基于生命周期思想的环境评估模型及其在铝工业中的应用

论文摘要

生命周期评估（LCA）与物质流分析（MFA）是两种基于生命周期思想的最重要的环境评估工具,前者已成为清洁生产及绿色产品评估的主要工具之一,后者作为循环经济的重要技术支撑,也逐渐成为在国家宏观层面上分析资源消耗、能源消耗和产出的主要工具之一论文以建立面向工业流程的环境评估模型为目标,对微观层次生命周期评估的编目分析、影响评价、改善分析以及宏观层次的物质流分析模型和影响因素等方面进行系统地研究,探讨基于生命周期思想的环境评估模型在我国铝工业可持续发展进程中的应用。主要研究结果如下：1、提出了MEP（物流-能流-工业过程）的编目分析模式,建立了种运算简捷、快速的生命周期累积评估模型,并用于了铝工业生产的环境负荷评估。2、建立了一种面向工艺过程的投入产出LCA模型,该模型解决了传统LCA及累积评估模型的边界问题；应用该模型对铝工业各工艺流程的环境负荷进行了详细的分析,系统性地得到了铝工业相关产品和流程的环境性能数据。研究结果表明：1)拜耳法-惰性阳极电解-水电生产工艺组合与铝工业其它流程相比,环境性能最优。烧结法-霍尔电解-火电生产环境性能最差。2)铝工业生产的能耗为吨铝8249kg标准煤,是其直接消耗量的4.69倍；其二氧化碳排放为吨铝23.55t,是其直接排放量的14倍。3)铝工业生命周期温室效应气体CO2及电能消耗的最大来源为火电生产带来的间接环境负荷。铝电解技术的进步对降低铝工业生命周期能耗和环境负荷的潜力有限；改变目前以火电为主的电力结构,倡导水—电—铝一体化是降低铝工业环境负荷,是实现铝工业可持续发展的重要途径。4)拜耳法、混联法与烧结法三种氧化铝生产工艺的环境性能逐渐降低,提高拜耳法工艺生产比例可降低我国氧化铝工业和铝工业的环境负荷。在三种氧化铝生产工艺中,蒸汽生产带来的间接环境负荷影响最大,降低蒸汽的消耗或提高蒸汽能源转换效率是改善氧化铝工业环境性能的重要途径。3、建立了一种基于数据包络分析（DEA）方法的LCA生态效率评估模型,该模型将生态效率的概念引入到LCA的环境改善分析,对铝工业生产过程中不同的流程生态效率进行了比较分析,指出了其改善的潜力。4、将信息熵的概念引入到物质流分析中,针对中国铝工业建立了一种基于熵的物质流分析模型,并进而建立了一种灰关联物质流分析模型,探讨影响资源使用效率的关键因素,提出了相应的优化方案。研究结果表明：2005年和2007年铝产品的相对整体熵分别为0.027和0.022,从整体上来看,2007年比2005年含铝物质的聚集度有所增加。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 选题背景与意义
• 1.2 研究目标和内容
• 1.2.1 研究目标
• 1.3 研究思路与本文组织结构
• 1.3.1 研究思路
• 1.3.2 本文组织结构
• 1.4 主要创新点
• 第二章 文献综述
• 2.1 LCA概述
• 2.1.1 LCA定义和历史
• 2.1.2 LCA研究框架
• 2.1.3 LCA影响评价方法
• 2.1.4 LCA框架的局限性
• 2.1.5 LCA方法及模型研究进展
• 2.1.6 LCA的应用
• 2.2 物质流分析
• 2.2.1 物质流研究进展
• 2.2.2 物质流分析存在的问题
• 第三章 生命周期累积评估模型
• 3.1 生命周期累积评估模型
• 3.1.1 资源累积模型
• 3.1.2 能源累积模型
• 3.1.3 废弃物（环境负荷）累积模型
• 3.2 生命周期累积评估模型在铝工业生产中的应用
• 3.2.1 评价范围和功能单元的确定
• 3.2.2 编目分析清单的编制
• 3.2.3 生命周期累积模型在我国铝工业中的应用
• 3.3 本章小结
• 第四章 面向工艺过程的LCA投入产出模型
• 4.1 投入产出分析和环境投入产出分析研究
• 4.1.1 投入产出分析
• 4.1.2 环境投入产出分析研究
• 4.2 和投入产出分析相结合的LCA基本模型
• 4.2.1 投入和产出部门的界定
• 4.2.2 投入产出表的设计
• 4.2.3 资源-环境-经济-投入产出模型
• 4.2.4 包含循环过程的投入产出LCA模型
• 4.3 面向工艺过程的投入产出LCA模型在铝工业中的应用
• 4.3.1 编目分析表的设计
• 4.3.2. 铝工业生命周期各流程及产品环境负荷的计算
• 4.3.3 铝工业生命周期环境影响计算
• 4.3.4 铝工业生命周期能耗的计算分析
• 4.3.5 铝工业流程生命周期环境性能比较
• 4.4 本章小结
• 第五章 基于DEA的铝工业生态效率评估分析
• 5.1 引言
• 5.2 数据包络分析（DEA）
• 5.3 DEA模型的建立
• 5.3.1 CCR模型
• 5.4 基于DEA的生态效率评估方案实例分析
• 5.4.1 模型选取与数据获取
• 5.4.2 C2R模型的应用与评估结果分析
• 5.5 本章小结
• 第六章 基于熵的中国铝工业生命周期物质流分析
• 6.1 引言
• 6.2 物流分析中熵的相关概念
• 6.3 铝生命周期下的物质流分析框架
• 6.3.1 物质流分析框架
• 6.3.2 熵分析模型
• 6.4 铝工业熵分析的物流数据
• 6.5 铝工业生命周期内的熵计算
• 6.6 分析与讨论
• 6.7 情景分析
• 6.8 本章小结
• 第七章 基于熵的物质流灰关联分析
• 7.1 引言
• 7.2 经典的几种分析方法
• 7.2.1 回归分析
• 7.2.2 相关分析
• 7.2.3 主成份分析
• 7.2.4 经典统计方法的不足及灰关联分析的引入
• 7.3 灰关联分析
• 7.4 灰关联分析模型的建立
• 7.5 基于熵的灰关联分析程序设计与实现
• 7.6 结果分析与讨论
• 7.7 本章小结
• 第八章 结论与展望
• 8.1 结论
• 8.2 展望与建议
• 参考文献
• 致谢
• 攻读博士学位期间发表的论文