工业生态学在创新型高新区规划研究中的应用

7.1.4　工业生态学

1）工业生态学及其发展

工业生态学又叫产业生态学，这一专有名词最早是由哈利·泽维·伊万（Harry Zvi Evan）于1973年在波兰华沙召开的一次欧洲经济理事会的小型研讨会上提出，1974年，他在《国际劳工回顾》杂志发表相关文章。伊万把工业生态学定义为对工业运行的系统化分析，这一分析引入了许多新的参数：技术、环境、自然资源、生物医学、机构和法律事务以及社会经济学因素。但直到1989年，美国通用汽车研究室的罗伯特·弗罗斯彻（Robert Frosch）和尼古拉斯·格罗皮乌斯（Nicholas E.Gallopoulos）在《科学美国人》杂志上发表一篇题为《可持续工业发展战略》的文章，正式提出了工业生态学的概念。他们的观点是：“为什么我们的工业行为不能像生态系统一样，在自然生态系统中一个物种的废物也许就是另一个物种的资源，而为何一种工业的废物就不能成为另一种的资源？如果工业也能像自然生态系统一样就可以大幅减少原材料需要和环境污染并能节约废物垃圾的处理过程。”这一创造性的提法引起了广泛关注，对“工业生态学”和“工业生态系统”开始有了深入研究。1993年，受到丹麦卡伦堡的启发，美国学者保罗·霍肯出版了一本关于企业与环保的名著——《商业生态学：可持续发展的宣言》一书，提出工业生态系统和生态工业园的问题。当然，在所有提法中最有代表性的是联合国工业发展组织于1991年10月提出的“生态可持续工业发展”的概念，认为工业生态是一种对环境无害或生态系统可以长期承受的工业发展模式，是一种环境与发展兼顾的模式，并成为全球可持续发展在工业方面的具体体现^[1]。这是现代工业发展历史性的重大转折，这一概念的提出，标志着未来工业的主导发展方向，由传统工业发展模式转向生态工业的可持续发展模式。不少专家预言，生态工业将成为21世纪全球工业发展的主旋律（卢志茂和叶平，2000）。中文“生态工业学”一词最早由清华大学席德立教授在其《无废工艺——工业发展的新模式》一书中提出。

1991年5月，美国国家科学院和贝尔实验室在华盛顿共同组织了世界首次工业生态学论坛。1993年，美国AT＆T基金开始成立IE研究专项基金，随后其他公司和美国国家科学基金也开始对工业生态学的研究进行资助。由此，工业生态学的研究在美国迅速普及。1995年，格雷丹尔和艾伦比合著的针对工业工程专业的第一本教科书《工业生态学》出版。1997年，美国耶鲁大学和麻省理工学院共同创办了全球第一份工业生态学杂志《工业生态学》（Industrial Ecology）。同年美国的《环境科学和技术》（Environmental Science and technology）杂志发表了“21世纪研究的优先领域”专题报告，工业生态学名列今后20年需要加强关注的六个优先领域之一。2000年，在世界范围内成立了工业生态学国际学会（The International Society for Industrial Ecology）。目前，欧美有几十所大学开设了工业生态学课程，工业生态学的研究文章、学位论文、专著不断发表，网站不胜枚举，专业会议接连不断。工业生态学作为一门学科的理论研究与实践已在科研领域获得一席之地，并被称为“可持续的科学”。

2）工业生态学的研究内容

1990年，弗罗斯彻在英国工程师协会的报告中提出新见解：“工业生态系统的概念与生物生态系统的概念不一定完全无缺，但是如果工业生态系统模仿生物界的运行规则，人类将受益无穷。”仿效自然生态系统可以将工业部门分为：原材料获取部门、材料加工部门、产品制造部门、产品使用部门、废弃产品和工业废物的回收和处理部门。表7－1是工业生态系统模拟自然生态系统运行规则的四个基本生态系统原则。库波那恩（Korbonen，2001）提出了生态工业的四条原则：物质循环、多样性、因地制宜和渐进演化。工业生态学将环境问题的解决提高到了一个更高的层面，是一个极富吸引力的工业生产模式，它能从根本上解决资源能源的可持续利用，做到人类生产活动与自然的协调发展。

表7－1　工业生态系统的基本生态系统原则

工业生态系统的进化分为低级、高级和顶级三种类型。要使工业生态系统完全像自然生态系统一样，在代谢过程中只从自然界输入能量，不输入原料和不产生废物是不会实现的，即顶级工业生态系统是不会出现的。理想的工业生态系统就是在资源利用最大化、废料最小化的原理下尽可能地从高级向顶级生态系统目标接近（图7－5；周媛和奚旦立，2005）。

图7－5　理想的工业生态系统示意图

最优物质和能量循环、最小工业废物排放、最高价值利用及最小资源耗费是工业生态学的核心。目前，工业生态学的基础研究主要集中在：（1）减轻工业对环境影响的具体技术措施，包括废物零排放系统、物质替代、非物质化和功能经济；（2）研究对整个工业生态过程进行分析、监测和评价的方法，包括输入输出分析、工业代谢分析、产品或过程的生命周期分析、工业生态指标体系的建立；（3）对可促进生态工业实现的制度上的措施的研究，包括市场规则、财务制度、法律法规方面做出调整，以使生态工业的理念贯穿整个生产和生活过程。

3）工业生态学的应用(www.xing528.com)

工业生态学已经得到了广泛的实践应用，可分为三个层次：

第一层次：企业内部，通过过程集成的方法最优化使用资源，使废弃物的量最小化。

第二层次：一个工业系统内部不同企业之间，通过废弃物交换利用，环境事宜、经济事宜共同管理等来获取工业系统整体最大化的环境、经济和社会效益。这个层次上研究较多是生态工业园。

第三层次：一个地区、一个城市、一个国家或更广的范围，不同的产业体系、产业群落之间，通过有效的合作优化资源的配置，改善整体环境绩效，最大可能地推进可持续发展。产业体系可以包含农业、工业和第三产业。

工业生态是依据循环经济理念和工业生态学原理设计的一种新型工业组织形态，通过企业间的网络化联系实现相互之间的物质和能量交换，实现物质和能量利用的最优化，信息的高效传递与价值的增值、较高的生态效率。

对高新区及各类开发区来讲，生态工业园则是工业生态学实践应用的结果。生态工业园（eco－industrial park，EIP）的概念和设想最早是由美国康奈尔大学和靛青顾问公司（Indigo）的罗爱乐教授（Lowe，1997）提出的，他将生态工业园定义为：一个由制造业企业和服务业企业组成的企业生物群落。它通过对能源、水和材料这些基本要素在内的环境管理及资源方面的合作来实现生态环境与经济的双重优化和协调发展，最终使该企业群落获取的群体效益远大于优化个体所实现的个体效益总和。生态工业园区的目标体现在：①设法将人类系统与自然系统进行充分的结合；②减少对能源和材料的使用；③减少工业活动对自然系统可承受程度产生的生态影响；④保护自然系统的生态可靠性；⑤确保人们满意的生活质量；⑥维持工业、贸易和商业系统的经济可靠性（王兆华等，2003）。

生态工业园之所以具有吸引力，在于它为企业带来巨大经济效益的同时也为自身和周边社区带来巨大的环境效益。首先，在企业层面，通过提高材料和能源的使用效率、废物的再生利用和消除能招致法规处罚的行为等途径，降低了园内企业生产成本，提高了企业绩效，提升了企业竞争力。同时包括废物管理、培训、采购、突发事件的处理、环境信息系统和其他支持服务在内的一般性的服务都可以在园区的企业间实现共享。其次，在环境绩效改善层面，生态工业园不仅将大量削减污染源和废物源，而且还会减少对自然资源的需求。园区成员将通过污染预防、能源有效使用、水管理、资源再生利用等创新性的清洁生产技术，减轻工业生产所造成的环境负担。最后，在周边社区层面，经济效益的改善和环境绩效的提高将吸引更多企业进入园区，有助于形成以EIP（生态工业园）为核心的经济增长极。以此为中心，将极大牵动园区内服务业、咨询服务业等第三产业的发展，并通过辐射、带动作用推进周围社区的发展。由此可见，生态工业园将环境保护与企业和社区利益有机地结合在了一起，使各参与主体均从环境保护中获得了利益。

由于生态工业园能带来巨大经济效益，因此生态工业园的概念一经提出就立即得到了许多国家特别是美国、加拿大等西方发达国家的重视，并迅速付诸实践。美国是较早且积极进行工业生态园实践的国家之一，相当数量的生态工业园项目得到了美国环保总署（EPA）和总统可持续发展委员会（PSDC）的支持。表7－2列出了美国各地生态工业园的选址及特征。加拿大也开发了一些含有生态特征的工业园，并于1992年在波恩赛德启动了“生态系统与工业园”项目，这是对生态工业园生态特征与功能规律探索的初步研究。类似的研究在安大略湖的多伦多市波特兰工业区也相继启动。与波恩赛德工业园一样，这一园区内也包含了大量制造企业和服务企业，它们以废物和能量的交换联系为纽带相互衔接起来。目前，加拿大拥有40座生态工业园，其中9座被认为有潜力发展成为真正意义上的生态工业园。

表7－2　美国各地生态工业园项目的主要特征

续表7－2