造纸生态工业园发展研究综述

王海刚 黄伟丽 程 旭

(陕西科技大学管理学院, 陕西西安,710021 )

1 造纸生态工业园研究背景及意义

1.1研究背景

随着社会经济迅速发展,资源约束和环境承载能力已成为工业化发展越来越突出的焦点问题。传统造纸工业发展模式对自然生态系统造成了危害,改造传统造纸工业发展模式以适应自然生态系统,是造纸工业可持续发展的核心问题,也是我国造纸工业转型升级迫切需要解决的问题。必须改变传统的经济运行模式,改变资源-产品-废弃物(见图1)的发展路径。以牺牲资源和环境为代价发展工业,一定会造成资源枯竭和环境恶化的结果,最终阻碍工业的可持续发展。造纸工业资源依赖性强,污染物排放量大,应成为发展循环经济的优先领域,探索基于循环经济的造纸工业可持续发展模式势在必行。

图1 传统经济运行模式

生态工业园(Eco-Industry Park, EIP)作为新型工业组织模式,与生态文明建设的理念不谋而合,其以循环经济理念和工业生态学原理为设计依据,以资源高效利用和环境友好为特征,通过工业园区内不同企业间剩余物质的循环利用组织生产及再生产,实现对区外“零排放”，将传统的线性增长模式(见图1)改变为“资源-产品-废弃物-再生资源”的集约增长模式(见图2),遵循减量化(Reducing)、再利用(Reusing)以及再循环(Recycling)的3R原则,合理利用自然资源和环境容量,充分考虑环境承载力和净化力,模拟自然生态系统中生产者-消费者-分解者的循环路径,使经济活动成为资源-产品-消费-再生资源的封闭式流程。实践表明,生态工业园区可大大减少工业体系对环境的干扰及对资源的消耗,并在降低园区企业整体成本及提高效益方面极占优势。

图2 循环经济运行模式

与国外循环经济的实践相比,我国还处于探索阶段,在国家环保部门及各地政府的大力支持下,不少城市开始建设生态工业示范园区,但大多园区因未能真正实现工业共生,并不能成为真正意义上的生态工业园,而其中以造纸企业为核心构建的生态工业园区更是凤毛麟角。造纸工业作为具备可持续发展特点的重要基础原材料产业,不仅与人民生活、经济发展密切相关, 也是拉动林业、农业、印刷、包装、机械制造等行业发展的重要力量,因而建立以造纸企业为核心的造纸生态工业园,不仅可实现可再生资源的高效利用,还可实现产业内和产业间的循环经济,促进整个造纸工业向支柱型产业发展,紧跟国际造纸工业发展的步伐,将进一步推动我国造纸工业的转型升级。

1.2研究意义

生态工业园是依据清洁生产要求、循环经济理念及工业生态学原理设计建设的一种新型工业园区。它通过工业共生链条把不同工厂或企业连接起来,使各成员有效地分享管理、信息、原料、水、能源、基础设施等资源,实现内部资源及能源的高效利用和外部排放最小化目标,达到生态环境与经济的双重优化与协调。生态工业园可实现物质流的良性循环、资源的减量化和废弃物减排；实现能量流的高效流动,提高能源转化效率,减少排放到环境中的废能；实现信息流的高效传递,形成系统的高度协调；实现价值流的合理增值,使工业园区企业获得良好的综合效益。生态工业园是发展循环经济的重要载体。传统工业体系中各个企业生产过程相互独立,造成污染严重和资源消耗过度,生态工业园则按照自然生态系统模式实现工业体系中物质闭环流动,不同工业流程和不同行业间实现共生。发展建设造纸生态工业园区,有助于提高造纸资源利用效率,缓解造纸企业环境污染压力；有利于协调好工业发展与资源、环境的关系,协调好各行业间发展关系,实现经济健康、和谐发展,对实现造纸工业可持续发展具有重大现实意义和深远的历史意义。

(1)建设造纸生态工业园可实现造纸工业可持续发展

传统造纸企业高污染、高能耗,曾一度使造纸工业成为环保部门的主要监控行业,但随着国家造纸工业政策的出台,淘汰大量落后产能,循环经济、清洁生产已成为现代化造纸工业的新特点。而造纸生态工业园的建设将进一步推进造纸工业的循环经济发展,有助于实现林纸一体化,打破资源约束矛盾,循环利用造纸产生的废弃物,实现造纸工业的可持续发展。

(2)建设造纸生态工业园是保护生态环境的重要举措

传统的中小型造纸企业生产中产生的黑液、污泥、二氧化硫等对环境危害严重,而造纸生态工业园的建立将有效改变这一状况。造纸生态工业园中造纸企业产生的副产品可用作其他企业的生产原料,如化肥厂可将黑液进行木素提取并用于生产化肥，纤维废渣可以作为焚烧燃料为生态工业园供热,二氧化硫可以经化工厂处理成为可再利用的硫化物等,这些原本的污染源都可变成资源,从而实现节能减排。造纸生态工业园是建设资源节约型和环境友好型社会的重要举措。

2 国内外生态工业园理论研究与实践

2.1国外生态工业园理论研究回顾

生态工业园是工业生态学理论的发展和具体实践。20世纪80年代,可持续发展和清洁生产思想逐步形成。到20世纪90年代,形成了清洁生产、资源综合利用、工业生态设计和可持续消费等融合的循环经济思想。

Charles等于1986年阐述了工业生态学这一概念,引起人们对这一问题的广泛关注。Robert等进一步阐述了工业生态化发展的思想,把整个工业系统作为生态系统,认为工业系统中物质、能源、信息流动和储存不是简单孤立叠加,它们相互依赖、相互作用、相互影响,循环运行,形成复杂的网络系统。

1990年，美国科学院和贝尔实验室共同对工业生态学概念、内容、方法及应用前景进行了系统全面概括总结,工业生态学理论初步形成。

1992年, 劳爱乐等[1]最早提出了生态工业园的概念,将其定义为一个由制造业企业和服务业企业组成,通过对能源、水和原材料等基本要素的环境和资源管理,实现经济、环境双重优化和协调发展的企业群落,该企业群落寻求一种比每个公司个体效益之和还要大得多的群体效益。随后,很多科学家也从不同角度对生态工业园概念进行了阐述[2-4]。

2004年,Chertow等[5]在对工业共生概念做出更全面阐述的同时,也认为生态工业园的构建需要一系列的努力来实现。“使一个企业产生的废物迅速转化为另一个企业生产所需的原材料,要通过规划设计者的革新规划、工程技术人员的长期合作、生态学家对环境净化手段的多样化运用、企业管理者的完整实施以及园区对经济发展及其影响的关注而实现。”

当前,有关生态工业园的研究主要集中于这样几个方面：①技术措施，包括绿色工艺、原材料节约工艺、废物零排放系统、物质替代、物质减量化等减轻工业对环境污染的技术层面；②工业生态过程的分析、监控及评价，包括物流平衡分析、工业代谢、产品或过程的生命周期分析与评价、工业生态指标体系的建立；③工业系统集成方法研究，包括物质集成、能量集成、水集成、信息集成和数学模型优化；④生态工业建设制度研究，主要集中于将市场规律、财务制度、法律法规等因素贯穿于生态工业的整个过程中。

这些研究从不同角度对生态工业园概念进行阐述。随着对生态工业园认识不断发展和完善,可以认为,生态工业园不仅仅是追求经济效益的相关企业群落、共生体,更是追求资源、环境、社会各方面效益的工业融合体。因此,生态工业园的构建需要产业间协作,需要多方合作共同努力；另外,在地理区位上也可以跨越地理限制,以虚拟形式存在。

2.2国外生态工业园的实践

20世纪80年代后，生态工业园发展迅猛,欧洲、北美、亚太、非洲和拉丁美洲等地区都积极探索生态工业园发展,进行生态工业共生关系的构建，并在生态工业园建设方面取得了重要进展。

生态工业园发展的雏形是丹麦Kalundborg工业共生体(见图3),其主体由5家企业和市政当局构成,在该体系中,企业与政府间、企业与企业间的关系不断强化,发电厂、炼油厂、生物质工程公司、建材公司等企业通过市场交易形成包括政府、企业在内的多方利益共享,按照互惠互利原则,以贸易方式通过利用对方生产过程中的废物和副产品而紧密联系在一起,通过工业共生链条,形成了资源的减量化、再循环、再利用的工业共生体。

图3 丹麦Kalundborg生态工业园的工业共生体

20世纪90年代中期,生态工业园的实践在北美、欧洲一些发达国家得到长足进展,尤其以美国最为活跃。美国国家环保署提供了大量财力支持生态工业园的发展,康奈尔大学等科研机构积极为生态工业园的建设提供了信息与规划服务,美国可持续发展总统委员会(PCSD)还专门成立了研究生态工业园区特别工作组,积极进行试点工作。从1993年开始,美国已有20个城市的市政当局与大公司合作规划构建生态工业园；1995年，美国PCSD指定了4个示范区进行实际应用研究,美国生态工业园已发展为十几个。PCSD专门召开会议,对生态工业园的定义、建设原则、发展模式及实际情况进行探讨。1995年后,加拿大多伦多的Portland工业区逐步展开生态工业园区项目,其中一批生态工业园区已具备很强的生态工业性质。

生态工业园在奥地利、瑞典、德国、荷兰、法国、芬兰、英国、意大利等欧洲国家迅速发展。英国在国家层面实施生态工业发展项目,NISP(National Industrial Symbiosis Programme )是世界上第一个国家级的工业共生项目。奥地利的施蒂利亚回收网络生态工业园、瑞典斯德哥尔摩环境科学工业园、德国的卡尔斯鲁厄生态工业园区、荷兰鹿特丹海港工业生态学项目、芬兰的奥卢生态园、英国柴郡的克鲁绿色商业区、意大利托斯卡纳区的封闭式工程项目、丹麦研究可再生能源的福克中心等生态工业园已经成为欧洲工业发展的新形态。

生态工业园在亚洲也受到广泛关注,日本是最早关注产业与生态发展关系的亚洲国家之一,其生态城镇项目是发展最成功的政策项目之一,在生态城镇区域内通过各种循环利用努力促进实现整个地区的废物零排放,目前已建成10个生态城镇项目。韩国釜山也在探索进行生态工业园中心建设。印度尼西亚、菲律宾、泰国、印度等国家也都在积极开展生态工业园项目。

2.3国内生态工业园理论研究

生态工业园可使社会经济、环境和人类需求三者达到平衡,是工业生态学的一个重要研究领域,其理论研究不但受到众多学者关注,更在国家发展层面受到重视。我国国家环保总局在《生态工业示范区规划指南(试行)》中对生态工业园进行了如下定义：生态工业园是依据清洁生产要求、循环经济理念和工业生态学原理而设计建立的一种新型工业园区,其通过物流或能流传递方式把不同工厂或企业连接起来,形成共享资源和互换副产品的组合,实现物质闭环循环、多级利用和废物产生最小化。

国内学者也从不同角度对生态工业园的定义、相关概念做出理论描述,并根据我国工业发展实际情况提出了相关理论观点。

柯金虎[6]认为，工业生态系统可在资源利用最大化、废物产生最小化原理下实现工业生态系统可持续发展。罗宏等[7]认为，生态工业园是包括自然、工业和社会的地域综合体,是根据循环经济理论和工业生态学原理设计的新型工业组织形态。

冯薇[8]认为，应该考虑重污染企业进入生态工业园,存在污染才有必要建立生态工业园。我国已进入重化工工业发展阶段,该产业资源依赖性强,污染物排放量大,应成为发展循环经济的优先领域。国内外以重化工重污染企业为核心的生态工业园成功案例较多,如著名的丹麦Kaluncdborg生态工业园,以及国内的鲁北化工集团生态工业园等。

胥树凡[9]认为，生态工业园是基于产业生态原理,利用企业间的关联进行产业连接,并建立起企业间生态平衡关系的新型工业发展形式。

鲍健强等[10]也认为,生态工业园是利用不同产业或企业间存在的物质、能量关联和互动关系,形成各产业或企业间的工业生态链或生态网络,物质和能量在工业生态链中逐级传递,实现闭路循环,不向体系外排放污染物,并认为生态工业园不是地理上的概念,而是多个企业间的关联概念。

赵涛等[11]认为，生态工业园建设的关键是应打破企业“大而全”“小而全”的组织机构和企业间单项式线性的生产方式,根据资源条件和产业布局,延长和拓展产业链条,促进企业间的共生。

从造纸工业发展看,针对造纸工业的生态工业园的研究并不多。陈帆等[12]进行了生态工业园对我国造纸工业可持续发展的适用性研究,从我国造纸工业存在的主要问题和现有工业处理形式的局限出发,论证了造纸生态工业园对造纸工业发展的助推作用。

王海刚等[13]还就造纸生态工业园的评价指标体系进行了探讨,认为可分为经济指标、总量指标、回收经济指标和吸收同化指标,并对各主要评价指标权重的确定进行了分析；此外,王海刚等[14]提出了以联合企业型造纸生态工业园建设促进造纸生态产业链的构建。

我国对生态工业园的理论研究起步较晚,目前,主要研究成果集中在对国外理论和经验的介绍、生态工业园的环境设计及开发设计方面。生态工业园的构建及支撑体系方面的研究还有待进一步深入,造纸生态工业园的理论研究还有待进一步加强。

2.4国内生态工业园的实践

我国从1999年开始启动生态工业园示范区建设试点工作,探讨和发展生态工业园这一新型工业发展模式。到2008年9月,以广西贵港生态工业园(制糖)示范区(见图4)为代表的经国家环保总局论证通过和批准在建的生态工业园区共计30个。

广西贵港生态工业园(制糖)示范区依据企业共生关系,设计构建了以制糖(甘蔗-制糖-废糖蜜制造酒精-酒精废液制造有机复合肥)和造纸(甘蔗-制糖-蔗渣造纸-制浆黑液碱回收)两大工业生态链为主,其他副工业生态链(制糖滤泥-制水泥,造纸中段废水-锅炉除尘、脱硫、冲灰)为辅, 形成蔗田、制糖、酒精、造纸、热电联产、环境综合处理六大系统的工业共生网络体系。

图4 贵港生态工业园(制糖)示范区示意图

其他生态工业园项目如广东省南海国家生态工业示范园区、湖南省黄兴国家生态工业示范园区、内蒙古包头国家生态工业铝业示范园区、新疆石河子国家生态工业(造纸)示范园区、山西潞城煤炭生态工业园项目、四川沱酒集团生态工业园、山东鲁北化工生态工业园项目、大连环保工业园项目、温州化工生态工业园项目、海南环保工业园项目和江苏宜兴环境科技生态工业园项目等已经取得了很大进展。

与造纸工业相关的生态工业园项目发展迅速。2003年,由新疆石河子科委组织实施、新疆天宏集团承担的国家级星火计划——利用城市废水灌溉100万亩芨芨草种植示范工程暨建设国家级生态(造纸)工业园项目在石河子垦区全面启动,项目立足于石河子垦区的特殊资源芨芨草,依托造纸上市公司,综合考虑产业间的有机结合及生态化发展,以在沙地、盐碱地人工种植芨芨草为开端,围绕芨芨草的综合利用构建产业生态链,形成了城市废水-芨芨草种植-治沙治碱-制浆造纸的产业生态链(见图5)及促进工业发展的良性循环系统,带动种植业、造纸业、养殖业、畜产品加工业及生态旅游业的共同发展。石河子国家造纸生态工业园的建设与运行,通过芨芨草种植改造沙漠和盐碱地,因地制宜地利用自然资源,实现地区经济资源的合理开发,达到生态环境保护与经济协调发展的双重目标。

图5 石河子生态工业园(造纸)生态链

一些大型造纸企业也积极参与到造纸生态工业园的规划建设中，如以胜达双灯纸业有限公司为核心的江苏双灯造纸生态工业园；以宁夏新源纸业有限公司为龙头,整合中龙科技有限公司、马兰花纸业有限公司、宏达纸业有限公司,共同组建的金积工业园生态造纸基地；由宁夏美利纸业承建管理,以造纸为主导产业,带动相关产业发展的宁夏美利造纸生态工业园。

表1 生态工业园划分角度及模式

但是,当前我国大部分“生态工业园区”均属于传统意义上的产业集群形成的工业园和一些高新产业园区,园区内各企业之间更多的是一种技术上的经济共生关系,规模也受到相互间地理位置的制约。

以贵港生态工业园(制糖)示范区为例,虽然园区产业各环节实现了充分的资源共享,使污染负效益变为资源正效益,但该项目经国外权威专家鉴定认为,距离真正的生态工业园还很远,除了固体废弃物的循环利用外,能源和水的效率优化并没有真正纳入到该项目的建设中,而利用自然生态特点消除环境负面影响的内容也未被纳入项目规划中,建筑节能和材料选择的研究也并未启动。因此,我国造纸生态工业园的实践还有待进一步探索。

3 造纸生态工业园建设模式分析

生态工业园建设模式依据分类标准不同,可分为不同类型。依据企业共生关系建立方式将生态工业园建设模式分为单一共生型、网络共生型及模拟共生型；根据生态工业园建设基础分为现有改造型、全新规划型及虚拟型；从原始基础角度、产业结构角度、空间组织方式角度,将其建设模式细化为改造型、全新型、联合企业型、综合园区型、实体型、虚拟型(见表1)。西方一些学者依据园区建设方法,将其建设模式细化为ex-nihilo模式(基于绿色区和“无排放”设计生态工业园)、核心企业模式、商业模式、材料/能源模式、商业流模式、再开发模式。

3.1改造型与全新型

改造型生态工业园对技术要求较高,通常是在现存的传统工业园或高新工业园内,通过适当的技术改造,建立现有工业企业间的共生关系,实现资源共享或废物交换。挑选基础良好且具有工业扩张前景的工业园作为改造对象是这类生态工业园建设的前提,明晰现存企业间的关系,实施生态工业园战略,是其成功的保证。

我国广西的贵港生态工业园就是在已存工业园的基础上通过技术改造建成的，目前已形成“甘蔗-制糖-废糖蜜制酒精-酒精废液制造有机复合肥”和“甘蔗-制糖-蔗渣造纸-制浆黑液碱回收、造纸厂白泥-制水泥”2条并联的生态工业链,园区现已逐渐产生经济效益,并不断完善与发展。

全新型生态工业园是新开发一个区域,经过良好的设计及规划,在招商过程中主要吸引“绿色制造技术”企业入园,并事先创建一些基础设施实现企业间的废物交换,建成企业间良好的共生链条。由于全新型模式的建设是从无到有的过程,投资一般较大,对成员企业的要求较高,但也因其前期的良好规划设计,使企业间的共生关系和良好合作更易实现。

位于广东佛山的南海国家生态工业园区就是全新型生态工业园的代表,该工业园将规划园址定于区位优越的珠三角腹地,利用便利的交通、发达的物流及该地区发展外向型经济的契机,着重引入绿色环保的工业企业,目前已形成以汽车零部件、精密机械、新材料等为核心的低碳产业集群。

3.2联合企业型与综合园区型

联合企业型模式亦称为核心企业模式,是通过鉴别已存在和感兴趣的某个大型“核心企业”,设计构建一个为“核心企业”提供材料或使用副产品的工业共生网络,建立补充“核心企业”共生链条的生态工业园。其实施建设的重点就在于突出“核心企业”,并通过对该企业投入、产出环节的分析,确定其共生链条的各个环节,通过相应企业或部门的补充,完成向生态工业园的发展和过渡。

美国田纳西州的Chattanooga生态工业园就是以杜邦公司的尼龙线头回收为核心,推行企业零排放,将曾经以污染严重闻名全美的制造业中心发展成生态工业网络,逐渐发展完善成为生态工业园区。重新利用老工业企业的工业废物,增补相关环节,减少污染以增进效益,为老企业、老工业区提供新的发展空间。

综合园区型是园区内存在不同行业,企业多样性的存在为形成多样的循环共生关系提供契机和保障,有效形成园区企业间的合作与分享机制,构建原材料和能源交换的工业体系。综合园区最贴近生态工业园区的理论构想,力求以闭环方式进行生产,形成成员企业间输入和产品相匹配的工业共生网络。

丹麦的Kalundborg工业共生体是目前构建得最成功的综合园区,园区以发电厂、炼油厂、制药厂和石膏制板厂为主体,同时考虑其他成员企业间的利益协调,形成了制浆-造纸、肥料-水泥、炼钢-肥料-水泥等工业联合体,减少废物产生量和处理费用的同时,产生了较好的经济效益,该工业园的工业共生仍在不断改进,逐步实现废物循环利用和对园区外“零排放”的目标。

3.3实体型与虚拟型

实体型生态工业园区是将园区成员企业聚于同一区域内,利用管道设施等实现物质和能量交换,利用信息系统实现企业间沟通与交流,并成立园区管理委员会,对园区实施统一管理。由于实体型生态工业园的产业集群效应明显、资源共享性高,是目前已建成或正在筹建的生态工业园区的主要形式。

虚拟型园区不严格要求其成员聚于同一区域,而是更多利用现代信息技术,通过园区信息系统,模拟建立成员间的物质和能源交换关系,继而在现实中加以实施,使企业打破地域限制,实现更广阔空间内的合作。这种生态工业园区模式可以省去一般建园所需的昂贵购地费用,避免建立复杂的园区系统和艰难的企业搬迁工作,灵活性较大。美国的Brownsville生态工业园采用的就是这种模式,运用虚拟形式增加新成员,形成对现有园区工业共生网络的有效补充,随着互联网技术的日趋成熟,为这种园区模式提供了更加广阔的发展空间,但在物流方面也存在一定制约。

造纸生态工业园无论采用何种模式构建,都会各有利弊。改造型生态工业园可以节约土地成本,但其改造效果能否满意,尤其是企业间共生链条能否有效建立令人担忧；全新型生态工业园可以依照完善的工业生态规划体系实现共生,但其成本高昂,建设周期较长；联合企业型生态工业园围绕“核心企业”构建工业生态链,实施可能性高,且易得到实力雄厚的“核心企业”支持；综合园区型具有多样性,有助于带动产业发展及大批相关企业的发展,经济效益显著,但其实现过程繁复,涉及的利益群体众多；实体型生态工业园有良好的产业集群效应,但将园区成员企业聚于同一区域的成本较高；虚拟型生态工业园区相对具有较大灵活性,但该模式对信息技术要求高,且通常要承担较高昂的物流运输费用。因此,造纸生态工业园构建模式的选择需综合考虑相关因素。

4 造纸生态工业园发展展望

造纸生态工业园不仅是追求效益的相关企业的共生体,实质上是经济、环境和社会各个方面构成的一个融合体,并且可以跨越地理空间,以虚拟形式存在。造纸工业发展必须摈弃传统的“高生产→高消费→高废弃”的粗放型生产模式,应转向以“原料→产品→废物→再生产品”的反馈闭环为核心、把废物最大限度地利用为再生原料的循环经济模式。造纸工业具有实施循环经济的良好客观条件,建立造纸生态工业园是造纸工业发展循环经济的有效途径,企业间依照一定顺序形成一个高效率的闭环系统，实现能量梯级利用,提高能源利用率，三废治理更加有成效。造纸生态工业园既改良了生产方式,降低了生产成本,又从根本上改善了生态环境,是造纸工业实现可持续发展的必然选择。从我国当前造纸工业发展实际看,选择以大型的造纸联合企业为主体,利用造纸核心企业构建造纸生态产业链和生态共生系统是我国造纸生态工业园发展的主要方向。

参 考 文 献

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