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；

（2）按照产业结构不同可分为核心企业型、共生型和嵌套共生型；（3）按照行业组成不同可分为行业型生态工业园区、综合型生态工业园区和静脉型生态工业园区等类型；（4）按区域位置可分为实体型与虚拟型。

下面以某矿区建设循环经济工程示意图举例。煤矿厂给选煤厂提供煤，选煤厂从中选出精煤和中煤，精煤直接进行外销，中煤供给电厂燃烧发电。一部分电力外销、一部分供给煤矿和选煤厂、另一部分供给相邻成员：水泥厂、材料厂和硅铝合金厂。水泥厂、材料厂和硅铝合金厂进行生产产出水泥、材料和铝合金进行外销。同时，电厂使用选煤厂提供的硅石和煤泥燃烧生成粉煤灰供给白灰厂，并向

白灰厂提供铝热和蒸汽，使之发生铝热反应生成氧化铝。一部分氧化铝进行外销，另一部分电解生成铝单质，一部分进行外销，另一部分加工制成铝材再外销。所有外销的产品一部分又用于煤矿的自用，这样就产生的一种循环，经济又环保。

某矿区建设循环经济工程示意图

4、工业生态园发展中存在的不足及对策

各国发展工业生态园的热情很高，但生态工业园目前的实施状况并不如预期。在所查阅的文献中，国外只有丹麦卡伦堡生态工业园给出了比较详细的技术经济效益分析，国内则只有鲁北生态工业园有资料显示获得了较好的经济和环境效益。通过分析得出如下结论：作为上市公司的鲁北化工和中国第一个生态示范园广西贵港集团控股的上市公司贵糖股份在业绩和市场上均没有从生态工业园的建设过程中得到很好的回报。甚至有些地方在建设之初，由于规划和认识不到位，基础设施和运营成本问题陷入了尴尬的局面，致使生态工业园成了“鸡肋”，从某种意义上讲还造成了当地更为严重的环境污染和经济损失。国外也有类似情况发生。David Gibbs和PaulineDeutz通过对美国生态工业园的实证研究发现，由于生态工业园一味追求生态设计和废物的闭环运行，使得区内厂商运营成本偏高，致使现在美国的许多生态工业园根本没有实现预期的生态、经济和社会三赢的目标，进而得出结论：生态工业园必须要慢慢进化，且在进化的每一阶段都要充分考虑其经济性。

经分析我国生态工业园的实践中有三个问题尚未得到很好的解决：

（1）建设资金不足, 影响园区的发展速度

（2）园区对现有中小企业缺乏吸引力

（3）生态工业园建设与相关产业发展尚未实现有机结合

相关专家根据中国国情，给出了相应的对策：

（1）降低各种风险, 增加生态工业园对资金的吸引力

（2）降低生产成本与搬迁损失, 提高“寻租”成本

（3）加强与相关产业政策的紧密结合

5、工业生态园的展望

（1）加强生态工业园区基础理论研究。工业生态学是生态工业园区理论基础，工业生态学作为一门交叉学科，是生态学、经济学、地理学等多学科与工业生产实践相结合的产物，其基础研究应着眼于创造通用的思维方式以构筑各学科交流平台，以利于学科之间的沟通。一方面，需要积极跟踪国外研究进展；另一方面，应根据我国生态工业园区建设的需求有选择地进行重点研究，如工业系统与自然系统的关系、系统的功能和结构、系统创建理论、系统的控制、运行机制和系统评价等。

（2）加强生态工业园区关键技术研究。选择生态工业园区构建的关键领域深入开展清洁生产技术、废物资源化技术、再循环利用技术、物质和能量集成技术、污染治理技术和生态无害化技术等研究、园区的运营管理，工业园区的生态化改造等方面研究。

（3）加强推进生态工业园区发展的环保政策和法律法规体系建设。政策和法规是生态工业园区建设的保障，国外对该领域研究相当重视并在实践中推陈出新，而国内才刚刚开始。当务之急是研究建立延伸生产者责任政策、产品导向的环境政策、行政代执行、环境准入等制度，以及政策、法规和其组织的一体化问题研究，解决目前工业部门面临的各种环境问题，推进生态工业园区的发展。（4）积极开展区域层面上生态工业园实践。近年来，我国以生态工业园为核心的工业生态学实践取得了相当大的成就，已建设了多个国家级示范性生态工业园，但也面临诸多问题，亟需深入研究，如我国生态工业园的类型及其发展战略，生态工业园在区域层面的规划、设计和建设，各生态园区之间的区域经济链的构筑等。

六、结语

工业生态学发展的终极目标是用工业生态理论，减少工业垃圾对环境的破坏，改善地球的生存环境，造福人类。其最重要、最主要的实践方式——工业生态园，在当前世界的运营情况却不尽如人意，基本上不能实现经济+环保双赢的目标。针对这种情况，我进行了哲学上的思考。

科学技术是对社会的发展起推动作用的革命的力量，但科学技术的发展离不开相应的社会条件，如果不顾当前社会多能提供的条件，一意孤行发展某项科学技术，这势必会造成资源能源的浪费、环境的污染等严重的后果。

在发展一项科学技术前，要谨慎地考虑（1）社会对科学技术的需求程度，如经济、国家安全、国际竞争、人口健康、资源的合理利用和开发，生态环境的保护等.社会的需求愈强烈，对科学技术发展的拉引力作用愈大。（2）社会能提供的经济支持。科学技术研究的各个环节都需要资金的支持，如购置实验仪器、文献资料、电子资源，吸引和稳定一批优秀科学人才等等。（3）政治氛围和文化环境。坚持实践是检验真理的标准，学术上的争论，绝不能以正义、行政权力和学术权威去裁判科学的是非；要形成尊重科学、尊重人才的良好社会风尚和舆论环境。

只有经过充分的准备，一项科学技术才能稳步地发展。在我国开展工业生态学

的科研工作，不能照搬欧美思维模式和研究方法，重点要强调创新，强调密切联系中国实际。只有这样，才能逐步形成具有中国特色的工业生态学理论和实践体系，真正为我国的可持续发展作出贡献。