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1、第五章 臻于成熟的工业体系 如果用生态科学的词汇来一般解释工业生态学的宗旨，那就是促使现行工业体系，我们认为它还“年轻” ，向“成熟” 的生态系统阶段演进。这是借用普通生态学描绘生态系统演替的“顶极群落”理论中的用语（“顶极群落” （拉丁文为 apogee）这里指的是一种自然群落演替进化到最后的、假定为稳定的阶段。关于“顶极群落”理论，生态学术界的观点不完全一致。这里是指因人类因素或外力因素（火山喷发、火灾等）造成的原生植被遭破坏后发生的各种生态系统的演替。比如，农耕土地抛荒后先演替成草原，然后是荆棘，最后成为森林而达到稳定状态。 ） 。 年轻的生态系统的特点是物质与能量流动迅速，但物质的重复
2、使用率很低，它们的食物网简单而呈线性状态，除了共同为争夺资源参与竞赛外，种群之间相互使用很小。相反，成熟的生态系统的特征是物质与能量流动比例下降，物质的重复使用率提高，有十分广泛和特定的食物网。大量的种群之间发生十分复杂的相互作用，如共生和寄生等。 顶极演替过程与工业体系的类比性十分惊人，工业体系明显具有年轻生态系统的基本特征。现代集约农业是自然生态系统的突出范例，却在人类行为的影响下，人为地固定于这样一种形态，使用大量的能源、化肥和杀虫剂，退化到了年轻阶段。 旨在催熟工业体系演进的战略。通常被称作“生态结构重组”或“生态的结构重组”主要包括四个方面的内容： 作为资源重新使用废料； 封闭物质循
3、环系统和尽量减少消耗性排放； 产品与经济活动的非物质化； 能源脱碳。 在详细分析这 4 个方面的内涵之前，有必要明确指出生态结构重组会在宏观、中观、微观各个层次上产生作用： 在宏观层次上，是改善整体经济的物质与能源效率。这也是工业生态学的最基本的观念。 在中观层次上，亦即企业与生产单位的层次上，主要是重新审视产品与制造过程，特别是要减少产生废料。 最后，在微观层次上，即优化反应过程，在分子层次上，提高反应的效率，设计最为简捷（包括尽可能少阶段）的化学合成方法。 生态结构重组的 4 大内容对上述 3 个层次所起的作用程序是各不相同的。 废料作资源 实际上，有步骤地将废料作资源利用，这一想法是工业
4、生态学今天发展的起因。福罗什和加劳布劳斯在科学美国人杂志上的文章是这么表述的：“能源和原材料的消耗应该得到优化，应尽量减少废料。每道工序的废弃材料，如石油工业的催化剂、热电厂的气体或固体废料，或以聚合物为基础的大众消费品包装物料，应作为别的工业部门的原料来使用。 ” 这一想法看起来十分普通，但在经济界却似乎不被接受。在经济界，人们仍在广泛地鼓励，甚至强制使用新产品和新材料。很少有企业把自己的废料视为浪费。然而，企业，特别是那些不具备污水处理能力的中小企业，排放的污水经常伴有大量的金属，其含量超过天然矿砂的含量！ 因此，企业与政府应开始用完全不同的另一只眼睛来审视垃圾堆放场堆积如山的废料：不要再
5、将其视为需想方设法处理掉的垃圾，而是要将其视为有一天可以使用的真正的原料矿藏。从工业生态学的视角看，垃圾场不是别的什么，而是人造的矿脉！ 封闭物质循环和尽量减少消耗性排放 多年以来，物资的回收利用挺时髦，人们甚至将其说成是一剂万灵之药。自然，对于任何旨在封闭物质循环的政策而言，废料重新利用是根本的根本，但我们应清醒地看到两个事实： 第一，废料再利用肯定会有益于稳定，甚至减少物质的流动，但不一定必然降低其速度。甚至相反，废料重新利用有可能加速物质的流通（“turn over”） ，这会产生恶性循环效应。比如，许多汽车制造商的广告宣传都突出自己的汽车近 90的部件是可以回收再利用的材料（顺便指出，
6、这并不意味着他们会真的回收利用） ，其目的是替驾车者开脱负罪心理，引导他们更快地换新车。其结果是：即使废旧汽车被有效地回收利用（事实远不是如此） ，与汽车工业关联的物质流的速度，甚至规模，都将进一步增加。 第二，以目前方式进行的回收利用本身往往是一种污染比较严重的处理活动，需要耗费能源，将许多物质排放到环境之中。 以塑料为例：着色剂、稳定剂及其他添加剂一般来说都在回收利用过程中完完全全地被消耗掉。于是，对工程师们提出了一个挑战，即如何同样封闭回收利用的循环，换言之，就是使回收利用在物质上成为“不泄漏”的循环过程。理想的是，尽管目前而言在技术上还很难想象，工业回收利用应具有自然循环的基本特征：能
7、量的自我供给。生物地球化学循环，实际上，因有太阳能的贡献而得以往复进行，与我们社会中的回收利用完全不同。我们的回收利用为“回收”需要消耗矿物能源，为处理废料需要消耗水、电及其他许多物资。 在等待这方面可能的进步的同时，预防性的方法在于预见，从产品设计一开始就考虑到完全的回收利用，优先于过程末端治污技术。过程末端治污是事后解决问题，只注意发展回收利用技术。 回收利用对技术的挑战 将回收利用的原料或废料中的物质含量是一个关键因素，因为回收利用的价值随物质含量的多寡而定。如果回收资源中的物质含量太低，收集的成本就会太高，而高含量资源的回收利用就能够有利可图。 根据物质的市场价格，我们可以确定一个最低
8、含量，达到这个含量的资源是可以回收利用的。比如，我们可以这样来确定废料中值得回收处理的金属的百分比。大卫阿伦已明确指出，与理论上的最大可回收处理的比率相比，事实上金属回收远远不足。即使不考虑技术因素，只要经济的、立法的和计算的措施得当，就已经能够大幅度地提高废金属回收利用率，比如说，取消必须使用新材料的立法规定。 然而，要使工业社会中物质循环得以封闭，在探讨回收利用生物过程的特性和效率之前，须进行大量的技术革新，至少应该解决两大问题： 1分拣与分离 废钢铁、塑料和废料的分拣一般而言成本很高，特别是收集与运输的成本很高。分拣以及在某些必要情况下的拆卸，都应该自动化，这就要求产品在生产过程中作出必
9、要标记，甚至设计时就考虑到易于拆卸回收。 分离则难度更甚，因为许多新材料在生产过程中绝没有从回收利用的角度来设想过：许多合金，比如铝锂合金、钛合金，特别是复合材料（含有硼、锗、碳等的纤维）等，目前因无法分离而完全不能回收利用。即使是金属，回收的难度也越来越大，因为各种各样的产品中各种各样的金属越来越多：从汽相物理化学沉淀（蒸涂）制成的超薄涂层，各种电磁合金，到半导体、超导体等等不一而足。 2性能退化 与有机物和生态系统的再循环相反，工业再循环使物质质量下降。比如，旧汽车的废钢铁，不能用来生产新汽车，只能用来生产建筑盘条。因此，实际上工业再循环呈螺旋形性能递减，越循环使用性能越低级。 聚合塑料的
10、情况就特别让人担忧，聚合塑料的废料在迅速增长。塑料回收利用需要将其碾碎，然后加热模压，这必然降低其机械性能。比如，从汽车上回收过来的塑料，最多只能用来做做葡萄架的小桩或各种管子，显然前景不是十分广阔 三到四次的再循环之后，聚合塑料只能用作一些焚烧炉的燃料了。 当然，我们可以设想将物质回复到其元素构成状态，比如到基本单体状态，就像生物再循环发生的那样。有一些实验机构正沿着这个方向前进，主要借助于高温分解技术（所谓高温分解就是在热力作用下的化学分解） ，但是这种办法从现在来看太复杂，成本太高。 再复杂点儿，塑料的再循环可以增加使用添加剂。各种添加剂，有些是有毒的，可以给塑料以各种特性：上色、抗氧化
11、、阻光、防尘等等。一般地说，这些添加剂在再循环过程中会消耗掉，因此每再循环一次都要加入数量更多的添加剂，以抵消再循环过程中的质量下降。 因此，我们发现，致力于简单地收集废料是不够的，更需要致力于再循环过程中保持物质的特性，如果随着再循环次数的增加而性能退化，那就不是真正的解决办法。我们应该发展那样的材料与技术，它们能使物质成分处于稳定状态，长期存放，即使再循环也不会改变。 防止消耗性污染 最近几十年来，环境保护主义者们和环境保护部门几乎唯一关心的就是控制生产过程中产生的污染。今天，应该拓宽这个视角。总起来，我们可以说，消耗性污染的严重程度，既被大众，也被政治界、政府部门以及甚至经济界所远远低估
12、。 工业代谢分析明确地表明了这样的事实，即许多产品的使用都是消耗性的：包装物料、润滑剂、溶剂、絮凝剂、防冻剂、去污剂、肥皂、增白与洗涤剂、染色剂、油漆、色素、大部分的纸、药品、杀虫剂、杀真菌剂和杀菌剂等。大部分有毒重金属，诸如砷、镉、铬、铜、铝、汞、银和锌等，包含在不同的产品之中，也随着使用及正常老化而同样消耗开来。 有些消耗性污染是隐伏性的，过程相当缓慢。特别是油漆，它经常包含有铅、锌或铬，以一种逐渐的方式慢慢消耗。橡胶轮胎的磨损，特别是腐蚀，也是物质消耗性污染的重要来源。 有时，消耗性是产品的固有特性，一经使用便完成使命：最典型的例子是食品及其添加剂（防腐剂、色素等） ，碳氢燃料、矿物燃料
13、亦如是。后两者甚至是物质消耗性使用的最典型的例子，不仅从传统的热门学的能量（熵）的意义上，还是从物质（煤炭、石油、天然气不可逆转消耗）的意义上，都是如此。 但是，与食品，与矿物燃料和碳氢燃料不同的是，许多产品的消耗性使用并不是产品的固有特征。从理论上说，我们在技术上能够避免对生物圈的这些污染。比如，在人工气候控制条件下的温室中的无土栽培，利用生物抗干扰和催生长素，对水，对土地，对大气不耗散任何化肥和杀虫剂。从人控温室的概念，我们可以看到工业生态学的一个基本观念：在某些情况下，尽可能地隔离一个工业生态系统是有益的，可以减少它对其他自然生态系统的影响。事实上，在生物圈中，我们也可以找到这一原理，许
14、多生态系统在进化过程中严格互相隔离（而且这也是物种发育过程的基本因素之一）。 垃圾焚烧，以及水净化沉淀也对重金属排放负有责任。但这里主要是转移，而不是真正意义上的污染源。所有经垃圾焚烧而排放的重金属，一开始就包含在消费品中，后来被当作垃圾已经扔掉。相反，化肥、燃煤产生的灰烬，它们当中总有重金属混杂，才是真正消耗性污染的最初来源。 由于消耗性排放现象的严重程度（这一严重程度被广泛地忽视） ，主要的应对策略是预防。基于一种新的设想，不仅在于产品本身，而且在于产品的使用方式。具体地说，可以有 3 种解决方案： 1改良原料 这是指采用能够预防并在使用日常消费品时能够防止各种消耗性排放的原材料。我们可以
15、把金属防腐蚀归入在这一范围之内。关于有机化合物，如添加剂，我们可以寄希望于新技术，将危险物质固定在产品中。 在这样的背景下，我们或许可以寻找与生物解毒过程相对应的工业解毒机制。一些有机体在体内稳定的分子中纳入一些重金属，比如金属结合蛋白，只有当该有机体死亡的时候，当它的有机物质被分解的时候，金属才被释放出来。另外一些有机体，干脆就把有毒物质排除出自己的生态系统。这里我们可以鲸类为例。汞在鲸鱼肝脏内与硒化物结合，生成二价汞的结石。当鲸鱼死亡的时候，这些凝结物就形成了沉积物中的结石块。海洋生态系统就是这样借助于鲸鱼的肝脏来排除汞毒的。出于类似的目的，一些有机化学家目前正在培养许多分子家族，以有选择
16、地和稳定地收集有毒物质。 2回收利用，只要方法上可能 比如美国化工巨头 Dow 化学公司最近推出一种关于含氯溶剂的“分子租用”（Rent a Molecule ）的新概念。Dow 的用户不再购买分子本身，而是购买它的功能。他们在使用完之后把溶剂还给 Dow，由 Dow 将其再生处理。 3替代或干脆禁用 替代是指用无害化合物替代有毒物质材料；禁用是指当有毒消耗物质的危险性太大而其他方法又不能解决问题的时候干脆就禁止使用该类有毒材料。完全禁止使用氯的问题就是这样越来越强烈地被提出来的，但是禁用氯需要工业体系做大规模的结构重组，因为氯这一元素参与许许多多的工业生产过程。 产品与服务的非物质化 目前，世界人口增长迅速，如果我们想在这样的条件下享有高水准的生活，又想把对环境的影响降低到最低限度，那我们只有在同样多的，甚至更少的物质基础上获得更多的服务与产品才有可能。这就是非物质化思想，其宗旨，用别的词汇来表达，就是提高资源的生产率。 有关历史的分析表明，一个世纪以来的工业经济在这方面已经走上正确的方向：为了生产
