中国退役手机休眠存量的时空分布特征与回收潜力研究

《Circular Economy》：Spatiotemporal distribution characteristics and recycling potentials of the hibernating stock of retired mobile phones in China

　　

中国快速迭代背景下累积的退役手机休眠存量构成了具有战略意义的“城市矿山”资源。本研究基于销售与更新模型（sales and update method）和空间分配模型（spatial allocation method），在省级尺度上估算了2009年至2024年间中国退役手机的休眠存量，分析了其时空分布特征，并通过区分功能手机（feature phones）与智能手机（smartphones）在不同技术阶段的占比及材料组成，进一步评估了其回收潜力。研究结果表明，中国退役手机休眠存量由2009年的2500万部增长至2024年的4.07亿部，累计达41亿部。其地理分布呈现出由东南沿海向西北内陆逐级递减的空间格局。在金属资源总量方面，2009年至2024年间累积的金属资源估计为：金（Au）51.01吨、银（Ag）504.06吨、铝（Al）8.848万吨、铜（Cu）6.893万吨、铁（Fe）4.513万吨，以及钴（Co）、锂（Li）、铬（Cr）、铅（Pb）、钡（Ba）、锌（Zn）和镍（Ni）等7种金属共计7.165万吨。该研究揭示了中国退役手机休眠存量显著的时空异质性，为制定适应性区域差异化收集策略提供了科学依据。

随着城市化进程加速、技术创新迭代以及消费需求多元化，电气和电子产品（electrical and electronic products）的产出呈指数级增长，由此产生的电子废弃物（e-waste）已成为增长最快的固体废弃物流之一。在此背景下，中国作为全球最大的手机生产和消费国，面临着退役手机快速增长的严峻挑战，其回收率仅为约9%。退役手机的回收面临资源利用与环境保护的双重挑战，而作为电子废弃物生命周期起点的终端用户处置行为直接影响着废弃物流向与资源回收效率。休眠（hibernation）是指手机在使用寿命结束后仍被用户保留的现象，这一现象在小体型电子产品中尤为普遍，成为构建高效电子废弃物回收体系的重要障碍。

鉴于现有研究在动态分析、空间精细化尺度以及累积存量定量评估方面存在不足，研究人员开展了本项研究，旨在系统揭示中国退役手机休眠存量的时空分布格局及其金属资源潜力。研究人员基于销售与更新模型，利用经校正的手机销售数据与活跃用户数作为核心输入参数，估算2009年至2024年中国退役手机的年度产生量；依据手机技术演进将研究划分为三个阶段，整合文献资料与全国调查数据确定各阶段休眠比例，将产生量转化为休眠存量；进而引入基于熵权法的空间分配模型，将全国休眠存量科学分配至省级尺度，揭示区域分布差异、集聚模式及其成因；最后，通过区分功能手机与智能手机、采用随阶段变化的金属组成参数，量化休眠存量中蕴含的金属资源回收潜力。该研究发表于《Circular Economy》期刊，为中国退役手机休眠存量的精细化管理和城市矿山（urban mine）资源开发提供了省级尺度、长期序列的科学评估基础，对制定适应性区域差异化收集与回收策略具有重要的理论支撑和实践指导价值。

为开展上述研究，研究人员主要运用了以下关键技术方法：采用销售与更新模型（sales and update model，物质流分析的一种专门形式），基于物质守恒原理将手机社会存量视为动态库存，整合经走私机和山寨机比例校正的销售数据与新增用户数变化，估算退役手机产生量；依据技术演进将研究时段划分为三个阶段（2009—2013年功能手机存量阶段、2014—2018年智能手机普及阶段、2019—2024年收集系统完善阶段），融合文献调研与全国问卷调查数据（2017年、2020年及2024年共三轮，2024年获取有效问卷4108份），确定各阶段休眠比例；构建多指标空间分配模型，选取地区生产总值（GDP）、常住人口数、手机注册用户数以及基于问卷IP地址分布的行为修正指标，运用熵权法客观赋权，实现休眠存量向31个省级行政区的空间分配；建立金属回收潜力估算模型，基于中国信息通信研究院市场调查数据确定各阶段功能手机与智能手机的平均重量及市场占比，结合文献中基于实际拆解和化学测试的金属浓度数据，测算12种金属的资源蕴藏量。

研究结果部分按照以下结构展开：

**退役手机产生量**：研究人员采用销售与更新模型，基于校正后的销售数据，估算了中国2009年至2024年的退役手机产生量。结果表明，中国退役手机产生量从2009年的4800万部上升至2024年的8.44亿部，累计达80.6亿部，呈现明显的阶段性增长特征。按时间序列特征可分为三个阶段：第一阶段累积8.77亿部，第二阶段快速攀升至29.1亿部，第三阶段进一步扩展至42.7亿部。2010年因2G向3G网络过渡引发集中淘汰潮，形成2.12亿部的显著峰值；2012年受智能手机初步普及、供应受限及价格因素延长平均使用寿命的影响出现暂时性下降；2020年受新型冠状病毒肺炎（COVID-19）疫情导致宏观经济下行抑制消费需求、线下销售渠道中断等因素影响，退役手机数量下降至5.37亿部，为首次负增长。

**休眠存量年际变化特征**：研究人员进一步结合不同阶段休眠比例，计算了2009年至2024年中国退役手机的休眠存量。总体而言，休眠存量呈现明显的阶段性波动，可划分为快速增长、加速积累和高水平波动三个阶段。第一阶段为快速增长期，休眠存量从2009年的2500万部激增至2013年的1.61亿部，年均增加3400万部，年均增长率高达59.3%；2012年受"家电以旧换新"等收集激励政策影响出现短暂下降至4800万部。第二阶段进入稳定增长期，4G网络全面覆盖与智能手机性能持续提升进一步缩短用户更换周期，休眠存量稳步增至2018年的3.31亿部，累计增加1.08亿部，年均增量约2700万部，与第一阶段基本相当；2015年首次突破3亿部。第三阶段呈现高水平波动特征，休眠存量继续增长至2024年的4.07亿部，但增速显著放缓；2020年受疫情冲击出现暂时性下降，2022年后增长进一步放缓，表明中国日益完善的手机收集体系和公众收集意识的提升开始发挥作用，有效遏制了休眠存量的快速扩张。

**休眠存量空间分布特征**：研究人员利用2009年至2024年中国31个省、直辖市和自治区的面板数据，分三个阶段计算了各地区退役手机的休眠存量，并运用ArcGIS软件进行空间变异特征分析。结果发现，休眠存量空间分布呈现显著的区域分化，整体表现为"东高西低、由沿海向内陆稳步递减"的空间格局，且该分布随时间发生动态变化。在空间分布异质性与集聚特征方面，休眠存量形成以长三角、珠三角和京津冀都市圈为核心的高值集聚区；长三角为核心集聚区，总量达7.49亿部，其中江苏省（2.82亿部）和浙江省（2.07亿部）分别位居全国第二和第五；广东省以3.58亿部位居全国首位，凸显其作为全球电子制造和消费中心的独特地位；北京（1.22亿部）、天津（6500万部）和河北（1.88亿部）构成总量3.75亿部的区域集群。与之相对，西藏（3100万部）、青海（4100万部）和宁夏回族自治区（4400万部）等西部及边疆地区在各阶段均处于低水平。在动态趋势与区域变异方面，区域差异呈现"先扩大后缩小"的演变态势；第二阶段东西部绝对差距达到峰值，第三阶段东部沿海增速放缓而部分中西部省份保持较强势头；三大核心集群仍贡献最大绝对增量，同时期河南（增加8800万部）和四川（增加8200万部）等人口大省也录得大幅增长。

**休眠存量的金属资源潜力**：为准确评估2009年至2024年休眠存量中蕴含的资源潜力，研究人员系统估算了三个阶段功能手机和智能手机中12种关键金属的总量。从静态构成看，基础金属铝（88.48千吨）、铜（68.93千吨）和铁（45.13千吨）构成主体；战略能源金属钴（44.6千吨）、镍（8.46千吨）和锂（5.44千吨）累计达58.52千吨；锌（5.64千吨）和特种金属铬（6.43千吨）亦是重要回收目标；贵金属金（51.01吨）和银（504.06吨）虽数量较小但经济价值巨大。从动态演变看，智能手机已完全取代功能手机成为各类金属的主要载体；第三阶段智能手机中铝、铜、铁分别达54.39千吨、34.36千吨和26.19千吨，远超功能手机不超过2500吨的储量；智能手机中钴在第三阶段达25.66千吨，锂从首阶段的178.12吨增至3133.04吨。

**政策意涵**：研究人员基于全球视角下的中国退役手机休眠存量规模、增长速度及空间不平衡特征，结合东部、中部、西部区域发展差异及城乡差异，提出了激活和回收休眠存量的区域差异化策略。对于长三角、珠三角和京津冀等高存量地区，应深化制度创新，探索回收责任配额交易机制，构建线上线下结合的智能终端回收网络，将延伸生产者责任（extended producer responsibility, EPR）制度纳入强制性回收清单。对于河南、四川等高增长中部地区，应加强回收网络空间覆盖和服务主体培育，在地市和县级层面合理布局标准化收集点，引导建立跨区域转移至东部沿海资源基地的通道。对于西藏、青海等低存量西部地区，应实施以集中转运和基础设施支撑为核心的回收模式，简化回收流程并加大政策补贴。

在讨论部分，研究人员首先阐述了研究局限性：数据来源方面，主要依赖问卷调查和公开文献数据，无法完全排除夸大或失真，且未能按品牌、价格或城乡差异进行细分；方法论方面，随着手机向高集成化、轻量化演进，材料组成发生显著变化，需构建动态材料组成数据库实现资源价值的时序校准；金属组分分析范围方面，当前仅聚焦12种金属，未系统考察锡、铟等关键稀贵金属；空间分配模型方面，尚未将二手市场流通成本和非正规回收商的行为响应等内生经济激励纳入计量框架；宏观动态背景方面，经济波动和人口变化等长期因素有待进一步纳入模型。

关于当前趋势的讨论，研究人员分析了经济环境变化对存量演变的潜在影响：经济放缓可能通过收入效应（抑制消费能力、延长更换周期）和处置行为效应（提升休眠比例作为"备用资产"）双重路径重塑休眠存量演变轨迹，2020年疫情期间的短期下降为收入效应提供了初步证据。同时，人口结构转变将对长期资源格局产生深远影响：出生率下降将削弱手机社会保有量的增长势头；人口老龄化可能因中老年群体更换频率低、隐私担忧高而延长手机寿命并提升休眠比例，但其资源替代价值将随劳动力比例下降和原生矿产开采成本上升而更加凸显。

研究结论部分明确指出：（1）休眠存量动态变化呈现明显阶段性特征，从2009年的2500万部上升至2024年的4.07亿部，历经快速增长、稳定增长和减速增长三个阶段，休眠比例先升后降的拐点确认了回收体系完善和隐私擦除技术进步对遏制非正规休眠的有效性；（2）休眠存量空间分布具有显著异质性，由东南沿海向西北内陆逐级递减，区域差异先扩大后缩小，东部地区增量贡献显著而西部地区积累迟缓，与区域经济发展水平和人口密度等因素高度相关；（3）休眠存量蕴含丰富回收潜力，12种主要金属总量达274.8千吨，其中基础金属铝（88.5千吨）和铜（68.9千吨）储量可观，战略能源金属钴（44.6千吨）和锂（5.4千吨）及高价值贵金属金（51.01吨）和银（504.06吨）亦具相当储备。基于此，建立高度适应性的收集系统至关重要，需针对存量分布的空间异质性制定差异化回收策略：利用高密度集群驱动大规模高价值转化、强化高增长地区网络覆盖与跨区域协调、提升低存量西部地区政策补贴与集中转运，以分层施策激活各层级现有资源，为释放"城市矿山"潜力提供可操作的制度建议和政策工具。该研究揭示的休眠存量时空分布特征和区域差异，为构建高效精准的收集网络和制定区域专项激励政策提供了科学依据和决策参考。