清华大学化工系朱兵课题组合作在中国砂石资源代谢与循环转型研究中取得新进展

砂石是现代社会城镇化与基础设施物理骨架的重要组成。根据联合国环境署国际资源委员会数据，当前全球每年消耗1000亿吨左右的物质资源，砂石占其中近一半，是消费量最大的物质资源。砂石资源可分为天然砂石、机制砂石、再生砂石等，其中天然砂石的开采规模远超自然补给速度，带来显著生态环境影响，成为全球资源可持续性的重要风险点。然而，学术界与公众对砂石的认知多停留在“砂石危机”的定性层面，缺乏对其在社会经济系统中的代谢规律、供需结构演变及未来转型路径的深度洞察。中国近几十年经济社会的高速发展催动了对砂石的大规模采掘和利用，已成为全球最大砂石消费国。在资源约束与环境压力双重趋紧背景下，科学研判中国砂石需求长周期轨迹与供给侧转型路径，不仅关乎国家资源安全与生态文明建设，更是推动高质量发展、实现人与自然和谐共生的必然要求。

清华大学化工系、循环经济研究院朱兵教授团队与英国牛津大学牛津马丁学院保罗·贝伦斯（Paul Behrens）教授等团队合作，于10月21日在《自然·通讯》（Nature Communications）在线发表了题为“中国砂石资源下降的需求与循环转型的前景”（Declining Demand and Circular Transition Possibilities of Sand, Gravel and Crushed Stone in China）的研究论文。

该研究开创性地构建了覆盖中国31个省份、区分30余种终端用途的高分辨率中国砂石资源社会经济代谢模型（CHAMPS），系统揭示了1978年至2050年间中国砂石资源代谢的历史、现状与未来。基于循环经济理念，研究团队设定了包括强化使用、轻量设计、延长寿命与改善回收在内的多类情景，以测算砂石产业循环经济转型所能取得的成效。

图1.1978-2050年中国砂石资源供给侧分布（1978-2020为历史数据，2021-2050为全部循环经济举措情景下模型测算数据）

研究识别出中国砂石资源代谢系统在研究期内横跨历史与未来的70多年间存在三大转折。首先是供给结构的历史性转变，即从2005年前高度依赖天然砂石（占比超80%）转向以机制砂石为主导（2020年占比约80%）；其次是2015年砂石需求达到约188亿吨的峰值，此后步入中长期下降通道；最后是未来由原生砂石“增量开采”迈向再生砂石“存量循环”的根本性转型。模型结果表明，随着建筑存量逐步饱和，通过实施系统性的循环经济策略，到2050年，再生砂石有望满足全国砂石总需求的48%，成为与机制砂石并列的主要来源，砂石消费量也将下降至峰值水平的50%左右。这不仅是供给端的重构，更标志着砂石产业将从资源依赖型发展模式迈向循环导向型的新范式。此外，研究还揭示了显著的省际差异。东部沿海富裕省份的人均砂石存量已接近饱和，而部分西部欠发达地区的需求增长仍将持续一段时间。这种区域异质性凸显了因地制宜制定政策的重要性。

图2.2050年中国砂石资源物质流图（全部循环经济举措情景）

研究指出，面对需求下降和资源循环潜力增大的新形势，中国迫切需要制定和实施更积极的行业政策与更精细的骨料标准，以推动砂石产业向绿色、低碳、循环的方向转型。这一研究成果不仅为中国砂石资源的可持续管理提供了坚实的科学依据，也为其他经历快速城镇化、面临类似资源环境挑战的经济体提供了重要借鉴。

清华大学化工系2023届博士毕业生任子健（现就职于中国石化工程建设有限公司）和挪威科技大学能源与过程工程系博士后、兼职助理教授蒋萌为论文第一作者，朱兵和保罗·贝伦斯为论文通讯作者，清华大学为第一完成单位。清华大学化工系副教授陈定江，环境学院教授徐明，化工系2022届博士毕业生刘琳、2023级硕士生李春龙参加了该研究工作。论文的合作者还包括德国卡塞尔大学教授斯特凡·布林格祖（Stefan Bringezu）和克莱门斯·莫斯特（Clemens Mostert）、挪威科技大学教授埃德加·赫特维奇（Edgar Hertwich）、中国人民大学教授周文戟、北京建筑大学教授李飞、东北大学教授王鹤鸣等。

研究得到国家自然科学基金项目以及化学工程与低碳技术全国重点实验室的支持。

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41467-025-64349-3

供稿：化工系

编辑：李华山

审核：郭玲