鋼鐵工業生態效率分析范文

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《環境科學研究雜志》2014年第九期

1研究方法

總物流分析模型如圖1所示［15-19］．由于研究對象為我國鋼鐵工業，所以應用該模型時考察對象是含有鐵元素的各股物流，不含其他物流．由圖1可見，模型中穿過社會經濟系統邊界的物流屬于直接流，在投入端包括進口資源量和國內開采量;在產出端包括出口資源量和國內排放量;在社會經濟系統內包括存量中金屬的流入和流出，它們之間的凈值為存量的凈增量．以開展鋼鐵工業的總物流分析為例，各項物流所代表的含義:DEU(國內開采量):每年從自然界中獲取的用于投入到社會經濟系統生產過程中的鐵礦資源量．PI和PE(進、出口資源量):通過進、出口貿易進口到國內或出口到國外的含鐵資源和產品．NAS(存量凈增量):用于衡量經濟系統的“物質增長(physicalgrowthoftheeconomy)”，是建筑物、基礎設施、機器和交通工具等各種物資的新增量與其淘汰量的差值．DPO(國內排放量):指國內開采的鐵礦資源或進口含鐵資源經過生產、加工和消費等環節后排放到自然環境中的物質量，主要包括排放到空氣、水和土地中的廢物和產品耗散排放．HF(隱藏流)［20-22］:是指在資源開采過程中必須開挖的，但又沒有進入市場和產品制造過程的開挖量．如為了開采鐵礦石而必須剝離的大量巖石，后者并未直接進入鋼鐵產品的生產過程，更沒有作為商品進入消費過程．隱藏流包含國內隱藏流(DHF)和國外隱藏流(FHF)．國內隱藏流會對本國的環境造成影響，國外隱藏流由于是國外在開采礦石時剝離的巖石，留在了國外，所以并不對本國環境造成影響，但對進口國的環境會造成影響．這些剝離的巖石等會對生態環境造成較大沖擊，所以要盡可能降低鐵礦石開采過程中的隱藏流．DMI(直接物質投入量):代表直接進入經濟系統供人類使用的資源量，DMI為國內開采量與進口資源量之和，即DMI=DEU+PI．TMR(總物質需求):其不僅包括直接進入經濟系統供人類使用的物質，還包括沒有直接進入經濟系統的隱藏流．TMR為直接物質投入量與國內隱藏流、國外隱藏流之和，即TMR=DMI+DHF+FHF．根據圖1，對1995—2011年我國鋼鐵系統總物流進行分析，同時結合鋼鐵系統的總物流分析過程數據，分別從資源(經濟)效率、能源(經濟)效率以及脫鉤情況3個方面進行分析，三者分別從不同角度反映了鋼鐵工業的生態效率情況．其中，資源(經濟)效率反映的是粗鋼產量(鋼鐵工業增加值)與鐵礦原礦消耗之間的相互關系，能源(經濟)效率反映的是粗鋼產量(鋼鐵工業增加值)與鋼鐵工業能耗之間的相互關系，二者的提高反映了鋼鐵工業鐵礦石原礦以及能源等天然資源生產效率的提高;而脫鉤分析反映的是鋼鐵工業含鐵資源投入量、廢物排放量與鋼鐵工業增加值之間的變化關系，它們的提高反映了鋼鐵工業資源節約和環境保護工作效率的提升．

2資源與能源效率分析

2.1相關數據收集根據文獻［2，23-25］，獲得1995—2011年我國鋼鐵工業的相關數據，如表1所示。由表1可見，2003年以來國內開采的鐵礦原礦產量快速增長，2011年產量已突破13.00×108t．而據國土資源部公布，2011年我國查明鐵礦資源量743.90×108t，其中儲量56.67×108t，基礎儲量192.76×108t，資源量551.14×108t，但大部分為貧礦，鐵品位20%～30%，富礦只有9.27×108t，占全國資源儲量的1.2%［26］．可見，我國鐵礦石供應非常緊張．

2.2鋼鐵工業總物流分析1995年和2011年我國鋼鐵系統的總物流分析917結果如表2所示．1995年進口資源量與國內開采量的比值為1∶4.69，金屬流出社會存量與流入社會存量的比值為1∶4.09．2011年鋼鐵系統的物流分析結果表明，雖然國內開采鐵礦石產量已突破13×108t，但進口資源量與國內開采量的比值已經達到1∶1.82;與1995年相比，2011年我國進口各種含鐵資源量增幅很大，二者比值已達到13∶1．金屬流出社會存量與流入社會存量的比值為1∶8.99，與1995年相比，該比值大幅下降，而流出社會存量的金屬是可供回收的折舊廢鋼的來源．表明隨著我國鋼產量和鋼鐵制品消費量的增加，報廢的鋼鐵制品越來越短缺．對其他年份的鋼鐵系統總物流進行類似分析，得到1995—2011年我國鋼鐵工業含鐵資源投入及排放的相關指標(見表3)．表3表明DEU、DMI、TMR和DPO的年均增長率均超過了10%，其中TMR的年均增長率最高，達12.61%．

2.3資源效率、能源效率指標分析

2.3.1資源效率資源效率定義為粗鋼產量與鐵礦原礦消耗的比值(tt)．資源效率愈大，單位鐵礦生產出的粗鋼量愈大，反之則愈小，即資源效率越高越好．由圖2可見，1995—2004年資源效率逐步攀升，至2004年達到最大值(0.54tt);之后隨著鋼產量的快速增加，鋼鐵工業的資源效率逐步下降．資源經濟效率定義為鋼鐵工業增加值與鐵礦原礦消耗的比值(元t)．資源經濟效率愈大，單位鐵礦產生的工業增加值愈大，反之則愈小，即資源經濟效率越高越好．由圖2可見，資源經濟效率在2004年達到最大值(827.66元t)。2005—2011年我國資源(經濟)效率逐步下降．主要原因:在鋼鐵生產的原料(鐵礦石和廢鋼)中，很大一部分廢鋼資源來源于報廢的鋼鐵制品(折舊廢鋼)，而我國目前可供回收的折舊廢鋼量并不多．原因在于鋼鐵制品存在著一個“平均使用壽命”(約為20a)，而20a之前的鋼產量及鋼鐵制品消費量與現在相比，只占到很小的份額．近年來我國鋼產量快速增長，而廢鋼資源的增長速度低于鋼產量的增長速度，故廢鋼資源非常短缺，鋼鐵生產在很大程度上依賴于鐵礦石資源，所以鋼鐵工業的資源(經濟)效率有所下降．未來在鋼產量保持基本平穩或緩慢下降的情況下，廢鋼資源在鋼鐵生產中所占的比例將逐步上升，鋼鐵工業的資源效率也將會逐步有所提高．

2.3.2能源效率能源效率定義為粗鋼產量與鋼鐵工業能耗的比值(tt)．能源效率愈大，單位能源投入生產出的粗鋼量愈大，反之則愈小．能源效率越高，表明生產同樣的粗鋼量，投入的能源越少，相應地對環境排放(CO2、SO2和煙粉塵等)也較小．由圖3可見，1995年以來能源效率一直在逐步攀升，2011年達到最大值(1.53tt)．能源經濟效率定義為鋼鐵工業增加值與鋼鐵工業能耗的比值(元t)．能源經濟效率愈大，單位能源投入產生的工業增加值愈大，反之則愈小，即能源經濟效率越高越好．由圖3可見，能源經濟效率從1999年開始一直在逐步攀升，2011年達到最大值(2976.65元t)．綜上，我國鋼鐵企業的能源(經濟)效率逐步上升，這與近年來鋼鐵企業實施清潔生產和發展循環經濟等措施密切相關．由圖2、3可見，1995—1998年我國鋼鐵工業的資源經濟效率和能源經濟效率逐步降低，這是由該時段內鋼鐵工業增加值逐步降低所致．

3脫鉤分析

脫鉤指數(decouplingindicator)是由控制方程(或主方程)經過推演得到的一個重要指標［27-28］，可用于衡量資源投入或廢物排放與經濟指標的相互關系。式中:D為脫鉤指數，無量綱;d為單位經濟指標資源投入(或廢物排放)的年下降率，%;g為經濟指標的年變化率，%．在經濟指標上升(g為正值)的情況下，D值大，脫鉤程度越好，其中D≥1為絕對脫鉤，0＜D＜1為相對脫鉤，D≤0為未脫鉤;在經濟指標下降(g為負值)的情況下，D值越小，脫鉤程度越好，其中D≥1為未脫鉤，0＜D＜1為相對脫鉤，D≤0為絕對脫鉤．根據表3及式(1)，得到1996—2011年DEU、DMI、TMR和DPO的脫鉤指數DDEU、DDMI、DTMR和DDPO(見表4)．1995—1998年工業增加值逐步下滑，DDEU最小，表明DEU的脫鉤程度最好，其余依次是DDMI、DTMR和DDPO．這與該時段內國內自產鐵礦石產量比較穩定密切相關;1999—2011年工業增加值逐步上升，而DDEU最大，表明DEU的脫鉤程度最好，其余依次是DDMI、DTMR和DDPO．由表4可見，1999—2004年，DDEU相對較高，同時DDPO最大．這是由于該時段國內開采鐵礦石數量雖然有所增長，但增幅并不大，國內粗鋼生產很大程度上依賴于進口鐵礦石和廢鋼(自產及進口)．國內鐵礦生產產生的尾礦等數量相對較少，所以DDPO較大;2005—2011年，DDEU相對較小，這是由于該時段內鋼產量很高且增加較快，對于鐵礦石和廢鋼等資源的需求量很大，國內廢鋼在鋼產量如此高速增長的情況更加顯得相對不足，而進口鐵礦和廢鋼的價格又很高，刺激了國內的鐵礦石生產，鐵礦產量有了很大增長，故DDEU降低．但應指出，我國鐵礦資源不足的形勢很嚴峻，國產礦增幅雖然很大，但仍不能滿足冶煉的要求，不得不大量進口鐵礦石和廢鋼以補不足．國內鐵礦生產產生的尾礦等數量相對較大，所以DDPO較小．我國鋼鐵行業的資源效率、能源效率及脫鉤分析結果顯示，2004年資源效率最高，2005年之后一直下降，并且多次出現未脫鉤情況．所以，我國要進一步提高鋼鐵工業礦山開采回采率、選礦回收率，提高礦產資源綜合利用率，減少鐵礦資源的損失，并且加大對國外鐵礦資源的開發利用．同時要重視對鋼鐵工業廢鋼資源的回收利用，盡可能地提高廢鋼的回收率和使用率，這樣也會減少礦山資源的消耗和鋼鐵生產的能源消耗;同時要通過能源的梯級利用及循環利用等措施進一步提高能源利用效率，減少CO2、SO2、煙粉塵等的排放．上述舉措將有效提高我國鋼鐵行業的資源效率、能源效率和脫鉤指標．

4結論

a)1995—2011年，我國鋼鐵工業的資源效率和資源經濟效率在2004年達到最大值，分別為0.54tt和827.66元t;能源效率和能源經濟效率在1999年后逐步攀升，2011年達到最大值，分別為1.53tt和2976.65元t．b)1995—2011年我國DEU、DMI、TMR和DPO的脫鉤情況中，DDEU為0.189，脫鉤程度最好．這與我國鐵礦石產量不足，鋼鐵生產更多依賴進口資源密切相關．

作者：岳強王鶴鳴陸鐘武單位：東北大學材料與冶金學院國家環境保護生態工業重點實驗室