علم البيئة الصناعية

علم البيئة الصناعية هو دراسة تدفقات المواد والطاقة عبر الأنظمة الصناعية. يمكن نمذجة الاقتصاد الصناعي العالمي كشبكة من العمليات الصناعية التي تستخرج الموارد من الأرض وتحولها إلى منتجات ثانوية ومنتجات وخدمات يمكن شراؤها وبيعها لتلبية احتياجات البشرية. يسعى علم البيئة الصناعية إلى قياس تدفقات المواد وتوثيق العمليات الصناعية التي تُسيّر عمل المجتمع الحديث. يهتم علماء البيئة الصناعية عادةً بتأثيرات الأنشطة الصناعية على البيئة ، واستخدام موارد الكوكب الطبيعية ، ومشكلات التخلص من النفايات . يُعدّ علم البيئة الصناعية مجالًا بحثيًا حديثًا ولكنه متنامي ومتعدد التخصصات ، يجمع بين جوانب من الهندسة والاقتصاد وعلم الاجتماع وعلم السموم والعلوم الطبيعية .

يُعرَّف علم البيئة الصناعية بأنه "خطاب متعدد التخصصات قائم على الأنظمة، يسعى إلى فهم السلوك الناشئ للأنظمة البشرية/الطبيعية المتكاملة والمعقدة". [1] ويتناول هذا المجال قضايا الاستدامة من خلال دراسة المشكلات من زوايا متعددة، تشمل عادةً جوانب من علم الاجتماع والبيئة والاقتصاد والتكنولوجيا. ^{[ 2 ]} [ 3 ] ويستمد هذا المصطلح اسمه ^{من فكرة استخدام تشبيه الأنظمة الطبيعية} كأداة مساعدة في فهم كيفية تصميم أنظمة صناعية مستدامة ^{. [ 4} ]

يهتم علم البيئة الصناعية بتحويل العمليات الصناعية من الأنظمة الخطية (ذات الحلقة المفتوحة)، حيث تنتقل الموارد والاستثمارات الرأسمالية عبر النظام لتصبح نفايات، إلى نظام ذي حلقة مغلقة حيث يمكن أن تصبح النفايات مدخلات لعمليات جديدة.

يركز جزء كبير من البحث على المجالات التالية: ^{[ 5 ]}

• دراسات تدفق المواد والطاقة (" الأيض الصناعي ")
• إزالة المواد وإزالة الكربون
• التغير التكنولوجي والبيئة
• تخطيط دورة الحياة والتصميم والتقييم
• التصميم المراعي للبيئة ("التصميم البيئي")
• مسؤولية المنتج الموسعة ("إدارة المنتج").
• الحدائق الصناعية البيئية ("التكافل الصناعي")
• سياسة بيئية موجهة نحو المنتج
• الكفاءة البيئية

يسعى علم البيئة الصناعية إلى فهم كيفية تفاعل الأنظمة الصناعية (مثل المصانع، والمناطق البيئية ، والاقتصادات الوطنية أو العالمية) مع المحيط الحيوي . وتُقدّم النظم البيئية الطبيعية استعارةً لفهم كيفية تفاعل أجزاء الأنظمة الصناعية المختلفة مع بعضها البعض، ضمن "نظام بيئي" قائم على الموارد ورأس المال البنيوي بدلاً من رأس المال الطبيعي . ويسعى هذا العلم إلى استغلال فكرة خلوّ النظم الطبيعية من النفايات لاستلهام التصميم المستدام .

إلى جانب أهداف أوسع نطاقًا تتعلق بترشيد استهلاك الطاقة والموارد، وإعادة تعريف أسواق التجارة الدولية ذات الصلة وعلاقات إدارة المنتجات باعتبارها اقتصادًا خدميًا بحتًا ، تُعدّ البيئة الصناعية أحد الأهداف الأربعة للرأسمالية الطبيعية . وتُثني هذه الاستراتيجية عن أشكال الشراء غير الأخلاقي الناجمة عن الجهل بما يجري في المناطق النائية، وتُشير إلى اقتصاد سياسي يُعلي من شأن رأس المال الطبيعي ويعتمد على رأس المال التعليمي لتصميم كل بيئة صناعية فريدة والحفاظ عليها.

انتشر مفهوم البيئة الصناعية عام 1989 في مقالٍ نُشر في مجلة ساينتفك أمريكان بقلم روبرت فروتش ونيكولاس إي. غالوبولوس. ^{[ 6 ]} تمحورت رؤية فروتش وغالوبولوس حول التساؤل: "لماذا لا يتصرف نظامنا الصناعي كنظام بيئي ، حيث تُصبح نفايات نوعٍ ما موردًا لنوعٍ آخر؟ لماذا لا تُصبح مُخرجات صناعةٍ ما مُدخلاتٍ لصناعةٍ أخرى، مما يُقلل من استخدام المواد الخام والتلوث ، ويُوفر في تكاليف معالجة النفايات ؟" ^{[ 4 ]} ومن الأمثلة البارزة على ذلك، مجمع صناعي دنماركي في مدينة كالوندبورغ . حيث توجد روابط عديدة بين المُنتجات الثانوية والحرارة المُهدرة ، تربط بين كياناتٍ مُختلفة، مثل محطة توليد طاقة كبيرة، ومصفاة نفط، ومصنع أدوية، ومصنع ألواح جبسية، ومصنع إنزيمات، وشركة لإدارة النفايات، والمدينة نفسها. ^{[ 7 ]} مثال آخر هو مجمع رانتاسالمي البيئي الصناعي في رانتاسالمي، فنلندا. ورغم أن فنلندا شهدت سابقًا مجمعات بيئية صناعية نشأت بشكلٍ طبيعي، إلا أن مجمع رانتاسالمي هو أول مجمع بيئي صناعي مُخطط له في فنلندا.

شهد مجال علم البيئة الصناعية نموًا سريعًا. وقد ساهمت مجلة علم البيئة الصناعية (منذ عام ١٩٩٧)، والجمعية الدولية لعلم البيئة الصناعية (منذ عام ٢٠٠١)، ومجلة التقدم في علم البيئة الصناعية (منذ عام ٢٠٠٤) في ترسيخ مكانة قوية وديناميكية لهذا العلم في المجتمع العلمي الدولي . كما بدأت مبادئ علم البيئة الصناعية بالظهور في مختلف مجالات السياسات، مثل مفهوم الاقتصاد الدائري . ورغم أن تعريف الاقتصاد الدائري لم يُصاغ رسميًا بعد، إلا أن التركيز ينصب عمومًا على استراتيجيات مثل إنشاء تدفق دائري للمواد، وتدفقات الطاقة المتتالية. ومن الأمثلة على ذلك استخدام الحرارة المهدرة من عملية ما لتشغيل عملية أخرى تتطلب درجة حرارة أقل. ويُؤمل أن تُسهم هذه الاستراتيجيات في خلق اقتصاد أكثر كفاءة مع تقليل الملوثات والمنتجات الثانوية غير المرغوب فيها. ^{[ ٨ ]}

تقع المنطقة الصناعية كالوندبورغ في الدنمارك. وتتميز هذه المنطقة الصناعية بميزة فريدة ، وهي إعادة استخدام الشركات لنفايات بعضها البعض (والتي تتحول بدورها إلى منتجات ثانوية). فعلى سبيل المثال، تنتج محطة الطاقة Energy E2 Asnæs الجبس كمنتج ثانوي لعملية توليد الكهرباء؛ ويصبح هذا الجبس مورداً لشركة BPB Gyproc A/S التي تنتج ألواح الجبس . ^{[ 7 ]} وهذا مثال على نظام مستوحى من استعارة الغلاف الحيوي والغلاف التقني: ففي النظم البيئية، تُستخدم نفايات كائن حي كمدخلات لكائنات حية أخرى؛ أما في الأنظمة الصناعية، فتُستخدم نفايات شركة ما كمورد لشركات أخرى.

إلى جانب الفائدة المباشرة المتمثلة في دمج النفايات في دورة الإنتاج، يُمكن أن يُشكّل استخدام مجمع صناعي صديق للبيئة وسيلةً لجعل محطات توليد الطاقة المتجددة، مثل الطاقة الشمسية الكهروضوئية ، أكثر اقتصاديةً وصديقةً للبيئة. وهذا في جوهره يُسهم في نمو صناعة الطاقة المتجددة والفوائد البيئية المصاحبة لاستبدال الوقود الأحفوري. ^{[ 9 ]}

تشمل الأمثلة الإضافية لعلم البيئة الصناعية ما يلي:

• استبدال الرماد المتطاير الناتج عن ممارسات حرق الفحم بالأسمنت في إنتاج الخرسانة ^{[ 10 ]}
• استخدام الجيل الثاني من الوقود الحيوي. ومن الأمثلة على ذلك تحويل الشحوم أو زيوت الطهي إلى وقود الديزل الحيوي لتشغيل المركبات. ^{[ 11 ]}
• أُنشئ المركز الوطني للإنتاج الأنظف في جنوب أفريقيا (NCPC) بهدف رفع كفاءة الصناعات في المنطقة من حيث استخدام المواد. وستشمل نتائج استخدام الأساليب المستدامة خفض تكاليف الطاقة وتحسين إدارة النفايات. ويُقيّم البرنامج الشركات القائمة لتطبيق التغيير. ^{[ 12 ]}
• إعادة استخدام المياه غير الصالحة للشرب في الموقع ^{[ 13 ]}
• البلاستيك القابل للتحلل الحيوي المصنوع من ريش الدجاج المُبلمر، والذي يتكون من 90% من الكيراتين، ويُشكل أكثر من 6 ملايين طن من النفايات في الاتحاد الأوروبي والولايات المتحدة سنويًا. ^{[ 14 ] [ 15 ]} وباعتباره نفايات زراعية، يُعاد تدوير ريش الدجاج إلى منتجات بلاستيكية للاستخدام لمرة واحدة، والتي تتحلل بسهولة في التربة.
• تقوم شركة تويوتا موتور بإعادة توجيه جزء من غازات الاحتباس الحراري المنبعثة إلى نظامها كطاقة حرارية مستعادة. ^{[ 16 ]}
• وقّعت شركة أنيوزر-بوش مذكرة تفاهم مع شركة بلو ماربل للكيمياء الحيوية لاستخدام مخلفات التخمير كأساس لمنتجاتها "الخضراء". ^{[ 17 ]}
• استخلاص النفط المعزز في بيترا نوفا. ^{[ 18 ]}
• إعادة استخدام الفلين من زجاجات النبيذ في نعال الأحذية، وبلاط الأرضيات، وعزل المباني، وحشيات السيارات، ومواد الحرف اليدوية، ومحسنات التربة. ^{[ 19 ]}
• يقوم مبنى دارلينج كوارتر كومنولث بنك بليس الشمالي في سيدني، أستراليا، بإعادة تدوير مياه الصرف الصحي وإعادة استخدامها. ^{[ 20 ]}
• عبوات بلاستيكية نباتية قابلة لإعادة التدوير بنسبة 100% وصديقة للبيئة. ^{[ 21 ]}
• يمكن استخدام مخلفات الطعام في صناعة السماد العضوي، الذي يُستخدم كسماد طبيعي لإنتاج الغذاء في المستقبل. إضافةً إلى ذلك، يمكن استخدام مخلفات الطعام غير الملوثة لإطعام من يعانون من انعدام الأمن الغذائي. ^{[ 22 ]}
• تستخدم محطة الطاقة الحرارية الأرضية "هيليشيدي" المياه الجوفية لإنتاج الكهرباء والمياه الساخنة لمدينة ريكيافيك. ثم تُعاد مخلفات الكربون الناتجة عنها إلى باطن الأرض وتتكلس، مما يجعل المحطة خالية من انبعاثات الكربون. ^{[ 23 ]}

لقد شكّل استعارة النظام البيئي ، التي شاع استخدامها على يد فروتش وغالوبولوس ^{[ 4 ]،} أداةً إبداعيةً قيّمةً لمساعدة الباحثين في البحث عن حلول جديدة للمشاكل المعقدة. وقد أشير مؤخرًا إلى أن هذه الاستعارة تستند إلى حد كبير على نموذج علم البيئة الكلاسيكي، وأنّ باحثين مثل سي إس هولينغ وجيمس جيه كاي [ ^{24 ] قد} حققوا تقدمًا في فهم علم البيئة استنادًا إلى علم التعقيد ، كما طوّرها باحثون آخرون في مجال علم البيئة المعاصر ^{[ 25 ] [ 26 ] [ 27 ] [ 28 ]} . بالنسبة لعلم البيئة الصناعية، قد يعني هذا تحولًا من نظرة آلية للأنظمة إلى نظرة تُعتبر فيها الاستدامة خاصيةً ناشئةً عن النظام المعقد ^{[ 29 ] [ 30 ]} . ولمزيد من الاستكشاف، يعمل العديد من الباحثين على تقنيات النمذجة القائمة على العوامل ^{[ 31 ] [ 32 ]} .

يُجرى تحليل الإكسرجي في مجال البيئة الصناعية لتحسين كفاءة استخدام الطاقة. ^{[ 33 ]} صاغ مصطلح الإكسرجي زوران رانت عام 1956، بينما طوّر المفهوم ج. ويلارد جيبس . في العقود الأخيرة، امتد استخدام الإكسرجي ليشمل مجالات أخرى غير الفيزياء والهندسة، مثل البيئة الصناعية، والاقتصاد البيئي ، وبيئة النظم ، والطاقة .