材料生態(tài)設(shè)計(jì)

第三章材料的生態(tài)設(shè)計(jì)

EcodesignofMaterials生態(tài)概念和可持續(xù)發(fā)展生態(tài)設(shè)計(jì)的概念材料流理論、資源效率及其綜合利用生態(tài)設(shè)計(jì)的原則、戰(zhàn)略、內(nèi)容及方法一種設(shè)計(jì)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(guān)系。生態(tài)的產(chǎn)生最早也是從研究生物個(gè)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(dòng)物學(xué)家赫克爾(ErnstHeinrichHaeckel)初次把生態(tài)學(xué)定義為“研究動(dòng)物與其有機(jī)及無機(jī)環(huán)境之間相互關(guān)系的科學(xué)”，特別是動(dòng)物與其他生物之間的有益和有害關(guān)系。

1989年美國通用公司的研究部副總裁RobertFrosch和負(fù)責(zé)發(fā)動(dòng)機(jī)研究的NicolasGallopoulos在《科學(xué)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(xué)的概念。

工業(yè)生態(tài)學(xué)把整個(gè)工業(yè)系統(tǒng)作為一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)來看待，認(rèn)為工業(yè)系統(tǒng)中的物質(zhì)、能源和信息的流動(dòng)與儲存不是孤立的簡單疊加關(guān)系，而是可以像在自然生態(tài)系統(tǒng)中那樣循環(huán)運(yùn)行，它們之間相互依賴、相互作用、相互影響，形成復(fù)雜的、相互連接的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

工業(yè)生態(tài)學(xué)的目標(biāo)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(xué)的途徑，轉(zhuǎn)化為可持續(xù)發(fā)展的體系，最終實(shí)現(xiàn)人類社會(huì)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(jì)人類的生存和發(fā)展遭到前所未有的嚴(yán)重威脅和挑戰(zhàn)，迫使人們進(jìn)行反思，調(diào)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(gè)新概念。１９８７年世界環(huán)境與發(fā)展委員會(huì)在《我們共同的未來》報(bào)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(huì)的廣泛共識.“既滿足當(dāng)代人的需要，又不對后代人滿足其需要能力構(gòu)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(yán)格控制人口、提高人口素質(zhì)和保護(hù)環(huán)境、資源永續(xù)利用的前提下進(jìn)行經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展。現(xiàn)代設(shè)計(jì):

通過技術(shù)設(shè)計(jì)、成本設(shè)計(jì)和生態(tài)設(shè)計(jì)，把性能、利潤和環(huán)境等目標(biāo)融為一體，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的可持續(xù)發(fā)展，最終實(shí)現(xiàn)人類社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。性能生態(tài)設(shè)計(jì)利潤環(huán)境成本設(shè)計(jì)技術(shù)設(shè)計(jì)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(jià)，投入的資源和能源利用效率、工藝過程的環(huán)境負(fù)擔(dān)性以及產(chǎn)品的環(huán)境設(shè)計(jì)等。

山本良一：設(shè)計(jì)+LCA生態(tài)設(shè)計(jì)＝設(shè)計(jì)：先進(jìn)性環(huán)境協(xié)調(diào)性經(jīng)濟(jì)性舒適性LCA：環(huán)境負(fù)荷＋生態(tài)設(shè)計(jì)的目標(biāo)就是在材料和產(chǎn)品的設(shè)計(jì)階段就考慮到降低生命周期中的每個(gè)過程的綜合環(huán)境負(fù)荷。設(shè)計(jì)者根據(jù)產(chǎn)品的特性，通過LCA預(yù)測其環(huán)境負(fù)荷并力求實(shí)現(xiàn)最小的環(huán)境負(fù)荷。

可見，LCA的方法為產(chǎn)品的生態(tài)設(shè)計(jì)提供了有用的工具，產(chǎn)品的生態(tài)設(shè)計(jì)也是LCA思想原則的具體實(shí)踐。3.2

生態(tài)設(shè)計(jì)的概念對材料產(chǎn)品而言，先進(jìn)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(jì)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(jì)活動(dòng)的運(yùn)轉(zhuǎn)；協(xié)調(diào)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(diào)，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(zhì)量，使人類生活環(huán)境更加舒適。

生態(tài)設(shè)計(jì)是在產(chǎn)品的生命周期內(nèi)，著重考慮產(chǎn)品的環(huán)境性能，在滿足環(huán)境目標(biāo)要求的同時(shí)，保證產(chǎn)品應(yīng)有的功能、質(zhì)量和使用壽命等的設(shè)計(jì)。廣義上講，生態(tài)設(shè)計(jì)是指任何與生態(tài)過程相協(xié)調(diào)，盡量使其對環(huán)境的破壞影響達(dá)到最小的設(shè)計(jì)形式。這種協(xié)調(diào)意味著設(shè)計(jì)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(dòng)物棲息地的質(zhì)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(shè)計(jì)的定義：生態(tài)設(shè)計(jì)是面向產(chǎn)品的整個(gè)生命周期，是“從搖籃到再生”的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，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(shè)計(jì)的關(guān)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(shè)計(jì)之中。設(shè)計(jì)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(guān)鍵。一是社會(huì)經(jīng)濟(jì)體制的重構(gòu)或新的社會(huì)經(jīng)濟(jì)制度的建立，如施行循環(huán)再生、生態(tài)稅制改革，即實(shí)行資源消費(fèi)稅，擴(kuò)大生產(chǎn)者責(zé)任及實(shí)行排污市場管理等。其次，基于市場機(jī)制的環(huán)境標(biāo)識所導(dǎo)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(huì)有助于推動(dòng)產(chǎn)業(yè)向可持續(xù)發(fā)展的生產(chǎn)方向邁進(jìn)。相關(guān)者協(xié)作：生態(tài)設(shè)計(jì)是基于產(chǎn)品生命周期鏈的設(shè)計(jì)方法，在設(shè)計(jì)過程中，需要各利益相關(guān)者共同參與及協(xié)作，這些利益相關(guān)者包括：生產(chǎn)者、供應(yīng)商、消費(fèi)者、廢棄物管理者、資源回收者及政策制訂者。生態(tài)設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)力：擴(kuò)大了產(chǎn)品的壽命周期（從搖籃到重生）生態(tài)設(shè)計(jì)是并行閉環(huán)設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)設(shè)計(jì)（串行開環(huán)設(shè)計(jì)過程）：

市場分析產(chǎn)品設(shè)計(jì)生產(chǎn)制造

銷售使用產(chǎn)品廢棄生態(tài)設(shè)計(jì)有利于保護(hù)環(huán)境，維護(hù)生態(tài)系統(tǒng)平衡生態(tài)設(shè)計(jì)可以防止地球上礦物資源枯竭生態(tài)設(shè)計(jì)的結(jié)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(shè)計(jì)的特點(diǎn)：產(chǎn)品生產(chǎn)者產(chǎn)品消費(fèi)者廢棄物回收、處理閉路循環(huán)

從搖籃到墳?zāi)梗▊鹘y(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(zhì)。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?？梢苑譃槿箢?，第一類稱為取之不盡的資源，如空氣、風(fēng)、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(guān)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(yīng)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(shè)計(jì)中，資源效率是必須考慮的一個(gè)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(zhì)流(Massflow)，也稱材料鏈(substancechain)。

材料流理論是指用數(shù)學(xué)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(dòng)方向和數(shù)量的一種定量分析的理論。

主要用于研究、評價(jià)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(shí)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?cè)丝?0%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(zhì)量的生活，又努力消除貧富之間的差異，von

Weizsaecker

計(jì)算得出，若能通過采取技術(shù)措施，將現(xiàn)有的資源和能源效率提高4倍，才有可能達(dá)到上述的目標(biāo)。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(gè)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(jì)活動(dòng)和生產(chǎn)過程中，通過采取各種技術(shù)措施，

將能源消耗、資源消耗降低一半，同時(shí)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(hù)角度減少了污染物的排放，治標(biāo)又治本。所以，提高資源效率是實(shí)現(xiàn)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)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(gè)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(nèi)將資源效率提高10倍，才能使發(fā)達(dá)國家保持現(xiàn)有的生活質(zhì)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(gè)星球上繼續(xù)生存。他認(rèn)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(shí)，世界各國的國內(nèi)生產(chǎn)總值屆時(shí)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(bǔ)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(shí)現(xiàn)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。

為了實(shí)現(xiàn)提高資源效率10倍的目標(biāo)，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(shí)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(wù)的材料消耗，為材料流理論提出了一個(gè)具體的評價(jià)指標(biāo)，由此來定量計(jì)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(hù)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(zhì)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(zhì)總投入量；

O—廢物產(chǎn)出率，即廢物產(chǎn)出量除以物質(zhì)總投入量。

（3）極值理論通過材料流分析，了解物質(zhì)和能源的走向，對最初和最終的物質(zhì)總量進(jìn)行極值分析，可使該經(jīng)濟(jì)活動(dòng)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(guān)系進(jìn)一步簡單化、定量化。而在應(yīng)用極值理論時(shí)，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(jìn)入大氣的水蒸氣即達(dá)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(guān)于資源的有效利用，從技術(shù)方面來考慮，主要包括以下幾個(gè)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(fèi)中的替代，需能保證產(chǎn)品的用途和質(zhì)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(gè)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(zhì)的生產(chǎn)真正實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)、消費(fèi)、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(jìn)入環(huán)境成為污染物的物質(zhì)進(jìn)行加工、處理，使之再次成為原料，其意義、技術(shù)、成本等與一次資源綜合利用有本質(zhì)的區(qū)別。從技術(shù)上分，二次資源綜合利用可分為物理法、化學(xué)法、生物法等。物理法包括收集、運(yùn)輸、分選、破碎、精制等技術(shù)過程。成本較低，但所用物料再循環(huán)利用時(shí)性能下降，品質(zhì)變差?；瘜W(xué)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(zhì))生物法主要是利用發(fā)酵過程對廢棄物進(jìn)行生物處理后進(jìn)行再生利用。如通過生物處理技術(shù)對生活廢棄物進(jìn)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(jìn)行能源回收利用。一些高分子廢棄物燃燒時(shí)，發(fā)熱量達(dá)33～42MJ/kg，甚至比煤高。

3.4

生態(tài)設(shè)計(jì)的基本原則和戰(zhàn)略設(shè)法使趨于P最大，I與C趨于最小就可以實(shí)現(xiàn)生態(tài)設(shè)計(jì)－－生態(tài)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)PerformanceCostImpact環(huán)境效益＝P/I產(chǎn)品價(jià)值＝P/C商品價(jià)值＝P/IC（*生態(tài)設(shè)計(jì)產(chǎn)品綜合價(jià)值指標(biāo)）PerformanceCostImpact產(chǎn)品各種性能權(quán)重之總和（比強(qiáng)度、耐腐蝕…..）生命周期成本＝生命全程中各種成本權(quán)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(quán)重總和（溫室效應(yīng)、臭氧層破壞、酸化、資源枯竭…..）產(chǎn)品價(jià)值經(jīng)濟(jì)價(jià)值環(huán)境價(jià)值產(chǎn)品綜合價(jià)值指標(biāo)生態(tài)設(shè)計(jì)三要素和生態(tài)設(shè)計(jì)的基本原則使用資源豐富的材料，有效利用可再生資源；認(rèn)識到存在并隱含于資源中的物質(zhì)流問題，設(shè)法使用物質(zhì)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(fù)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(fù)荷的措施；盡可能不用有毒物質(zhì)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(shè)計(jì)的戰(zhàn)略生態(tài)設(shè)計(jì)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(jìn)行的設(shè)計(jì)。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(shí)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(shí)要設(shè)法降低物質(zhì)集約度；采用環(huán)境效率高的生產(chǎn)技術(shù)和物流系統(tǒng)也是必要的；減少使用時(shí)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(jié)實(shí)耐用、長壽命且易于修理的設(shè)計(jì)。既要做到功能可以擴(kuò)展，又要求易于再利用。設(shè)計(jì)時(shí)密切結(jié)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(shí)間變化而喪失。

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

生態(tài)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容原材料的生態(tài)設(shè)計(jì)產(chǎn)品的生態(tài)設(shè)計(jì)生產(chǎn)過程的生態(tài)設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)設(shè)計(jì)減少原材料的使用量通過生態(tài)設(shè)計(jì)，在為人類提供同樣的經(jīng)濟(jì)功能的同時(shí)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(shí)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(shè)計(jì)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(fù)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(diǎn)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?yàn)槠渚哂辛己玫膹?qiáng)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(zhì)。但由于鋁較輕，同時(shí)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(jìn)一個(gè)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(diǎn)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(shí)現(xiàn)了和建筑真正的結(jié)合2、產(chǎn)品的生態(tài)設(shè)計(jì)

優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)通過優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)可以達(dá)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(biāo)準(zhǔn)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(fù)利用化，經(jīng)過翻修可達(dá)到原設(shè)計(jì)要求而再次使用。模塊化設(shè)計(jì)指對一定范圍內(nèi)的不同功能、不同性能、不同規(guī)格的產(chǎn)品進(jìn)行分析、劃分并設(shè)計(jì)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(shí)，模塊化設(shè)計(jì)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(hù)和維修生態(tài)設(shè)計(jì)應(yīng)保證產(chǎn)品易于清潔、維護(hù)和維修以延長產(chǎn)品的使用壽命。對用戶，廠家應(yīng)該提供維護(hù)和維修說明。對廠商，在設(shè)計(jì)時(shí)考慮產(chǎn)品的易運(yùn)輸性，維護(hù)/維修的技能及有關(guān)工具的開發(fā)；產(chǎn)品的難易程度；可否進(jìn)行模塊化易于再循環(huán)。產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)產(chǎn)品的時(shí)候，就要考慮產(chǎn)品生命終結(jié)后的去處，要充分考慮他們的再利用。

輪胎設(shè)計(jì)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(zhì)，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(zhuǎn)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(shè)計(jì)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(shù)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(jìn)化過程中，大致有三級生態(tài)系統(tǒng)。

生物進(jìn)化的幾種生態(tài)系統(tǒng)示意圖

在人類遠(yuǎn)古時(shí)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(jìn)化最理想的代謝應(yīng)該是三級生態(tài)系統(tǒng),系統(tǒng)內(nèi)已形成物質(zhì)的閉路循環(huán)，沒有資源和廢物的區(qū)別，一切生物過程進(jìn)化成以完全循環(huán)的方式進(jìn)行。對一個(gè)生物體來說需要排出的廢料，對另一個(gè)生物體來說卻是資源。整個(gè)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(shè)計(jì)將產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)過程比擬為一個(gè)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(nèi)以完全循環(huán)的方式進(jìn)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(nèi)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(wù)企業(yè)形成的企業(yè)社區(qū)。在該社區(qū)內(nèi)，各成員單位通過共同管理環(huán)境事宜和經(jīng)濟(jì)事宜來獲取更大的環(huán)境效益、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。整個(gè)企業(yè)社區(qū)所能獲得的效益比單個(gè)企業(yè)通過個(gè)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(jì)效益和環(huán)境效益關(guān)于卡倫堡共生系統(tǒng)，可歸納三點(diǎn)結(jié)論：第一，共生系統(tǒng)的形成是一個(gè)自發(fā)的過程，是在商業(yè)基礎(chǔ)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(dú)立、私下達(dá)成的交易。交換服從于市場規(guī)律，運(yùn)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(fèi)建造管線，作為交換，得到的廢料價(jià)格相當(dāng)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(guān)系基礎(chǔ)上?？▊惐な莻€(gè)小城市，大家都相互認(rèn)識。這種親近關(guān)系使有關(guān)企業(yè)間的各個(gè)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(gè)既不同又能互補(bǔ)的大企業(yè)相鄰。要在其他地方復(fù)制這樣一個(gè)共生系統(tǒng)，需要鼓勵(lì)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(shè)想是極為簡單的，但實(shí)行起來卻一點(diǎn)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(shè)想下述情形，當(dāng)一個(gè)企業(yè)需要增加它的廢料生產(chǎn)（而不是減少），在另一個(gè)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(shè)計(jì)使用符合嚴(yán)格的純凈標(biāo)準(zhǔn)和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的天然原料。這就使其回旋余地很小。但一般而言，每當(dāng)為使副產(chǎn)品和廢料能為別的企業(yè)所用而進(jìn)入改造生產(chǎn)工藝流程的細(xì)節(jié)時(shí)，經(jīng)常會(huì)遇到技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)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(shí)際操作運(yùn)行，但其思想已經(jīng)開始發(fā)揚(yáng)光大。

困難：美國學(xué)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(yùn)行規(guī)則，人類將受益無窮”。

因此人類的生產(chǎn)活動(dòng)和消費(fèi)活動(dòng)應(yīng)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(jià)金屬利用有機(jī)溶劑回收半導(dǎo)體汽車橡膠農(nóng)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(jī)污泥畜牧食物釀造發(fā)酵制糖制紙纖維加工高附加價(jià)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(nóng)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(zhì)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(nóng)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(jì)

美國國家工程院院士、前康奈爾大學(xué)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(xué)深圳研究生院環(huán)境與