工业生态与循环经济

工业生态学与循环经济,布兰特（G.H.Brundtland）定义：可持续发展是这样的发展，它满足当代的需求，而不损害后代满足他们需求的能力。可持续发展是人类在漫长的社会发展中,不断探索得出的正确结论，是当今国际社会的共识，是人类社会发展的必由之路。,可持续发展（SustainableDevelopment),20世纪80年代末以来，在可持续发展思想形成的同时，人们一直在研究和寻求如何实现可持续发展。人们认识到，深入认识工业系统与环境的相互关系，解决它们之间存在的冲突，是实现可持续发展必须解决的关键问题。相关链接:,循环经济,工业生态学,工业生态学发展历程理论框架工业生态系统的进化工业系统的生态重组工业生态学的分析方法生态工业园,工业生态学,一门新兴、蓬勃发展的综合、交叉学科,一方面，工业系统是现代社会经济系统的核心，是社会发展不可缺少的动力，它提供的产品和服务构成了现代文明的物质基础。另一方面，工业体系是人类社会与自然生态系统相互作用最为强烈的一个子系统，在人类各种活动中，工业活动对自然环境冲击最大，由此造成对自然环境的损害也最为严重。,人类活动对自然环境的扰动,全球生态扰动现状1994年Hannah等人使全球自然环境的扰动程度得以量化。,中国生态扰动现状,1998年，文英对我国人类活动强度作出定量评价。,工业体系与自然环境之间的协调发展对人类社会的可持续发展起着举足轻重的影响。,近20年来，发达工业化国家在研究、解决工业发展与环境这一矛盾的过程中，逐步建立了系统、整体化解决这一问题的理论框架和方法，形成了一门崭新的学科,工业生态学(IndustrialEcology),工业生态学发展历程理论框架工业生态系统的进化工业系统的生态重组工业生态学的分析方法生态工业园,工业生态学的发展历程,1.萌发阶段上世纪五六十年代，随着生态学的蓬勃发展，人们产生了能否模仿自然生态系统，按照其物质循环和能量流动的规律重构工业系统的想法。,20世纪60年代末，日本通产省的工业机构咨询委员会开展了前瞻性研究，其下属的工业生态工作组提出了应以生态学的观点重新审视现有的工业体系和应在“生态环境”中发展经济的观念。1972年5月，该工作组发表了题为“工业生态学：生态学引入工业政策的引论”的报告。,2.工业生态学的诞生1989年9月，Frosch和Gallopoulos发表了题为制造业的战略一文，提出了工业生态学的概念，认为工业系统应向自然生态系统学习，并可以建立类似于自然生态系统的工业生态系统。在这样系统中，毎个工业企业必须与其他工业企业相互依存、相互联系，从而构成一个复合的大系统，以便运用一体化的生产方式来代替过去简单化的传统生产方式，减少工业对环境的影响。,3.蓬勃发展阶段20世纪90年代以来，工业生态学的理论研究与实践进入蓬勃发展的崭新阶段。,工业生态学是一门新兴、蓬勃发展的综合、交叉学科，是一门研究人类工业系统和自然环境之间相互作用、相互关系的学科。工业生态学为研究人类工业系统与自然生态系统的协调发展提供了一种全新的理论框架，为协调各学科与社会各部门共同解决工业系统与自然生态系统之间的冲突提供了具体、可操作的方法，为可持续发展的理论奠定了厚实的基础。,工业生态学追求的是人类社会和自然生态系统的和谐发展，寻求经济效益、生态效益和社会效益的统一，最终实现人类社会的可持续发展。,工业生态学发展历程理论框架工业生态系统的进化工业系统的生态重组工业生态学的分析方法生态工业园,工业生态学的理论框架,工业生态系统的基本概念,（自然）生态系统一个生物物种在一定范围内所有个体的总和在生态学中称为种群(Population),在一定的自然区域中许多不同种生物的总和称为群落(Community),任何一个生物群落与其周围非生物环境的综合体就是生态系统(Ecosystem),生态系统是生命系统与环境系统在特定空间的组合。,在生态系统中，各种生物之间以及生物与非生物的环境因素之间互相作用，关系密切，而且不断地进行着物质交换和能量流动。,许多各种各样的生态系统组成的统一整体，就是人类目前所生存的自然环境。整个生物圈（Biosphere）就是一个最大的生态系统，也可以称为生态圈（Ecosphere）,工业生态系统工业生态学理论的主要思想是把工业系统视为一类特定的生态系统。与自然生态系统一样，工业系统是物质、能量和信息流动的特定分布，而且完整的工业系统有赖于由生物圈提供的资源和服务。,类比,工业生态系统的四个基本生态系统原则,工业生态学的核心：使工业体系模仿自然生态系统的运行规则，实现人类的可持续发展。,在自然生态系统中，物质得以充分利用，形成相对封闭的循环。一种生物产生的废物或一个种群的部分产生的废物，都是有用的物质和能量的来源，而不会被整个系统当作废物来处置。如微生物自身常常成为其他生物的食物，因此储存在它们身上的物质和能量势必围绕在由相关生物组成的大的网络周围。,工业生态学从工业子系统或全球工业系统的视角而不是单一生产单元或设施考察问题，则可借鉴自然生态系统的物质与能量流动模型，使工业系统象自然生态系统那样以废物最小化的模式运作。,工业生态群落,在自然生态系统中，生态群落由不同的生物种群依据一定特性的组成关系和结构而组成。主要特征有多样性、垂直结构、优势种、群落生境和稳定性。,对工业生态学而言，特定的工业企业联合体或共生体可称为工业生态群落。工业生态群落至少包括相互关联的一些工业企业，为了各自的经济利益而在某些方面实现合作。如能源共享、材料或副产品的再利用等。在工业生态群落中，存在不同的“种群”，即行业部门，它们在群落中的地位和作用是不同的。,自然生态系统中不同种群之间的联系是通过食物链网络起来的。,工业系统中没有以实体形式进行的相互“捕食”的关系，然而对于在工业系统中流动的物质和能量来说，不同行业部门对这些物质和能量是存在“捕食”关系的。如一个企业的副产品或废料被另一企业作为原料生产新的产品。,工业生态系统的组成部分,工业生态系统与自然生态系统的组成部分对比,按生态学或进化论的观点，生态系统内部组成之间是优胜劣汰、适者生存的竞争关系，但同时又有协作和共生关系。对于工业系统而言，工业生态学家普遍强调了协作和共生关系，尤其在原料和能量流动的网络共享和废物利用方面。这样就打破了传统上企业轻视废物资源化的思想和将废物管理、处置和环境问题交由次要部门处理的低级陈旧动作方式。在工业生态系统的组成部分中常常有资源回收再生公司或环境技术公司。,工业生态系统中的物质与能量流动,自然生态系统各组成部分之间建立的营养关系是一网状关系，由此构成了生态系统的营养结构。在自然生态系统内，物质得以最充分的利用，并形成封闭循环。工业系统有其特定的物质、能量流动和信息交换，但与自然生态系统不同，工业系统各企业和部门之间物质供应的是一个线性开放系统，它们的“食物”关系呈线性状态，各企业或工业部门之间的相互联系很小。,如何借鉴自然生态系统物质与能量流动的规律与方式，了解工业系统中物质与能量流动的规律，从而在工业系统内实现物质的封闭循环，这正是工业生态学的一个重要领域要研究和解决的问题。,工业生态系统的平衡,自然生态系统：在任何一个正常的生态系统中，在一定时期内，能量流动和物质循环在生产者、消费者和分解者之间都保持一种相对的、动态的平衡，这种平衡就是所谓的生态平衡。在自然生态系统中，生态平衡还表现为生物的种类和数量的相对稳定。,群落成员的结合主要是每一种成员的作用所至，这种作用甚至当环境条件发生变化时，仍然能够保持。同时，群落组成的多样性使群落能很快适应周围环境的变迁。当环境中发生某些对群落不利的影响时，有些种可能反应敏感，而另一些种则能够忍受这种影响，因而，整个群落仍然维持。并且，在变化的环境条件下，能借以群落成员之间的相互作用为基础的自我平衡机制，自我调节，维持稳定。,工业生态系统：工业生态系统的长期稳定发展有赖于整个系统的平衡。这种平衡的内在机制是市场价值规律，而平衡的实现要靠系统内部具有自动调节的机制和能力。当系统的某一组成部分出现机能异常时，就可能被不同组成部分的调节所抵消。而当某一组成失效（如破产、搬迁等），造成系统生态链中断或部分脱节，必须有其他组成成员填补空位或使用新途径的生态链。,系统的组成部分越复杂，能量流动和物质循环的途径越复杂，其调节能力就越强。但这种内在调节能力也有一定限度，因此，有必要辅助于人为调控手段，这种调控来源于工业生态系统的协调管理机构。,工业生态学发展历程理论框架工业生态系统的进化工业系统的生态重组工业生态学的分析方法生态工业园,工业生态系统的进化,自然生态系统有趋于成熟的倾向，即我们常说的“进化”，在进化的过程中，生态系统由简单的状态变为较复杂的状态，这种定向性的变化称为演替（Succession）。演替早期的特点是生态系统具过剩的潜能，并且每单位生物量使用相当高的物质和能量流动；在成熟期，生态系统中物质与能量经多种通道形成网络流动并部分或全部循环，因此既没有浪费也没有积累。,与自然生态系统一样，工业体系经历着一个漫长的进化史。关于自然生态系统进化的模式为我们提供了认识现代工业体系和思考其未来发展的理论基础和视角。工业生态学理论的主要探索者之一BradenR.Allenby提出了一了套工业体系三级生态系统的进化理论。,一级生态系统随着地球生命的产生，也诞生了原始的生态系统。在生态系统形成的最初阶段，生态系统组成与结构是简单的，甚至是单一的，以生命形式使用物质与能量资源的组成部分在数量和种类上都是较少的。而相对这些生命体，地球环境中潜在的资源确是无穷无尽的，以至于生命形式的存在与发展对可利用的资源总量基本上没有影响。在资源无限的前提下，生命形式生长代谢而产生的废物也是无限的。这种资源在单一的生态系统组成部分中的流动是线性的，即物质与能量流动独立地进行。,Allenby的一级生态系统中线性的物料流动,在这样条件下，生命的繁衍在相当长的时期内得以保障。Allenby将这种运行方式命名为一级生态系统中线性的物料流动。相应的这种生态学类型或模式被称为一级生态学类型(typeIecology),人类进入工业文明的初期，工业体系运行方式与地球生命的最初阶段十分类似，当时的工业体系并不复杂，行业门类、工业企业数量、生产规模、产品种类和数量等都是非常简单的，在很大程度上生产与消费只是一些相互不发生联系的线性的物质与能量流动的叠加。这种早期的工业体系产生的废物是不加处理和利用的。尤其是随着工业体系集约式运行的迅速发展，消耗的地球资源越来越庞大，并将各种能降解的或难以降解的“废物”丢弃给地球，这些废物已然呈现出无限化趋势。,一级生态系统的运行方式是建立在资源极大富足条件下的，而不考虑资源利用的效率和持续性。这样就造成地球资源极大的浪费，引发资源危机，而且没有进行资源化利用的废物的积累也产生了严重的环境问题。,二级生态系统随着生态系统的进化，生态系统的组成和结构趋向复杂和庞大，系统所能利用的资源变得越来越有限了，这使得生命体相互之间的联系变得更为紧密，由此形成更为复杂的物质与能量流动网络。在此系统中，物质和能量流动限制在系统附近区域，物质与能量的流动量可以很大，但流入和流出该区域的资源和废物非常少。这就是所谓的二级生态系统或二级生态学类型（TypeIIecology）中准循环性的物料流动。,二级生态系统较一级而言更有效率，但从长远来看，显然也不具有可持续性，因为物质与能量的流动方向是单一的，其结果必然是资源不断减少和废物不断增加。二级生态系统仍未实现物质与能量的循环利用。因此，在二级生态系统内部资源和废物的进出量则受到资源数量与环境容量的共同制约。,与自然生态系统相比，现代工业系统在很大程度上属于一级生态系统向二级生态系统过渡的模式，主要表现在以下几个方面：1.工业系统利用物质与能量的有限性2.物质与能量流动的简单网络化3.工业系统的废物很少回收利用,三级生态系统自然生态系统的进化最终将以完全循环的方式运行。在这种形态下，资源与废物没有本质差别。一种生物的代谢废物对另一种生物来说就是资源。整个生态系统与外部的联系就只有吸取外部太阳能。这种真正可持续的生态系统称作为三级生态系统或三级生态学类型（TypeIIIecology）。,三级生态系统中循环性物料流动,理想的工业生态系统模式Allenby提出理想工业系统应包括四类基本组成：资源开采者，处理者（制造商），消费者和废料处理者。,上述模式就是二级生态系统的模式。工业生态学的观点认为，理想的工业系统应尽可能接近三级生态系统并与地球自然生态系统这个更大的三级生态系统相容。,工业生态学发展历程理论框架工业生态系统的进化工业系统的生态重组工业生态学的分析方法生态工业园,工业系统的生态重组,推动工业系统的演进，使之由低级生态系统向三级生态系统的转化，这是工业生态学的主旨。工业系统的演进可体现在不同层次，小到工业共生体系，大到整个社会经济体系。要实现工业生态学主旨，向生态可持续性经济模式的转化。这种旨在推动工业体系演进的战略，被称为“生态重组(Eco-restructuring)”，即按生态学方式对工业系统进行重组，有的更泛指经济重组，这是一个复杂、漫长的过程。,工业生态学发展历程理论框架工业生态系统的进化工业系统的生态重组工业生态学的分析方法生态工业园,工业生态学系统分析方法,工业代谢（IndustrialMetabolism）生命周期评价（LifeCycleAssessment）能值分析（EmergyAnalysis）,工业代谢（IM）,工业代谢是把原材料、能源以及劳动在稳态条件下转化为最终产品和废物的所有物理过程完整的集合。,根据质量守恒原理，对物质从最初的开采到在工业生产、产品消费系统的使用，直至变成最终的废弃物这一全过程进行跟踪。通过建立物质衡算表，测量或估算物质流动与储存的数量及它们的物理和化学的状态，描绘其行进路线和动力学机制。,与其他系统分析方法不同的是，工业代谢以环境为最终考察目标，对环境资源，追踪其从提炼、工业加工和生产、直至消费后变成废物的整个过程中物质和能量的流向，给出工业系统造成污染的总体评价，并力求找出造成污染的主要原因。,工业代谢研究可以有多种形式，如：,在有限的区域（如江河流域）内追踪某些污染物；分析研究一类物质，如重金属或高毒性物质；分析研究某种物质，以确定其不同形态的特性及其与自然生物地球化学循环的相互影响，如镉、铅、硫、碳等；研究与不同的产品相联系的物质与能量流，如橙汁、电子芯片、城市家庭等。,工业代谢分析既可以是全球性、国家性或是地区性的工业生产分析，也可以是对某一个具体行业、公司或是特定场所的调查分析。,工业代谢研究的应用,煤的工业代谢途径分析清华大学周哲、李有润等人以SO2、粉尘和CO2三种主要污染物为对象，从工业生态的角度出发，对煤炭工业的代谢过程进行模拟、集成和优化。,煤的工业代谢途径,煤炭,能源工厂,化工厂,能源产品,污染物,能源消耗,化工产品,废料,消耗,环境,循环,可以看出，煤炭资源基本上是单向流动。,煤炭的多联供多联产技术，如IGCC等。,生命周期评价方法与应用,LCA是评价产品环境影响的、唯一的国际标准方法。LCA是指从产品最初的原材料采掘到产品使用后的最终废弃物处理进行全过程的跟踪、定量分析与定性评价。通过编制某一系统相关投入与产出的清单，找出与这些投入与产出有关的潜在的环境影响，进而对清单和存在的环境影响进行分析，以指导产品的开发和应用。,LCA是通过对能量和物质利用以及由此造成的环境废物排放进行辨识和量化来进行的。其目的在于评估能量和物质的利用，以及废物排放对环境的影响，寻求改善环境影响的机会以及如何利用这种机会。这种评价贯穿于产品、工艺和活动的整个生命周期，包括原材料提取与加工、产品制造、运输以及销售；产品的利、再利用和维护；废物循环和最终废物弃置。,实例1麦当劳汉堡包装盒纸盒还是塑料盒,在绿色运动的大背景下，麦当劳选择了以天然木浆纸作为纸盒的材料，而弃用了聚苯乙烯。但LCA研究结果表明，尽管聚苯乙烯泡沫盒需占用更多的填埋空间，但在各自的生产过程中，纸盒要比泡沫盒多消耗36倍的电和580倍的水。此外，纸还会在填埋过程中因厌氧分解而产生甲烷。,实例2婴儿尿布反复洗涤还是一次性,LCA研究表明，后者所产生的废物是前者的90倍；而前者的水污染是后者的10倍，能量消耗是后者的3倍。两者影响环境的性质不同，不能简单地加以评价。,输入能量,原材料,分配和运输,利用/再利用/维护,再循环,制造、加工、方案制定,原材料获得,废弃物管理,能量输出,水流,飘尘释放,固体废弃物,其他环境释放,可用产品,产品生命周期图,核心步骤：在产品的整个生命周期过程中定量描述各环节的资源、能源、原材料投入和环境排放（清单分析）定量评价由此造成的环境影响（生命周期影响评价）系统化地寻找改进的途径（生命周期解释）,LCA广泛的应用前景,已经渗透到产品开发、生产管理、市场营销、采购与消费、资源管理、废弃物管理、区域规划、乃至工业技术研发等各种与产品生产和消费有关的活动中。,形成了诸如产品生态设计、清洁生产、环境标志与声明、绿色采购、产品环境政策、技术环境评价等各种研究和应用方向。,能值分析,能值理论由美国著名生态学家H.T.Odum创立。能值分析将系统所有的投入（物质、能量、劳务、货币等）转换成为一种统一的衡量形式太阳能，使不同的能量、物质获得了相同的比较标准。,能值产品形成所需直接和间接投入应用的一种有效能总量。能值转换率单位能量（物质）所含的太阳能值之量（sej/J或sej/g）。,能值货币比率它等于该国全年能值投入量除以货币循环量（国民生产总值）。不同国家，不同时期的能值货币比率是不同的。,能量不能反映能质、能级和能量价值能量分析中，1J的能量，不管是太阳光能、电能、核能或人的大脑所用的1J能量，都是等同的，没什么区别。能值不只考虑能量的数量，而且考虑能量的质量。,能值分析,考虑了自然和劳务的贡献,克服了价格受供求关系影响的缺陷,克服了“能量壁垒”问题,能值分析的步骤,大连开发区的能值流动系统图,能值分析表,能值指标,能值产出率（EYR）能值投资率（EIR）能值自给率（ESR）环境负荷率（ELR）可持续发展指标（ESI）,能值分析有助于正确分析自然与人类、环境与社会的价值和相互关系，减少浪费和决策失误，对全球的可持续展有重要意义。,工业生态学发展历程理论框架工业生态系统的进化工业系统的生态重组工业生态学的分析方法生态工业园,生态工业园,20世纪90年代初，在一些学术论文和会议报告中开始出现了“生态工业园(Eco-IndustrialParks,EIPs)”的概念。生态工业园是工业生态系统的现实体现，是工业生态学理论的具体实践之一。生态工业园的研究已成为工业生态学研究的一个重要领域。,丹麦卡伦堡（Kalundborg）工业共生体20世纪70年代以来，丹麦卡伦堡工业共生体的出现与所取得的进展，使工业生态学倡导者和政府部门管理者们看到了通过工业生态学实现可持续发展的现实和希望，被称为生态工业园的先驱。,中国贵糖集团和贵港生态工业城,循环经济,可持续发展的经济模式,循环经济的概念,循环经济的本质是生态经济，它要求运用生态学规律而不是机械论规律来指导人类社会的经济活动。循环经济倡导的是一种与环境和谐的经济发展模式。,是一种单向流动的线性经济。其特征是高开采、低利用、高排放。,循环经济与传统经济的区别,传统经济：,在这种经济中，人们高强度地把地球上的物质和能源提取出来，然后又把污染和废物大量地排放到水系、空气和土壤中，对资源的利用是粗放的和一次性的，通过把资源持续不断地变成为废物来实现经济的数量型增长。,循环经济要求把经济活动组织成一个“资源产品再生资源”的反馈式流程，其特征是低开采、高利用、低排放。所有的物质和能源要能在这个不断进行的经济循环中得到合理和持久的利用，以把经济活动