工业生态学的进展与展望

工业生态学的进展与展望

20世纪，人类工业得到了前所未有的巨大发展，带来了全球经济的繁荣和人民生活水平的提高。然而，环境污染和资源减少与繁荣和富裕伴生而来。我们如果仍以今天的生产和消费方式来满足对物质的欲望，将来我们的后代必定替我们承受环境污染和资源匮乏的报复。那么，如何在保证工业持续发展和经济持续增长的同时，既能保护人类赖以生存的环境，又能减少有限资源的消耗？这已经成为了一个全球性的课题，也是一个困扰各国政府和科学家的难题。人们一直试图从理论上和技术上寻找解决这一问题的办法。

人类的经济发展不应导致对人类自身赖以生存的自然生态系统的破坏。幸运的是，人类能够通过改变行为方式，在经济发展的同时，提高资源利用率，减少对环境的危害。

工业生态学的起源与发展

工业生态学是20 世纪80 年代来以后, 在工业领域寻求可持续发展的过程中逐步形成的. 面对工业活动对自然环境与资源的压力, 人类意识到: 只注重加大资源投入和消费, 片面追求经济总量增长的传统经济发展模式, 将面临日益严重的环境污染和资源溃乏, 直接威胁人类的生存. 20 世纪60 年代, 随着生态学的勃兴, 人们开始模仿自然生态系统的物质流动规律调整工业系统, 改善发展与环境的矛盾. 出现了研究工业残余物管理的《环境经济学》. 1988 年, Ayres 等提出了研究工业活动物质转化的“工业代谢“, 1989 年9 月, 美国哈沸大学教授Frosch 和Gallopoulos 在《科学美国人》杂志上发表了《可持续工业发展战略》一文, 首次提出了“工业生态学”的概念, 认为可以建立模仿自然生态系统的工业系统, 运用一体化的生产方式取代传统的简单化生产方式, 减少或消除工业活动对环境的影响. 1992 年, 美国科学院召开工业生态学的概念、内容、方法和应用研讨会, 形成了工业生态学的基本框架, 标志着工业生态学的诞生. 二十年来, 工业生态学已得到了迅猛发展.

工业生态学的概念

1992 年，美国Indigo 发展研究所Lowe 教授首次提出了生态工业园（Eco-industrial Park，EIP）概念，随后，UNEP、Jelinski 等也对工业园区进行了定义。目前较为统一的定义为：生态工业园是继工业园和高新技术园的第三代工业园，是目前工业园的最高级形态，是生态工业的重要实践形式。它是由自然、工业和社会构成的一个区域性系统，系统成员依据循环经济理论、产业生态学原理及清洁生产要求设计建立的一种新型工业园区，通过成员之间的副产物和废物的交换、能量和废水的逐级利用、基础设施的共享来实现园区在经济效益和环境效益的协调发展，具有横向耦合性、纵向闭合性、区域整合性和结构柔性等优势，是区域层面循环经济的表现形式和具体实践。尽管生态工业园区的定义不一，但都是将生态环境保护和可持续发展思想渗透到工业体系的建设和运行之中。

三、工业生态学的研究目的

托马斯·格里德尔( 1994) 把物质循环和地球最早的生命形式联系起来, 认为在生命起源的时代, 生命的存在基本上不对可利用的资源构成伤害。这种简单生命形式的生态过程, 可以描述为线性的, 即单组分的物质流动不依靠其他生命形式的物质流动。这种模式称之为“开放型”生态过程, 参见图1( A) 。

结果扩张或衰退, 但生物生态系统的整体是长期稳定的。在生物生态系统范围内, 系统内相临资源是有限的, 其结果是各个生命组分是相互关联的。在这种由生命相关性造成的内部压力下, 进化产生了我们所熟知的富有效率的生态运行系统。根据这个系统, 相临近的范围非常大, 但在生态系统的边界流入和流出的物质量( 输入资源和排除废物) 却十分的小。此种称之为“半开放型”生态过程, 参见图1( B) 。“半开放型”系统比“开放型”更富有效率, 但长期发展, 单向物质流动显然是不稳定的。为了改变这种状态, 达到系统内最终稳定, 自然界进行了长期的进化、选择、优化, 从而使生物生态系统进化到几乎完全的物质循环。这里“资源”和“废物”是相对的, 一个物种的废物可以是另一个物种的资源。此种称之为“封闭型”生态过程, 参见图1( C) , 其特征是: 在这个生物生态系统内部, 物质是封闭循环的,只有太阳能作为永恒的输入能源。

工业生态学的研究目的是C图的封闭型生态模式。工业生态学强调, 工业行为要实现封闭循环, 必须要部门间合作, 联合并协调的部门大致上有四种类型, 即无机原料和有机原料的获取部门, 材料的处理部门, 产品的制造部门, 消费品、废品的处理部门。工业生态学要求这些部门根据循环模式, 限定各个部门间的联系和运作, 或者鼓励物质在整个工业生态系统中循环流动, 逐渐发展成富有效率的运作模式, 大幅度降低对外部支持系统的伤害, 就像“封闭型”那样的生态模式。

工业生态学的研究内容

近十年来, 工业生态学研究进展迅速, 其研究内容可概括为6 个方面:

(1) 物质和能量流动研究( Material and Energy Studies ) : 又称工业代谢( Industrial Metablism) , 研究工业系统、区域及全球物质流向的量化及其对自然生态系统的影响和减少这些影响的技术方法;

( 2) 非物质化和非碳化( Dematerializat ion and Decarbonization) : 寻找工业经济活动中绝对或相对减少所需原料与能量的办法, 如减少资源投入, 延长产品生命周期, 采用非矿物燃料生产等;

(3) 技术创新与环境(Technological Change and the Enviroment ) : 研究发展加速工业体系进化的理论及技

术, 使工业系统能象自然生态系统那样持续运行.

(4) 生命周期规划、设计与评估( Life Cycle Planning, Design and Assessment ) : 评价产品从原材料采集到生产、使用直至最终处置的整个生命

周期的所有环境负荷, 辨识和量化产品整个生命周期中能量和物质的消耗及环境释放, 评价这些消耗和释放对环境的影响, 最后提出减少这些影响的措施;

(5) 生态再设计( EcoRedesign) : 寻求新概念的产品设计, 要求在产品设计阶段, 考虑生态和经济的平衡,及产品对环境可能造成的影响, 以便生产出整个生命周期内对环境影响最小的产品, 建立可持续产品的生产和消费体系;

(6) 生态工业园( Eco- Endustrial Parks) : 合理规划原料和能量交换, 使各个企业资源共享, 一个企业的污染物变为另一个企业的资源, 寻求物质使用的最小化和零污染排放,有3种模式:零排放生态工业园;虎拟生态工业园; 生态发展.

在6 个方面中有4 个重点:

(1) 替代材料: 通过使用采集处理过程中废物生成较少, 使用寿命更长, 性能更好的新材料, 代替原用材料, 来减少工业废物;

(2) 零排放: 建立闭环工业系统, 能回收和循环利用产生的所有废物( 实际上零排放是不可能实现的, 但应尽量做到微量排放) ;

(3) 非物质化( Dematerialization) : 通过技术创新, 从矿物中更有效地提取有用物, 改善材料性能, 加强废物

再利用, 减少材料用量, 实现非物质化( 目前这只是一种假想, 仍有待探索和验证) ;

(4) 功能经济( Eunctoinalty Econuny ) : 打破产品就是目的的传统观念, 注重产品向消费者提供的服务功能, 迫使产品制造商延长产品使用寿命, 提高废旧产品的回收价值, 从而减少资源消耗和废物排放.

五、工业生态园最重要的实践方式——工业生态园

1、工业生态园的发展历史

伴随着理论研究的加深，国外实践方面首先取得了重大突破，20 世纪70 年代丹麦建立第一个生态工业园——Kalunborg生态工业园，此后全球出现了许多包含物质交换与废物循环的共生体项目和计划，先后宣布为生态工业园。美国自20 世纪70 年代起开始建设生态工业园区，目前已有近20 个生态业园区，并各具特色。加拿大约有40 个生态工业园区，其中有9 个被认为具备很强的生态工业园性质。其他国家如法国、日本、泰国、印度尼西亚、菲律宾、纳米比亚和南非等发展中国家也正积极兴建生态工业园区。我国从1999年开始推动循环经济的发展，规划建设工业生态园。截至2010 年4 月，已批准建设的国家生态工业示范园区达30 个，其中苏州工业园区、苏州高新区、天津经济技术开发区等6 个园区通过了环保部、商务部、科技部三部门组织的现场验收，正式批准成为我国首批国家生态工业示范园区。（ppt中附中国部分工业生态园区名单）

2、工业生态园的定义

工业生态园是工业生态学最重要的实践方式。工业生态园是由自然、工业和社会构成的一个区域性系统，系统成员依据循环经济理论、产业生态学原理及清洁生产要求设计建立的一种新型工业园区，通过成员之间的副产物和废物的交换、能量和废水的逐级利用、基础设施的共享来实现园区在经济效益和环境效益的协调发展，是区域层面循环经济的表现形式和具体实践。

3、工业生态园的本质及特点

工业生态园最本质的特征在于企业间的相互作用以及企业与自然环境间的作用。它的基本类型有：（1）按照建设的起点可分为全新规划型与现有改造型；