Промышленная экология ( ПЭ ) — это изучение материальных и энергетических потоков через промышленные системы. Глобальную промышленную экономику можно смоделировать как сеть промышленных процессов, которые извлекают ресурсы из Земли и преобразуют эти ресурсы в побочные продукты , продукты и услуги , которые можно покупать и продавать для удовлетворения потребностей человечества. Промышленная экология стремится количественно оценить материальные потоки и документировать промышленные процессы, которые заставляют современное общество функционировать. Промышленные экологи часто обеспокоены воздействием промышленной деятельности на окружающую среду , использованием запасов природных ресурсов планеты и проблемами утилизации отходов . Промышленная экология — это молодая, но растущая междисциплинарная область исследований, которая сочетает в себе аспекты инженерии , экономики , социологии , токсикологии и естественных наук .
Промышленная экология определяется как «системный, междисциплинарный дискурс, который стремится понять возникающее поведение сложных интегрированных человеческих/природных систем». [1] Область подходит к вопросам устойчивости , изучая проблемы с разных точек зрения, обычно включающих аспекты социологии, окружающей среды , экономики и технологий . [2] [3] Название происходит от идеи, что аналогия с природными системами должна использоваться в качестве вспомогательного средства для понимания того, как проектировать устойчивые промышленные системы. [4]
Промышленная экология занимается переходом промышленного процесса от линейных систем (разомкнутого цикла), в которых ресурсы и капитальные вложения перемещаются по системе и становятся отходами, к замкнутой системе, в которой отходы могут стать исходными материалами для новых процессов.
Большая часть исследований сосредоточена на следующих областях: [5]
Промышленная экология стремится понять, каким образом промышленные системы (например, фабрика, экорегион , национальная или глобальная экономика) взаимодействуют с биосферой . Природные экосистемы предоставляют метафору для понимания того, как различные части промышленных систем взаимодействуют друг с другом в «экосистеме», основанной на ресурсах и инфраструктурном капитале , а не на природном капитале . Она стремится использовать идею о том, что в природных системах нет отходов, чтобы вдохновить на устойчивое проектирование .
Наряду с более общими целями энергосбережения и сохранения материалов, а также переопределением соответствующих международных торговых рынков и отношений управления продукцией строго как экономики услуг , промышленная экология является одной из четырех целей естественного капитализма . Эта стратегия препятствует формам аморальных покупок, возникающих из-за незнания того, что происходит на расстоянии, и подразумевает политическую экономику , которая высоко ценит природный капитал и полагается на более образовательный капитал для проектирования и поддержания каждой уникальной промышленной экологии.
Промышленная экология была популяризирована в 1989 году в статье в журнале Scientific American Роберта Фроша и Николаса Э. Галлопулоса. [6] Видение Фроша и Галлопулоса было таким: «почему бы нашей промышленной системе не вести себя как экосистема , где отходы одного вида могли бы быть ресурсом для другого вида? Почему бы продукции одной отрасли не стать ресурсами для другого, тем самым сокращая использование сырья , загрязнение и экономя на переработке отходов ?» [4] Примечательным примером является датский промышленный парк в городе Калуннборг . Здесь можно найти несколько связей побочных продуктов и отработанного тепла между многочисленными субъектами, такими как крупная электростанция, нефтеперерабатывающий завод, фармацевтический завод, фабрика по производству гипсокартона, производитель ферментов, компания по утилизации отходов и сам город. [7] Другим примером является EIP Рантасалми в Рантасалми, Финляндия. Хотя в этой стране уже были предыдущие органически сформированные EIP, парк в Рантасалми является первым запланированным EIP в Финляндии.
Научное направление промышленной экологии быстро развивалось в последние годы. Журнал промышленной экологии (с 1997 г.), Международное общество промышленной экологии (с 2001 г.) и журнал Progress in Industrial Ecology (с 2004 г.) придают промышленной экологии прочную и динамичную позицию в международном научном сообществе . Принципы промышленной экологии также появляются в различных политических сферах, таких как концепция круговой экономики , которая продвигается в Китае. Хотя определение круговой экономики еще не формализовано, в целом основное внимание уделяется таким стратегиям, как создание кругового потока материалов и каскадирование потоков энергии. Примером этого может служить использование отработанного тепла из одного процесса для запуска другого процесса, требующего более низкой температуры. Есть надежда, что такие стратегии создадут более эффективную экономику с меньшим количеством загрязняющих веществ и других нежелательных побочных продуктов. [8]
Одним из центральных принципов промышленной экологии является точка зрения, что общественные и технологические системы ограничены биосферой и не существуют вне ее. Экология используется как метафора из-за наблюдения, что естественные системы повторно используют материалы и имеют в значительной степени замкнутый цикл круговорота питательных веществ. Промышленная экология подходит к проблемам с гипотезой, что, используя те же принципы, что и естественные системы, промышленные системы могут быть улучшены, чтобы уменьшить их воздействие на природную среду. Таблица показывает общую метафору.
IE изучает общественные проблемы и их связь как с техническими системами, так и с окружающей средой. Благодаря этому целостному взгляду IE признает, что решение проблем должно включать понимание связей, которые существуют между этими системами, различные аспекты не могут рассматриваться изолированно. Часто изменения в одной части общей системы могут распространяться и вызывать изменения в другой части. Таким образом, вы можете понять проблему, только если вы посмотрите на ее части по отношению к целому. Основываясь на этой структуре, IE рассматривает экологические проблемы с помощью системного подхода. Хороший пример IE с этими общественными воздействиями можно найти в Голубой лагуне в Исландии. Лагуна использует перегретую воду с местной геотермальной электростанции для заполнения богатых минералами бассейнов, которые стали рекреационными лечебными центрами. В этом смысле промышленный процесс производства энергии использует свои сточные воды для обеспечения важнейшего ресурса для зависимой рекреационной отрасли.
Возьмем, к примеру, город. Город можно разделить на коммерческие районы, жилые районы, офисы, службы, инфраструктуру и т. д. Все это подсистемы системы «большого города». Проблемы могут возникнуть в одной подсистеме, но решение должно быть глобальным. Допустим, цена на жилье резко растет, потому что спрос на жилье слишком высок. Одним из решений было бы строительство новых домов, но это приведет к увеличению числа людей, живущих в городе, что приведет к необходимости в большей инфраструктуре, такой как дороги, школы, больше супермаркетов и т. д. Эта система является упрощенной интерпретацией реальности, поведение которой можно «предсказать».
Во многих случаях системы, с которыми имеет дело IE, являются сложными системами . Сложность затрудняет понимание поведения системы и может привести к эффектам отскока. Из-за непредвиденных изменений в поведении пользователей или потребителей меры, принимаемые для улучшения экологических показателей, не приводят к улучшению или даже могут ухудшить ситуацию.
Более того, мышление жизненного цикла также является очень важным принципом в промышленной экологии. Оно подразумевает, что все воздействия на окружающую среду, вызванные продуктом, системой или проектом в течение его жизненного цикла, принимаются во внимание. В этом контексте жизненный цикл включает
Также учитывается транспортировка, необходимая между этими этапами, а также, если это уместно, дополнительные этапы, такие как повторное использование , переработка и переработка . Принятие подхода жизненного цикла имеет важное значение для предотвращения переноса воздействия на окружающую среду с одного этапа жизненного цикла на другой. Это обычно называется переносом проблем. Например, во время перепроектирования продукта можно уменьшить его вес, тем самым сократив использование ресурсов. Возможно, что более легкие материалы, используемые в новом продукте, будет сложнее утилизировать. Воздействие на окружающую среду продукта, полученное на этапе извлечения, переносится на этап утилизации. Таким образом, общие экологические улучшения равны нулю.
Последний важный принцип IE — это его комплексный подход или многодисциплинарность . IE учитывает три различные дисциплины: социальные науки (включая экономику), технические науки и науки об окружающей среде. Задача состоит в том, чтобы объединить их в единый подход.
Промышленный парк Калуннборг расположен в Дании. Этот промышленный парк особенный, поскольку компании повторно используют отходы друг друга (которые затем становятся побочными продуктами). Например, электростанция Energy E2 Asnæs производит гипс как побочный продукт процесса выработки электроэнергии; этот гипс становится ресурсом для BPB Gyproc A/S, которая производит гипсокартон . [7] Это один из примеров системы, вдохновленной метафорой биосферы-техносферы: в экосистемах отходы одного организма используются в качестве входных данных для других организмов; в промышленных системах отходы компании используются в качестве ресурса другими.
Помимо прямой выгоды от включения отходов в цикл, использование эко-индустриального парка может стать средством сделать возобновляемые энергетические установки, такие как солнечные фотоэлектрические установки , более экономичными и экологически чистыми. По сути, это способствует росту возобновляемой энергетики и экологическим преимуществам, которые дает замена ископаемого топлива. [9]
Дополнительные примеры промышленной экологии включают в себя:
Метафора экосистемы, популяризированная Фрошем и Галлопулосом [4], стала ценным творческим инструментом, помогающим исследователям искать новые решения сложных проблем. Недавно было отмечено, что эта метафора основана в основном на модели классической экологии, и что прогресс в понимании экологии, основанной на науке о сложности, был достигнут такими исследователями, как К. С. Холлинг , Джеймс Дж. Кей , [24] и далее продвинут в терминах современной экологии другими. [25] [26] [27] [28] Для промышленной экологии это может означать переход от более механистического взгляда на системы к такому, где устойчивость рассматривается как возникающее свойство сложной системы. [29] [30] Чтобы изучить это глубже, несколько исследователей работают с методами моделирования на основе агентов . [31] [32]
Анализ эксергии выполняется в области промышленной экологии для более эффективного использования энергии. [33] Термин эксергии был придуман Зораном Рантом в 1956 году, но концепция была разработана Дж. Уиллардом Гиббсом . В последние десятилетия использование эксергии распространилось за пределы физики и техники в области промышленной экологии, экологической экономики , системной экологии и энергетики .
Примером промышленной экологии как на практике, так и в потенциале является Burnside Cleaner Production Centre в Бернсайде, Новая Шотландия . Они играют роль в содействии «озеленению» более 1200 предприятий, которые расположены в Бернсайде, крупнейшем промышленном парке Восточной Канады. Создание обмена отходами является большой частью того, над чем они работают, что будет способствовать прочным отношениям промышленной экологии. [34]
Онсанский промышленный парк — это программа тематического исследования, призванная служить примером политики и практики, соответствующих модели зеленого роста развития. Потенциальные преимущества модели EIP демонстрируются в Республике Корея, где более 1000 предприятий из самых разных отраслей промышленности называют Ulsan Mipo и Онсанский промышленный парк в Южной Корее своим домом. Этот парк является промышленной столицей Южной Кореи, поскольку в нем создано более 100 000 рабочих мест. [35]
Распространенной практикой для систем управления водными отходами является использование оставшегося "шлама" в качестве удобрения. Сточные воды содержат много фосфора и азота, которые являются ценными химикатами для использования в удобрениях. [36]
Gjenge makers ltd — еще один пример промышленной экологии. Компания берет выброшенный пластик и делает из него кирпичи. Gjenge makers получает оставшиеся пластиковые отходы с упаковочных фабрик и предприятий по переработке и продает мощение. [37]
