循环经济实现路径及关键影响因素研究

第一节　关于生态工业理论的研究

20世纪60年代以前出版的杂志或报纸基本没有关于“环境保护”的议题，由此可知那个时代对“环境”的关注尚不深切，因为那时自然界还没有给人类传递明确的警告，直到蕾切尔·卡逊女士（Richel Carson）的《寂静的春天》一书出版。这部著作犹如一部“黑色的末世预言”对西方世界的主流价值提出了挑战——自然界存在的意义就是被人类控制和征服？不可否认，“人定胜天”的价值观帮助我们改造客观世界，更清晰地认识客观世界，并为我们所用。但是毫无节制地向自然索取最终也会将人类拖入走向毁灭的不归路。异常气候灾害、濒临消失的物种、日益枯寂的资源无不是自然界为我们敲响的警钟。

卡逊女士的著作引起了一些学者的关注，他们尝试在现有的经济发展模式之中寻找与自然环境相平衡的中间道路，在此背景下，对生态工业（Industrial Ecology）的研究开始走上了历史的舞台。1977年，美国地球化学家Preston Cloud在学术文献中首先明确使用了“工业生态学（Industrial Ecology，IE）”一词，但在此后的10多年间，学者们对这方面的探索并无太大的反响。关于工业生态学学科确立的时间点，大多指向了1989年，原因是两位美国工程院院士Robert Frosch和Nicholas Gallopoulos在“Scientific American”上发表了题为“Strategies for Manufacturing”的文章。显然，这是美国话语权下的必然结果。暂且不去争论合理与否，不可否认，美国人对于工业生态学的系统推动作出了巨大贡献。1991年底，美国科学院召开了关于工业生态学的专题研讨会；1994年前后，美国总统可持续发展协调工作委员会（President’s Council on Sustainable Development）推动了生态工业园区（EIP）的建设试点工作；1995年，国际工业生态学学会前两任主席Thomas E Graedel和Braden R Allenby合著出版了“Industrial Ecology”的教科书；1997年，由耶鲁大学出版第一份业内杂志“Journal of Industrial Ecology”；随后举办两次Gordon Research Conferences；2000年1月在New York Academy of Sciences酝酿成立学会；2001年2月，学会正式对会员开放。由此可见，美国人对于工业生态学的诞生和发展作出了系统而且持续的贡献。因此，学科起源点归于美国人自身也是情理之中。

但是早在1989年之前，工业生态学还存在几个起源点:废物交换（Waste Exchange）、工业代谢（Industrial Metabolism）、工业共生（Industrial Symbiosis）等。有人考证，早在1900年前后，英国就出现了“废物交换俱乐部”。这是非常自然的事情，毕竟英国工业率先发展，而工业发展史实际上也是一部废物不断得到利用的发展史，“在大多数经济学家眼中，废物更多的是商机”。1989年，美国通用汽车公司的Robert Frosch和Nicolas Gallopoulos在“Scientific American”杂志上发表的关于工业可持续发展战略的文章又重新引发工业生态学研究的热潮，两位作者在该文中指出:“传统工业活动中，各个制造工艺摄入原材料并生产出要销售的产品和要处理的废物的简单工业模式应该转变为一种更加一体化的模式，那就是生态工业系统。在这样的一种系统中，能量和物质的消耗是优化的，而且一种过程的排出物，无论是石油炼制过程的催化剂、发电过程产生飞灰和底灰，还是消费产品后的废塑料容器，都可以用作另一种过程的原材料。”（Frosch、Gallopoulos，1989）在Frosch和Gallopoulos看来，工业生产中没有绝对的废物，都是资源，工业生产和环境保护并不总是相互对立的，通过适当的处理二者完全可以实现统一。此后，工业生态学在20多年中得到了蓬勃发展，成为一门独立学科，形成了自己特有的学科研究领域。

自工业生态学的概念提出以来，众多学者对生态工业系统或生态工业的概念框架进行了多角度的定义或阐述。但由于工业生态学内容非常丰富，迄今为止，在国际范围内还未形成一个统一的工业生态学定义。Tibbs认为生态工业系统是以对自然生态系统的直接类推为基础的，自然系统倾向于使废物的产生最少化，营养物从一种生物传递给另一种生物，物质和能源不断地循环和转变，在不同的行动者之间既允许合作也允许竞争。工业生态学则是按照自然系统来塑造工业系统，一家企业的产出成为另一家企业的投入，并使每一个过程的效益最大化。这样可以把若干相互作用的企业视为生态工业系统（Tibbs，1992）。Lowe Enrest认为工业生态是对制造和服务系统（实际上也是一种自然系统）的认识过程，它通过与当地的和区域的生态系统及生物圈保持密切的联系，从而实现把生态工业系统变为一种其内部所有材料基本上都能进行再循环的闭环系统（Lowe Enrest，1995）。Ayres Robert认为生态工业系统可能是由初级材料加工厂、深加工厂或转化厂、制造厂、各种供应商、废物加工厂、次级材料加工厂等组合而成的一个企业群，或者是由燃料加工厂甚至废物再循环厂组合而成的一个企业群。较为重要的是，该系统整体要有一种主要“出口产品”，而且大多数废物和副产品能在当地利用。Erkman Suren认为工业生态学是一个比污染控制和清洁生产都有价值的概念。实际上，工业生态学包含了这两个概念并将它们结合起来形成了一种新的实践活动，即工业生态学是工业系统和生态系统沟通的桥梁，它是纠正原来二者“相互隔绝”现象的一种有效手段。同时，Erkman认为尽管工业生态学具有很多优点，但以此为基础建立的生态工业系统在模仿自然生态系统消除对环境负面效应方面还存在很多的不足（Erkman Suren，1997）。Cote Raymond认为:与自然生态系统相比，生态工业系统更趋于强调企业之间的相对独立和竞争性。企业作为供应和消费链条中的一个组分，与自然生态系统中所发生的现象是基本相似的。此外，生态工业系统的生产活动是依靠其所处环境中的可利用资源来维持的，这些资源包括土地、建筑物、用于能源供应的碳氢化合物、加工或冷却用水以及人和设备所需的空气。总之，各独立企业以及它们的集合体都是系统的一部分，他们依赖于其他企业并且必须与其他企业合作才能生存下去。因此可以将生态工业系统作为自然系统的一部分进行研究，即工业系统的生产和消费可以作为生态系统中的新陈代谢问题来对待（Cote Raymond，1998）。

学者在对生态工业系统概念进行深入阐述的基础上，对生态工业系统的特征进行了研究，目前主要集中在对其复杂性和稳定性研究两个方面。生态工业作为一个复杂适应系统，具有多层次、自主适应、相互作用、动态演化等特征，越来越多地成为学者研究的重点。模型化的研究手段也已经在生态工业复杂系统研究中得到应用。Bakshi在一篇关于过程系统工程如何适应可持续发展需求的综述性文章中指出，在可持续发展需求的推动下，过程系统工程研究的对象范围变得更大，系统复杂性的特点更为突出，而目前的过程系统工程研究尚不能提供可深入洞察系统复杂性的工具和技术（Bakshi，2003）。Harper和Gracedel在总结生态工业的发展经验时指出，生态工业的核心是物质循环利用，这不单单是一个技术问题，它与人和社会紧密相关，社会文化、个体的财富和偏好都将影响系统的发展，社会科学将与生态工业紧密联系（Harper、Gracedel，2004）。而在此跨学科的研究中，系统科学将得到广泛应用。生态工业系统是动态复杂系统，就像生态系统一样，具有适应外部环境扰动的能力，一旦有新的工业行业和技术的进入，系统能够自发调整适应这种变化。(www.xing528.com)

因为生态工业系统被视为一种特定的生态系统，所以在相关的研究成果中，对其稳定性的描述尚不成熟。在生态学文献中，不少学者认为，系统的稳定性与复杂性密切相关，即系统的复杂程度越高，表明生态系统越稳定；相反，复杂程度越低，则群落就越不稳定。因此在现有的研究中，很多学者认为生态工业系统稳定性取决于其多样性。生态系统多样性是指生境多样性、生物群落多样性和生态过程多样性。生境是指无机环境。生态系统多样性决定了生态系统的稳定性。而生态工业系统多样性主要包括其在产品类型、产品结构上的多样性，生态工业园区类型的多样性，园区内组成成员的多样性，园区企业多渠道的输入输出，园区内管理政策的多样性等。Hakan Berg等人运用工业生态学的相关理论与方法，研究了津巴布韦的卡里巴湖水产养殖业的持续发展问题，发现为了达到产量和处理废弃物，密集型网箱养殖比池塘养殖需要占用更多的生态系统支持空间（Hakan Berg，1996）。尽管从短期来看密集型网箱养殖是唯一的经济上可行的养殖方法，但是若从生态和社会层面进行考虑，半密集型池塘养殖或其他的低资本密集型养殖方法将是更具竞争力的选择。文章主要从生态层面进行分析，发现水产养殖业的生存发展离不开自然资本的支持，在决定如何发展水产养殖业前也需要从社会层面进行调查。只有在一个联合的经济、社会和生态框架内，半密集型和密集型水产养殖业的合理组合才能让卡里巴湖获得持续的成功。

T H Stevens等人运用意愿调查和联合分析估计非市场化的私人林场地主对生态系统管理的支付意愿，研究结果发现当联合分析和意愿调查的问题相同，仅是评级和定价形式不同时，他们的支付意愿估值相差很大。这是因为大多数联合分析模型把对评估问题的回答“也许”当成回答“是”计算。其研究得出的结论是联合分析模型估算出的支付意愿往往偏高。Jouni Korhonen通过芬兰林业产业和能源工业两个例子阐述区域工业生态系统方法，当地的林业产业系统是以林业公司、锯材厂、纸浆厂和林业产业发电厂间的可再生资源、废弃材料和能量利用为基础的。电力生产中的废弃能量被用于热力生产和加工蒸汽。芬兰局部地区的城市能量供应系统在很大程度上也是利用发电厂的废弃能量。文章讨论了产业系统和城市能量供应系统联合的可能性及其在芬兰成功的条件（Jouni Korhonen，2001）。

Niutanen和Korhonen研究了如何利用副产品和废弃物使芬兰的农业和食品工业的物质流和能量流实现循环传输。同时利用和处理食品产品生命周期各主要步骤产生的废物流，把废物当成燃料和有价值的资源，为生命周期的各过程生产能量和肥料。文章也讨论了在实践中实现这一愿景会遇到的困难（Niutanen、Korhonen，2003）。研究所需数据采自国家、区域、地方3个层面，研究方法论包含了对不同情境下循环传输模型和生产量模型的环境、经济和社会变量的考察。Jouni Korhonen和Juha－Pekka Snakin运用工业生态系统方法检验了芬兰一个森林工业园区的演化过程，循化传输和多样性是工业生态演化的两个重要特征，循化传输是指表示废物利用和可再生资源的持续利用的物质流和能量流，而多样性指组织这些物质流和能量流的行动者和企业，文章发现两者的关系是:多样性增强循化传输（Jouni Korhonen、Juha－Pekka Snakin，2005）。从理论和定性的角度上说，多样性和循化传输对工业生态系统的可持续发展十分重要，但他们的研究并未能对此证实，仅给出了一些初始的定量数据。因此，我们不能确定循环传输或多样性是否真的能增强可持续性，以及在怎样的系统边界内起作用。

Feng运用生态足迹分析可持续产量和物化资源，利用台湾政府根据8年实地调研于1991年制定的产量潜力评价系统，估计两种情境下1996年满足台湾地区可持续产量所需的稻田面积。一种情境考虑满足台湾居民直接和间接大米消费量的稻田面积；另一种情境探索当谷物提供的食物能量仅来源于大米且大米不能进口时，所需的额外的稻田面积。情境分析的结果阐明了保护台湾现存的稻田面积对确保食品的长期稳定供应的重要意义（Feng，2005）。Ellis B Cowling和Cari S Furiness通过应用产业生态学和可持续发展的相关原则，分析了畜牧业和木材工业实现双赢联盟的潜力。全球许多地区的商用森林氮和磷不足，而这些营养不足的森林通常靠近大型的动物饲料生产、肉类加工和其他食品、纺织品或者其他生物质处理工厂，以及城市垃圾处理设施。这些设备会产生大量的剩余氮、磷和有机物，现存的营养不足和富余为这些产业实现环境友好、经济可行和社会接受的双赢联盟提供了现成机会（Ellis B Cowling；Cari S Furiness，2005）。面临的主要挑战是找到实用的方法捕获这些剩余营养物，然后将之用于林分，从而生产出增值产品并销售获利。Bright，Stromman和Hawkins对挪威以木材为基础的生物燃料的生产与消费进行了环境评估。新兴技术的出现将很快使挪威的北方森林资源转变为低碳的生物燃料在商业上可行（Bright、Stromman、Hawkins，2010）。文章评估了全国可用于生物燃料生产的森林资源基地，选择和评价适用于所选工业部门生物燃料生产和消费的生物质转变技术，运用投入产出模型定量分析到2050年全球变暖问题减轻和找到替代矿物燃料的可能性。研究发现生产和消费先进的生物燃料分别能累积减少挪威58兆吨和83兆吨二氧化碳排放。

工业活动对自然生态系统的破坏越来越严重，对自然资源的不断开采利用对环境产生的影响和对环境产生的污染已经引起了全世界的关注。工业生态学在这样的大背景下应运而生，工业生态学和工业生态系统方法这两个概念是生态经济学和环境政策以及企业环境管理领域的新兴概念。与线性的和不可持续的传统工业系统相比较，工业生态系统是指工业系统采用自然生态系统模型，是一种有多种物质和能量流循环利用和逐级传递的系统。它为工业改革提供目标和组织原则，也为工业的领导者、学者们及政府机构提供相关的概念和指导。工业生态学传递出从末端治理（End－of－pipe）的控制方法向更加全面的预防的战略和环境友好的工业发展规划转变的信号。