов и улучшения экологических показателей.
  • В жизненном цикле продукта : инвентаризация жизненного цикла, составление которой лежит в основе оценки жизненного цикла , следует методологии MFA, поскольку она основана на явном определении системы и балансах процессов.

Историческое развитие [ править ]

  • Баланс массы или сохранение вещества постулировался еще в Древней Греции и был введен в современную химию Антуаном Лавуазье (см. Главу 2.1.3 в Brunner & Rechberger, [4] ), откуда он проник в химическую инженерию и наконец, к науке об окружающей среде.
  • Другой важный вклад был сделан Санкториусом и Теодором Вейлем .
  • Деннис Медоуз ознакомил широкую аудиторию с физическими основами экономики, когда в 1971 году он стал соавтором бестселлера « Пределы роста» . основывают свои прогнозы на анализе запасов ресурсов; см. в глоссарии экологических наук .
  • Методология MFA была разработана в 1980-х и 1990-х годах. Разработка происходила одновременно в разных исследовательских группах. Центральные публикации по методологии MFA включают Baccini and Bader (1996), [9] Brunner and Rechberger (2004), [4] Baccini and Brunner (2012), [10] и van der Voet et al. (2002). [11]
  • Фридрих Шмидт-Блик, который работал в Вуппертальском институте, [12] разработал относящуюся к MFA концепцию материальных затрат на единицу обслуживания (MIPS). [13]
  • Группа ресурсов ЮНЕП [14] была создана в 2007 году Программой Организации Объединенных Наций по окружающей среде. По аналогии с Межправительственной группой экспертов по изменению климата ( МГЭИК ) [15] он объединяет экспертов из многих дисциплин и институтов для обзора текущего состояния исследований метаболизма в обществе и для передачи последних результатов политикам и заинтересованным сторонам.

Последние разработки [ править ]

  • Концепции MFA были включены или включаются в национальные счета в нескольких странах и регионах, таких как ЕС [16] и Япония. [17] MFA также используется в Системе интегрированного эколого-экономического учета .
  • Несколько международных конференции и другие совещания предоставляют платформу для исследователей и политиков , встреч и обмена результатов и идей, в том числе Всемирного форума ресурсов , [18] два раза в ежегодной международной конференции по анализу материального потока и устойчивого развитию.
  • MFA-IO - это подход к созданию системы MFA для всей экономики с использованием денежных и физических таблиц «затраты-выпуск». [19]
  • Исследовательский институт устойчивого развития Европы (SERI) в Вене, Австрия, разработал базу данных под названием materialflows.net. [20]
  • Динамический MFA нацелен на долгосрочную количественную оценку систем MFA и использует исторические модели развития физических запасов и потоков для создания надежных сценариев на годы и десятилетия. [21]
  • Япония превратилась в горячую точку для исследований МИД. Страна имеет скудные минеральные ресурсы и поэтому зависит от импорта энергоносителей, руд и другого сырья. Японское правительство поощряет исследования материальных циклов, а также представило концепцию 3-R. [22]

Проведение современного МИД [ править ]

Современный MFA состоит из следующих этапов: [4]

  • Установите явное определение системы: укажите границу системы с географическим и временным охватом, процессами (могут содержать запасы) и потоками. Укажите материал, для которого система должна быть количественно определена (продукт, вещество или индикаторный элемент). Убедитесь, что каждый запас связан с процессом и что каждый поток связывает один процесс с другим. Потоки также могут начинаться или заканчиваться за пределами системы.
  • Определите и назовите системные переменные. Системные переменные включают: все запасы внутри процессов, все потоки между процессами и все потоки, исходящие извне или выходящие за пределы границ системы. Иногда запасы не учитываются, и интерес представляют только чистые изменения запасов. Для каждой переменной должно быть ясно, является ли она запасом или потоком, и это различие должно быть отражено в названиях и выбранных математических символах.
  • Количественно оцените системные переменные, связав их с литературой, измерениями или смоделированными данными.
  • Выполните проверку баланса массы для всех процессов и системы в целом.
  • Необязательно: визуализируйте свою систему, используя схему из прямоугольников и стрелок, показанную выше, или диаграммы Санки .
  • Задокументируйте MFA, сообщив явное определение системы вместе со списком количественно определенных системных переменных и проверок массового баланса.

Разница между анализом потока материала и веществом [ править ]

В то время как термин «вещество» в «анализе потока вещества (SFA) всегда относится к химическим веществам, термин« материал »в« анализе потока материала (MFA) »имеет гораздо более широкую область применения. Согласно Бруннеру и Рехбергеру [4], термин «материал» включает вещества И товары, и причиной такой широкой области применения является желание применять MFA не только к химическим элементам или веществам, но также и к таким материалам, как сталь, древесина или такие продукты, как автомобили или здания. Таким образом, можно провести MFA для парка пассажирских транспортных средств путем регистрации транспортных средств, входящих и покидающих фазу использования.

Отношение к другим методам [ править ]

MFA дополняет другие основные методы оценки жизненного цикла (LCA) и модели ввода-вывода (I / O) других основных методов промышленной экологии . [23] Существует некоторое совпадение между различными методами, поскольку все они разделяют системный подход и до некоторой степени принцип баланса массы. Методы в основном различаются по назначению, объему и требованиям к данным.

Исследования MFA часто охватывают весь цикл (добыча, производство, производство, использование, обращение с отходами) определенного вещества в определенных географических границах и временных рамках. Запасы материалов указаны в MFA, что делает этот метод подходящим для исследований, связанных с нехваткой ресурсов и переработкой старого лома. Распространенное использование временных рядов (динамическое моделирование) и моделей срока службы делает MFA подходящим инструментом для оценки долгосрочных тенденций в использовании материалов.

  • По сравнению с анализом ввода-вывода, количество процессов, рассматриваемых в системах MFA, обычно намного меньше. С другой стороны, баланс масс гарантирует, что потоки побочных продуктов или отходов не будут упущены из виду в исследованиях MFA, тогда как в таблицах ввода-вывода эти потоки часто не включаются из-за отсутствия экономической ценности. Физические модели ввода-вывода встречаются гораздо реже, чем экономические таблицы. Материальные запасы не охватываются анализом затрат-вывода, только добавление к запасам может быть включено в форме накопления капитала.
  • В инвентаризациях жизненного цикла регистрируется спрос на множество различных материалов, связанных с отдельными продуктами, тогда как исследования MFA обычно сосредоточены на одном материале, используемом во многих различных продуктах.

См. Также [ править ]

  • Антропогенный метаболизм
  • Учет энергии
  • Промышленная экология
  • Промышленный метаболизм
  • Важность материала
  • Учет материальных потоков
  • Органиграф
  • Социальный метаболизм
  • Диаграмма Санки
  • Устойчивость
  • Городской метаболизм

Ссылки [ править ]

  1. ^ «Ресурсы, сохранение и переработка» .
  2. ^ Марина Фишер-Ковальски, Интеллектуальная история Материалы анализа потока, 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 Материалы анализа потока, часть II, 1970-1998, журнал промышленной экологии 2 (4), 1998, стр 107-136, DOI : 10,1162 / jiec.1998.2.4.107 .
  4. ^ a b c d e f g h Бруннер, PH; Рехбергер, Х. (2004). Практическое руководство по анализу материальных потоков . Lewis Publishers, Нью-Йорк. ISBN 978-1-56670-604-9.
  5. ^ ИЮПАК, Сборник химической терминологии, 2-е изд. («Золотая книга») (1997). Исправленная онлайн-версия: (2006–) «химический элемент».
  6. ^ "Дом" . www.stan2web.net .
  7. ^ Евростат (2013). Счета материальных потоков в экономике (EW-MFA) (Отчет). Евростат.
  8. ^ Краусманн, Фридолин; Вайс, Хельга; Эйзенменгер, Нина; Шютц, Гельмут; Хаас, Вилли; Шаффарцик, Анке (2015). «Общеэкономический учет материальных потоков - Введение и руководство. Рабочий документ 151 по социальной экологии». Рабочий документ по социальной экологии . Институт социальной экологии Университета Альпен-Адрия, Клагенфурт / Грац / Вена. ISSN 1726-3808 . 
  9. ^ Бачини и Bader 1996, 'Regionaler Stoffhaushalt' (региональный обмен веществ), Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg (Германия), ISBN 3-86025-235-6 
  10. ^ Бачини P. & Brunner PH (2012). Метаболизм антропосферы, анализ, оценка, дизайн. 2-е издание, MIT Press, Кембридж, Массачусетс. ISBN 9780262016650 
  11. ^ «Прогнозирование будущих выбросов на основе характеристик запасов», Ecological Economics, 2002, 41 (2), 223-234.
  12. ^ "Вуппертальский институт" . Проверено 3 июля 2011 года .
  13. ^ Шмидт-Блик, Фридрих (1994), "MIPS: Ein neues ökologisches Maß", Wieviel Umwelt braucht der Mensch? ., Стр 97-141, DOI : 10.1007 / 978-3-0348-5650-8_4 , ISBN 978-3-0348-5651-5
  14. ^ «ЮНЕП» . Проверено 3 июля 2011 года .
  15. ^ «МГЭИК» . Проверено 3 июля 2011 года .
  16. ^ «Бухгалтерский учет в ЕС» . Проверено 3 июля 2011 года .
  17. ^ «Бухгалтерский учет в Японии» (PDF) . Архивировано из оригинального (PDF) 27 сентября 2011 года . Проверено 3 июля 2011 года .
  18. ^ «Форум мировых ресурсов» . Проверено 16 сентября 2019 .
  19. ^ Накамура, S .; Кондо, Ю. (2009). Анализ ввода-вывода отходов. Понятия и их применение в промышленной экологии . Springer. ISBN 978-1-4020-9901-4.
  20. ^ "materialflows.net" . Проверено 3 июля 2011 года .
  21. ^ Daniel B. Müller, динамика фонда для прогнозирования материальных потоков - Тематическое исследование на жилье в Нидерландах, Экологическая экономика 59 (1), 2006, стр 142-156, DOI : 10.1016 / j.ecolecon.2005.09.025 .
  22. ^ «3R в Японии» . Проверено 3 июля 2011 года .
  23. ^ Гао, Цзяо; Вы, Fengqi (2018). «Система оптимизации жизненного цикла на основе анализа динамических потоков материалов и ее применение для устойчивого проектирования энергетических систем сланцевого газа» . ACS Устойчивая химия и инженерия . 6 (9): 11734–11752. DOI : 10.1021 / acssuschemeng.8b01983 .

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Baccini, P .; Бадер, Х.-П. (1996). Regionaler Stoffhaushalt . Spektrum Akademischer Verlag, Гейдельберг (Германия). ISBN 978-3-86025-235-2.

Внешние ссылки [ править ]

  • База данных CSIRO и ЮНЕП по потокам материалов и производительности ресурсов для Азиатско-Тихоокеанского региона
  • materialflows.net : онлайн-портал для данных о потоках материалов, обеспечивающий доступ к наборам данных о потоках материалов на национальном уровне
  • МИД подробно описан и опубликован на 166 страницах в первом из четырех бумажных томов, совместно редактируемых при содействии ЮНЕП и в онлайн-форме ОЭСР.
  • Бесплатное ПО для анализа потоков материалов STAN
  • Анализ материальных потоков и индикаторы в масштабах всей экономики
  • Анализ материальных потоков в контексте экологического учета
  • Инструмент онлайн-анализа материальных потоков (OMAT) : онлайн-программное обеспечение для администрирования анализа материальных потоков