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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

李贵奇  
【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。


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