第七章 工 业 生 态 学
环境材料学
工业为什么会造成污染？
把开放系统变成循环的封闭系统，使废物转化为新
的资源并加入新一轮的系统运行过程中。 2
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• 工业系统应效仿自然系统，建立类似于
自然生态系统的工业生态系统，各个工
业企业之间相互依存、相互联系，从而
形成一个复合的整体，运用一体化的生
产方式代替简单的传统生产方式，减少
工业对环境的影响。
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Nicholas E. Gallopoulus Robert A. Frosch
一、工业生态学发展历程
“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，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。” -----1989年《可持续工业
发展战略》
1. 代表人物
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2. 早在1989年之前，工业生态学还存在几个起源点：
废物交换：1900年前后，英国就出现了“废物交换俱乐部”
工业代谢：工业代谢源于1970s，环境公害事件的密集爆发，引
起了西方对危险废物的警觉。
工业共生：主要体现于西方对丹麦卡伦堡工业体系的观察。
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3. 在1991年，联合国工业发展组织提出了“
生态可持续工业发展”（ecological
sustainable industrial development）的概念。
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4. 在1993年，美国人Hawken的《商业生态学
》一书，提出工业生态系统和生态工业园的
问题。
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5. 在1997年, 耶鲁大学出版了《工业生态学》
杂志。
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工业生态学的基本原理
• 工业生态学：
通过分析自然界的生物循环系统，将
生物圈的循环原理用于工业过程，把现
有的工业体系通过工业生态学的途径，
转化为可持续发展的体系，最终实现人
类社会的可持续发展。
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• A system that "would maximize the
economical use of waste materials and of
products at the ends of their lives as
inputs to other processes and industries."
-Frosch, 1992
• 最大限度地利用废弃材料或产品，使其
能在其它工业过程中得到应用的工业系
统。
工业生态系统
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无限的资源 无限的废物
有限的废物有限的资源
能源
一级生态系统
二级生态系统
三级生态系统
三级生态系统示意图
闭路循环
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理想的工业系统示意图
有限的资源
和能源
材料 制造
废弃 消费
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工业生态学理论框架
可持续发展
工业生态学
文化系统 自然系统技术系统
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二、工业生态学的基本原理
• 实现材料可持续发展的途径
• 基本核心：工业代谢理论
• 即提高资源效率和促进环境保护的系统原理
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• 任何一个工业系统与其周围的环境不是相互隔
绝的，而是相互联系的，存在着物质和能量的
交换;
• 这种系统的观点使人类不断优化从原材料、成
品材料到零部件、产品，一直到使用、废弃和
再循环的物质循环总过程。
• 系统包括材料的提炼、制造、使用、废弃到再
循环。
• 系统范畴包括材料、产品、工业部门，国家和
地区；
• 优化内容包括资源、能源，甚至资本
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1. Products, processes, services, and operations can produce
residuals（残留物）, but not waste.
产品、工艺、服务等过程产生的是残留物，而不是废弃物。
工业生态学的原则
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2. Every molecule（颗粒） that enters a specific manufacturing
process should leave that process as part of a sellable（适于销售
的） product.
每个进入一个加工过程的分子，应该在离开此过程后成为一种可
以销售的产品。
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3. Materials used should be the least toxic for the purpose, all
else equal.
为某种目的而使用的材料应该是具有最低毒性的。
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4. Industries should get most of their needed materials
through recycling streams rather than through raw materials
extraction.
工业所需的材料主要应该来自于材料循环过程，而不是原材料
的提取。
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5. Every process and product should be designed to preserve the
embedded utility of the materials used. The emphasis should be
based on extended-life products and modular design.
每个过程和产品应该被设计成尽量节约材料的使用。强调产品的长
寿命和模块化设计。
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6. All products should be designed so that they can be used to
create other useful products at the end of their current lives
rather than simply being downcycled (., plastic bottle >> park
bench >> landfill).
所有的产品应该被设计成：能够在它们生命周期结束之后用于生
产其它有用产品。
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四、工业生态学的研究方法
通过研究人类工业系统和自然环境之间的
相互作用、相互关系，仿照自然生态系统的
物质流方式重新规划工业生产、消费和废物
处置系统， 从而为人类工业社会与自然环境
的协调发展提供全新的理论分析框架和具体
可行的实践方法。
方法：工业代谢、生命周期评价、投入产
出分析、生态工业评价指标等
实践形式：为环境设计、产业共生、功能
经济 23
工业代谢
• 根据质量守恒定律，对物质从开采，到
生产消费，直至变成最终的废物进行全
过程跟踪。
• 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其物理化学状态，
描绘行进路线和动力学机制。
• 研究对象和尺度多样化（物质到产品；
区域到全球）
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• 主要研究内容：
三个层次（产业、区域、全球）原料与能
源流向量化；
原料与能源流动的环境影响以及减少环境
影响的理论、技术方法。
• 分析方法：质量平衡法；输入-输出分析
法；生命周期分析与评价
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投入产出分析（IOA）
• 分析特定经济系统内各个部分间投入与
产出数量依存关系的原理和方法。
• 方法：通过平衡方程，借用数学模型分
析初始投入、中间投入、总投入，中间
产品、最终产品、总产出之间的关系。
• 投入：进行一项活动的消耗，包括系统
内各部门产品的消耗（中间投入）和初
始投入要素的消耗（最初投入）
• 产出：进行一项活动的结果
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生态工业评价指标（EII）
• 概念：用以衡量工业生态系统资源和能源转化
效率的量
• 目的：通过不同的评价指标，支出不同行业和
部门间提高资源使用效率的瓶颈和潜力，推动
他们之间的物质和能量的交换。
• 指标不多，有待研究丰富
• 产品与废物比
• 物质和能量循环率或损失率
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为环境设计（生态设计）
• 美国环境保护局为企业在设计和重新设
计产品与工艺时创建的生态设计方法。
• 基于：设计阶段决定产品70-80%的环境
性能；
• 产品整个生命周期中，包括设计、选材、
生产、包装、运输、使用及报废处理，
都必须综合考虑其对资源和环境的影响，
做到环境协调。
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产业共生(industrial symbiosis, IS)
• 是工业生态学在区域层面的应用，通过组织间
的协同效应，将影藏在废物流或副产品中的资
源重新利用。
• 实施产业共生，必须对现有产业系统进行大规
模的重组调整。
• 生态工业园区：一个区域性的产业共生系统，
系统内个组成单位间有密切的物料、能源、资
金、信息的联系。
• 我国第一家：广西贵港
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五、工业生态学应用案例
• 1. 凯伦堡生态工业园
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发 电 厂
Waste Gas
石膏粉
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炼油厂
蒸汽
燃气
石油
燃油
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制药厂
土豆粉
酶制剂
发酵废弃物
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当地农场
发酵废弃物
渔场废弃物
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石膏板厂
燃气
石膏粉
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卡伦堡工业生态园成效
• 节约资源能源:
– 热点联供使燃料的效率提高了30%
– 减少了石油的消耗
– 减少了3500个家庭的燃炉
– 节约了淡水的供应
• 原材料的新来源
– 石膏, 硫酸, 肥料,
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生态工业园的成功经验？
• 材料、水、能量的流动
• 贴近的工厂
• 工厂经理们之间非正式的紧密联系
• 对现有基础设施的最小改装
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• 工业共生：指一种工业组织形式，从某一生产过程的
废物可以用作另一生产过程的原料，从而最高效地利
用资源和最大减少工业废物。
（源于西方对于丹麦卡伦堡工业体系的观察研究）
• 生态工业园（eco-industry park）是建立在一块固定地
域上的由制造企业和服务企业形成的企业社区。在该
社区内，各成员单位通过共同管理环境事宜和经济事
宜来获取更大的环境效益、经济效益和社会效益。整
个企业社区能获得比单个企业通过个体行为的最优化
所能获得的效益之和更大的效益
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卡伦堡工业生态园成效
• 节约资源:
– 30% better utilization of fuel using combined
heat + power than producing separate
– Reduced oil consumption
– 3500 less oil-burning heaters in homes
– Does not drain fresh water supplies
• 原材料的新来源
– Gypsum, sulfuric acid, fertilizer, fish farm
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思考题
相比传统燃油车，电动车的未来前景如何？
有哪些阻碍？如何解决？
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