Подходы к получению данных

Как только рамки оценки LCA определены, аналитик переходит к получению необходимых данных. При содействии команды проектирования и производства процесс начинается с построения инвентаризационной диаграммы потоков DfE. Ставится цель перечислить, по крайней мере качественно, но лучше количественно, все входы и выходы материалов и энергии на протяжении всех этапов жизненного цикла. На рис. 9.1 был приведен пример такой диаграммы для производства настольного телефона, в котором корпус покрыт предварительно окрашенной смолой на заводе, печатные платы производятся из деталей, поставляемых поставщиками, и все это и другие детали (микрофон, гнезда, батарейки и т.д.) собираются в конечный продукт. Диаграмма показывает ряд побочных продуктов сырья и энергии (последнее - в основном неиспользованное тепло). Как только создана инвентаризационная диаграмма с максимально возможной степенью детализации, может начаться настоящий инвентаризационный анализ.

Часть информации, необходимой для инвентаризационного анализа, проста, как, например, объемы определенных материалов, необходимых для данной конструкции, или объем охлаждающей жидкости, необходимой для определенного производственного процесса. Количественные данные, очевидно, обладают преимуществами: они широко используются в высокотехнологичных культурах, они дают мощные средства манипулирования и заказа информации, они упрощают выбор между вариантами. Однако состояние информации в экологических науках может не дать возможности надежно рассчитывать экологические и социальные воздействия из-за фундаментальных недостатков данных и методологии. Результатом неточного расчета может быть то, что проблемы, которые нельзя просчитать, будут просто проигнорированы - таким образом подтачивая системный подход, положенный в основу идеи LCA.

В некоторых случаях доступная информация может не поддаваться расчету, но все-таки быть полезной. Аналитик должен стремиться подойти к потребностям в данных с широких позиций. Качественная информация, применяется ли она к выбору материалов, процессов деталей или сложных продуктов, может часто быть также ценна, как и количественные данные. Качественный подход может быть несколько спорным, в особенности среди инженеров и специалистов по бизнес-планированию, которые имеют пристрастие к количественным системам, но его полезность достаточно высока, поэтому его применение в определенной форме обычно имеет смысл.

Чтобы максимизировать эффективность и инновации и избежать предвзятости в нормативных вопросах, информационная система LCA не должна быть предписывающей. Она должна давать информацию, которая может быть использована отдельными проектировщиками и лицами, принимающими решения при ограничениях и возможностях, с которыми они сталкиваются, но не должна на ранних этапах анализа произвольно исключать возможные варианты проектов. В некоторых случаях использование высокотоксичных материалов может быть обоснованными экологически предпочтительным среди альтернатив - там, где проектировщик процесса может использовать соответствующий инженерный контроль. В других случаях выбор процесса, включающего использование значительных количеств свинца, может потребовать только умеренных выбросов СО₂. Если токсичный свинец можно надежно сохранять, предпочтительным может быть первый вариант. Разработка продуктов и процессов требует непременного балансирования таких вопросов и ограничений, и необходимый выбор может быть сделан только в каждом конкретном случае процесса реализации продукта.

В идеальном случае должно быть возможно математически совместить данные LCIA на различных иерархических уровнях, например, объединить информацию LCIA по медной проволоке с информацией по поливинилхлоридному пластику для получения результата LCIA по медной проволоке с пластиковой изоляцией. На практике, однако, различия в масштабе, временных промежутках и т.д. обычно требуют, чтобы всякий анализ LCIA проводился с самого начала. Этот очевидный недостаток методологии подчеркивает, что анализ LCIA все еще развивается и его нельзя считать законченным инструментом.

Информация LCA должна обеспечить не только необходимые данные, но и, если это возможно, степень неопределенности, связанной с этими данными. Этот подход особенно важен в области охраны окружающей среды, где неопределенность, в особенности по рискам, потенциальным издержкам и потенциальным реакциям.природной системы на воздействия, эндемичен. Относительно простые порядковые индикаторы «высокая достоверность», «умеренная достоверность» и «низкая достоверность» будут широко использоваться теми, кто в действительности принимает решения по проектированию. Пример этого подхода приведен в Приложении А, где альтернативные системы припоя оцениваются с помощью матричного LCA.

№ 6 «Отношение биоэкологии к технологии»

1. РАССМАТРИВАЯ АНАЛОГИЮ

В название науки «промышленная экология» сознательно включено слово экология, термин, образовавшийся в связи с биологическими системами. В этой связи сочетание слова, ассоциирующегося с миром природы, со словом, связанным с его крайней противоположностью, кажется нелепым и по крайней мере необдуманным. Однако, идее концептуализации социальных систем (включая промышленные системы) с точки зрения организмов по крайней мере сотня лет. Разница между прошлыми представлениями и развивающимся подходом промышленной экологии заключается в том, что первое концентрируется на поведении и общественной структуре, в то время как последнее в особенности на физических и химических параметрах: потоках ресурсов, использовании энергии и тому подобном. Видение промышленности во всех аспектах, связанных с цикличностью ресурсов, в противоположность их однократному использованию было представлено в 1989 г. Робертом Фрошем (Robert Frosch) и Николасом Галлодулосом (Nicholas Gallopoulos) из Genera1 MotorsResearchLaboratoriecs, Мичиган. Их статья многими считается первой публикацией в области промышленной экологии.

Рабочее определение биологической экологии таково: это изучение распределения и распространенности организмов и их взаимодействий с физическим миром. В этом же ключе промышленная экология может быть определена следующим образом.

Промышленная экология - это изучение технологических организмов, использования ими ресурсов, их потенциальных воздействий на окружающую среду и путей, которыми их взаимoдeйcтвиe с естественным миром может быть реструктурировано для достижения глобальной устойчивости.

Промышленная экология доказала свою способность быть привлекательной аналогией, поскольку она поощряет идею цикличности (т.е. повторного использования) материалов. Попытки рассматривать производственную деятельность с образами и инструментами биологической экологии сдерживаются в некоторой степени тем, что в сущности это эмпирическая область, в которой системы являются сложными, данные разбросанными, перспективы ставят в тупик, и тем, что промышленная экология находится на слишком ранней стадии своего cиcтeмнoгo развития для того огромного объема информации, который будет собран. Тем не менее параллели между биологической и промышленной экологией в некоторых областях не только существуют, но и кажутся скорее естественными, нежели надуманными. Цель этой главы заключается в болееглубоком изучении биологической аналогии, с мыслью, что в ней больше ценности, чем только в идее цикличности ресурсов. Но насколько больше?

2. БИОЛОГИЧЕСКИЕ И ПРОМЫШЛЕННЫЕ ОРГАНИ3МЫ

Элементарная единица изучения в биологической экологии это организм, который в словаре определяется как «сущность, внутренне организованная для поддержания жизни». Организмы обладают рядом характеристик, и в общих чертах некоторые их них поучительно перечислить и прокомментировать.

1. Биологический организм способен осуществлять независuмые действия. Хотя биологические организмы существенно различаются по степени независимости, все они могут осуществлять действия по собственной инициативе.

2. Биологический органцзм использует энергию и материальные ресурсы. Биологические организмы тратят энергию на пе­реработку сырья в новые формы, пригодные для использования. Они также производят тепло из оставшихся после переработки материалов. Излишняя энергия выпускается биологическими организмами в окружающую среду, также как и остатки материалов (экскременты, урина, выдыхаемый воздух и т.д.). Поток энергии, проходящий через любой организм, представлен на рис. 4.1.

3. Биологический организм способен к воспроизводству. Все биологические организмы способны воспроизводить себе подобных, хотя время жизни и количество потомства сильно варьируют.

4. Биологический организм реагирует на внешние воздействuя. Биологические организмы быстро реагируют на температуру, влажность, доступность ресурсов, потенциальных партнеров для размножения и т.д.

5. Все многоклеточные организмы возникают из одной клетки и проходят некоторые стадии роста. Это качество обычно признается в каждом живом существе от моли до человека (например, знаменитый шекспировский монолог «Возрасты человека» из «Как вам это понравится»).

6. Биологический организм имеет ограниченную продолжительность жизни. В отличие от некоторых физических систем, таких как вулканические или метаморфические скалы, ко торые могут рассматриваться как имеющие неограниченный срок существования, биологические организмы имеют различную, но ограниченную продолжительность жизни.

Слово «организм» используется не только по отношению к живым существам. Второе определение организма - «по структуре и функциям что-либо аналогичное живому существу». Следовательно, можно говорить о «социальных организмах» и тому подобном. Но как насчет промышленной деятельности? Обладает ли она объектами, которые удовлетворяют данному определению? Чтобы это определить, давайте назовем «организмом» завод (включая его оборудование и рабочих) - и посмотрим, каковы его характеристики с точки зрения биологического организма.

1. Способен ли промышленный организм осуществлять независимые действия? Заводы (и их сотрудники), очевидно, предпринимают много в сущности независимых действий по своей инициативе: получают ресурсы, перерабатывают их и т.д.

2. Используют ли промышленные организмы энергию и материальные ресурсы и выбрасывают ли лишнее тепло и остатки материалов? Промышленные организмы тратят энергию на переработку различных материалов в новые формы, пригодные для использования. Остатки энергии излучаются в окружающую среду, так же как и остатки материалов (твердые и жидкие отходы, выбросы газов и т.д.). По аналогии с промышленной экологией поток энергии в промышленном организме схематически предоставлен на рис. 4.2.

3. Способны ли промышленные организмы к воспроизводству себе подобных? Промышленный организм разрабатывается и создается не для целей воспроизводства, но для создания «нeорганизменного» продукта (например, карандаша). Вообще говоря, новыe промышленные организмы (заводы) создаются подрядчиками, чья работа - строить какой-либо завод в соответствии с требуемыми спецификациями, а не создавать повторения уже существующих заводов. Если воспроизводство определяется как создание пo существу точных копий существующих организмов, то промышленные организмы не удовлетворяют этому определению. Если допускается существенная модификация, мы можем признать, что копии или подобия организма, без сомнения, создаются: Однако воспроизводство промышленных организмов является не функцией каждого отдельного организма самого по себе, а функцией специализированных внешних агентов.

4. Реагируют ли промышленные организмы на внешние воздействия? Промышленные организмы быстро реагируют на такие внешние факторы, как доступность ресурсов; потенциальные покупатели, цены, и так далее.

5. Проходит ли промышленный организм некоторые стадии роста? Здесь аналогия немного натянута. Хотя лишь некоторые заводы не изменяются на протяжении своего существования, они не следуют систематической и предсказуемой последовательности этапов жизни биологических организмов.

6. Имеет ли промышленный организм 'конечную «продолжительность жизни»? Это свойство, без сомнения, наблюдается.

Таким образом, завод, по-видимому, можно рассматривать как промышленный организм, поскольку он использует энергию и трансформирует вещество в точности так, как это делает биологический организм. Склад же, который накапливает вещество, но не трансформирует его, - это не организм, точно так же, как почва содержит нитраты, которые организм переработал из атмосферного азота, но сама их не перерабатывает.

Концепция промышленного организма может быть расширена в направлении, которое представляется полезным даже если все указанные выше условия не выполняются. Разумеется, определение биологического организма - «животное или растение, внyтpеннe организованное для поддержания жизни» - требует, по-видимому, только двух условий: организм-кандидат не должен быть пассивным (как осадочная скала или чашка кофе) и должен использовать ресурсы на протяжении своей жизни (как это делает цветок или завод по производству стиральных машин). Таким образом, организмы могут создавать другие организмы (барсуки производят маленьких барсуков, заводы производят стиральные машины) и/или неорганизменные продукты (барсуки производят шарики фекалий, заводы производят шламы). Ключевым признаком организма, биологического или промышленного, является то, что он участвует в утилизации ресурсов после, как и во время производства.

Для оценки организмов и их взаимодействий биологи используют несколько мер эффективности использования ресурсов. Наиболее распространены следующие:

Эффективность усвоения = Усвоение/Поглощение;

Валовая эффективность производства = Производство/ Поглощение

Чистая эффективность производства = Производство/ Усвоение

Эти показатели эффективности обычно вычисляются для отдельного организма или группы подобных организмов. Такие же показатели эффективности могут быть вычислены для промышленных организмов, но ситуацию усложняет то, что промышленные организмы едва ли оказываются идентичными по мощности, возрасту и типу оборудования или другим характеристикам. Показатели эффективности промышленного использования ресурсов, таким образом, подходят лучше всего для сравнения только очень схожих предприятий или анализа работы отдельного предприятия во времени.

3. ПИЩЕВЫЕ ЦЕПИ: СЕТИ ПЕРЕНОСА ПИТАТЕЛЬНЫХ

ВЕЩЕСТВ И ЭНЕРГИИ

Все организмы должны потреблять ресурсы для того чтобыжить и осуществлять свои ежедневные функции. Передача этих ресурсов (питательных веществ и воплощенной энергии, которую они содержат) от одного организма к другому и т.д. формиpyeт пuщевую цепь (tood chaiп). Основные этапы в цепи называются трофuческuмu уровнямu (trорhiс levels) - от греческою слова, обозначающего пищу).Первый из традиционных трофических уровней в биоэкологии - это уровень первичных производителей (например, растений), которые используют энергию и основные питательные вещества для производства материалов, пригодных к использованию на более высоких трофических уровнях (семена, листья и т.п.). Несколько следующих трофических уровней состоят из травоядных, плотоядных и разлагающих органические остатки организмов (они получают остатки от какиx-либo других трофических уровней и регенерируют из них вещества, которые могут использоваться первичными продуцентaми). Таким образом, существует четыре типа трофических уровней: (1) добывающие; (2) продуценты, (3) консументы (часто на нескольких уровнях) и (4) разлагающие (сапрофиты). В рамках трофических уровней иногда необходимо различать гильдии (guilds), которые представляют собой группы организмов, имеющие, общие методы, расселение и практику поиска пропитания.

На рис. 4.3 показана упрощенная морская пищевая цепь. В дополнение, к доминирующим участникам трофических уровней включен «добытчик», поскольку минеральные вещества, полученные из неорганических резервуаров, необходимы для жизни. Обратите внимание, что пищевая цепь не является полностью последовательной: например, «разлагающие» получают продукты для жизнедеятельности с разных трофических уровней. Бактерии работают как «добытчики» и как «разлагающие» oдновременно, получая углерод в результате одной деятельности и минералы в результате другой. Всеядные (питающиеся более чем на одном трофическом уровне) распространены в природе, но осложняют диаграмму пищевой цепи, не добавляя концептуального понимания, поэтому они не включены в диаграмму.

На рис. 4.4 представлена упрощенная промышленная пищевая цепь, также не показывающая «всеядных». Оказывается, что биологические и промышленные трофические уровни могут быть описаны в сущности с использованием той же терминологии. Но наиболее интересны при сравнении двух диаграмм, возможно, не сходства, а различия.

1. Эквuвалентомразлагающих (сапрофuтов) бuоэкологuu в промышленной экологuu является «рецuклер» (recycler). В отличие от биологического сапрофита, который поставляет вещества пригодные для использования первичным производителем, рециклеры часто могут возвратить ресурсы на один трофический уровень выше, первичным потребителям. На практике, естественно, система редко организована подобным образом; многие рециклеры посылают промежуточные продукты тем же производителям первичной продукции и, таким образом, похожи, скорее, на биологических сапрофитов.

2. Пuщевая цеnь промышленной экологuu имеет дополнuтельное звено - демонтаж. Цель демонтажа - удерживать ресурсы на высших трофических уровнях, передавая как можно меньше их на рециклирование.

З. В общей бuологuческой пuщевой цепи теряется сравнuтельно мало ресурсов, но в промышленной пищевой цепи их теряется много. Как следствие, промышленная экосистема должна извлекать значительную часть своих ресурсов извне, а биологическая - только небольшую долю.

Небольшое размышление над этими схемами позволяет заметить и некоторые другие различия между биологическими и промышленными экосистемами.

1. Скорость адаптации к uзменениям. Рассмотрим, что происходит, если из-за болезни в биоэкологии или регулирующего запрета в промышленной экологии обеспечение питательными веществами промежуточного трофического уровня ограничено или подорвано. Промышленный организм, на который оказывается воздействие, может, по всей вероятности, быстро разработать альтернативный способ обеспечения питательными веществами, возможно, с помощью разработки иного процесса или продукта или путем перегoворов с новыми поставщиками. Биологические виды могут делать то же самое, но, скорее, в течение десятилeтий и ты сячелетий, чем дней и недель.

2. Реакция на возросшую потребность в ресурсах. Предположим, какой-либо вид на промежуточном трофическом уровне находит условия, благоприятные для размножения (из-за отсутствия конкуренции, например), при том, что доступны подходящие питательные, вещества. В случае промышленной экологии более интенсивная, работа добывающей отрасли и первичныx производителей, как правило, может обеспечить потребность в необходимыx материалах, возможно, с временным лагом от нескольких дней дo нескольких лет. В случае биоэкологии существует вecьмa небольшая системная способность для значительного увеличeния потока питательных веществ, и вероятным результатом может стать то, что среднего индивидуального роста и/или роста популяции, не происходит или происходит за счет других видов на тех же трофических уровнях.

3. Подход к uнuцuативе. Биологические организмы являются экспертами по деятельности в окружающей их среде. В противоположность этому промышленные организмы борются за то, чтобы определить окружающую их среду. Биологические экосистемы являются респондентами, а системы промышленной экологии - инициаторами.

Концепцию экосистемы (экологической единицы и ее физического окружения) можно обобщить, опираясь на наше обсуждение трофических уровней. Строго говоря, только первоначальный пользователь добытых материалов является несомненным первичным производителем, но организмы многих трофических уровней являются потребителями, и многие организмы функционируют на разных трофических уровнях. В биологических системах, например, деревья используют питательные вещества для производства орехов, которые eдят белки, а ресурсы орехов (среди прочего) испoльзуются на производство бельчат. Некоторые из этих детенышей становятся пищей для добывающих пропитание млекопитающих и птиц. Белка, таким образом, - одновременно жертва и хищник, вторичный производитель и потребитель. Похожая ситуация существует и в промышленности, где завод, выcтyпающий в роли потребителя может получать жесткие диски, корпус и клавиатуру как потребитель и собирать компьютеры как вторичный производитель.

Как и в случае отдельных организмов, пищевые цепи могут изучаться с помощью моделей энергетических потоков. Клaссическая биоэкологическая версия показана на рис. 4.5. Энергия поступает в систему от внешнего источника (солнца) только на уровне автотрофов (autotrophs) - техорганизмов, которые способны ассимилировать энергию из неорганических соединений. Оставшиеся уровни образуют гетеротрофы (heterotrophs), которые используют неорганический материал более низких трофических уровней как источники энергии и питательных веществ. При передаче от одного трофического уровня к следующему энергия уменьшается в результате дыхания и неполного использования продуктов питания. Исследования многих природных систем показали, что эффективностъ ассимиляции растет на более высоких трофических уровнях (т.e. меньше поступающей энергии остается неиспользованной), но как чистая, так и валовая эффективность производства уменьшаются вследствие требований дыхания организмов, функционирующих при все более высоких темпах метаболизма.

Версия пищевой цепи в промышленной экологии показана на рис. 4.6. Существует одно важное различие между этим pисунком и рис.4.5. На первом внешняя энергия, служит pecypcом на всех трофических уровнях, а не, только самом, раннем. Эта энергия, в основном от сжигания ископаемого топлива, но также и атомная энергия и энергия различных возобновляемых ресурсов, переворачивает тенденцию потока энергии в биоэкологии так, что в промышленной экологии обычно Р_п ….>Р_З>Р₂>Р_l. В биоэкологии автотрофы обеспечивают энергией и питательными веществами всю пищевую цепь. В промышленной экологии мы обычно находим три типа аквuротрофов (acquirotrophs) (acquire - «приобретать, добывать» - пpuм. перев.): (1) таких, как горнодобывающие компании, которые добывают металлические руды и другие полезные материалы для начала цепи питания; (2) таких, как нефтедобывающие компании, добывающие энергоресурсы, которые могут быть доставлены в любую точку цепи; (3) рециклеры, такие, как продавцы лома, кoтopые поставляют использованные в прошлом материалы в различные места цепи питания. Эта ситуация означает, что агенты на более высоких трофических уровнях - трансформотрофы (traпsforтotrophs) работают как реципиенты ресурсов трех дополняющих друг друга пищевых цепей, а не одной. Kpoмe того, разнообразие их потребностей в питании гораздо больше, чем биологических гeтeротрофов.

На вершине пищевой цепи, находится «высший хищник» - человек, который употребляет (eтploys) продукты для различных целей, но не трансформирует их; мы будем называть его uмплоuотроф (eтployotroph).

№ 7 «Промышленные экосистемы»

1. КОНЦЕПЦИЯ ЭКОСИСТЕМЫ

В предыдущей главе мы исследовали отношение биоэкологии к технологии с точки зрения организмов (производственных предприятий) и популяций (семейств продуктов). Мы продемонстрировали, что инструменты биоэкологии (БЭ) могут помочь промышленной экологии (ПЭ) в таких областях, как изучение использования ресурсов, эффективность производства и продуктовый синергизм. Центром внимания был отдельный организм или грyппа организмов.

Следующий иерархический уровень, который необходимо рассмотреть - экосистема. В БЭ экосистема состоит из взаимодействующих частей физического и биологического миров. По аналогии промышленная экосистема состоит из взаимодействующих частей технологического и нетехнологического миров. Взаимодействие между компанией экосистемы обычно включает перенос ресурсов, часто способами или путями, которые нельзя было бы ожидать интуитивно. Такая структура строится на понятии пищевой цепи.

Пищевые цепи подразумевают линейный поток ресурсов от одного трофического уровня к следующему. В такой конструкции взаимодействия между видами просты. Однако никакая система потоков ресурсов в БЭ не следует этой простой структуре; они гораздо больше напоминают сетевую структур. Здесь виды на одном трофическом уровне питаются несколькими видами на следующем, более низком уровне и широко распространена всеядность. Наконец, полностью определенная пищевая сеть может продемонстрировать различные особенности: множество трофических уровней, хищничество и всеядность.

Анализ пищевой сети имеет две важные цели: изучить потоки ресурсов в экосистемах и проанализировать экосистемы с точки зрения динамических взаимодействий. Поэтому создание диаграммы пищевой сети - это прелюдия к определению возможностей рассматриваемого ресурса. По сути определяются организмы, им, приписываются трофические уровни и устанавливается их взаимодействие. Затем изображается пищевая сеть и анализирyются потоки ресурсов и устойчивость.

В БЭ многие (но определенно не все) пищевые сети имеют большое кoличecтвo первичных производителей, меньше потребителей и совсем немного высших хищников. Всеядные в этих системах могут быть редки, в то время как редуценты находятся в изобилии. Модели пищевых сетей обеспечили потенциальнyю основу для плодотворного анализа потоков ресурсов как в БЭ, так и в ПЭ. Сложности возникают, однако, когда пытаются количественно определить потоки ресурсов и подвергнуть структуру сети и свойства стабильности математическому анализу. Оказывается, что многие из необходимых данных трудно выявить с определенностью, особенно в том, что касается организмов, которые функционируют более чем на одном трофическом уровне. Это свойство создает не основную сложность исследований потоков русурсов, но оно серьезно усложняет анализ стабильности. Утверждение, что более сложные системы являются более стабильными – поскольку разрушение одного, вида или путей потоков просто переводит энергию и ресурсы на другие пути, а не блокирует путь для всего потока энергии или ресурсов – пока горячо обсуждается.

Исследования пищевых сетей в БЭ часто концентрировалось вокруг вопроса: как отреагирует экосистема на воздействие определенного типа и силы? Воздействием может быть заражение паразитами, потеря обычного источника питания или природный катаклизм. Некоторые считают, что экосистема с умеренной частотами и интенсивностью нарушений может быть наиболее стабильной; это мнение вполне соответствует тому, что мы знаем о промышленных экосистемах.

Пищевые цепи формируются как своевременные ответы на локальную доступность и желательность ресурсов.

2. ПРОМЫШЛЕННЫЙ СИМБИОЗ

Симбиоз в биологической экологии (БЭ) встречается нередко. Это тесная ассоциация двух видов ради выгоды либо одного из них (паразитический симбиоз) либо для обоих (взаимозависимый симбиоз). Симбиоз БЭ обычно включает долгий период совместного развития. Эта концепция может быть применена также и к технологическим системам, но разница заключается в том, что симбиоз в ПЭ может возникнуть спонтанно или может быть запланирован. Планируемый промышленный симбиоз, по-видимому, подает надежды развивающимся промышленным экосистемам, которые в экологическом плане значительно превосходят незапланированные.

Мэриан Чертоу (Marian Chertow) из Уаlе University назвала такие системы «экоиндустриальными парками» (eco-iпdustrial parks, ElP) и подразделяет их на пять типов, описанных ниже.

1. EIP l-го типа: обмен отходами.

В этих ситуациях восстановленные материалы отдаются безвозмездно или продаются другим организациям. Некоторые из обменов носят неформальный или случайный характер, в то время как другие совершаются через сети обмена отходами. Распространенный пример – пункт приема автомобильного лома, где восстанавливаются и продаются автодетали, готовятся металлический корпус и шасси для рециклирования. Однако эти взаимодействия в сущности не запланированы, так что обмена ресурсами недостаточно для того, чтобы считать EIP l-го типа примерами промышленного симбиоза.

2. EIP 2-го типа: в рамках предприятия, фирмы или организации.

Здесь материалами или продуктами обмениваются в границах отдельной организации, но между различными организационными подразделениями. Это распространенный подход к проектированию, например, нефтехимических комплексов, где побочный продукт одного химического процесса служит сырьем другого.

3. EIР 3-го типа: между расположенными рядом фирмами в определенной промышленной зоне. Организации, расположенные близко друг к другу, возможно, в промышленном парке, организуются так, чтобы обмениваться энергией, водой и материалами. Пример такой системы – Моnfоrt Воуs Town в Суве, Фиджи (рис. 22.3). Здесь отходы пивоварения обеспечивают создание, EIР, включающего выращивание грибов, разведение свиней и рыбы и овощное хозяйство.

4. EIP 4-го типа: между организациями, не расположенными в непосредственной близости.

Примером системы 4-го типа может cлужить Калундборг (Kalиndborg), Дaния, в котором несколько фирм в радиусе 3 км обмениваются паром, теплом, золой, серой и рядом других ресурсов (рис. 22.4). Не сформированный как EIP, Калундборг стал им, образовав ряд «зеленых объединений», каждое из которых было экономически выгодным.

5. EIP 5-го типа: между фирмами, организованными в регионе. В принципе сюда можно включить любые или все типы EIP, описанные выше. Чтобы EIP 5-го типа был успешным, а ни один пока не был реализован, возможно, потребуется активная управленческая организация для определения дополнительных возможностей объединения и вовлечения потенциальных промышленных партнеров.

Как можно видеть, направления типологии EIP эволюционны, не статичны Например простые системы 1- го типа могут со временем стать системами 4-го или 5-го типа. Разумеется, EIP могyт быть разработаны сознательно, часто вокруг ключевого арендатора (например, электростанции), который мoжeт быстро начать процесс обмена ресурсами со многими потенциальными промышленными партнерами.

3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА

СИМБИОТИЧЕСКИХ ПРОМЫШЛЕННЫХ ЭКОСИСТЕМ

Как можно разработать эффективную промышленную экосистему? Кажется очевидным, что в такой системе должно быть широкое отраслевое и пространственное распределение участников, она должна быть гибкой и инновационной. Вероятно, будут включены некоторые типы EIР. Эта концепция показана на рис. 22:5. Система иллюстрирует компоненты 3-го, 4-го и 5-го типов и вероятно, что в такой системе будут также происходить взаимодействия l-го и, возможно, 2-го типа.

Ключом для эффективного широкомасштабного EIPслужит высокая степень синергии между входными и выходными потоками ресурсов. БЭ полезна здесь в обеспечении некоторых статистик для анализа пищевых сетей. Простейшая – богатство видов (S): число различных типов организмов, содержащихся внутри системы. Вторая - связанность (С), полyченная в результате построения матрицы сообщества, как показано в табл. 22.1 для сети рис. 22.1,b. В таблице единица соответствует каждому потребителю, который получает ресурсы от данного производителя. Если передачи ресурсов не происходит; ставится нуль.

Затем вычисляется С по формуле

С = 2L/(S[S-1]), (22:1)

где L – число ненулевых коэффициентов взаимодействий в матрице сообщества. Для экосистем на рис. 22.lb S=6; С = 16/30= 0,53.'

Лишь несколько, промышленных пищевых сетей были проанализированы этим способом. Когда у этих сетей и 16 других была вычислена связанность, оказалось, что их, среднее очень близко к показателю для биологических систем. Этот результат удивляет; поскольку по ряду причин можно было бы ожидать, что С_IE< С_ВЕ:

промышленные экосистемы находятся на боле ранних этапах эволюции, чем биологические, и с развитием экосистемы связанность обычно растет;

организмы БЭ обмениваются органическими веществами в приблизительно одинаковой химической форме. Однако организмы ПЭ имеют более широкие особенности питания - некоторым нужны нефтепродукты, некоторым - метaллы, некоторым продукты деревообработки. В такой системе несовпадение между исходящими потоками и потребностями в pecypcах действуют против высокой связанности.

Анализ большого числа промышленных пищевых сетей может таким образом, выявить характеристики, не показанные в других подходах. В проекте экосистемы на рис. 22.5, например сетевой анализ может отразить отсутствующий сектор или тип промышленной деятельности, который способен увеличить связанность. И наоборот, такие исследования могли бы помочь рассмотреть вопрос, который остается так же сложен для БЭ, как и для ПЭ: какова будет реакция конкретной экосистемы на конкретный тип возмущения? Эти темы дают богатую область для детальных исследований.

4.ПОТОК PEСУРСОВ В ПРОМЫШЛЕННЫХ ЭКОСИСТЕМАХ

Поток питательных веществ и энергии в отдельных организмах, как биологических, так и промышленных, был описан в гл. 4. Во многом подобным образом можно изучить потоки для целых экосистем. Версия БЭ показана на рис. 22.7,а. Здесь в системе 11 типа питательные вещества в значительной степени рециклируются, но поток энергии строго линеен. Система стабильна во времени, поскольку на временных шкалах сотен миллионов лет источник энергии - Солнце - неисчерпаем.

Диаграмма потока ресурсов для современной промышленной экосистемы II типа показана на рис. 22.7,b. Два различия между этой системой и системой на рис. 22.7,а очевидны: система ПЭ одновременно линейна как по энергии, так и по питательным веществам, и энергия поступает на уровень как экстрактотрофа, так и трансформотрофа. Система неустойчива во времени по двум причинам: (1) у нее в конечном итоге закончатся ресурсы первичных материалов и (2) в ней в конечном итоге закончится энергия, поскольку ее источники энергии в основном невосстановимые. Чтобы достичь полной устойчивости, промышленные экосистемы должны решить первую проблему путем полного рециклирования питательных веществ, а вторую – используя только возобновимую энергию; результатом была бы диаграмма на рис. 22.7,с. Роберт Фрош (Robert Frosch) предполагает, что наиболее важные компоненты реализуемости этого рециклирования - технология демонтажа возможность разбирать продукты на части разными способами) и «неэнтропийная» технология; оба эти компонента серьезно не доработаны. В результате полностью реализуемая промышленная система ПI типа нереальна в настоящий момент, но это привлекательная цель, к которой следует стремиться.

5. 3АКОНОМЕРНОСТИ И МАСШТАБ

В ПРОМЫШЛЕННЫХ ЭКОСИСТЕМАХ

Сразу же становится очевидным, что природный мир пространственно неоднороден. Различные места обитания - берега рек, леса, поля поддерживают экосистемы различного богатства, связаннocти и функциональности, даже при похожих климатических условиях. Такая реализация формирует основу для экологии ландшафтов, развивающейся области в рамках БЭ. Ясно, что экология ландшафтов также должна сыграть свою роль и в ПЭ.

Как и живой природе, технология, население и воздействия на окружающую среду неоднородны. Один очевидный пример: - существование городов и связь городских территорий с ПЭ все еще плохо изучена. Ее важность также растет с ростом урбанизации.

В плотно населенный регион ресурсы текут высокими темпами. В развитых странах поток ресурсов на душу населения достигает 50 кг в день. Большие города, включая пригороды с населением 10 млн. человек, таким образом, имеют дело с входящим потоком около 500000 т «всякой epyнды» в день, исключая воду и воздух. Входящие потоки крайне разнообразны, так же как и их источники: яблоки из Новой Зеландии, одежда из Центральной Америки, автомобили из Германии, сталь, из Китая. От 50 до 60% этого потока, в основном пища и ископаемое топливо, проходит сквозь систему как продукт относительно легко. Продукт не возвращается в свои источники, но имеет тенденцию захораниваться на свалках или спускаться в резервуары пресной воды рядом с городом-гигантом. Крупные урбанизированные территории сильные аттрактанты, но слабые диспергенты.

Каковы воздействия городских потоков ресурсов? Исторически их пространственная концентрация была в основном нежелательной; что можно видеть, например, из образования фотохимического смога в Лос-Анджелесе, хотя одинаковое распределение плотности населения во всем штате, возможно, в итоге и не было бы лyчше для окружающей среды, оно только было бы другим. Тем не менее, можно представить, что повторное использование ресурсов было бы обеспечено, или усилено в городах, так что, словами Джейн Джейкобс (Jahe Jacobs), «самые крупные, наиболее процветающие города будут богатейшими, наиболее легко разрабатываемыми и наименее истощимыми рудниками».

В качестве примера рассмотрим современное использование серебра. Около половины его используется в фотографии, и 40% этого объема - в производстве рентгеновских снимков. Исследования показали, что рентгеновская пленка сохраняет большую долю этого серебра и после проявления. Другими словами, арxивы рентгеновских снимков в офисе дантиста или рентгенолога – это серебряные копи! Более того, современная компьютерная технология позволяет сканировать и сохранять в электронном виде информацию, хранящуюся на пленке. Таким образом, если у поставщиков по какой-либо причине закончится серебро, урбанистические районы могут служить альтернативными источниками.

Eстественно, офисы рентгенологов и дантистов распределены в пространстве неравномерно; они имеют тенденцию концентрироваться вокруг крупных медицинских комплексов. Becьмa вероятно, что для «городского горняка» в Бостоне эти комплексы - богатейшие артерии серебра.

6. ПОЛЕЗНОСТЬ СМЕШАННЫХ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ПОДХОДОВ

В БЭ и ПЭ можно использовать общие инструменты и концепции. По крайней мере ПЭ может извлечь пользу.из следующего.

· Подходы БЭ к пищевым сетям помогают понять структуру и функционирование промышленных экосистем.

• Анализ пищевых сетей помогает в идентификации отсутствующих видов или трофических уровней в промышленной экосистеме.
• Экосистемные инструменты помогают в концептуализации и понимании использования ресурсов, задержек времени, потенциала использования ресурсов и пространственных закономерностей ПЭ.

Промышленнaя экология может также быть полезной биологически, в особенности в обеспечении информацией по воздействиям на экосистемы. По мере поступления информации пространственно определенных потоках отходов ПЭ, об их химической природе и количестве реакцию биологических систем на технологические воздействия можно будет определять более точно и перспективно.