循环经济的理论基础.ppt

Nanjing University of Technology 第二章 循环经济的理论基础 杜 艳 南京工业大学环境学院 2008年10月 绿色化学与循环经济 NANJING UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 2 循环经济的理论基础 v循环经济是按照生态规律和经济规律安排生产活 动，使产业链上游的废物变成下游的原料，使资源 得到最有效的利用，使经济活动对环境的负面影响 降到最小 v目前，对循环经济学的理论基础还没有形成共识 ，还在不断的探索之中 v2.1 哲学基础 v2.2 自然科学基础 v2.3 经济科学基础 v2.4 系统科学基础 NANJING UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 2.1 哲学基础 v哲学：人们对整个世界总的看法和根本观 点 v2.1.1 认识论 v2.1.2 自然辩证法 v2.1.3 伦理道德 NANJING UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 2.1.1 认识论 v正确认识人与自然的关系，实现经济发展 与资源环境的协调，是循环经济的一个根本 性的目的 发展阶段人地关系人类活动人口特点人与自然关系 采猎文明崇拜自然群体采集和 狩猎 极其缓慢蒙昧阶段（原始的和低 级的协调） 农业文明崇拜自然农耕迅速增长对立初步显现 工业文明改造自然、 征服自然 掠夺式资源 开发 人口激增完全对立阶段 生态文明谋求人地协 调 合理开发利 用自然资源 和谐共存阶段 NANJING UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 2.1.2 自然辩证法 v物质不灭的辩证关系 物质不会消失而永恒存在 物质形态千变万化，物质本身是 永恒存在的，既不能被消灭，也不能被创造 任何物质不能凭空制造出来 既然不能消灭，这就意味着废物 能够反复利用，从而可形成“资源产品 再生资源”的循环式流程 废物能否成为资源，取决于投入 辩证唯物主义认为，任何一种物 质都有着其特定的使用价值（废物，放错地 点的资源） 任何废物都能转变为资源，这取 决于技术水平和经济投入 NANJING UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 2.1.2 自然辩证法 v物质不灭的辩证关系 物质不会消失而永恒存在 废物能否成为资源，取决于投入 运动促进物流，生态就是循环 “万物皆动”：一切事物都是运动的， 并时刻都在发展变化 运动是物质的根本属性，运动中，物质 从一种形态变成另外一种形态，从而形成物质流 我们要在转化过程中整合环境资源，理 顺物质流关系，把一种资源转移为另一种资源，改 变过去那种不断把资源变成垃圾的状况。 发电厂以炼油厂的废气为燃料，而其产 生的煤渣又成为生产水泥的原料，通过企业间共生 关系，形成工业物质流动的联合体 NANJING UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 2.1.3 伦理道德 v 发展循环经济需要一种新的道德观和伦理观 v 循环经济的伦理观是环境伦理与经济伦理的结合。 v 1 环境伦理的发展演化 v 2 经济伦理 v 3 循环经济的伦理取向 环境伦理学探讨人类与自然环境之间的道德关系或伦理关系 人类中心主义 非人类中心主义 环境个体主义 环境整体主义 动物福利论 生命中心论 生态中心论 动物具有道德 地位 所有有生命之物 具有道德地位 生态系统整体都 具有道德地位 只有人才有资格获得道德关怀 NANJING UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 2.1.3 伦理道德 v1 环境伦理观（专栏2.1) 环境道德的原则与要求（p48） 人与自然和谐统一的整体价值观，是环境伦 理观的基础,生物和自然都享有道德地位并获得道 德关怀，即把道德的对象范围从人类扩大到生物和 自然 同时，只有人类才具有实践的能动性，具有 自觉的道德意识，进行道德选择和作出道德决定， 所有只有人才是道德的主体 作为道德代理人的人类，应当珍惜和爱护生 物和自然，承认他们在一种自然状态中持续存在的 价值，即人类具有自觉维护生物和自然的责任 v2 经济伦理 经济伦理不仅涉及到国家经济政策的宏观调 控，涉及到企业在生产、销售、广告等各个环节在 道德方面的认知与自我约束，而且还关涉到个人在 生活方式、物质消费上的道德选择 NANJING UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 2.1.3 伦理道德 v3 循环经济的伦理取向 循环经济的伦理观是环境伦理和经济 理论的有机结合 要树立全球伦理观 环境资源的所有者、生产者、 消费者之间的关系 各经济部门之间的关系 有环境联系的区域经济之间活 动的关系 国际贸易 各级政府应将可持续发展作为硬 道理 构建生态伦理强调人类平等观 和人与自然的平等观，主张人与人及人与自然的 生产平等、利益平等和发展平等 循环经济需要企业家的良知和责 任感 NANJING UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 2.2 自然科学基础 v探讨循环经济的科学基础，不能离开自然科学和 社会科学的综合 v2.2.1 热力学 1 热力学第一定律 2 热力学第二定律 3 耗散结构和自组织 4 爱因斯坦的质能关系 v2.2.2 生态学 1 生态系统及其构成 2 能量传递 3 物质循环 4 生态系统的主要特点 NANJING UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 2.2.1 热力学 v1 热力学第一定律 热力学第一定律即能量守恒定律（第一类永 动机是不可能造成的） 物质的生产和消费是人类为满足自身生存和 发展需要所进行的一系列针对物质的物理或化学的 加工、转变和利用过程，这些过程遵循质量守恒和 能量守恒定律 使用过后，物质没有消失，从“有用”变成 了“无用”，随着新技术的建立，废物将重新成为 原料进入物质循环的经济系统 同样，能量在使用后也没有消失，或者转移 ，或者变成其他形式的能量，最终大多以热量的形 式耗散到环境中，现有技术水平下，能量循环利用 还做不到，但可以做到梯度利用 对于任何一个循环经济系统，都必须遵循质 量守恒和能量守恒定量 NANJING UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 2.2.1 热力学 v2 热力学第二定律 熵是一个状态函数，度量体系混乱度 的函数，用S表示。 封闭系统总是自发地朝着使系统熵增 加的方向发展，也就是朝着系统混乱度增 加的方向进行 结构高度有序 的晶体溶于水 ，是自发过程 ，系统的混乱 度增加 系统中分子的热运动更加无序 “熵增加原理” 具有不可逆性 NANJING UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 2.2.1 热力学 v2 热力学第二定律 开放系统的熵增量计算公式： dS=diS+deS diS表示系统内部不可逆过程产生的熵增 ，称为熵产， diS永远0. deS表示由于系统和外界环境的相互作用 ，如物质和能量的流进或者流出所引起的熵增，也称 为熵流， deS可正可负 物质被使用，能量对外做功， 都是熵增过程 ，系统无序度增加，如清洁水变成污水，引起生态 环境系统无序度增加，即造成环境污染问题 循环经济系统就是要原本被弃置的处于高熵 状态的物质，重新变为低熵状态加以利用，就需要 外界有能量对系统做功（投入资金），称为负熵流 NANJING UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 2.2.1 热力学 v 3 耗散结构与自组织 v 比利时科学家普里高津提出耗散结构理论 耗散结构理论是研究远离平衡态的开放系统从无序到 有序的演化规律的一种理论。 耗散结构是指处在远离平衡态的复杂系统在外界能量 流或物质流的维持下，通过自组织形成的一种新的有序结构 ，这个有序结构必须靠不断由外界提供能量才能维持下去， 因此称为耗散结构。 v 如果没有外界能量的持续给予，这个结构就不能维持在某 一个特定的状态（远离平衡状态）或者说如果没有外界能量 的持续给予，这个结构因能量的消耗而逐渐的消失，概括的 说，耗散结构因自身消耗能量而不能维持原来状态或者结构 的一种状态或结构，所以它必须不断的同外界进行交换能量 才能维持它目前的结构或者状态。 v 小到生物有机体，大到种群，群落，生态系统乃至生物圈 ，都是这样的耗散结构。因为它必须和外界环境有熵的交流 ，所以它是开放的系统。 NANJING UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 2.2.1 热力学 diSdeS，系统引入的负熵流deS 不足以抵消系统内部的熵产，使得dS0， 系统无序度增加，系统的结构和功能就要 发生衰退 diS0时，E* = E+K v如下图，循环利用，污染物就有可能返回生产过 程，成为原材料的一部分，再次被利用。在这一条 件下，图5-1可以变为图5-2。 NANJING UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 2.3.4 生态经济学 v为了保证一定的生产和消费水平，即保证经济系 统为人类提供一定的服务，必须不断投入新的物质 ，新物质的投入随着能量转换和物质利用效率，以 及污染物回收效率的提高而减少 v生产部门分为能量转换和物质加工两个部门。又 考虑到污染物处理已经成为现代经济系统的基本功 能，因此，在经济系统内部还应当设立污染物处理 部门，从而形成四部门生态系统：能量转换部门、 物质加工部门、消费部门、污染物处理部门 NANJING UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 能量转化 物质加工 散失 输入 散失 输入 有用能 增加储存/直接回 收利用的残余物 最终消费 残余物处理 有用能 物质使用 废弃物回收 各种垃圾废品 输出 各种垃圾废品 简化的物质流动关系图 2.3.4 生态经济学 NANJING UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 2.3.5 飞船理论与皮尔斯模型 v鲍尔丁的宇宙飞船理论 1965年5月10日，美国学者肯尼斯鲍尔丁在 “地球像一艘宇宙飞船”一文中提出，人不应将地 球看作为垃圾场，人是生态系统中的一员，并用了 “循环其废物”及“循环流”等词语，人的生存能 力依赖于具有闭路循环特征的世界生态系统上所有 元素和人的共生关系 1966年鲍尔丁发表“未来宇宙飞船地球经济 学”一文。其中提出，“未来宇宙飞船地球经济” 类似于“宇航员”经济。地球是一艘孤独的宇宙飞 船，没有无限物质的贮备库，既没有开采也不能被 污染。人类必须找到自己在循环生态系统中的位置 ，进行物质再生产。 鲍尔丁因而被认为是生态经济学、我国学者 认为是循环经济理念的最早倡导者。 NANJING UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 2.3.5 飞船理论与皮尔斯模型 v皮尔斯模型 v英国环境经济学家大卫皮尔斯和图奈在1990年第 一次使用循环经济(Circular Economy)一词。这两 位作者在自然资源和环境经济学一书中第二章 的标题是“循环经济”。他们试图依据可持续发展 原则建立资源管理规则，使经济系统成为生态系统 的组成部分，即建立“经济和环境和谐的条件“ v循环经济模型由自然循环和工业循环组成 自然循环：自然资源R生产P消费C废 弃物W环境同化吸收A回到自然资源R 工业循环：自然资源R经济生产P消费 C废弃物W废弃物的循环利用r回到自然资 源R NANJING UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 2.3.5 飞船理论与皮尔斯模型 v皮尔斯等提出自然资源管理的两个规则： 一是可再生资源的开采速率不大于其 可再生速率； 二是排放到环境中的废物流要小于或 等于环境的同化能力。 v针对资源存量的特点，他们还提出： 可耗竭资源减少应当由可再生资源的 增加来补偿（可持续性）； 达到一定的生活标准就要减少可耗竭 资源或可再生资源存量（提高效率）。 NANJING UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 2.4 系统科学基础 v将循环经济作为评价对象，首先要界定评 价对象的范围和性质，我们可以将评价对象 定义为一个循环经济系统。 v1 系统论及其特征 v2 信息论与知识系统 v3 控制理论与系统调控 v4 自组织理论 v5 混沌理论 v6 突变理论 NANJING UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 1 系统论及其特征 v 1925年，奥地利生物学家贝塔朗菲（L.V.Bertalanffy 1901 -1971）在研究生命运动时，提出了现代的系统概念，并创立 了系统论，又成为管理科学的新知识基础，或者说真正意义 上的学科基础。 v 一、系统的定义 系统（System）一词来源于古希腊语，其含义是“由 部分组成的整体”。现代的定义是“由若干元素按一定关系 组合的具有特定功能的有机整体，其中元素又称为子系统” 。科学的系统研究必须确定系统的元素，划定系统的边界。 系统论就是研究系统的一般模式、结构和规律的学问 ，从而找出各种系统的共同特征，用数学方法定量地描述其 功能，寻求并确立适用于一切系统的原理、原则和数学模型 NANJING UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 1 系统论及其特征 v二、系统的类型 从系统论的观点来看，世界上任何事物都可以看作是 一定的系统，而任何事物都以这样或那样的方式包含在某个 系统之内。系统是普遍存在的，各种各样的系统可以根据不 同的原则和条件来分类。 按人工干预的情况可划分为自然系统、人工系统 、自然与人工复合系统； 按复杂程度可分为简单系统、复杂系统、超复杂 系统； 按规模大小可分为小型系统、中型系统、大型系 统和巨型系统； 按状态划分有平衡态系统、非平衡态系统； 按与外部环境关系可分为开放系统、封闭系统、 孤立系统。 NANJING UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 1 系统论及其特征 v 三、系统的基本特征 一般的系统具有如下几个特征。 1、集合性：系统至少由两个以上的子系统组成，如自然资源可分 为土地、淡水、森林、草原、矿产、能源、海洋、气候、物种和旅游十 大子系统。 2、层次性：系统可以分解成不同等级（或层次）的一些子系统， 如国家生态系统和区域生态系统等。 3、关联性：子系统与子系统间、子系统与系统间、系统与外部环 境间都按一定关系相互影响、相互作用。如森林系统和气候系统之间。 4、目的性：系统具有特定的功能。 5、整体性：系统是一个有机的整体，如十大自然资源系统互为依 托构成生态大系统。 6、有序性：系统内部按一定的规律运行，如水生态子系统按水循 环规律运行。 7、平衡性：系统在不同情况下处于平衡或非平衡两种状态。从一 个长时期来看，水资源总体上处于平衡状态。 NANJING UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 2 信息论与知识系统 v1948年，美国数学家申农（C.E.Shannon，1916-） 创立了研究信息本质的信息论 v所谓信息，就是人们能够识别的、具有新内容的消 息。 v信息的来源被称为信源，信息的传播渠道被称为信 道，信息的接受处被称为信宿。 v在循环经济中，自然生态系统就是信源，各种自然 现象及其监测手段就是信道，从事循环经济的决策者 、管理者和生产者就是信宿。 v 一、狭义信息论 以数学方法研究通讯技术中关于信息的传输 和变化规律的一般科学 NANJING UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 2 信息论与知识系统 v广义信息论 以各种系统、各门科学中的信息为对 象，广泛地研究信息的本质和特点，并用 数学方法研究其计量、交换、传递和储存 的学科。 信息方法为认识当代以电子计算机和 现代通讯技术为中心的新技术革命浪潮， 为认识论的研究和发展，将进一步提高人 类认识与改造自然界的能力 NANJING UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 2 信息论与知识系统 v 知识是系统化、集成化和符号化了的信息，信息是知识的载体。 v 知识系统的特性 不可替代性，在经济理论中，所有物品是可替代的， 而每一种知识具有独特性，所以，知识之间难以替代； 不可相加性，而