工业生态学

第七章工业生态学工业生态学又译产业生态学，它的基本思想是将工业系统乃至整个经济系统作为特殊的生态系统看待，将其纳入到生物圈之中。在生物圈中，围绕着各个物种在不同的环境中的代谢活动，物质流、能量流和信息流都有其恰到好处的构造和运作方式。1、工业生态学工业生态学：利用自然生态系统中物质循环和能量流动的原理，构建生态工业链，将一个企业的废物作为另一个企业的原料，形成一个物质循环闭合链，实现资源利用最大化和废物最小化工业生态学主张企业、团体、公众等全社会共同努力减少污染，保护环境。不限于一个企业，多个企业互为共生，一个企业的废弃物可以是另一个企业的原料。工业生态技术•将不同工艺、生产部门、企业进行耦合，达到资源、能源、废物处理等共享，共生关系。•（1）纵向耦合企业内部形成产品生命周期过程管理•（2）横向耦合企业之间耦合，建立工业生态园区•（3）经济-社会-环境系统耦合实施可持续发展工业生态学的基本内容可归纳为：•研究工业活动与生态环境的关系；•探索工业生态化的途径；•在工业的规划和管理中运用生态原则。90年代以来工业生态学有了很大的发展，一些研究成果开始得到了实际的应用，例如追踪某个物质或元素在环境中扩散和迁移的工业代谢分析，宏观的物流分析和能流分析，工业共生的组织，工业体系的生态演替等。有些工业生态学著作还把生态设计作为本学科的一项重要内容。推动工业体系向生态化方向演进作为大目标的具体内容：•封闭物质循环系统，尽量减少消耗性排放；•减少废料，作为资源重新利用废料；•产品和经济活动的非物质化•能源脱碳；•控制有害化学品的生产、使用和扩散。2、IndustrialEcology发展历史•诞生于1980s年末期工业生态学=industry+ecology将工业过程中废弃物产生量最小化並不一定能減少对环境的影响;若能巧妙地減少废弃物量并将其資源再利用，則可创造财富.自然环境其实很有效率的在工作与运行，缺乏效率的反而是人类所建立的工业系统，如果我們能仿效自然生態系統的許多独特点，重新對人类的经济体系作一反省，可以发現自然界中其实沒有所謂的「废物」，所有物质和能源皆可通过连续不断地循环和转变而生生不息，並且让每一個独立活动系統合作相互连接，形成合作网络。从自然界得到启发的物质循环的概念即為工業生態學IndustrialEcology基本理念工业生态学之理念最主要是在适当設計与考量下，能夠使工业活动与自然生态系统平衡发展，並且工业持续成長的同時，降低环境冲击影响；也就是把工业系統应視為自然生态系統的一部份，而不是隔离的经济系统单独视角考虑问题（Erkman,1997）。工业生态的概念基础是集中在一系統整合的方法上，並尝试去量測经济世界与物理环境間之互动，当达到适度平衡時经济系统与周围生态系統将和协共存。（Raymond,1997）IndustrialEcology未來發展方向•生态工业园,可持续岛状区（islandsofsustainability）•丹麥的Kalundborg•减物质化（Demateralization）–减碳物质化和服务经济（decarbonizationandtheserviceeconomy）二、工业代谢（IndustrialMetabolism）在生物學領域上之意涵（代谢）Metabolism：•新陳代謝反應是一切生命的基礎，包含了所有生命有機體的內部流程。•細胞中經由生物化學反應將複雜分子分解成較小分子的所有化學反應。•在新陳代謝過程中，上一代謝階段的產物常常是下一代謝階段的營養物。•有機體攝取富有能量、低熵（entropy）的物質（如食物）來提供自身的維生能力及功能，並將所剩餘物質、能量提供來成長和繁殖。IndustrialMetabolism與自然界之間的不同之處•近乎完全再循環的封閉迴圈•工業系統通常是零星散佈，導致物質集中度太低以至於不能提供再循環所需的質與量，反而造成太多物質浪費引起污染行為•生物有機體自我繁殖；工廠生產產品或服務，而不是其他的工廠（除偶然的情況下）•工廠不如生物有機體之組成，其功能必須是專門化，而可以由一種產品或買賣改變到另一種型式工业代谢方法学•鑑別物質中所含化學成分並找出所有流經工業經濟體的途径–不能遺漏任何污染源–例如：二級污水處理廠之建造•評估物質生命週期各階段之排放量和沉降量–點源：電力發電廠、工廠、焚化廠、污水處理廠–面源：森林(大氣沉降)、農地(農業肥料、大氣沉降)、都市地區(交通、腐蝕、大氣沉降)•建構污染模型來評估預計目標排放政策、環境影响等等总结•工業生態學是透過系統的觀點，以尋求整合並平衡環境、產業與經濟發展的利益為目的•工業生態學提供了一種新的系統評估方法，藉由這一種方法可以將一些環境方面的議題加以全面而廣泛的探討•工業生態學提供了一種類比於生物生態系統之觀察透視模式，而這種類比方式有助了解不同層次之工業生態系統（如一國家、流域）在改善自身環境特性時，應該著力的重點與所面臨的障礙Conclusion•進行現代工業化社會的工業代謝分析是相當複雜的，但研究追溯物質由經濟體進入環境過程是一重要的環境管理工具•後續研究將以工業生態概念為出發點，並試著應用工業代謝理論來探討流域能源物質消耗之工業生態評估3、工业生态园•1)生态工业园是一个市场共同体，其中各部分相互合作，并有效地分享资源(信息、原料、水、能源、基础设施和自然环境等)，从而导致经济增长和环境质量的改善，使市场和区域共同发展所需资源合理配置。•2)生态工业园是一个计划好的原材料和能源交换体系，他寻求能源、原材料的使用以及废物的最小化，并建立可持续的经济、生态和社会关系。•3)生态工业园是建立在一块地域上的由制造企业和行政企业形成的社区。生态工业园区定义整合生态工业园区工业生态系统产业共生环境共同管理生态设计创造集体利益改善环境绩效提高经济绩效增加社会绩效环境层面经济层面社会层面管理层面生态设计工业生态生态工业园区-应至少包括以下功能(1)副产品交换网(2)回收产业聚落(3)环境技术公司聚落(4)绿色产品公司聚落(5)某一环境主题的设计(如太阳能)(6)环境友善基础建设及建筑(7)混合发展使用(包括工业、商业及住宅区等)全新型改良型內部生態化產業共生化區域網絡化副產品交換式混合發展化核心產業式單一環境主題式資源回收式工業生態層次園區主要功能開發性思維混合發展式二擴展工業生態層次工業生態學IndustrialecologyIE核心概念生態工業區EIP產業共生IS副產品交換BPX生態網絡EIN產業代謝IM其他方法永續發展生態城鄉Eco-Town循環型環境三重盈餘TBL零排放零廢棄擴展生態模式階段特色與方法途徑第一階段產業內部革新產業內部之生態革新－各部門影響衝擊最小化應用清潔生產、綠色生產力、組織綠化及生態效益等策略。第二階段園區內部革新園區內部之全品質環境管理－園區進駐產業影響衝擊最小化應用工業區之共同環境管理系統或全品質環境管理策略。第三階段產業外部共生園區產業間之共生合作－區域性之產業共生合作形成產業與產業間之共生型態，配合園區環境管理系統，體現產業代謝作用，於生態工業園區內形成一成熟生態系統。第四階段園區外部共生園區/社會間廣域之共生合作－廣域之生態工業網絡園區內部區域性之產業共生型態成熟穩定後，逐漸擴展成一廣域之生態工業網絡。三、副產品交換機制•副產品品質•供需平衡分析•副產品物種分析•分項分流原則•資源集成原則•資訊平臺•運輸考量四、结论与建议1.加強區域本身實力與生態化概念，逐步擴展生態層次。2.鎖定區域發展生態化之特色，分析出當地特殊資源或優勢，發展出具獨特性之生態工業。3.副產品交換應以技術考量為優先，由案例得知，多數副產品交換之物質類型，多為回收技術成熟或容易直接再使用之物質。4、生态工业园区的模型1)卡隆堡工业共生体(模型)生态工业园发展的雏形是丹麦的卡隆堡工业共生体。卡隆堡是一个仅有2万居民的工业小城市，位于哥本哈根以东100多公里，工业共生体从20世纪70年代初在此逐步形成。当初，该市的几个重要企业试图在减少费用、废料管理和更有效地使用淡水等方而寻求革新，它们之间建立了紧密、相互协作的关系。80年代以来，当地主管发展的部门意识到这些企业自发地创造了一种新的体系。并给予了积极支持并将其称为工业共生体。2)卡隆堡工业共生体的组成卡隆堡工业共生体由5家企业和市政当局构成：(1)Asnaes发电厂，为燃煤电厂，1959年投入使用，发电能力为1500MW；(2)Statoil炼油厂，丹麦最大的炼油石，年产量300—400万T；(3)Gyproc石膏材料公司，生产石膏板材；(4)NovoNordisk公司，是世界匕最大的胰岛素和某些工业用酶的生产基地。(5)地方农场，在本地的几百个农场，生产各种作物；(6)市政当局，为居民提供供暖服务。生态工业园区链(石化)石化炼油废气发电厂石膏建材公司热民生养殖煤灰水泥公司太阳能汽电共生天然气甲醇汽油裂解燃料电池CO2地下储槽油井加压消防,超临界流有价金属利用有机溶剂回收半导体汽车橡胶农业产品食品加工厂汽电共生堆肥发酵肥料,饲料沼气-生物能制药公司有机污泥畜牧食物酿造发酵制糖制纸纤维加工高附加价值生化,萃取液编织品废料能源化废水处理浇灌生态工业园区链(农业)矿区采矿金属炼治再生能源电子废料回收炼治物料交换循环再用金属回收边料及污泥氧化镁回收非晶质矽氧回收肥料合成炼钢化工原料建材化焚化灰(炉)渣生态工业链(冶金)生态化社区太阳能居民中水回收绿建筑生活污水废余树枝处理后浇灌堆肥后农作施肥废弃物燃料高透水率生态工业园区链(资源再利用)•核心产业：回收产业的聚集及行销•透过技术分离成再生利用及能源•交换网络建置副产品的商业行为•绿色产品的设计•最终废弃物的能源化•需提供完善的讯息(资讯)服务生态工业的发展有三种不同的模式：(1)零排放的生态工业园，所有的企业都集中在相同的区域。它们组成的共同体向自然生态系统的排放为零(理论上要建设向自然达到排放为0的生态工业园区，实际上还没有达到)。(2)虚拟生态工业园，由不同地域的企业构成松散的关系，或由有关地域的企业构成网络。(3)生态社会，非产业公司应用工业生态学的原理，这种模式可通过团体、地方政府和非营利性组织或公司推动生态工业园区的发展模式生态工业园区通过建设生态工业园区，可以•1.合理利用资源，提高资源利用效率。•2.充分保护环境，改善环境质量。•3.促进清洁生产技术与环保产业的发展。•4.改善现有工业区，增强集聚经济效益。•5.增强企业的国际竞争力，增加经济效益。第八章循环经济循环经济是以协调人与自然关系为准则，模拟自然生态系统运行方式和规律，把经济活动组织成一个“资源——产品——再生资源——再生产品”的循环流动过程，使得整个经济系统从生产到消费的全过程基本上不产生或者少产生废弃物，最大限度地减少废物，以最小成本获得最大的经济效益和环境效益。•Today’sMaterialFlowNaturalResourcesGoodsandServicesPollution,WasteandEnvironmentalDisturbancesApproximately25%ofwhatgoes‘inthepipe’comesoutasgoodsandservices.Wastefromyourproductionprocess,includinggoodsthatarenolongeruseable,isreturnedbacktotheplanetcreatingadditionalpollutionandenvironmentaldisturbance.GoodsandServicesNaturalResourcesTomorrow’sMaterialCycleTomorrow’sprofitwillcomefromdesign,notmatterReduceUseofNaturalResourcesRecoverTechnicalNutrients循环经济的物流过程自然资源生产过程消费过程废弃物物品反复利用作为再生