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1、第 8 讲 生态化工业与生态化设计8.1 生态化工业所谓生态化工业，是指工业依据自然生态的有机循环原理建立发展模式，将不同的工业 企业、不同类别的产业只见形成类似于自然生态链的关系。从而达到充分利用资源、减少废 物产生、物质循环利用、减少环境破坏、提高经济发展规模和质量的目的。即在材料的生产、 使用、废弃和再生循环过程中与生态环境相协调，满足最少资源和能源消耗、最小或无环境 污染、最佳使用性能、最高循环再利用率等要求。其本质就是把作为产品生产过程主要内容 的生产活动纳入大生态系统物质、能源的总交换过程中，运用现代化生态化技术改造和重组 工业经济结构,不仅要达到社会经济系统中社会总供给和总需求的
2、平衡，而且要达到大生态 系统中自然总供给能力和人类总需求水平的平衡，从而实现地球大生态系统的平衡与人类社 会的可持续发展。生态化工业是以生态学、循环经济理论和可持续发展理论为依据的一种新兴的工业发展 模式，也是我国工业发展的必然选择。由于传统工业系统与自然生态系统的固有矛盾及其对 环境的危害，迫使人们对传统工业中的“高投入、高消耗、高污染”的工业发展模式进行深 刻的反思，希望在创造和享受工业文明成果的同时，最大限度地减轻它的负面影响，从而达 到持久地实现福利增长和人与自然和谐相处。对工业的生态化研究产生了工业生态学，它把整个工业系统（即所有同产品和服务的生 产与消费有关联的活动）作为生态系统中
3、的一个特殊形式来看待。基于这一出发点，改进工 业系统，使之能与生物圈兼容，以能最终持久生存下去。生物圈是我们所知道的复杂生命系 统中唯一能持久生存的例子，所以研究和模仿自然生态系统的运行，将其运用到工业系统中， 是可持续发展的必然选择。8.1.1 生态化工业的理论基础效率 在宏观上，生态化工业最基本的观念是干烧整体经济的物质与能源效率；在中观上，及 企业和生产单位层次上，主要是重新审视产品与制造过程，特别是要减少生产废料，即提高 物质能源的利用效率；在微观上，即在分子成刺伤，要优化反应过程，提高反应的效率，设 计最为简洁的化学合成方法。生态化工业的战略目标是建成低消耗、低污染的，工业发展、经济
4、效益与生态环境协调 的工业体系，以提高工业系统整体的生态位。生态化工业的主导目标是提高生态效率，而非 传统含义上的单纯的生产效率其主要特点表现为：企业内部生产过程循环，即在组织内部 各生产部门之间充分利用上一部门的废弃物、副产品和产出；企业之间生产过程循环，也就 是在企业之间建立一种类似于生态链的网络关系，在网络内的各企业相互利用各自的废物、 副产品和产出，以减少能源、资源的消耗，降低污染。在企业层面，提高生态效率的核心途径是将能源和原材料消耗进行优化，尽量减少废料， 并将废料作为资源加以利用。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
5、料，应作为别的工业部门的原料来使用。虽然这个理念很容易理解，但是在境界领域却难以被接受。企业广泛地被鼓励甚至强 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。实际上，一些不具备污水处理 能力的中小企业所排放的污水中经常伴有大量的金属，其含量甚至超过天然矿砂的含量。因 此从工业生态化的视角，应把垃圾堆放场堆积如山的废料当做人造的矿藏。8.1.2生态化工业的本质物质平衡 生态化工业设计依据的是质量守恒定理，即一定数量的物质因人类活动消失在生物圈 之中，但其质量却是守恒的。生态化工业设计的方法论就在于建立物质平衡表，估算物质流 动与储存的数量，描绘其行进的路线和复杂的动力学机制，同时指出它们
6、的物理和化学状态， 从而找到实现生态化的途径。8.1.3生态化工业的目的减少产品生命周期的环境影响 产品生命周期中的环境成本是指与产品原材料生产、产品制造、运销、使用和最终报 废处理全过程相关的环境成本。这种成本不但包括环境实物型损失，如由于环境质量下降造成的产品产量、质量下降 以及人体健康损害等，还包括环境功能性损失，如休闲娱乐和景观美学价值的损失等。本文 研究的产品生命周期成本分析分为上游、制造、使用及最终处置等四个阶段的直接、间接、 意外及环境外部成本等。（1）直接环境成本。直接成本经常出现于传统财务分析报表中，但通常不被认为是环 境成本，直接环境成本清单分析包括上游阶段的采购和运输，制
7、造阶段的原料成本、人工成 本、设备费用、电力费用、设备安装费、工程实施费、回收再利用的收入、处理费用、操作 费用、设备的使用维护费用及废弃物的处理费，最终处置阶段的回收再利用及处置等成本 等。其中成本项目详细如下：采购，购买原材料或相关设备的费用及税金；运输，购买原材 料或相关设备的运输费用；原料成本，监测空气污染、废水及废弃物所用的药物的费用；人 工成本，公司内部环保人员的薪金；设备费用，污染防治设备的成本；回收再利用，对非产 品执行回收再利用的收入，例如废玻璃；委托处理费用，例如废水、废弃物等委托处理费用； 操作费用，废水处理的操作费用；设备使用维护费，例如电费及固定的维护支出成本；废弃
8、物处理费，例如一般废弃物的处理费用。（2）间接环境成本。间接成本是指隐藏成本，不直接与产品相关的成本，上游阶段包 括储存及记录保管，制造阶段包括许可证、追踪考核、申报、监测、环境培训、记录、盘点、 标志、紧急应变、体检、环境保险、空气污染防治费及现场污染防治操作等成本，最终处置 则包括环境培训。间接环境成本详细说明如下：储存，对原材料的储存所需的支出，包括仓 库租金；记录保存，对原材料的记录；许可证，在设置环境影响评估、废水防治、废弃物的 清除、空气污染操作许可及许可的审查费；追踪考核，定期检验，例如废水及空气污染的检 验费；申报，追踪考核后进行申报，例如对废水进行追踪则需支出的检验费；监测，
9、自动监 测和手动监测，手动监测又分为自行监测和委托监测，手动执行监测；记录监测完内部需进 行记录所需支出的成本；盘点，巡视检查维护设备及原材料的支出用；标志，例如绿色标志， 公司若认为此产品为环保产品，申请所需的费用；紧急应变，紧急应变器材及员工培训所需 的费用；体检，定期的为公司员工进行健康检查的费用；环境保险，保险公司收取的与环境 相关的保险费用；空气污染防治费，根据法令规定依照排放量征收的污染防治费；现场污染 预防的操作，集中及运输污染物所需的费用。（3）意外环境成本。意外成本是指未来可能发生的成本，包括罚款、人员伤亡、意外 伤害、居民补偿金、停工及慰问金等成本。在意外成本的各阶段环境成
10、本分类项目具体有： 制造阶段包括罚款、人员伤亡、意外伤害、居民补偿金及停工，其中罚款是因为公司未做好 污染防治措施，污染超标被政府处罚的费用，人员伤亡以及因人员伤亡所造成的停工成本及 慰问金和补偿金等，可列在人员伤亡项目内；因意外灾害的发生所需付出的恢复成本与之前 的成本有所区别，应该单独核算。使用阶段则包括因商品瑕疵所造成收入的减少、改善产品 品质而增加的收入及绿色产品标志而增加的收入。（4）环境外部成本。环境外部成本是指在合法的范围内工厂的排放造成环境品质的恶 化所带来的费用，包括废气、废水及废弃物在上游、制造、使用及最终处置等各阶段的的排 放量，所造成的对人体危害及环境品质恶化的成本。社
11、会承受的环境成本即环境外部成本。 上游阶段包括原材料的采购及原材料的制造，制造阶段则是产品的制造（例如玻璃、印刷电 路板、彩色滤光片等），使用阶段包括消费者使用，最终处置阶段包括回收再利用、焚化、 固体废弃物掩埋及有害废弃物的掩埋。8.2生态化设计为实现工业生态化，尽可能将资源能源在工业系统内充分利用，需要采用预防性的方 法，即对工业产品进行生态化设计，从产品及其生产过程的设计开始就考虑完全的回收利用， 避免末端治理的需要。工业生态化不仅影响产品的设计，而且影响企业整体绩效经济绩效和环境绩效。 在企业内部，由于环境责任需要组织内所有部门、成员共同承担，因此需要部门问的更紧密 协作、交流，组织结
12、构将更为柔性与灵活。在企业外部，厂商与用户及供应商的关系，不再 是单纯的产品供应与消费的关系更需要合作交流，共享一种价值观持续发展的价值观。 这种共享在需求导向上表现为，用户、厂商与供应商都重视产品的环境绩效；在产品使用过 程中，双方协作减少对环境的污染；在产品使用后的回收方面，双方合作，建立废弃物的回 收网络。所有这些都将促使企业由传统的管理型、控制型组织向学习型组织转变。从工业生 态学的角度来看，工业的生态化具有的循环性、群落性、增值性，是其区别于传统工业模式 的显著特征。而这些特征决定了工业系统向生态化演进是符合人类社会客观经济发展规律 的，是工业系统演化的必然趋势。8.2.1 基本概念
13、生态设计（eco-design）是利用生态学思想，在产品开发阶段综合考虑与产品相关的 生态环境问题、设计出既对环境友好，又能满足人们需求的一种新的产品设计方法。其里理 论基础是工业生态学中的工业代谢理论和生命周期思想。产品生态设计遵循以下4 个基本准 则：环境准则、费用准则、功能准则、美学准则。生态设计的灵感来自于工业生态学、工业共生和环境经济学，设计的出发点是内在化供 应链经济活动的外部不经济性。作为生态供应链的核心，生态型设计构思的完善程度直接关 系到生态供应链经济、生态、社会三重目标的实现情况。在进行生态型设计时，不仅要考虑 生态供应链的经济效益，还要考虑生态效益和社会效益，再加上供应链
14、是由多个企业构成的 功能网络，所以生态型设计是一项包含了众多因素的复杂系统工程。生态型设计既可用于构 造全新的生态供应链，又可用于改进和完善现有供应链的环境性能。生态型设计兼顾了经济效益和生态效益，是生态供应链的核心内容。生态型设计的实质 是通过整体优化和局部优化来降低各节点企业的环境影响，借助于生态型设计可以把传统供 应链代表的单程经济转化成生态供应链代表的循环经济。生态化设计时，要根据不同企业的特点进行个性化设计。然而，在设计生态供应链时，还有 一些应遵循的通用设计准则：（1）保证企业获取一定的利润是生态型设计应遵循的首要原则。在设计生态供应链时，首先要满足供应链和企业对经济效益的追求。利
15、润是企业生存和 发展的基础，经济效益是企业研发新产品、改进技术和管理的原始动力。即使是生态效益和 社会效益都很好的生态供应链，如果不能帮助企业获得适当的利润，在利润驱动的市场经济 机制下也不会有企业自愿采用这种设计方案。（2）设计时，不能因追求经济效益而牺牲社会效益和生态效益。社会效益和生态效益是企业获取长期经济效益的保障，为了获得一定的社会效益和生态 效益，在某些情况下甚至要适当地牺牲暂时的经济效益。尽管短期内企业的经济效益或许会 有所下降，但牺牲短期经济效益是为了获取长期的经济利益。例如为了减少周边地区的粉尘 污染，电厂安装了除尘设备。在短期看来，安装除尘设备治理粉尘污染使电厂的短期经济效
16、 益下降；但从长远的观点来看，电厂除尘设备过滤下来的粉尘可卖给水泥厂生产水泥，除尘 设备的安装还避免了电厂粉尘的超标排放引致的罚款，电厂也规避了因污染过于严重而被提 起的诉讼的环境风险。生态型设计的出发点是内在化企业经济活动引致的外部成本，因此生 态型设计不仅包含了工厂选址、运输路线选择、分销商和零售商的布局等传统供应链的设计 内容，还包括了生态供应链独有的、具有生态特色的内容。生态型设计是一个并行工程，在 产品设计的初始阶段就考虑了产品的制造、营销和使用对环境的破坏和用后制品的回收等问 题；参与设计的人员不仅来自设计部门，同时还包括来自采购、营销、环境管理等部门的工 作人员。生态型设计的内容由两大块组成：对供应链的设计和对供应链组成元素的设计。就 “链”的设计而言，在选择供应链的设计方案时，除了可以借助诸如运筹学的知识来选取 经济性好的供应链以外,还应采用诸如LCA等环境评估手段对供应链设计方案的环境性能进 行评价，选取经济性和环境性都好的供应链。
