铝已成为现代社会中不可或缺的关键金属。其多功能性使其广泛应用于建筑、交通、包装以及电子和电器等领域（Garg等人，2019年；刘伟和穆勒，2012年）。受城市化、人口增长以及电动汽车和太阳能板等可持续技术普及的推动，预计到2050年全球铝的总需求将在1.4亿公吨（1Mt = 10^6吨）到2.15亿吨之间（Elshkaki等人，2020年）。这些因素对铝的未来供应、生产环境影响及其可持续利用策略具有深远影响。然而，原铝生产能耗极高，消耗大量能源并产生大量温室气体排放（Kermeli等人，2015年；李等人，2021b年）。值得注意的是，铝电解和氧化铝精炼过程占有色金属生产总能耗的70%（Yue等人，2015年）。
全球铝工业正处于一个关键转折点；可持续管理不仅是环境要求，也是经济增长和资源安全的重要驱动力（Ninduwezuor-Ehiobu等人，2023年）。作为世界上最大的铝生产和消费国，中国在全球铝代谢中起着核心作用。中国的铝代谢特征是国内原铝生产、原材料和半成品进口以及成品出口之间的复杂互动，因此评估其供应链的环境和经济可持续性至关重要（李等人，2021a年）。回收已成为减少原铝生产环境影响的关键策略（张等人，2023年）。将铝回收再利用在能源上具有显著优势，减少了对于铝土矿开采和氧化铝精炼等高能耗过程的依赖，从而降低了相关碳排放（Cullen和Allwood，2013年；Trowell等人，2020年）。
此外，评估当前的回收实践对环境的影响至关重要，以确保不会造成不可接受的环境后果（Khajuria等人，2025年；Shang等人，2024年）。各种回收技术的环境性能和能源效率是一个关键方面，因为这些属性的变化会显著影响回收过程的总体可持续性（Baffari等人，2019年；Ding等人，2025年）。例如，虽然某些再熔炼废料所需的能量远低于原铝生产，但它仍然是一个高能耗过程，尤其是在燃烧阶段会产生排放（刘伟等人，2024年；Trowell等人，2020年）。因此，在选择回收技术时，必须充分考虑其位置、能源来源和运营配置对环境的影响。为了刺激国内需求并推动绿色经济转型，中国自2024年起积极实施了新的“以旧换新”政策，鼓励用新产品替换报废产品。该政策涵盖了包括汽车和家用电器（如电视机、空调、冰箱、洗衣机、抽油烟机、炉灶和热水器）在内的多个铝密集型行业，直接影响旧废料的产生和回收以及铝的代谢。这一政策框架具有针对性，重点补贴家用电器和汽车。政策原则依赖于中央财政支持，并与地方实施协调，旨在加速绿色和低碳消费，促进资源循环。我们的后续情景分析正是基于这些政策参数，通过使用不同的补贴强度梯度和协同干预措施来模拟该政策对中国铝代谢的潜在影响。
许多研究采用了物质流分析（MFA）来研究铝的流动和库存，利用生命周期评估来衡量其环境影响，并探讨了回收的潜力和动态。然而，对现有文献的批判性回顾揭示了方法上的重大空白，这些空白阻碍了在激进政策干预下准确评估回收潜力（李等人，2025年；王等人，2025年）。以往的研究通常使用静态MFA或局限于特定行业和地区（Bertram等人，2009年；陈等人，2016年；Ding等人，2016年；郭等人，2022年），因此无法全面反映中国的铝循环情况。具体来说，一些研究关注铝的生产和消费（Buchner等人，2014年；陈等人，2010年），而其他研究则集中在贸易上（Di等人，2022年；刘伟和穆勒，2013年；王等人，2021年）。这两种方法都未能阐明铝管理系统内不同生命周期阶段之间的内在联系，从而阻碍了对长期回收情况的评估。尽管最近的动态物质流分析（dMFA）能够追踪铝库存和流动的趋势，揭示特定时期的铝代谢过程（Dai等人，2019年；郭等人，2025年；李等人，2021a年；王等人，2023年），但这些模型主要依赖于“被动趋势外推”。它们通常将废料产生视为固定历史寿命的刚性函数，忽略了消费者报废行为对经济激励的高度敏感性和响应性（Bernsmann和Schleifenbaum，2025年）。在2024年“以旧换新”政策的背景下，这种被动模型是不够的，因为它们无法模拟政府补贴引发的废料供应的非线性激增。现有的dMFA框架缺乏量化补贴强度如何改变消费者参与率和缩短产品寿命的“政策响应”模块。
此外，研究范围大多较为分散，缺乏制定综合政策所需的系统视角。现有研究大多集中在孤立的产品领域（如饮料罐、汽车零件或建筑材料）的铝回收上（Tuncer和Khanlari，2023年；王等人，2023年；Xiong等人，2022年）。这种“孤立”的方法未能捕捉到“以旧换新”政策带来的跨行业协同效应，该政策同时针对家用电器和汽车。零散的分析可能会低估对回收基础设施的总体压力，并错过评估统一回收管理策略的“倍增效应”的机会，特别是考虑到动态参数（如重大政策干预、技术创新和消费者行为变化）对未来结果的影响。
第三，回收潜力预测与动态环境影响评估之间缺乏整合。以往的研究往往将环境系数（例如每吨回收铝的节能量）视为静态值（Baffari等人，2019年；Trowell等人，2020年）。它们忽略了“以旧换新”政策不仅增加了废料的数量，还通过产业升级提升了回收技术的质量。政策强度、技术创新和消费者行为之间的复杂互动产生了传统确定性模型无法解决的不确定性（Yang等人，2024年）。因此，现有文献对管理决策在补贴最佳强度和2024年新政策框架预期具体环境效益方面的支持有限。
为应对这些挑战，本研究旨在评估在中国不同“以旧换新”政策情景下铝回收的潜力及其相关的环境效益（即碳排放减少和能源节约）。预计将取得几项学术创新。首先，据我们所知，这是首次探索中国在2024年启动的新大规模“以旧换新”政策框架下的铝回收潜力及其相应环境影响的 studies。其次，与主要依赖外生参数或简单趋势外推的传统动态MFA研究不同，本研究构建了一个政策响应驱动的动态模型。通过整合价格弹性机制，我们将关键变量内生化，以量化消费者对政府补贴强度的非线性响应，从而揭示“以旧换新”政策对铝代谢的内在传导机制。第三，它结合了不确定性和敏感性分析，以稳健地探究该模型中两个核心瓶颈因素（消费者参与率和回收效率）的协同影响，为推进循环经济战略提供了更坚实的基础。最终，研究结果旨在为制定有效的可持续发展路径提供信息，并为中国铝工业的转型提供坚实的理论基础。本文的其余部分安排如下：第2节详细介绍了数据和方法，第3节展示了结果，第4节讨论了发现及其意义，第5节得出了结论。
