構(gòu)建面向碳中和目標的物質(zhì)流分析研究框架
——基于文獻計量視角

譚雪萍，耿 涌，宋曉倩，陳 偉

（1.中國礦業(yè)大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院，江蘇 徐州 221116；2.上海交通大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，上海 200240；3.上海交通大學(xué)中國城市治理研究院，上海 200030；4.山東師范大學(xué)地理與環(huán)境學(xué)院，山東 濟南 250358）

當前，控制溫室氣體排放是全人類共同面臨的重大且緊迫的挑戰(zhàn)，碳中和（Carbon Neutrality）已成全球共識。根據(jù)Net Zero Tracker（2023），截至2023 年2 月9 日，全球已有超130 個經(jīng)濟體通過國家法律修訂、政策宣示、國家領(lǐng)導(dǎo)公開承諾等方式正式宣布了碳中和目標，這些經(jīng)濟體的溫室氣體排放量約占全球當前排放的近90%。其中，中國于2020 年9 月22 日提出“二氧化碳排放力爭在2030 年前達到峰值，努力爭取2060 年前實現(xiàn)碳中和”，隨后構(gòu)建了碳達峰碳中和“1+N”政策體系，將應(yīng)對氣候變化作為國家戰(zhàn)略，納入生態(tài)文明建設(shè)整體布局和經(jīng)濟社會發(fā)展全局，把系統(tǒng)觀貫穿到碳達峰碳中和工作全過程。可見，碳中和是一場廣泛且深刻的經(jīng)濟社會系統(tǒng)性變革。一方面世界經(jīng)濟發(fā)展模式將從資源依賴型轉(zhuǎn)向技術(shù)依賴型；另一方面能源技術(shù)變革將驅(qū)動全球環(huán)境資源管理格局發(fā)生重大調(diào)整。因此，能源技術(shù)迭代下的環(huán)境資源管理問題將成為碳中和背景下的關(guān)鍵課題之一，有必要深入探究環(huán)境資源管理方法體系對碳中和目標的支撐路徑。

物質(zhì)流分析（Material Flow Analysis，MFA）基于物質(zhì)代謝視角，對特定物質(zhì)在特定時空邊界內(nèi)流動的源、路徑和匯進行追蹤，是資源管理、環(huán)境治理和可持續(xù)發(fā)展評價的系統(tǒng)性量化工具［1］。MFA 方法體系包括元素流分析（Substance Flow Analysis，SFA）和經(jīng)濟系統(tǒng)物質(zhì)流分析（Economy-wide Material Flow Analysis，EW-MFA），前者主要針對元素、化合物等特定物質(zhì)，后者則關(guān)注混合物和大宗物資［2］。目前，國際MFA 研究正處于發(fā)展期（2000年至今）［3］，MFA 在產(chǎn)業(yè)生態(tài)學(xué)［4］、循環(huán)經(jīng)濟［5］、磷資源［6］和稀土［7］等領(lǐng)域均有廣泛應(yīng)用，為全球社會經(jīng)濟系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展作出重要貢獻。現(xiàn)有文獻回顧了MFA方法的發(fā)展歷程及在部分領(lǐng)域的研究進展［2-3，8-9］，但鮮有文獻對發(fā)展期的國際MFA研究進展和前沿方向進行系統(tǒng)梳理，也尚未探討國際MFA研究對碳中和目標的支撐路徑。鑒于此，為了提高MFA研究與碳中和路徑的契合度，本研究擬聚焦以下問題：①國際MFA研究在發(fā)展期的關(guān)鍵文獻和重要研究主題有哪些？②如何構(gòu)建面向碳中和目標的MFA研究框架？③國際MFA應(yīng)用研究對碳中和目標的支撐路徑有哪些？

1 碳中和與MFA的內(nèi)涵關(guān)聯(lián)

碳中和是指在規(guī)定時期內(nèi)人為溫室氣體排放量和人為清除量之間的“收支相抵”。狹義上指二氧化碳（CO2）凈零排放，廣義上指所有溫室氣體的凈零排放。碳中和的基本邏輯是“一減一增”，即通過減少“碳源”和增加“碳匯”，實現(xiàn)排放量與消減量的大致平衡。當前碳中和的主要實現(xiàn)路徑可劃分為5 類，即能源供給低碳化、能源消費電氣化、關(guān)鍵部門去碳化、技術(shù)創(chuàng)新零碳化、治理能力現(xiàn)代化［10］。其中，針對減少“碳源”的路徑主要有：①促進能源供給多元化，提高可再生能源發(fā)電占比。②提高能源消費部門（如交通、建筑、工業(yè)）的電氣化水平，提高能源效率，加大低碳燃料替代，推進轉(zhuǎn)型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。③促進重點部門減排，如制造工藝脫碳化，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟。④減少農(nóng)業(yè)直接溫室氣體排放。⑤革新技術(shù)，包括低碳、零碳和負碳技術(shù)。⑥利用政策工具激勵碳減排，如構(gòu)建綠色金融體系，完善法律、標準和監(jiān)管制度。增加“碳匯”的路徑一般包括兩種：一是通過碳捕集利用與封存（CCUS）等開展技術(shù)固碳；二是利用森林、草原、土地、濕地和海洋等實現(xiàn)生態(tài)固碳。

MFA 是物質(zhì)循環(huán)理論的一個分支，可追溯到早期Ayres 等［11］提出的物質(zhì)平衡概念和社會新陳代謝。“代謝”源于生物學(xué)，后發(fā)展為“社會經(jīng)濟系統(tǒng)代謝”，即與生物體類似，各種社會經(jīng)濟系統(tǒng)（如工業(yè)園區(qū)或城市）也需要從周圍環(huán)境獲取物質(zhì)和能量來支撐其內(nèi)部活動，同時向周邊環(huán)境排放廢物［12］。在量化社會經(jīng)濟系統(tǒng)代謝過程方面，MFA 表現(xiàn)出獨特優(yōu)勢，不僅可以核算各類物質(zhì)（如元素、化合物、產(chǎn)品及其任意組合）在不同空間尺度下的存流量，還能評估物質(zhì)代謝過程中的資源利用效率、環(huán)境影響及循環(huán)潛力，從而提升物質(zhì)流管理績效，促進社會經(jīng)濟系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展。在宏觀尺度上，MFA 可核算全球和國家經(jīng)濟系統(tǒng)的物質(zhì)需求總量、消耗強度和生產(chǎn)力等指標，從而評價全球和國家系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展程度［2］。在中觀尺度上，MFA 可追蹤分析區(qū)域經(jīng)濟系統(tǒng)內(nèi)的資源利用和廢物排放情況，為城市管理提供決策支持［9］。在微觀尺度上，MFA 可核算工業(yè)園區(qū)、社區(qū)、企業(yè)和家庭的材料效率和廢物管理績效等［5］。

總體而言，碳中和與MFA 具有較強的內(nèi)涵關(guān)聯(lián)性。首先，兩者均符合可持續(xù)發(fā)展觀。碳中和旨在通過技術(shù)革新和制度創(chuàng)新實現(xiàn)高能效和清潔能源結(jié)構(gòu)，建立以低能耗、低污染為基礎(chǔ)的可持續(xù)發(fā)展模式，與資源使用效率以及環(huán)境保護密切相關(guān)。MFA 是以“系統(tǒng)論”和“物質(zhì)守恒論”為基礎(chǔ)，跟蹤調(diào)查特定系統(tǒng)中的物質(zhì)流動軌跡，評估物質(zhì)使用效率、環(huán)境影響、資源需求和循環(huán)潛力，以及優(yōu)化物質(zhì)管理系統(tǒng)，從而實現(xiàn)提高資源利用效率、減少廢物排放量、推動經(jīng)濟系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展的目的［13］。其次，MFA 可為碳中和實現(xiàn)路徑提供技術(shù)支撐。碳中和實現(xiàn)路徑主要包括重要部門“減碳增匯”與技術(shù)政策創(chuàng)新，涉及資源管理、環(huán)境治理、技術(shù)創(chuàng)新與可持續(xù)評價等諸多問題，依賴宏中微觀尺度下多主體的協(xié)同管理和多系統(tǒng)資源環(huán)境數(shù)據(jù)核算，具有高度復(fù)雜性。MFA 是一種系統(tǒng)性研究方法，可以打開各類物質(zhì)在不同空間尺度下的系統(tǒng)代謝黑箱，準確核算不同技術(shù)情景下的資源需求與污染物排放量，并通過物質(zhì)流分析指標體系對系統(tǒng)代謝效率、資源管理績效等進行評價，可為重要減碳部門的碳中和實現(xiàn)路徑提供有力支撐。

2 國際MFA研究進展與前沿綜述

2.1 數(shù)據(jù)來源與研究方法

本研究以Web of Science（WOS）核心數(shù)據(jù)庫（SCI 和SSCI）作為數(shù)據(jù)來源，對文獻進行高級檢索，檢索條件設(shè)置為TS=（‘material flow analysis’ OR ‘substance flow analysis’ OR ‘stock and flow’），并將文獻類型和語言類型精練為‘Article’和‘English’。檢索時段為MFA 研究的發(fā)展期2000—2022 年（檢索日期為2022 年8 月12 日）。通過對檢索結(jié)果進行去重、整理、刪除不相關(guān)條目，最終獲得2 148篇相關(guān)文獻。

鑒于CiteSpace（可視化文獻分析軟件）在處理具有多學(xué)科交叉特征的大基數(shù)文獻時具有獨特優(yōu)勢，可以全面揭示重要研究主題、發(fā)展脈絡(luò)、熱點前沿及關(guān)鍵知識基礎(chǔ)等［14］，本研究首先使用CiteSpace 對共被引文獻和關(guān)鍵詞進行聚類分析，以識別國際MFA研究領(lǐng)域的重要知識基礎(chǔ)和研究主題。然后通過文獻研究法對MFA前沿應(yīng)用研究進行文獻梳理和剖析，并提出針對性的分析框架。最后使用演繹歸納法，從系統(tǒng)性視角構(gòu)建面向碳中和目標的MFA整合式研究框架，并對MFA的碳中和支撐路徑進行解析。

2.2 知識基礎(chǔ)與關(guān)鍵文獻

文獻共被引聚類分析可挖掘相似文獻的共同主題及重要文獻信息，凝練出本領(lǐng)域的重要知識基礎(chǔ)，是探究熱點形成原因及演變過程的重要工具［15］。高被引和高中心性文獻往往代表本領(lǐng)域具有影響力的概念、方法和理論［16］。表1為國際MFA的關(guān)鍵文獻及類群。

表1 共被引聚類及關(guān)鍵文獻列表

總體而言，國際MFA研究的關(guān)鍵文獻主要集中在3個文獻類群，即“資源管理（#0 resource management）”“環(huán)境核算（#4 environmental accounting）”和“指標（#7 indicators）”。其中，高被引文獻主要來自類群#0、#4和#7，而高中心性文獻多分布在類群#0和#4。首先，類群#0 涉及的關(guān)鍵文獻較多。其中，Graedel等［17］填補了產(chǎn)業(yè)生態(tài)學(xué)在理論和方法上的空白，為MFA的應(yīng)用研究提供了關(guān)鍵概念、理論基礎(chǔ)和核算方法。Spatari等［18］開發(fā)了一個區(qū)域性的物質(zhì)流模型，為MFA在金屬領(lǐng)域的應(yīng)用提供了重要的研究框架。同年，van der Voet［19］在《產(chǎn)業(yè)生態(tài)學(xué)指導(dǎo)書》（A handbook of industrial ecology）中詳細介紹了SFA 的使用方法。此外，Gordon 等［20］運用自上而下的方法確定了全球銅循環(huán)的研磨和冶煉損失，為測算金屬資源的損失量及尾礦回收潛力提供了方法支撐。其次，在類群#4 的關(guān)鍵文獻中，Brunner等［21］編寫的《物質(zhì)流分析操作手冊》（Practical handbook of material flow analysis）同時具備高被引和高中心性特征，該文獻詳細介紹了物質(zhì)流分析軟件的使用過程，并列舉了14個關(guān)于環(huán)境管理、資源保護和廢物管理的典型案例，為MFA 在環(huán)境核算領(lǐng)域的應(yīng)用提供了重要參考。作為高被引文獻，Bringezu 等［22］指出人類活動的環(huán)境績效在很大程度上取決于物質(zhì)流的數(shù)量和質(zhì)量，從而為MFA在環(huán)境績效評估方面的應(yīng)用提供了理論支撐。在高中心性文獻中，歐盟［23］發(fā)布的《統(tǒng)計口袋書：歐盟能源與運輸數(shù)字（1970—1999）》（Statistical Pocketbook：EU Energy &Transport inFigures 1970—1999），匯集了歐洲能源行業(yè)和交通行業(yè)的所有統(tǒng)計數(shù)據(jù)，為MFA的環(huán)境核算應(yīng)用提供了重要的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。最后，類群#7包括2篇關(guān)鍵文獻。其中，Binder等［24］提出帶有消費函數(shù)的動態(tài)物質(zhì)流模型，并通過相關(guān)指標評價了發(fā)展中國家耐用品的代謝效率。另外，Müller等［25］構(gòu)造了基于通用動態(tài)物質(zhì)流分析模型的指標體系，為測算和評價材料代謝效率提供了有力的工具支撐。

2.3 重要研究主題及演變規(guī)律

關(guān)鍵詞是科技論文中表達主題概念的重要組成部分，能夠反映核心研究內(nèi)容與主題。關(guān)鍵詞聚類時間線圖可以捕捉某一領(lǐng)域的重要研究主題及其演變規(guī)律［14］。圖1 展示了國際MFA 的12 個重要研究主題及其發(fā)展脈絡(luò)，可分為基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究兩類。

圖1 關(guān)鍵詞聚類時間線圖

2.3.1 基礎(chǔ)研究主題

該類主題包括“產(chǎn)業(yè)生態(tài)學(xué)（#0 industrial ecology）”“物質(zhì)流分析（#6 material flow analysis）”和“物質(zhì)流管理（#8 material flow management）”，分別代表國際MFA 研究領(lǐng)域的理論基礎(chǔ)、方法體系和應(yīng)用目的。MFA的理論與方法體系基本形成于2000年前。其中，產(chǎn)業(yè)生態(tài)學(xué)中的城市代謝和產(chǎn)業(yè)代謝是MFA 的理論基礎(chǔ)［26］，元素流分析框架和物質(zhì)流賬戶體系則為MFA在不同尺度的應(yīng)用提供了基本工具［27-28］。2007年，Binder［29］提出物質(zhì)流管理概念，將社會科學(xué)建模方法（Social Sciences Modelling Approaches，SSMA）嵌入MFA 方法體系，為MFA 在環(huán)境資源管理領(lǐng)域的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)，凸顯了MFA 的管理決策價值。主題#0覆蓋了EW-MFA 和SFA 在產(chǎn)業(yè)生態(tài)學(xué)的相關(guān)研究。隨著歐盟［30-31］在2001年出臺了標準化的EW-MFA編制方法導(dǎo)則，并相繼推出修訂版，國際上對于經(jīng)濟系統(tǒng)全物質(zhì)核算的方法框架已基本達成共識，MFA 研究逐漸從基于EWMFA的經(jīng)濟系統(tǒng)全物質(zhì)核算，轉(zhuǎn)向基于SFA的物質(zhì)流動規(guī)律分析，并向更小的尺度拓展。主要研究內(nèi)容包括：①追蹤材料和礦產(chǎn)資源在社會經(jīng)濟系統(tǒng)的來源、去向和流動路徑［32］。②揭示物質(zhì)對共享經(jīng)濟等現(xiàn)代化生活生產(chǎn)方式的支撐作用［33］。③闡明有毒物質(zhì)（如多溴聯(lián)苯醚和重金屬）在代謝過程中造成的環(huán)境問題［34］。④評估資源效率［35］、資源供需趨勢［36］和城市礦產(chǎn)開發(fā)潛力［37］。主題#6主要關(guān)注MFA 的方法改進［38］，如概率物質(zhì)流分析、物質(zhì)循環(huán)指標和基于廣義熵的物質(zhì)流分析，并與生命周期評價、投入產(chǎn)出分析、情景分析、機器學(xué)習(xí)和貝葉斯-蒙特卡洛模擬等方法集成創(chuàng)新［39-40］。主題#8 探討了MFA 的管理應(yīng)用場景，包括評估、規(guī)劃和優(yōu)化資源管理系統(tǒng)［41］，量化生產(chǎn)、消費和回收等環(huán)節(jié)的環(huán)境影響［42］，控制和管理廢物回收質(zhì)量［38］，評價資源管理系統(tǒng)的可持續(xù)性［43］。

2.3.2 應(yīng)用研究主題

根據(jù)時間分片和持續(xù)時間，應(yīng)用研究主題大致可分為過時應(yīng)用主題和前沿應(yīng)用主題。其中，過時應(yīng)用主題的當前研究熱度較低，按出現(xiàn)順序排列，依次為“氮（#4 Nitrogen）”“塔拉戈納州（#9 Tarragona province）”“重金屬（#10 heavy metals）”和“合金元素（#7 alloying element）”。相反，前沿應(yīng)用主題的當前研究熱度較高，按出現(xiàn)順序排列，依次為“城市固體廢物（#2 municipal solid waste）”“鐵（#1 iron）”“循環(huán)經(jīng)濟（#3 circular economy）”“暴露（#5 exposure）”和“可再生能源（#11 renewable energy）”。總體來看，MFA 的研究對象逐漸從植物營養(yǎng)元素、重金屬和基礎(chǔ)金屬拓展到稀土、關(guān)鍵金屬和納米材料等。研究問題從簡單的物質(zhì)流核算，演變?yōu)樵u估城市固體廢物的回收可行性、鋼鐵行業(yè)減排潛力、二次資源循環(huán)潛力與管理績效、有毒物質(zhì)的環(huán)境暴露、可再生能源技術(shù)對金屬的影響以及可能的資源約束等。另外，從時間和空間邊界的角度來看，不同氣候政策和技術(shù)情景下的資源需求預(yù)測，以及基于全球范圍的資源跨國流動網(wǎng)絡(luò)與供應(yīng)安全逐漸成為國際MFA的應(yīng)用前沿。

在過時應(yīng)用研究中，主題#4主要針對植物營養(yǎng)元素，通過將MFA 與投入產(chǎn)出法和生命周期評價相結(jié)合，核算城市與農(nóng)業(yè)系統(tǒng)中的氮磷存流量及環(huán)境影響［44］。主題#9是MFA 在環(huán)境健康方面的應(yīng)用，主要對西班牙塔拉戈納州垃圾焚燒產(chǎn)生的持久性有機污染物PCDD/Fs 進行流量核算和健康風險評估［45］。主題#10 形成于2002 年，源于耶魯大學(xué)工業(yè)生態(tài)學(xué)中心的STAF（Stock and Flow）項目，重點核算了銅、鋅、鉛、鎘、汞等重金屬的來源、代謝和損失，評估了重金屬導(dǎo)致的環(huán)境健康風險［46］。主題#7 起步較晚，將動態(tài)MFA 用于金屬材料領(lǐng)域。該主題集成了MFA、生命周期評價、人口平衡模型、空間計量等方法，重點研究了合金材料、鋼鐵、建筑材料和電子廢物等物質(zhì)的存量分布和代謝效率［47］、動態(tài)回收策略及減排潛力［48］和不同資源政策情景下的存量預(yù)測等［49］。

在前沿應(yīng)用研究中，主題#2形成時間早，是MFA的主流應(yīng)用方向之一，主要運用MFA預(yù)測城市固體廢物（如電氣和電子設(shè)備、電池、電動汽車）的生成量［37］、測評回收管理的環(huán)境和經(jīng)濟可行性［50］、評估城市固體廢物的管理績效并提出改進策略［51］。主題#1 形成于2002 年，主要測度了鋼鐵行業(yè)的廢物排放及減排效果［52］。從全球、國家和行業(yè)尺度探究鐵元素、鋼鐵、鐵礦石和相關(guān)金屬元素（如鉬、錳、鋅等）的存流量［53］、需求和驅(qū)動因素［54］，以及鐵資源的回收潛力［55］。主題#3將循環(huán)經(jīng)濟原則納入城市復(fù)興和廢物管理框架中，不僅通過案例分析揭示了循環(huán)經(jīng)濟中的產(chǎn)業(yè)共生管理模式［56］。還通過集成MFA、投入產(chǎn)出模型、社會網(wǎng)絡(luò)分析、生命周期評價、系統(tǒng)動力學(xué)等主流方法，分析資源的循環(huán)利用模式及經(jīng)濟可行性［57］，測評資源循環(huán)潛力及對環(huán)境、經(jīng)濟和資源的影響［58］，評價不同尺度下循環(huán)系統(tǒng)的效率和績效［59］。主題#5聚集了MFA在工程納米材料等有毒物質(zhì)領(lǐng)域的應(yīng)用，主要基于概率物質(zhì)流分析法對有毒材料的環(huán)境暴露和健康風險進行建模和評估［60］，核算其存量、釋放流動態(tài)及回收流量［61］。評估其在不同情景下的環(huán)境風險［62］，并提出控制措施［63］。主題#11形成時間較晚，源于全球?qū)﹃P(guān)鍵礦產(chǎn)資源的高度關(guān)注。該主題聚焦了新能源技術(shù)所需關(guān)鍵礦產(chǎn)資源的物質(zhì)代謝規(guī)律［64］及材料效率［35］。預(yù)測了清潔技術(shù)（如光伏［65］、風電［66］、電動汽車［67］）在不同減排目標情景下的關(guān)鍵礦產(chǎn)資源需求。評估了可再生能源技術(shù)產(chǎn)生的廢物流與環(huán)境影響［68］，以及從報廢鋰電池、光伏廢料、廢棄電氣電子設(shè)備等固體廢物中回收關(guān)鍵礦產(chǎn)資源的潛力和可行性［69］。

2.4 MFA前沿應(yīng)用研究綜述

為了進一步明晰國際MFA在前沿領(lǐng)域的重要研究內(nèi)容，本研究運用文獻研究法分別對5 個MFA 前沿應(yīng)用主題的重要文獻進行梳理和剖析，并結(jié)合MFA 重要知識基礎(chǔ)和物質(zhì)代謝過程，提出國際MFA 前沿應(yīng)用研究的分析框架（圖2）。

圖2 MFA前沿應(yīng)用研究的分析框架

2.4.1 “城市固體廢物”主題相關(guān)研究

城市固體廢物源于城市代謝，是指在城市建設(shè)、發(fā)展，以及居民生活過程中產(chǎn)生的固體廢物。具有數(shù)量多、成分復(fù)雜，處理難度較大，以及危害性和資源性共存等特點。隨著城鎮(zhèn)化進程的加速，城市固體廢物不斷增加，造成嚴重的環(huán)境污染和資源浪費，嚴重阻礙了城市系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展。如何實現(xiàn)城市固體廢物的減量化、資源化和無害化處理一直是學(xué)術(shù)研究熱點。

MFA 可量化物質(zhì)從開采、制造、消費到處置的全過程流動情況，被廣泛用于城市固體廢物的生成量預(yù)測、循環(huán)潛力與可行性評估、管理系統(tǒng)績效評價與優(yōu)化。例如，部分學(xué)者運用MFA核算塑料包裝袋、冰箱、電視機、鋰電池、食物垃圾等物質(zhì)的廢物流［70］，并估算全球城市固體廢物的生成量［71］。為服務(wù)于循環(huán)經(jīng)濟政策，現(xiàn)有文獻也結(jié)合情景分析法對未來汽車報廢量、風電部門廢物量等進行預(yù)測［72］，并分析了技術(shù)轉(zhuǎn)型的影響［73］。針對城市固體廢物的資源性特點，有學(xué)者使用MFA 測度了鋰電池、嬰兒尿布、電熱水器等固體廢物的資源循環(huán)潛力［74］，并評估了各類城市固體廢物的回收可行性［75-76］。此外，部分文獻還通過集成MFA 與生命周期評價法，評估了回收城市固體廢物的資源、環(huán)境和經(jīng)濟效益。例如，Van Eygen等［77］評估了回收比利時臺式電腦和筆記本電腦產(chǎn)生的資源節(jié)約效益。Lin等［78］評估了回收中國快遞包裝廢物產(chǎn)生的綜合環(huán)境效益。隨著城市固體廢物綜合管理應(yīng)用的普及化，既有研究也通過MFA 構(gòu)建材料效率指標，量化城市固體廢物的利用效率［79］，并結(jié)合生命周期評價綜合評估廢物處理系統(tǒng)的環(huán)境和經(jīng)濟績效［80］，從而優(yōu)化廢物管理系統(tǒng)［81］。

2.4.2 “鐵”主題相關(guān)研究

作為國民經(jīng)濟發(fā)展的基礎(chǔ)性資源，鋼鐵工業(yè)對人類社會經(jīng)濟系統(tǒng)具有重要的支撐作用，并且在生產(chǎn)、加工、制造、使用、回收利用等過程中有較大的環(huán)境影響。為了提高資源利用效率，減少對生態(tài)環(huán)境的影響，MFA 被大量用于鐵資源管理。總體來看，目前針對鐵資源物質(zhì)流分析的應(yīng)用研究較為豐富，多集中在國家、行業(yè)和企業(yè)層面，但在區(qū)域和城市層面的研究較少。

具體而言，既有研究主要將MFA 用于鋼鐵行業(yè)廢物排放及減排效果測度、鐵資源存流量及代謝效率核算、鐵資源需求量預(yù)測及回收潛力評估。例如，部分文獻核算了中國鋼鐵行業(yè)的二氧化碳排放量和廢水排放量［82］，并評估了鋼鐵行業(yè)和鋼鐵工業(yè)園區(qū)的減排效果［52］。針對鐵資源的物質(zhì)流核算，Zhong 等［83］結(jié)合MFA 和復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論，定量分析了國際鐵流特征及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)演變規(guī)律。Pauliuk等［53］運用動態(tài)MFA估計約200個國家的鋼鐵在用庫存。Yellishetty 等［84］通過對比澳大利亞、巴西、中國和印度的鋼鐵物質(zhì)流，發(fā)現(xiàn)澳大利亞和巴西的鐵礦石庫存將迅速耗盡。基于中國尺度，Zhao 等［54］使用MFA 和平均使用年限法分析了鐵的在用庫存及其驅(qū)動因素。Dai［85］則基于全經(jīng)濟范圍的物質(zhì)流賬戶和衍生指標，評估了河北省鋼鐵工業(yè)發(fā)展的規(guī)模、結(jié)構(gòu)和運行效率等。此外，部分學(xué)者也測算了鐵資源的需求量及鋼鐵的循環(huán)潛力。例如，Wang 等［86］研究了中國建筑物的混凝土改造如何影響鋼鐵需求，認為到2050年，中國的鋼筋混凝土或鋼結(jié)構(gòu)建筑將激發(fā)對黑色金屬的大量需求。Cooper 等［87］運用動態(tài)MFA 估計了美國在1880—2100 年的鋼鐵需求量、廢鋼生成量和最大回收量，并評估了用鋼鐵回收廢料取代進口鋼鐵的潛力。

2.4.3 “循環(huán)經(jīng)濟”主題相關(guān)研究

循環(huán)經(jīng)濟通過改造或調(diào)控現(xiàn)有的線性物質(zhì)流動模式，以及提高資源與能源的利用和轉(zhuǎn)化效率，最終形成效率較高的物質(zhì)循環(huán)模式。發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟是實現(xiàn)社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的重要途徑，如何量化不同尺度下各類循環(huán)經(jīng)濟模式的環(huán)境經(jīng)濟效益及材料效率是當前研究熱點。MFA 能夠量化人類經(jīng)濟活動所造成的自然資源損耗和環(huán)境影響，評價或預(yù)警經(jīng)濟活動當前或潛在的資源環(huán)境壓力，已被廣泛用于分析不同物質(zhì)的循環(huán)利用模式及經(jīng)濟可行性、測度物質(zhì)的循環(huán)潛力及對環(huán)境和經(jīng)濟的影響，以及評價不同尺度下循環(huán)經(jīng)濟系統(tǒng)的效率與績效。

首先，針對不同物質(zhì)的循環(huán)利用模式及經(jīng)濟可行性，既有研究運用MFA 對從廢物中回收磷、關(guān)鍵金屬以及塑料等模式進行案例分析［88］，并結(jié)合生命周期成本評估法探討回收稀土氧化物、塑料以及關(guān)鍵礦產(chǎn)等資源的經(jīng)濟可行性［89］。其次，考慮到部分廢物具有資源性特征，部分學(xué)者進一步運用MFA測算了報廢汽車、廢舊電池、廢舊電子電器等物質(zhì)的廢物流及循環(huán)潛力，并評估了其對環(huán)境、經(jīng)濟和資源的正向影響［37，90］。例如，Panchal 等［90］將MFA 與市場供應(yīng)法相結(jié)合，測算了印度的電子廢物生成量，并根據(jù)廢棄電子設(shè)備中原材料類別對電子廢物的循環(huán)價值進行評估。Baars 等［91］運用MFA 估計了整個歐盟電動汽車電池中鈷的流量和需求量，認為通過循環(huán)經(jīng)濟減少初級資源開采，可以應(yīng)對電池快速增長導(dǎo)致的資源約束和供應(yīng)鏈風險。最后，為了評價不同尺度下循環(huán)經(jīng)濟系統(tǒng)的績效，有學(xué)者基于MFA 構(gòu)建了材料效率評價指標體系。例如，在國家尺度上，Schmidt等［92］運用MFA 和生命周期評價對奧地利、德國和塞爾維亞的材料效率和環(huán)境影響進行測度，并構(gòu)建了針對PET瓶廢物回收系統(tǒng)的材料效率評價指標。運用相同的方法，Meglin 等［93］在區(qū)域尺度上，運用若干環(huán)境和經(jīng)濟指標對比分析了瑞士3 個州的建筑材料循環(huán)利用績效。Arain等［94］則在社區(qū)尺度上綜合分析了回收4種家用電器（洗衣機、冰箱、電視、風扇）的經(jīng)濟和環(huán)境績效。在工業(yè)園區(qū)尺度上，Wen等［95］以中國蘇州新區(qū)印刷電路板行業(yè)為例，將MFA與資源生產(chǎn)率指標相結(jié)合，評價了工業(yè)共生系統(tǒng)對循環(huán)經(jīng)濟的貢獻。

2.4.4 “暴露”主題相關(guān)研究

隨著工業(yè)材料的復(fù)雜化和人類健康意識的提高，醫(yī)療垃圾和工業(yè)危險固體廢物等有毒材料的處理和管理也逐漸得到學(xué)術(shù)界的關(guān)注，并成為國際MFA的新興應(yīng)用主題。

第一類文獻側(cè)重于運用MFA 探究有毒材料（如工程納米材料、塑料、十溴二苯醚、重金屬、多溴二苯醚、農(nóng)藥、溴化阻燃劑、氯化氫、化學(xué)品）的物質(zhì)代謝規(guī)律。例如，Vyzinkarova 等［96］通過MFA 和情景分析，發(fā)現(xiàn)有毒物質(zhì)五溴二苯醚商用混合物主要來自建筑材料，認為用于建筑的報廢塑料材料必須被分離和適當處理。Pivnenko 等［97］運用靜態(tài)和動態(tài)MFA評估了紙張回收材料中的化學(xué)污染物，包括雙酚A（BPA）、鄰苯二甲酸二（2-乙基）己酯（DEHP）和烴類礦物油（MOHs）。

另一類文獻側(cè)重于運用概率物質(zhì)流分析（PMFA）評估有毒物質(zhì)的環(huán)境暴露，并提出相關(guān)控制策略。PMFA 是一種有用的環(huán)境暴露評估工具，它可以將物質(zhì)在其生命周期中的流動映射到環(huán)境中，同時考慮到與輸入數(shù)據(jù)相關(guān)的不確定性［38］。例如，為了評估普通消費產(chǎn)品中人造納米粒子的環(huán)境暴露，Royce 等［98］基于PMFA 和產(chǎn)品生命周期評價對人造納米粒子的環(huán)境和微環(huán)境水平建模，并開發(fā)出基于地理信息系統(tǒng)（GIS）的有毒暴露排序系統(tǒng)。考慮到納米材料的廣泛應(yīng)用將對生態(tài)環(huán)境及人類健康造成潛在危害，Caballero-Guzman 等［99］采用PMFA 對納米二氧化鈦、納米氧化鋅、納米銀和碳納米管在瑞士回收系統(tǒng)中的流動規(guī)律進行模擬。Choi等［34］側(cè)重于核算汽車中多溴聯(lián)苯醚的物質(zhì)流，并估算韓國汽車中多溴聯(lián)苯醚在生命周期中的排放量及環(huán)境暴露。Ding 等［62］則利用PMFA評估了納米銀在中國湖南的質(zhì)量平衡和暴露情況。為了實現(xiàn)高效的污染物管理，通過整合貝葉斯網(wǎng)絡(luò)、蒙特卡洛模擬和MFA，Han等［100］系統(tǒng)分析了中國的磷流，并提出降低相關(guān)環(huán)境風險的建議。

2.4.5 “可再生能源”主題相關(guān)研究

為了應(yīng)對氣候變化這一重大且緊迫的全球性挑戰(zhàn)，在碳中和目標驅(qū)動下，全球能源系統(tǒng)向清潔化、低碳化甚至無碳化發(fā)展已是大勢所趨，太陽能、風能、潮汐能等可再生能源已成為實現(xiàn)碳中和目標的第一大貢獻力量。然而，可再生能源技術(shù)嚴重依賴銅、鋰、鎳、鈷和稀土元素等關(guān)鍵礦產(chǎn)，其在不同減排情景下將對各類關(guān)鍵礦產(chǎn)資源的物質(zhì)代謝規(guī)律產(chǎn)生顯著影響，甚至導(dǎo)致環(huán)境破壞［101］。

隨著澳大利亞、日本、歐盟和美國對關(guān)鍵礦產(chǎn)的關(guān)注度不斷提升，以及各國碳中和目標相繼提出，MFA 的關(guān)注對象逐漸從重金屬、大宗金屬和植物營養(yǎng)元素拓展到關(guān)鍵礦產(chǎn)資源。例如，基于不同空間尺度，部分學(xué)者運用MFA 核算了鎳、鈷、鉭、釹等關(guān)鍵礦產(chǎn)的存流量［102］，并評價了風電部門的材料效率［35］。此外，研究內(nèi)容也從單一的物質(zhì)流核算，拓展到不同技術(shù)和政策情景下的資源需求預(yù)測和關(guān)鍵礦產(chǎn)資源循環(huán)潛力測評。其中，基于MFA、情景分析和生命周期評價的組合式方法體系得到廣泛應(yīng)用。

具體而言，對于資源需求預(yù)測，Watari等［103］基于存量-流量動力學(xué)和總材料需求概念構(gòu)建了系統(tǒng)分析模型，對全球能源轉(zhuǎn)型下的礦物和能源資源流量進行測算，發(fā)現(xiàn)從2015—2050年，全球能源轉(zhuǎn)型可能使與礦物生產(chǎn)相關(guān)的總材料需求流量在電力行業(yè)增加約200%～900%，在運輸行業(yè)增加約350%～700%。在國家尺度上，Elshkaki［67］基于多層次動態(tài)MFA模型和9種情景假設(shè)，討論了電動車材料對共生材料和環(huán)境的影響，發(fā)現(xiàn)中國的電動車發(fā)展會顯著影響世界其他地區(qū)和部門的資源可用性。Ren 等［65］將動態(tài)MFA與情景分析相結(jié)合，對中國光伏產(chǎn)業(yè)的未來金屬需求進行估計，并評估其供應(yīng)風險，認為在可再生能源發(fā)展的不同規(guī)劃層面均應(yīng)考慮資源約束。為了探討中國風電產(chǎn)業(yè)到2050 年的金屬需求，Ren 等［66］集成了動態(tài)MFA 與探索性能源情景分析，評估了基礎(chǔ)金屬（銅、鋼、鋁、鎳）和稀土元素（釹和鏑）的需求量，發(fā)現(xiàn)在風電領(lǐng)域，銅和鎳的供應(yīng)壓力較大，認為有必要通過回收提供二次資源。

此外，部分學(xué)者還對可再生能源技術(shù)產(chǎn)生的廢物生成量、環(huán)境影響及循環(huán)潛力進行研究。例如，Wang等［68］基于MFA 和44 種情景估算了中國光伏廢物在2020—2050 年的分布情況，發(fā)現(xiàn)從2040年起，廢物量幾乎等于光伏安裝的材料流入量，且高度集中在北方或西北地區(qū)。為了厘清全球貿(mào)易中的鎳流，并檢測遠離消費地的鎳礦開采造成的環(huán)境影響，Nakajima等［104］運用MFA核算了全球鎳流量，并使用全球鏈接投入產(chǎn)出模型分析了鎳消費和采礦相關(guān)的全球土地使用變化之間的聯(lián)系。對于廢物的資源循環(huán)潛力，Saidani等［105］運用MFA 量化了從歐洲催化轉(zhuǎn)化器中回收鉑資源的數(shù)量和損耗量。Ciacci 等［69］核算了歐盟28 國在2016 年的釹庫存和流量，發(fā)現(xiàn)如果將回收潛力轉(zhuǎn)化為實際能力，歐盟28 國每年大約有高達50%的釹需求可以通過國內(nèi)二次供應(yīng)來滿足。Yang等［48］采用自下而上的方法分析了2009—2019年中國3種電動汽車電池（鎳錳鈷鋰電池、磷酸鐵鋰電池和錳酸鋰電池）的金屬存量，重點評估了鎳、鈷、錳、鋰、銅、鋁、鐵7 種主要金屬在一次使用階段和二次使用階段的存量和回收潛力。

綜上所述，圖2顯示MFA的前沿應(yīng)用研究具備以下特征：①MFA 的應(yīng)用功能主要體現(xiàn)在3 個方面，即核算物質(zhì)存流量、評估物質(zhì)需求量及循環(huán)潛力、優(yōu)化物質(zhì)管理系統(tǒng)。②“環(huán)境核算”“指標”和“資源管理”三大文獻知識基礎(chǔ)為MFA 的前沿應(yīng)用研究提供了理論與方法支撐。③物質(zhì)代謝過程具有高度復(fù)雜性，涉及資源、產(chǎn)品、固體廢物、污染物和有毒物質(zhì)等，與環(huán)境影響、資源需求、固體廢物循環(huán)利用等相關(guān)。MFA 與情景分析、生命周期評價等方法的集成應(yīng)用已成主流趨勢。④從資源到產(chǎn)品的環(huán)節(jié)涉及污染物排放和資源約束問題，與前沿主題“鐵”和“可再生能源”相關(guān)。此類主題的主要研究目的是“減污降碳”和原生資源“減量化”。核心研究內(nèi)容包括測算生產(chǎn)過程的環(huán)境影響，以及預(yù)測不同技術(shù)情景下的資源需求。⑤產(chǎn)品報廢后，部分物質(zhì)直接流入自然圈，部分物質(zhì)可通過循環(huán)經(jīng)濟模式成為再生資源。此環(huán)節(jié)主要涉及前沿主題“城市固體廢物”“暴露”和“循環(huán)經(jīng)濟。其中，城市固體廢物的“無害化”和“資源化”處理是此類主題的主要研究目的。關(guān)鍵研究問題包括：厘清各類城市固體廢物的物質(zhì)代謝規(guī)律、測評城市固體廢物的循環(huán)潛力及可行性、評估有毒物質(zhì)的環(huán)境暴露與健康風險、評價各類循環(huán)模式的運行績效，以及優(yōu)化廢物管理系統(tǒng)。

3 面向碳中和目標的MFA 研究框架構(gòu)建與展望

3.1 研究框架構(gòu)建概況

碳中和目標背景下的全球環(huán)境資源管理面臨嚴峻挑戰(zhàn)。一方面衡量碳排放水平的量化指標具有較大不確定性，亟須開發(fā)標準化的溫室氣體核算工具；另一方面依賴于技術(shù)革新的能源轉(zhuǎn)型是碳中和的首要任務(wù)，然而能源轉(zhuǎn)型技術(shù)驅(qū)動下的資源消耗和環(huán)境影響尚不明確。MFA作為環(huán)境資源管理與可持續(xù)評價的標準化方法，不僅適用于多尺度系統(tǒng)的物質(zhì)流核算，還可與產(chǎn)業(yè)生態(tài)學(xué)和產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟學(xué)的相關(guān)方法進行集成，對各類能源轉(zhuǎn)型技術(shù)變革下的資源需求與廢物循環(huán)利用潛力進行預(yù)測和評估，進而為政府、企業(yè)和個人的物質(zhì)流管理決策提供依據(jù)。

鑒于碳中和與MFA 的內(nèi)涵關(guān)聯(lián)，本研究在梳理國際MFA 研究主題及其研究進展的基礎(chǔ)上，將MFA 的基礎(chǔ)研究、應(yīng)用研究與碳中和實現(xiàn)路徑進行整合，從系統(tǒng)性視角構(gòu)建面向碳中和目標的MFA 整合式研究框架（以下簡稱“研究框架”）。如圖3所示，研究框架包括“理論與方法基礎(chǔ)”“應(yīng)用研究范式”和“對碳中和目標的支撐路徑”三大模塊，呈現(xiàn)出“已經(jīng)研究了什么”的全貌，并發(fā)現(xiàn)“在碳中和背景下還能研究什么”的潛在議題，以期聚焦碳中和戰(zhàn)略框架下的環(huán)境資源管理問題，拓展MFA 的應(yīng)用廣度和深度，提升其對碳中和目標的支撐力度。

首先，“理論與方法基礎(chǔ)”模塊源于MFA 的三大基礎(chǔ)研究主題，即“產(chǎn)業(yè)生態(tài)學(xué)”“物質(zhì)流分析”和“物質(zhì)流管理”，可以從理論和方法兩方面支撐碳中和背景下的MFA應(yīng)用研究。其中，“產(chǎn)業(yè)生態(tài)學(xué)”主題可為運用MFA 核算與評估社會經(jīng)濟系統(tǒng)代謝過程提供理論依據(jù)”，物質(zhì)流管理”主題則為MFA 在管理領(lǐng)域的應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)。“物質(zhì)流分析”主題為MFA 提供針對不同空間尺度和代謝對象的單一式或組合式研究工具。

其次，“應(yīng)用研究范式”模塊源于MFA 應(yīng)用研究主題和主要內(nèi)容，包括范式結(jié)構(gòu)和范式要素兩部分，可為使用MFA 解決碳中和實踐管理問題提供研究思路和重要參考。具體而言，范式結(jié)構(gòu)為“核算-評估-管理”，分別代表MFA 在應(yīng)用研究中的三大功能，即核算物質(zhì)存流量、評估物質(zhì)循環(huán)潛力、提升物質(zhì)管理效率。其中，核算是評估和管理的基礎(chǔ)，評估為管理提供決策依據(jù)，管理則通過信息反饋對核算和評估產(chǎn)生影響。范式要素涵蓋“代謝對象”“空間尺度”“應(yīng)用誘因”“主要內(nèi)容”和“應(yīng)用目的”。其中，“代謝對象”要素主要包括元素、單一物質(zhì)/化合物、產(chǎn)品、產(chǎn)品組合、全部物質(zhì)/產(chǎn)品5 類。“空間尺度”要素主要有家庭/工廠、社區(qū)/園區(qū)、城市、省份、國家、全球6 類。“應(yīng)用誘因”要素主要包括氣候變化、技術(shù)迭代、地緣政治、政策環(huán)境、市場需求和資源約束等。“主要內(nèi)容”要素包括：①核算物質(zhì)存流量、廢物生成量及環(huán)境影響。②評估物質(zhì)代謝效率、未來需求、循環(huán)利用的可行性和環(huán)境經(jīng)濟效益。③規(guī)劃和優(yōu)化物質(zhì)管理系統(tǒng)，測度管理系統(tǒng)的績效。“應(yīng)用目的”要素則是通過“減量化”“無害化”和“資源化”實現(xiàn)社會經(jīng)濟系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展。

最后，“對碳中和目標的支撐路徑”模塊將國際MFA應(yīng)用研究主題與重要部門的碳中和實現(xiàn)路徑進行關(guān)聯(lián)，明晰了MFA 對碳中和目標的支撐路徑和進一步研究方向。其中，碳中和目標的主要實現(xiàn)路徑包括2 個維度，分別是重要部門“減碳增匯”、技術(shù)與政策支持。前者是碳中和實現(xiàn)路徑主體，覆蓋4 類重要部門（能源生產(chǎn)部門、能源消費部門、工商業(yè)部門、農(nóng)林業(yè)部門）及其關(guān)鍵碳中和路徑，即。①能源供應(yīng)多元化、清潔化。②能源消費電氣化、高效化和清潔化。③工藝流程脫碳化、循環(huán)經(jīng)濟普及化。④農(nóng)業(yè)降碳與生態(tài)固碳。后者是前者的技術(shù)與政策保障，涵蓋低碳（如能效提升技術(shù)）、零碳（如可再生能源技術(shù)、零碳能源綜合利用服務(wù)技術(shù)）和負碳技術(shù)（如CCUS），以及氣候立法、碳交易機制、財政稅收金融政策支持體系、技術(shù)標準與監(jiān)管制度等政策工具。基于上述“減碳增匯”主要路徑，4 類重要部門與國際MFA應(yīng)用研究主題的關(guān)聯(lián)性表現(xiàn)為：①能源生產(chǎn)部門以能源轉(zhuǎn)型路徑為核心，與“可再生能源”主題緊密相關(guān)。②能源消費部門強調(diào)燃料替代和能源效率，主要與“可再生能源”“鐵”“重金屬”和“合金元素”主題相關(guān)。③工商業(yè)部門重視脫碳與循環(huán)經(jīng)濟，涉及的關(guān)聯(lián)主題較多，包括“鐵”“城市固體廢物”“循環(huán)經(jīng)濟”“暴露”和“塔拉戈納州”。④農(nóng)林業(yè)部門關(guān)注農(nóng)業(yè)減排，主要與主題“氮”相關(guān)。下文將結(jié)合技術(shù)與政策支持下的重要部門“減碳增匯”路徑，詳細解析MFA 對碳中和目標的支撐路徑與研究展望。

3.2 MFA對碳中和目標的支撐路徑解析與研究展望

碳中和本質(zhì)上就是可持續(xù)的產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)。MFA 在核算、評估和管理方面的功能，可為碳中和實現(xiàn)路徑的選擇和優(yōu)化提供多尺度數(shù)據(jù)支持和決策參考。然而，當前國際MFA 的應(yīng)用研究較為分散，與碳中和的契合度有待進一步提高。因此，為了明晰MFA 在碳中和領(lǐng)域的應(yīng)用方向，本研究基于研究框架，進一步比照重要部門“減碳增匯”維度的碳中和實現(xiàn)路徑，分別解析MFA應(yīng)用研究對4類重要部門的支撐路徑，并提出進一步研究建議。

3.2.1 針對能源生產(chǎn)部門

依賴于零碳技術(shù)的能源轉(zhuǎn)型是能源生產(chǎn)部門最關(guān)鍵的碳中和實現(xiàn)路徑，但面臨諸多挑戰(zhàn)，具體包括：①零碳技術(shù)的推廣會激化關(guān)鍵礦產(chǎn)資源的供需矛盾。例如，在風力發(fā)電機、太陽能電池板、電解儲氫、動力電池等低碳技術(shù)產(chǎn)品中，鋰、鈷、鎳、鎵、銦、稀土、鉑等金屬發(fā)揮了關(guān)鍵作用，被認為是支撐低碳產(chǎn)業(yè)發(fā)展不可或缺的物質(zhì)基礎(chǔ)，但這些金屬存在突出的供應(yīng)短缺風險。②全球能源低碳轉(zhuǎn)型將加劇區(qū)域性的生態(tài)環(huán)境污染。低碳能源技術(shù)的規(guī)模化應(yīng)用能夠有效降低全球碳排放并改善生態(tài)環(huán)境。然而，關(guān)鍵金屬礦產(chǎn)的開采、冶煉、加工和制造會消耗大量能源，并造成“三廢”排放甚至是放射性污染，嚴重危及當?shù)厣鷳B(tài)系統(tǒng)及居民健康。③全球能源低碳轉(zhuǎn)型將增加地緣政治風險，國際社會對關(guān)鍵金屬的惡性競爭將損害零碳技術(shù)的可行性。針對上述問題，MFA 可以就具體零碳技術(shù)預(yù)測相關(guān)資源需求量和廢物生成量，并結(jié)合生命周期評價對環(huán)境效應(yīng)進行測算，最后從可持續(xù)發(fā)展角度綜合評估具體零碳技術(shù)的可行性。

與該路徑相關(guān)的MFA 研究主題是“可再生能源”，但現(xiàn)有文獻主要關(guān)注了風光電的金屬約束及部分關(guān)鍵礦產(chǎn)資源的物質(zhì)代謝與需求，對其他可再生能源技術(shù)及其資源影響關(guān)注不足。未來研究方向包括：①綜合考慮風電、光伏、水電、核電等可再生與清潔能源技術(shù)，以及新型電力系統(tǒng)和新型基礎(chǔ)設(shè)施，在碳中和目標驅(qū)動下引發(fā)的資源約束和環(huán)境污染問題。例如，核算風電、光伏、水電、核電、新型電力系統(tǒng)與新型基礎(chǔ)設(shè)施所需金屬資源的存流量，并基于碳中和目標進行資源需求預(yù)測，動態(tài)評價各類金屬資源的關(guān)鍵性。②核算關(guān)鍵礦產(chǎn)資源的物質(zhì)流和二次資源開發(fā)潛力。③評估處置報廢新能源設(shè)備與新型基礎(chǔ)設(shè)施的減排效應(yīng)。④情景模擬可再生能源技術(shù)演變及國際貿(mào)易不確定性對金屬資源供需關(guān)系的影響。

3.2.2 針對能源消費部門

終端電氣化、高效化以及清潔化是能源消費部門減碳的重要路徑。MFA 對能源消費部門的支撐路徑包括：①核算各類電氣化輔助技術(shù)和能效提升技術(shù)所需資源在不同尺度下的存流量，并預(yù)測不同情景下的資源需求量及供應(yīng)短缺風險。②基于宏觀尺度和中觀尺度核算各個系統(tǒng)的溫室氣體排放量及代謝效率，以識別和監(jiān)控不同消費部門的重點排放源。與該路徑相關(guān)的MFA研究主題包括“鐵”“可再生能源”“合金元素”和“重金屬”，但既有研究與能源消費部門的關(guān)聯(lián)度較低，且研究對象較為分散。未來研究可以系統(tǒng)梳理能源消費部門在電氣化過程中使用的技術(shù)和產(chǎn)品，運用自下而上的物質(zhì)流核算方式，對相關(guān)技術(shù)或產(chǎn)品的資源需求、能源消耗、污染物排放以及廢物生成量進行核算和預(yù)測，并開展動態(tài)監(jiān)測和評價。

3.2.3 針對工商業(yè)部門

工藝脫碳和循環(huán)經(jīng)濟模式是工商業(yè)部門減碳的關(guān)鍵路徑。MFA 對工商業(yè)部門的支撐路徑包括：①運用中微觀尺度的碳流核算與相關(guān)指標，綜合評價企業(yè)工藝脫碳效果。②循環(huán)經(jīng)濟與城市固體廢物、垃圾處理、二次資源開發(fā)密切相關(guān)，研究尺度涵蓋國家、城市、工業(yè)園區(qū)、企業(yè)、家庭和產(chǎn)品。MFA 可以回溯各類固體廢物的產(chǎn)生源頭，精準推動綠色生產(chǎn)和生活方式，衡量固體廢物回收利用水平，保障重要資源可持續(xù)供給，追蹤固體廢物環(huán)境風險因子，促進環(huán)境政策協(xié)同增效。③綜合評價全球、國家、區(qū)域、城市、工業(yè)園區(qū)和企業(yè)的循環(huán)經(jīng)濟績效，并提出優(yōu)化建議。

與該路徑相關(guān)的MFA 研究主題主要包括“鐵”“城市固體廢物”“塔拉戈納州”“暴露”和“循環(huán)經(jīng)濟”。其中“暴露”和“循環(huán)經(jīng)濟”是MFA 的新興應(yīng)用領(lǐng)域。關(guān)于“暴露”主題，現(xiàn)有文獻主要評估了部分化學(xué)品的環(huán)境暴露，但根據(jù)《減污降碳協(xié)同增效實施方案》等政策文件的指導(dǎo)意見，后續(xù)研究需要加強對水、氣、土、固體廢物等環(huán)境要素的關(guān)注。例如，開展高毒廢水致毒物質(zhì)甄別，建立工業(yè)廢水中高致毒化學(xué)品清單，開展毒性物質(zhì)來源追溯、代謝過程核算和末端綜合利用評價。評估各類工業(yè)固體廢物產(chǎn)生過程中的有毒暴露，以及各種廢舊物資、生活垃圾和醫(yī)療廢物處置過程中的環(huán)境暴露和健康風險。在“循環(huán)經(jīng)濟”方向，學(xué)者們針對中國尺度的研究較為分散，需加強對循環(huán)經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)園區(qū)、大宗固體廢物、再生資源、生活垃圾等對象的關(guān)注。例如，對中國循環(huán)經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)園區(qū)的共生模式進行案例分析，評價其環(huán)境、經(jīng)濟和社會效應(yīng)；研究煤矸石、粉煤灰、尾礦、工業(yè)副產(chǎn)石膏、冶煉渣、建筑垃圾和農(nóng)作物秸稈等7類大宗固體廢物的生成量、循環(huán)潛力以及環(huán)境經(jīng)濟效應(yīng)；評估廢鋼鐵、廢銅、廢鋁、廢鉛、廢鋅、廢紙、廢塑料、廢橡膠、廢玻璃等再生資源的開發(fā)潛力及其對資源供需關(guān)系的影響。針對生活垃圾，既有研究主要核算了家電和汽車的固體廢物生成量，未來可進一步探討其二次資源開發(fā)潛力及經(jīng)濟環(huán)境效益，并加強對其他生活垃圾的關(guān)注。

3.2.4 針對農(nóng)林業(yè)部門

農(nóng)業(yè)降碳與生態(tài)固碳是農(nóng)林業(yè)部門實現(xiàn)碳中和目標的重要路徑。MFA 對農(nóng)林業(yè)部門的支撐路徑主要包括：①核算農(nóng)林業(yè)系統(tǒng)中營養(yǎng)元素（如氮、磷、鉀）的代謝效率和循環(huán)潛力。②核算在一定時間范圍內(nèi)，各個森林資源保護環(huán)節(jié)（如撫育、改造、伐木、打枝、造材、集材、裝車、運材、剩余物利用、跡地清理等）的物質(zhì)流動及能源代謝，明確物質(zhì)和能源的利用、存儲及轉(zhuǎn)化途徑，識別資源消耗及環(huán)境影響并給出優(yōu)化方案，從而實現(xiàn)森林生態(tài)和經(jīng)濟的雙重效益最大化。③評價農(nóng)林業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)性。與該路徑相關(guān)的MFA 研究主題包括“氮”，但相關(guān)研究內(nèi)容較單一。未來研究可以綜合集成MFA與產(chǎn)業(yè)生態(tài)學(xué)和產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟學(xué)領(lǐng)域的其他方法（如投入產(chǎn)出法、生命周期評價、生態(tài)足跡、網(wǎng)絡(luò)分析、一般均衡模型等），預(yù)測全球氣候變化、社會經(jīng)濟發(fā)展、技術(shù)變革等長期變化對氮、磷、鉀等元素產(chǎn)生的供需擾動和代謝沖擊，評估植物營養(yǎng)元素、農(nóng)藥等物質(zhì)對農(nóng)林業(yè)生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)性的不利影響。此外，還可以將MFA 拓展到生態(tài)系統(tǒng)保護與生態(tài)固碳效果評估中，為碳交易和氣候變化投融資等碳中和支持政策的完善與實施提供可靠的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。