材料生態(tài)設計

第三章材料的生態(tài)設計

EcodesignofMaterials生態(tài)概念和可持續(xù)發(fā)展生態(tài)設計的概念材料流理論、資源效率及其綜合利用生態(tài)設計的原則、戰(zhàn)略、內容及方法一種設計什么是生態(tài)？生態(tài)（Eco-）一詞源于古希臘字，意思是指“家”(house)或者我們的環(huán)境。簡單的說，生態(tài)就是指一切生物的生存狀態(tài)，以及它們之間和它們與環(huán)境之間環(huán)環(huán)相扣的關系。生態(tài)的產(chǎn)生最早也是從研究生物個體而開始的，“生態(tài)”一詞涉及的范疇也越來越廣，人們常常用“生態(tài)”來定義許多美好的事物，如健康的、美的、和諧的等事物均可冠以“生態(tài)”修飾。1866年德國動物學家赫克爾(ErnstHeinrichHaeckel)初次把生態(tài)學定義為“研究動物與其有機及無機環(huán)境之間相互關系的科學”，特別是動物與其他生物之間的有益和有害關系。

1989年美國通用公司的研究部副總裁RobertFrosch和負責發(fā)動機研究的NicolasGallopoulos在《科學美國人》雜志上發(fā)表題為《可持續(xù)工業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略》的文章正式提出了工業(yè)生態(tài)學的概念。

工業(yè)生態(tài)學把整個工業(yè)系統(tǒng)作為一個生態(tài)系統(tǒng)來看待，認為工業(yè)系統(tǒng)中的物質、能源和信息的流動與儲存不是孤立的簡單疊加關系，而是可以像在自然生態(tài)系統(tǒng)中那樣循環(huán)運行，它們之間相互依賴、相互作用、相互影響，形成復雜的、相互連接的網(wǎng)絡系統(tǒng)。

工業(yè)生態(tài)學的目標是通過分析自然界的生物循環(huán)系統(tǒng)，將生物圈的循環(huán)原理用于工業(yè)過程，把現(xiàn)有的工業(yè)體系通過工業(yè)生態(tài)學的途徑，轉化為可持續(xù)發(fā)展的體系，最終實現(xiàn)人類社會的可持續(xù)發(fā)展。3.1

可持續(xù)發(fā)展原理面對資源、能源的加速消耗和生態(tài)環(huán)境的持續(xù)破壞，在新世紀人類的生存和發(fā)展遭到前所未有的嚴重威脅和挑戰(zhàn)，迫使人們進行反思，調整高消耗、高污染的粗放型發(fā)展模式，代之以人與自然和諧的可持續(xù)發(fā)展模式?？沙掷m(xù)發(fā)展(SustainableDevelopment)

是八十年代提出的一個新概念。１９８７年世界環(huán)境與發(fā)展委員會在《我們共同的未來》報告中第一次闡述了可持續(xù)發(fā)展的概念，得到了國際社會的廣泛共識.“既滿足當代人的需要，又不對后代人滿足其需要能力構成危害的發(fā)展”。江澤民同志指出：“決不能吃祖宗飯，斷子孫路”。

可持續(xù)發(fā)展的核心是發(fā)展，但要求在嚴格控制人口、提高人口素質和保護環(huán)境、資源永續(xù)利用的前提下進行經(jīng)濟和社會的發(fā)展?，F(xiàn)代設計:

通過技術設計、成本設計和生態(tài)設計，把性能、利潤和環(huán)境等目標融為一體，實現(xiàn)經(jīng)濟活動的可持續(xù)發(fā)展，最終實現(xiàn)人類社會的可持續(xù)發(fā)展。性能生態(tài)設計利潤環(huán)境成本設計技術設計可持續(xù)發(fā)展的產(chǎn)品和工藝

影響材料的可持續(xù)發(fā)展有許多因素，主要有材料的環(huán)境影響評價，投入的資源和能源利用效率、工藝過程的環(huán)境負擔性以及產(chǎn)品的環(huán)境設計等。

山本良一：設計+LCA生態(tài)設計＝設計：先進性環(huán)境協(xié)調性經(jīng)濟性舒適性LCA：環(huán)境負荷＋生態(tài)設計的目標就是在材料和產(chǎn)品的設計階段就考慮到降低生命周期中的每個過程的綜合環(huán)境負荷。設計者根據(jù)產(chǎn)品的特性，通過LCA預測其環(huán)境負荷并力求實現(xiàn)最小的環(huán)境負荷。

可見，LCA的方法為產(chǎn)品的生態(tài)設計提供了有用的工具，產(chǎn)品的生態(tài)設計也是LCA思想原則的具體實踐。3.2

生態(tài)設計的概念對材料產(chǎn)品而言，先進性是要充分發(fā)揮材料的優(yōu)異性能，滿足各行各業(yè)對材料產(chǎn)品的要求；經(jīng)濟性即考慮材料產(chǎn)品的成本，能夠保證制造商的利潤，維持經(jīng)濟活動的運轉；協(xié)調性就是要保證在材料的生產(chǎn)和使用過程中與環(huán)境盡可能協(xié)調，維持生物圈循環(huán)過程的平衡；舒適性是指材料產(chǎn)品能夠提高生活質量，使人類生活環(huán)境更加舒適。

生態(tài)設計是在產(chǎn)品的生命周期內，著重考慮產(chǎn)品的環(huán)境性能，在滿足環(huán)境目標要求的同時，保證產(chǎn)品應有的功能、質量和使用壽命等的設計。廣義上講，生態(tài)設計是指任何與生態(tài)過程相協(xié)調，盡量使其對環(huán)境的破壞影響達到最小的設計形式。這種協(xié)調意味著設計尊重生物多樣性，減少對資源的剝奪，保持營養(yǎng)和水循環(huán)，維持植物生境和動物棲息地的質量，以有幫助改善人居環(huán)境及生態(tài)系統(tǒng)的健康。不僅涉及產(chǎn)品，還包括原材料、生產(chǎn)過程、產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)、景觀和建筑等。生態(tài)設計的定義：生態(tài)設計是面向產(chǎn)品的整個生命周期，是“從搖籃到再生”的系統(tǒng)設計，是從根本上防止環(huán)境污染、節(jié)約資源和能源的一種重要的系統(tǒng)過程。生態(tài)設計的關鍵在于如何把環(huán)境意識貫穿或滲透于產(chǎn)品和生產(chǎn)工藝的設計之中。設計師必須考慮到產(chǎn)品在其生命周期中的全部環(huán)境屬性，而這種考慮或許是決定產(chǎn)品成敗的關鍵。一是社會經(jīng)濟體制的重構或新的社會經(jīng)濟制度的建立，如施行循環(huán)再生、生態(tài)稅制改革，即實行資源消費稅，擴大生產(chǎn)者責任及實行排污市場管理等。其次，基于市場機制的環(huán)境標識所導致的綠色采購，推行綠色金融如綠色公債，或綠色儲蓄等，都會有助于推動產(chǎn)業(yè)向可持續(xù)發(fā)展的生產(chǎn)方向邁進。相關者協(xié)作：生態(tài)設計是基于產(chǎn)品生命周期鏈的設計方法，在設計過程中，需要各利益相關者共同參與及協(xié)作，這些利益相關者包括：生產(chǎn)者、供應商、消費者、廢棄物管理者、資源回收者及政策制訂者。生態(tài)設計的驅動力：擴大了產(chǎn)品的壽命周期（從搖籃到重生）生態(tài)設計是并行閉環(huán)設計

傳統(tǒng)設計（串行開環(huán)設計過程）：

市場分析產(chǎn)品設計生產(chǎn)制造

銷售使用產(chǎn)品廢棄生態(tài)設計有利于保護環(huán)境，維護生態(tài)系統(tǒng)平衡生態(tài)設計可以防止地球上礦物資源枯竭生態(tài)設計的結果是減少了廢棄物數(shù)量及其處理的棘手問題（將廢棄物的產(chǎn)生消滅在萌芽狀態(tài)）生態(tài)設計的特點：產(chǎn)品生產(chǎn)者產(chǎn)品消費者廢棄物回收、處理閉路循環(huán)

從搖籃到墳墓（傳統(tǒng)的產(chǎn)品生命周期）在一般意義上，資源是指人類可以直接從自然界獲得并用于生產(chǎn)和生活的物質。資源是自然環(huán)境的重要組成部分，通常又稱為自然資源。自然資源通常可以分為三大類，第一類稱為取之不盡的資源，如空氣、風、太陽能等；第二類稱為可再生的資源，如生物體、水、森林、草地、海洋、土壤等；第三類稱為非再生資源，如礦物、化石燃料等。無論是礦產(chǎn)能源還是礦產(chǎn)資源，都是材料生產(chǎn)和加工的源頭，與環(huán)境材料具有密不可分的關系。從生態(tài)環(huán)境的角度討論資源短缺，主要指非再生資源的儲量、供應與人類需求的矛盾。

3.3.1

材料生產(chǎn)的資源效率3.3材料流理論、材料生產(chǎn)的資源效率和綜合利用廣義上說，資源效率指在某一生產(chǎn)過程中所產(chǎn)出的有用產(chǎn)品占所投入原料總量的百分比。在材料的生態(tài)設計中，資源效率是必須考慮的一個方面。生產(chǎn)1t純金屬材料所消耗的資源及資源效率

資源效率:就材料的生產(chǎn)和使用而言，資源消耗是源頭，環(huán)境污染是末尾。材料生產(chǎn)過程的資源效率越低，最終造成的環(huán)境污染越重。3.3.2

材料流理論分析材料的資源效率，最有效的工具就是材料流分析方法。

材料流（Materialsflow），又稱物質流(Massflow)，也稱材料鏈(substancechain)。

材料流理論是指用數(shù)學物理方法對在工業(yè)生產(chǎn)過程中按照一定的生產(chǎn)工藝所投入的原材料的流動方向和數(shù)量的一種定量分析的理論。

主要用于研究、評價工業(yè)生產(chǎn)過程中所投入的原材料的資源效率，找出提高資源效率的途徑。典型的材料流循環(huán)過程示意圖自然界自然界8t鐵礦

1t鋼

0.7t金屬制品

0.5t成品

使用

自然界6.25％實際利用率（1）4倍因子理論

（Factor4）

是德國WUPPERTAL氣候、能源和環(huán)境研究所所長vonWeizsaecker

教授于90年代初首先提出來的。按1995年的數(shù)據(jù)，占全世界總人口20%的富人，每年消耗全世界82.7%的能源和資源；而80%的其他各階層人士，每年消耗的能源和資源僅占世界總消耗量的17.3%。為了既保持已有的高質量的生活，又努力消除貧富之間的差異，von

Weizsaecker

計算得出，若能通過采取技術措施，將現(xiàn)有的資源和能源效率提高4倍，才有可能達到上述的目標。這就是4倍因子理論提出的依據(jù)。

幾種代表性理論：17.30%人類只有一個地球，資源不能無限制提供，環(huán)境污染必須治理。F-4含義：在經(jīng)濟活動和生產(chǎn)過程中，通過采取各種技術措施，

將能源消耗、資源消耗降低一半，同時將生產(chǎn)效率提高一倍，將現(xiàn)有的資源和能源效率提高4倍.R——資源效率P——產(chǎn)品產(chǎn)出量I——原材料,能源投入量R＝＝

＝4PI20.5從資源效率角度減少了原材料消耗、增加產(chǎn)品的有效產(chǎn)出；從環(huán)境保護角度減少了污染物的排放，治標又治本。所以，提高資源效率是實現(xiàn)社會、經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的根本性措施。

Weizsaecker

教授的專著《4倍因子：半份消耗，倍數(shù)產(chǎn)出》

出版后僅幾個月，該書即被列為最佳暢銷書。

（2）10倍因子理論（Factor10）

由前德國WUPPERTAL氣候、能源和環(huán)境研究所副所長Schmidt-Bleek

教授于1994年率先提出的。與4倍因子理論類似，10倍因子理論的核心思想是：我們必須繼續(xù)減小全球的材料流量，在一代人之內將資源效率提高10倍，才能使發(fā)達國家保持現(xiàn)有的生活質量，逐步縮小國與國之間的貧富差距，且可以讓子孫后代能夠在這個星球上繼續(xù)生存。他認為，到2050年，地球上的人口將在現(xiàn)有的基數(shù)上增加1倍，即P等于2；同時，世界各國的國內生產(chǎn)總值屆時將增長3～6倍，取平均值為5；2乘以5等于10，由此，對環(huán)境的影響將增加10倍。為了保持現(xiàn)有的生態(tài)環(huán)境水平，我們必須通過提高資源效率來平衡和補償對環(huán)境的破壞。因此，必須將資源效率和能源效率提高10倍，才有可能真正實現(xiàn)社會、經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。

為了實現(xiàn)提高資源效率10倍的目標，Schmidt-Bleek

教授于1994年在法國創(chuàng)建了國際F-10俱樂部，旨在推行10倍因子理論和實踐。Schmidt-Bleek

教授于1994年還出版了一本書，名為《人類需要多大的世界》。在這本書中，他提出了MIPS（materialsinputperservice）的概念，即單位服務的材料消耗，為材料流理論提出了一個具體的評價指標，由此來定量計算資源效率。針對投入和產(chǎn)出的效率問題，極值理論指出：對一定的原材料投入，有效產(chǎn)品的產(chǎn)出率越高，廢棄物產(chǎn)生量就越小。從環(huán)境保護的角度看，就是要求最大的產(chǎn)出率和最小的廢物排放率。

式中：I—物質總投入量；

P—有用產(chǎn)品產(chǎn)出量；

W—廢物產(chǎn)出量。定義R=P/I

O=W/I

式中：R—資源效率，即有用產(chǎn)品產(chǎn)出量除以物質總投入量；

O—廢物產(chǎn)出率，即廢物產(chǎn)出量除以物質總投入量。

（3）極值理論通過材料流分析，了解物質和能源的走向，對最初和最終的物質總量進行極值分析，可使該經(jīng)濟活動的資源效率、環(huán)境污染狀況一目了然。因此，極值理論將資源和環(huán)境之間的關系進一步簡單化、定量化。而在應用極值理論時，對過程的材料流分析顯得必不可少。

獲得最小廢物產(chǎn)出率獲得最大資源效率顯然，在追求資源效率的過程中，材料流理論提供了定量分析的工具。

1991年德國全國材料流分析示意圖（單位：億噸）

1991年德國的材料流總量為57.54億t。其中不包括水量的取用，但在材料輸出中，僅揮發(fā)進入大氣的水蒸氣即達6.47億t。另外，1991

年德國從大氣中取用的材料量低于向大氣中排放的材料量，且取用的是無污染物，而排放的主要是污染物。再有，從材料流分析的數(shù)據(jù)可見，德國每年產(chǎn)生的固態(tài)廢棄物的數(shù)量也是驚人的。

3.3.3

資源的綜合利用:關于資源的有效利用，從技術方面來考慮，主要包括以下幾個方面：首先是節(jié)約自然資源，提高單位資源利用的效率。其次是發(fā)展替代資源，包括生產(chǎn)中的替代和消費中的替代，需能保證產(chǎn)品的用途和質量等不受影響。第三是延長產(chǎn)品的生命周期，使用壽命的延長，意味著同

種產(chǎn)品的原材料消耗降低，產(chǎn)生的廢物減少。

一次資源的綜合利用將某一生產(chǎn)過程中排出的廢棄物直接作為下一生產(chǎn)過程的原料而加以利用稱為一次資源的綜合利用。從材料與環(huán)境的角度看，我國目前的一次資源綜合利用

主要集中在3個方面，即礦業(yè)廢棄物的綜合利用、冶金廢棄物的綜合利用和化工廢棄物的綜合利用。

礦業(yè)廢棄物綜合利用的典型示例

二次資源的綜合利用所謂二次資源綜合利用是指將某種廢物經(jīng)過加工處理使其重新變?yōu)橘Y源的過程，也稱為廢棄資源的再生利用。通過二次資源的綜合利用，使物質的生產(chǎn)真正實現(xiàn)生產(chǎn)、消費、廢物排放、加工處理、再回到生產(chǎn)的完全循環(huán)過程。與一次資源綜合利用不同的是，二次資源利用是將已排放進入環(huán)境成為污染物的物質進行加工、處理，使之再次成為原料，其意義、技術、成本等與一次資源綜合利用有本質的區(qū)別。從技術上分，二次資源綜合利用可分為物理法、化學法、生物法等。物理法包括收集、運輸、分選、破碎、精制等技術過程。成本較低，但所用物料再循環(huán)利用時性能下降，品質變差?；瘜W法主要有熱分解、燃燒發(fā)電等處理過程。如利用廢舊塑料生產(chǎn)汽油及垃圾發(fā)電等。(改變廢物性質)生物法主要是利用發(fā)酵過程對廢棄物進行生物處理后進行再生利用。如通過生物處理技術對生活廢棄物進行處理，培植食用菌和蘑菇。

除資源回收利用外，某些含碳固體廢棄物還可進行能源回收利用。一些高分子廢棄物燃燒時，發(fā)熱量達33～42MJ/kg，甚至比煤高。

3.4

生態(tài)設計的基本原則和戰(zhàn)略設法使趨于P最大，I與C趨于最小就可以實現(xiàn)生態(tài)設計－－生態(tài)設計的基礎PerformanceCostImpact環(huán)境效益＝P/I產(chǎn)品價值＝P/C商品價值＝P/IC（*生態(tài)設計產(chǎn)品綜合價值指標）PerformanceCostImpact產(chǎn)品各種性能權重之總和（比強度、耐腐蝕…..）生命周期成本＝生命全程中各種成本權重總和（原材料成本、制造成本、循環(huán)再生成本…..）生命周期環(huán)境影響＝生命全程中各種環(huán)境影響權重總和（溫室效應、臭氧層破壞、酸化、資源枯竭…..）產(chǎn)品價值經(jīng)濟價值環(huán)境價值產(chǎn)品綜合價值指標生態(tài)設計三要素和生態(tài)設計的基本原則使用資源豐富的材料，有效利用可再生資源；認識到存在并隱含于資源中的物質流問題，設法使用物質集約度更低的物品；選擇材料環(huán)境影響值更低的物品；要求產(chǎn)品具有長壽命；對于在使用狀態(tài)下環(huán)境負荷大的產(chǎn)品（家電、汽車、建筑物等）要力求采取徹底減輕環(huán)境負荷的措施；盡可能不用有毒物質或者采取替代措施，在不得已而用的情況下要做到完全循環(huán)再生。生態(tài)設計的戰(zhàn)略生態(tài)設計是為了提高環(huán)境效率，即為了提高性能P與環(huán)境影響I之比P/I而進行的設計。顯然，可以通過減小環(huán)境影響和提高利用效率兩種途徑來實現(xiàn)。首先，是如何減小對環(huán)境造成的影響的問題

必須使用環(huán)境影響小的材料；同時要設法降低物質集約度；采用環(huán)境效率高的生產(chǎn)技術和物流系統(tǒng)也是必要的；減少使用時的環(huán)境影響；并將使用后的循環(huán)再生率和再利用率最大化；

最終還必須減少對人類健康和環(huán)境的潛在危害。

其次，是如何提高利用效率的問題

需要采用結實耐用、長壽命且易于修理的設計。既要做到功能可以擴展，又要求易于再利用。設計時密切結合人們的心理需求，即要使產(chǎn)品漂亮的外觀與功能都不能隨時間變化而喪失。

根據(jù)上述要求生態(tài)設計有兩種類型：現(xiàn)有材料生態(tài)化的再設計和新型生態(tài)材料的生態(tài)設計。3.5

生態(tài)設計的主要內容原材料的生態(tài)設計產(chǎn)品的生態(tài)設計生產(chǎn)過程的生態(tài)設計產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)設計減少原材料的使用量通過生態(tài)設計，在為人類提供同樣的經(jīng)濟功能的同時相對或絕對地減少原材料的使用量。采用再循環(huán)原料盡量避免使用不可再生，或者需要很長時間才能再生的原料，如礦物燃料，金屬銅等。盡量使用可以再循環(huán)利用的原料，可以減少原料在采掘和生產(chǎn)過程中的能耗。

地板磚、墻磚和臺面

利用廢舊的玻璃作為原料，生產(chǎn)的免燒瓷磚可以節(jié)省大量的資源和能源，而且這種瓷磚可以再利用。1、原材料的生態(tài)設計采用低能值原料在原料的采掘和生產(chǎn)過程中，需要的工藝過程愈復雜，所消耗的能源就越多。這種在采掘和生產(chǎn)過程中消耗大量能源的原料稱為高耗能原料。

但是須注意：必須采用系統(tǒng)的和全生命周期的觀點來看待，即全局看待其原料采掘、生產(chǎn)和使用過程。比如：

A碳纖維屬于高耗能材料，但是其后續(xù)的使用過程中因為其具有良好的強度、硬度、抗老化等優(yōu)良特性而節(jié)省能源。

B鋁屬于高能耗物質。但由于鋁較輕，同時又易于回收，使用階段用的能量較少。整合產(chǎn)品功能將幾種功能或產(chǎn)品組合進一個產(chǎn)品中，則可節(jié)約大量的原料和空間。例如：

一種新型的陽臺壁掛式太陽能熱水器，其最大的特點是把平板-真空管太陽能集熱模塊鑲嵌在陽臺欄桿里，組成欄桿式太陽能集熱器，實現(xiàn)了和建筑真正的結合2、產(chǎn)品的生態(tài)設計

優(yōu)化產(chǎn)品結構通過優(yōu)化產(chǎn)品結構可以達到優(yōu)化產(chǎn)品功能及延長產(chǎn)品受用壽命的目的。產(chǎn)品部件的功能優(yōu)化通過部件的標準化、規(guī)格化，有利于維修、更換、回收再利用；長壽命化，尤其是易損部件的長壽命化可提高產(chǎn)品的整體壽命；連接簡化，采用容易拆卸的連接方法；重復利用化，經(jīng)過翻修可達到原設計要求而再次使用。模塊化設計指對一定范圍內的不同功能、不同性能、不同規(guī)格的產(chǎn)品進行分析、劃分并設計出一系列功能模塊。通過模塊的的選擇和組合可以組裝成不同的產(chǎn)品，易滿足市場需求。同時，模塊化設計也有利于產(chǎn)品使用后的拆卸，以最大限度地提高產(chǎn)品的可更新性，以滿足不斷變化的用戶需求。易于維護和維修生態(tài)設計應保證產(chǎn)品易于清潔、維護和維修以延長產(chǎn)品的使用壽命。對用戶，廠家應該提供維護和維修說明。對廠商，在設計時考慮產(chǎn)品的易運輸性，維護/維修的技能及有關工具的開發(fā)；產(chǎn)品的難易程度；可否進行模塊化易于再循環(huán)。產(chǎn)品設計人員在設計產(chǎn)品的時候，就要考慮產(chǎn)品生命終結后的去處，要充分考慮他們的再利用。

輪胎設計人員如果考慮到輪胎最終去處，可以改變輪胎的成分能夠使燃燒更加有效，可以產(chǎn)生較少或根本不產(chǎn)生有毒物質，可以使輪胎在一定條件下更加快速、簡單的分解，可以通過配方的改變使廢舊輪胎更容易轉化為一種新的產(chǎn)品。比如，廢舊輪胎目前被利用主要途徑是：廢舊輪胎在回收廠里被破碎和分解成3類材料：小的輪胎塊、鋼絲和碎渣。3、生產(chǎn)過程的生態(tài)設計盡可能減少生產(chǎn)環(huán)節(jié)選擇對環(huán)境影響小的生產(chǎn)技術使用清潔能源和材料建立ISO14001環(huán)境管理體系在上億年的地球生命進化過程中，大致有三級生態(tài)系統(tǒng)。

生物進化的幾種生態(tài)系統(tǒng)示意圖

在人類遠古時期到處可見，比比皆是

在工業(yè)革命以后才有，而且除資源的提供變得有限外，日益加劇的環(huán)境問題使得排放也不像往日那樣可以隨意了，環(huán)境對各種廢物的消納能力日趨飽和人類進化最理想的代謝應該是三級生態(tài)系統(tǒng),系統(tǒng)內已形成物質的閉路循環(huán)，沒有資源和廢物的區(qū)別，一切生物過程進化成以完全循環(huán)的方式進行。對一個生物體來說需要排出的廢料，對另一個生物體來說卻是資源。整個生態(tài)系統(tǒng)僅需要諸如太陽能一類的外部能源輸入即可。

4、產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)設計將產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)過程比擬為一個自然生態(tài)系統(tǒng)，系統(tǒng)只有有限的資源和能源輸入，類似于自然界的三級生態(tài)系統(tǒng)，一切過程都在系統(tǒng)內以完全循環(huán)的方式進行。

在這里，系統(tǒng)包括材料的提煉、制造、使用、廢棄到再循環(huán)；系統(tǒng)的范疇涉及材料、產(chǎn)品、工業(yè)部門，直到國家和地區(qū)；優(yōu)化的內容包括資源、能源，甚至資本等。理想的工業(yè)生態(tài)系統(tǒng)示意圖

生態(tài)工業(yè)園區(qū)（卡倫堡共生體系）

生態(tài)工業(yè)園是建立在一塊固定地域上的由制造企業(yè)和服務企業(yè)形成的企業(yè)社區(qū)。在該社區(qū)內，各成員單位通過共同管理環(huán)境事宜和經(jīng)濟事宜來獲取更大的環(huán)境效益、經(jīng)濟效益和社會效益。整個企業(yè)社區(qū)所能獲得的效益比單個企業(yè)通過個體行為最優(yōu)化所能獲得的效益之和還要大。

生態(tài)工業(yè)園區(qū)（卡倫堡共生體系）凱隆堡生態(tài)工業(yè)園的經(jīng)濟效益和環(huán)境效益關于卡倫堡共生系統(tǒng)，可歸納三點結論：第一，共生系統(tǒng)的形成是一個自發(fā)的過程，是在商業(yè)基礎上逐步形成的，所有企業(yè)都從中得到了好處。每一種“廢料”供貨都是伙伴之間獨立、私下達成的交易。交換服從于市場規(guī)律，運用了許多種方式：有直接銷售，以貨易貨，甚至友好的協(xié)作交換（比如，接受方企業(yè)自費建造管線，作為交換，得到的廢料價格相當便宜）。

第二，共生體系的成功廣泛地建筑在不同伙伴之間的已有信任關系基礎上?？▊惐な莻€小城市，大家都相互認識。這種親近關系使有關企業(yè)間的各個層次的日常接觸都非常容易。第三，卡倫堡共生體系的特征是幾個既不同又能互補的大企業(yè)相鄰。要在其他地方復制這樣一個共生系統(tǒng)，需要鼓勵某些“企業(yè)混合”，使之有利于廢料和資源的交換。

在原則上工業(yè)生態(tài)園區(qū)的設想是極為簡單的，但實行起來卻一點也不容易。表面上看起來，它甚至可能違反我們的良知，比如，我們可以設想下述情形，當一個企業(yè)需要增加它的廢料生產(chǎn)（而不是減少），在另一個鄰近企業(yè)能否將其作為原料來接受。此外，工業(yè)生產(chǎn)工藝通常地都設計使用符合嚴格的純凈標準和質量標準的天然原料。這就使其回旋余地很小。但一般而言，每當為使副產(chǎn)品和廢料能為別的企業(yè)所用而進入改造生產(chǎn)工藝流程的細節(jié)時，經(jīng)常會遇到技術上和經(jīng)濟上難以克服的困難。在這樣的條件下，企業(yè)家們，如同生態(tài)工業(yè)園區(qū)的推舉者們一樣，在初期對這一新生事物持保留態(tài)度。工業(yè)生態(tài)園區(qū)不可能一夜之間出現(xiàn)并可供實際操作運行，但其思想已經(jīng)開始發(fā)揚光大。

困難：美國學者羅伯特.福羅什指出：“工業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的概念與生物生態(tài)系統(tǒng)概念之間的類比不一定完美無缺，但如果工業(yè)體系模仿生物界的運行規(guī)則，人類將受益無窮”。

因此人類的生產(chǎn)活動和消費活動應該師法自然，

宏觀仿生。生態(tài)工業(yè)園區(qū)鏈(石化)石化煉油廢氣發(fā)電廠石膏建材公司熱民生養(yǎng)殖煤灰水泥公司太陽能汽電共生天然氣甲醇汽油裂解燃料電池CO2地下儲槽油井加壓消防,超臨界流有價金屬利用有機溶劑回收半導體汽車橡膠農業(yè)產(chǎn)品食品加工廠汽電共生堆肥發(fā)酵肥料,飼料沼氣-生物能制藥公司有機污泥畜牧食物釀造發(fā)酵制糖制紙纖維加工高附加價值生化,萃取液編織品廢料能源化廢水處理澆灌生態(tài)工業(yè)園區(qū)鏈(農業(yè))礦區(qū)采礦金屬煉治再生能源電子廢料回收煉治物料交換循環(huán)再用金屬回收邊料及污泥氧化鎂回收非晶質矽氧回收肥料合成

煉鋼化工原料

建材化焚化灰(爐)渣生態(tài)工業(yè)鏈(冶金)生態(tài)化社區(qū)太陽能居民中水回收綠建筑生活污水廢余樹枝處理后澆灌堆肥后農作施肥廢棄物燃料高透水率深圳可建生態(tài)工業(yè)園發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟

美國國家工程院院士、前康奈爾大學副校長諾姆·斯科特是生物能源方面的知名專家，09年在北京大學深圳研究生院環(huán)境與