孙启宏,白卫南,乔琦
中国环境科学研究院国家环境保护生态工业重点实验室,北京 100012
循环经济作为生产、流通和消费等过程中所进行的减量化、再利用和资源化活动,是生态文明建设的重要方面,具有很强的战略性、宏观性、长期性和复杂性,需要通过强有力的规划措施加以推进。综述了循环经济规划的发展历程及现状,并对今后的循环经济规划方法和实践进行了展望。
(1)生态经济:循环经济的起源
1962年,美国经济学家Boulding提出了“宇宙飞船理论”,将人类生活的地球比做太空中的宇宙飞船,只有循环利用资源,才能持续发展。Boulding敏锐地觉察到必须从经济过程来思考环境问题产生的根源,于1966年出版了《一门科学——生态经济学》,正式提出了“生态经济学”的概念,第一次把生态经济理念系统地输入社会发展的各领域。循环经济的提出启发了20世纪60年代末开始的关于资源与环境的国际经济研究。80年代兴起了可持续发展研究,1987年世界环境与发展委员会出版的《我们共同的未来》中专门探讨了通过管理来实现资源的高效利用、再生和循环,把循环经济与生态系统联系起来。1990年,英国经济学家Pearce等在《自然资源和环境经济学》中率先提出了“循环经济”的概念[1-2]。
(2)工业生态学:循环经济的重要理论基础
1989年,Frosch等在《科学美国人》杂志上发表了《制造业的战略》一文,提出了工业生态学的概念。美国科学院在20世纪90年代初对工业生态学的概念、方法和应用前景等进行了研究,形成了工业生态学的基本框架。此后10年中,工业生态学研究在美国、北欧和日本等国家和地区得到了较快的发展。1997年,美国《环境科学和技术》杂志发表了《21世纪优先研究领域专题报告》,将工业生态学列为今后20年环境研究领域需要加强关注的6个优先领域之一。工业生态学进一步丰富了循环经济理论,并使循环经济向实践更加迈进了一步[3-4]。
(3)废物经济:德国和日本的循环经济制度与实践
德国的循环经济是从垃圾处理入手的,针对垃圾处理问题,德国从20世纪90年代开始立法建立了产品责任延伸制度和双轨制回收系统(DSD),1996年发布的《物质闭合循环与废物管理法》(简称《循环经济和废物管理法》)在国际社会的国家法律文本中第一次使用循环经济概念。日本为解决固废问题,也大力推进循环型社会建设,并于2000年颁布了《循环型社会形成推进基本法》[5]。
发展循环经济是实现可持续发展的重要途径,也是保护环境和削减污染的根本手段[6]。20世纪90年代末,针对工业污染和城市污染问题,适应国际环境保护趋势,原国家环境保护总局在推进企业清洁生产基础上,率先在全国范围内推进循环经济的理论探索和实践[6-7]。辽宁省是我国第一个循环经济试点省份,该省于2002年3月编制发布了《辽宁省发展循环经济试点方案》,其中提出了建设循环经济型企业、建设生态工业园区、建设城市资源循环型社会和建立区域性资源再生产业基地等四大任务。根据辽宁省和其他地区的实践和经验,有关专家总结出了推进循环经济发展的“3+1模式”,即在小循环、中循环、大循环以及静脉产业4个层面全面推进循环经济[8-9]。
“3+1”模式成为国家有关部门推进循环经济发展的主要模式。其他一些省市结合自己的特点提出了类似的推进模式。例如,山东省提出的在“点(企业)、线(行业)、面(区域)”3个层次,加快推进小循环、中循环、大循环,建立循环型社会的模式[9]。国家《循环经济发展战略及近期行动计划》提出,“十二五”期间我国要在农业、工业、服务业各产业,城市、园区、企业各层面,生产、流通、消费各环节培育一批循环经济示范典型,全面推广循环经济典型模式,推动循环经济形成较大规模,更进一步拓展了循环经济发展的内涵[10]。
循环经济规划可从不同的角度进行划分[11]。从规划范围来看,可分为国家层面、省市层面、区县层面(园区层面)三级体系。《循环经济促进法》规定:国家编制全国循环经济规划,设区的市级以上地方人民政府编制本行政区域循环经济发展规划。如在国家层面,2013年1月,国务院发布了《循环经济发展战略及近期行动计划》。从规划载体和功能看,可分为2类:1)专门的循环经济规划;2)在总体规划、区域规划和一些专项规划中融入循环经济的理念和要求,增设部分章节和内容。循环经济规划要与总体规划、区域规划和相关专项规划相协调。
伴随着循环经济的发展,我国循环经济规划可分为3个阶段:
(1)模式探索阶段(20世纪90年代末—2005年)
如前所述,循环经济最初是作为污染预防和源头控制的重要抓手发展起来的。2003年,原国家环境保护总局在理论探索和试点基础上,发布了《循环经济规划示范区编制指南》。2003年,贵阳成为我国首个完成循环经济规划的城市,而辽宁、江苏、上海等省市,以及苏州高新区、天津开发区和苏州工业园区等工业园区率先完成了循环经济(生态工业)规划。截至2005年底,国家环境保护总局批准建设的全国循环经济试点省市有8个,生态工业示范园区17个[5]。
(2)全面试点阶段(2006—2012年)
2005年,国务院印发了《关于加快发展循环经济的若干意见》,党的十七大报告明确提出“循环经济形成较大规模”的要求。2005年和2007年,国家发展和改革委员会会同有关部门先后启动了2批循环经济试点,共有重点行业、重点领域、产业园区及省市层面的178家单位参加了试点工作。2008年,国务院批准了《曹妃甸循环经济示范区产业发展总体规划》,2009年1月,《循环经济促进法》正式实施,该法律明确将循环经济规划作为基本管理制度之一。2009—2010年,国务院先后批复甘肃省和青海省柴达木的循环经济总体规划。2010年,国家发展和改革委员会发布了《循环经济发展规划编制指南》,用以指导各试点单位的循环经济规划编制工作。
(3)生态文明建设新阶段(2013年—)
党的十八大报告将生态文明建设纳入五位一体的总体布局,明确要求着力推进绿色发展、循环发展、低碳发展;发展循环经济,促进生产、流通、消费过程的减量化、再利用、资源化。随着科学发展观的深化和生态文明战略地位的提升,我国循环经济理论和具体内涵将进一步深化,我国循环经济发展规划已经进入一个新的深化发展阶段[12]。
循环经济发展规划和其他各类规划一样,其内容涉及现状及问题分析、目标和指标确定、总体设计、空间布局、重点任务和重点工程识别、投资效益分析、保障措施分析等方面。其规划方法也遵循区域规划、产业规划、环境规划等所采用的通用方法,如模型预测、空间规划、数学规划、情景分析、投入产出分析、系统分析等方法。这里仅根据循环经济发展的特点和要求,对具有循环经济特色的分析和评估方法进行综述。
物质流分析(MFA)是一种以质量单位追踪物质从自然界开采进入人类经济系统,后流经经济系统各环节,最终回到自然环境的研究方法。MFA可以分为经济系统物质流分析(EW-MFA)和特定物质的物质流分析(SFA)。EW-MFA方法可追踪进入国家或者区域经济系统的全部物质流状况,而SFA则是主要追踪特定的某种或者特定的大宗物质流,如针对重金属、碳等特定某种物质或者木材、能源等大宗物质。20世纪90年代初,奥地利、日本和德国首先应用MFA方法进行经济系统的自然资源和物质流动状况分析,此后主要发达国家先后完成了国家层面的EW-MFA。通过EW-MFA,可得到输入指标、输出指标、消耗指标、平衡指标、强度和效率指标、综合指数六大类共10多个物质流分析指标,为制定区域可持续发展战略和指标设定提供量化依据。迄今,国内多位研究者对物质流分析方法及其应用进行了综述[13]。
鉴于循环经济是“物质闭环流动型经济”,MFA必然成为循环经济规划的重要工具。日本循环型社会指标体系的构建就是基于物质流分析。国内东北大学、清华大学、中日环境友好中心、中国环境科学研究院等单位较早利用MFA,开展国家和区域层面的循环经济指标体系的构建研究[14-17]。此外,也有一些聚焦某行业的物质流分析,如分析钢铁生产流程的铁流对铁资源效率的影响[18]。
工业代谢是20世纪80年代中期由Ayres等提出的,它通过研究物质、元素和能量代谢关系,分析经济运行中物流、能流和环境影响,有助于把握工业系统的整体运行机制,识别其中存在的主要问题和优先解决的目标;有助于人们采取有效措施控制和预防环境污染[19]。要针对不同的研究范围(工业系统、区域、流域或整个国家)以及不同的研究对象(如污染物、污染元素、资源、产品等)研究工业代谢的基本原理、分析方法,以及研究如何通过有效的技术途径和政策途径来减少环境影响。
段宁等[20]进一步将工业代谢深化为产品代谢和废物代谢。其中,产品代谢以产品流为主线,即上一个生产过程中形成的初级产品作为下一个生产过程的原辅材料,随着产品链延伸产品的经济价值也随之增加。产品链采用生态设计方法,优化产品结构,从而提高资源效率,降低环境排放。废物代谢以废物流为主线,通过废物流动,将上一个生产过程中所产生的废物作为原材料输入到下一个生产过程,再次形成产品和废物。随着废物链不断延伸,初始输入的原材料的利用率显著提高。循环经济的发展,不能停留在废物代谢阶段,即在废物产生之后才考虑再用和循环,而应主动研究和优化产品代谢过程,通过革新现有的产品链,补充和完善产品代谢链网,使废物在产生以前就被减少或消除,或者在产生以后有利于再生利用,这也是强调产品代谢的意义所在[3]。
生命周期评价(LCA)始于20世纪70年代,源于美国开展的针对包装品的分析和评价。1998年,我国开始全面引进LCA国际标准——ISO14040系列标准,将其等同转化为国家标准。进入21世纪以来,由于广大学者的推介,LCA成为国内可持续发展和循环经济领域新的研究亮点之一,并在多个领域进行了应用[21-22],包括:1)绿色产品的评价,主要应用LCA进行产品环境性能比较和改善评价,如绿色建筑材料评估、产品节能减排绩效评价、面向回收的汽车产品设计[23]等;2)工艺、技术的环境评价,应用于工艺的环境影响评价、不同工艺之间的比较、工艺优化及再循环工艺设计等;3)农业及服务业中的应用,如运用LCA方法,进行沼气生态农业模式、酒店服务业的优化评价;4)废物资源化技术路线评价,如对废弃电器电子产品进行LCA,识别污染特性和判断末端处置工艺的优劣,从源头上消除污染[24]。
LCA所需数据种类繁多且处理量大,需要相关软件及数据库系统的支持。国外已形成多种较为成熟的评价软件和数据库。我国在引进国外软件和数据库的同时,也开发了自己的LCA数据库,如四川大学、亿科环境科技公司开发的CLCD,中国科学院生态环境研究中心开发的RCESS,同济大学开发的中国汽车替代燃料生命周期数据库,宝钢开发的baosteel LCA等[22]。
生态足迹分析是一种计算人类的消费、衡量生态可持续性的工具,将生态足迹的现实需求与自然能够提高的生态服务的实际供给两方面进行定量比较,可以反映人类是否生存于自然系统的生态承载力范围内。1992年,Rees等首次提出生态足迹概念,此后在全世界得到了广泛关注和应用,如欧洲委员会将生态足迹概念纳入区域可持续性评价的共同指标集[25]。
国内研究者开展了相关案例研究。如龙爱华等[25]对上海市的研究表明,由于城市化快速发展,上海城乡居民生活消费的生态足迹不断增大,生态“黑洞”越来越大。当前的城市化必须摒弃过度扩张的发展模式,杜绝奢侈消费,发展循环经济,从而降低城市人均生态足迹和支撑区域的生态压力。岳强[26]对辽宁省1995—2002年生态足迹的研究表明,2002年人均生态足迹和生态赤字达到最大,化石燃料用地在生态足迹构成中比例很大,生态足迹构成的分布严重不均,生态足迹多样性指数较低。
根据世界可持续发展工商理事会(WBCSD)的定义,生态效率是“提供有价格竞争优势的、满足人类需求并保证生活质量的产品或服务,同时逐步降低对生态的影响和资源消耗强度,使之与地球的承载能力相一致”。生态效率可以表示为产品或服务的价值与环境影响之比。生态效率越高,表示能以较少的环境代价获得较大的经济收益,这与循环经济的宗旨一致。
周国梅等[27]根据生态效率指标,初步提出了循环经济评价指标体系。诸大建等认为,生态效率的概念揭示了循环经济的减物质化本质,循环经济的发展可以用生态效率指标来度量,最直接和科学的是2类指标:1)基于GDP与资源投入的资源效率指标,如直接物质投入生产率(GDPDMI)、能源生产率、水生产率、建设用地生产率等;2)基于国内过程输出(DPO)的环境效率指标(GDPDPO),如固体废物产生产出率、废气排放产出率、废水排放产出率等。据案例研究,上海市虽然经济发展水平较高,但其生态效率远低于发达国家,大多数生态效率指标还低于国内先进水平,循环经济发展水平总体上不高[28-29]。
系统动力学(SD)由Forrester于1956年创立,目前已成为研究复杂性科学的重要方式之一。它针对实际系统中存在的问题,从系统的整体出发,充分估计和研究其影响因素和相互关系,特别注重研究系统内部的非线性相互作用、协同以及延迟效应。循环经济系统是涵盖人口、经济、环境和资源等子系统的复杂系统,特别适合使用系统动力学方法进行分析研究。
江卫[30]从煤炭行业、生态矿区、煤炭企业等3个层面分析了煤炭企业循环经济发展的影响因素,建立了企业生态系统主要变量的反馈控制关系,构建了一个通用的煤炭行业生态系统动态仿真模型。秦钟等[31]利用系统动力学方法,建立了广东省循环经济的系统动力学模型,在此基础上,对循环经济发展的3种不同情景进行了模拟和比较,指明了转变现有的经济发展模式,采取循环经济发展模式是实现可持续发展的有效途径。
几种循环经济规划方法并不是相互排斥的,有些还可以在规划实践中同时使用。不同方法在分类上也有些交叉,例如,尽管LCA是一种规范化和程序化的工具,但其他各类方法均应遵循生命周期的理念;物质流分析可以看作是工业代谢分析的一种方法;生态足迹是一种广义的物流分析;生态效率方法中的输入、输出的物质量,需要通过物质流分析来获得。相关方法的对比见表1。
表1 几种循环经济规划方法的比较Table 1 Comparison of methods in circular economy planning
国际上,日本的循环型社会指标体系最为完善,该指标体系乃基于MFA分析而获得。2008年,日本制定了新的《循环型社会推进基本计划》,新计划中使用了2类指标:1)物质流指标,反映循环型社会建设过程中物质输入、循环和输出状况,包括3个核心指标(资源生产率、循环利用率、最终处理量)和2个辅助指标(金属矿物生产率和CO2减排),其中辅助指标为新计划新增;2)措施指数(effort indices),包括表述定量目标的目标指数(废物减量化、公众的意识和行动变化、推进循环型社会商务、具体循环法律和计划的实施)和监控近期变化的监控指数(包括出租业的市场规模和重装商品的出货率、制定循环基本计划的地区数等9个指数)[32]。
在国内,不少学者基于MFA、生态效率等方法开展了循环经济指标体系的研究。这些研究基本上反映到了政策层面,并形成了具有我国特色的循环经济指标体系。
(1)国家循环经济发展战略
国家《循环经济发展战略及近期行动计划》提出了我国“十二五”期间的18项指标,可分为3类,即资源产出指标(主要资源产出率、能源产出率、资源循环利用产业总产值等),资源消耗指标(主要再生有色金属产量占有色金属总产量比重、农业灌溉水有效利用系数),资源综合利用指标(矿产资源总回收率、工业固体废物综合利用量、工业用水重复利用率等)[10]。此外,《循环经济促进法》明确提出,循环经济发展规划应包括资源产出率、废物再利用和资源化率等指标。可以看出,这些指标基本上是输入、循环端的指标。
(2)循环经济评价指标体系
2007年,国家发展和改革委员会等部门编制了《循环经济评价指标体系》。该指标体系包括宏观层面和工业园区层面两部分,分别有22和14项指标,用于指导全社会、各地以及工业园区的循环经济发展规划。该指标体系包括4类指标,分别是资源产出指标、资源消耗指标、资源综合利用指标和废物排放指标[33]。与上述国家循环经济发展战略相比,明确包括了废物排放指标,即输出端指标。
(3)生态工业园区标准
环境保护部等三部门为推动生态工业园区示范建设,颁布了综合类、行业类和静脉产业类3类生态工业园区的建设标准,分别包括24、19和20项指标,这些指标分属于经济发展、物质减量与循环(资源循环与利用)、污染控制以及园区管理4类指标[34]。该指标体系包括了输入、循环、输出端指标和管理指标,突出了环保要求。
当前,我国循环经济规划还存在不少问题:1)指导循环经济规划的理论体系尚待完善,特别是在生态文明背景下,需要进一步界定循环经济内涵,探索行之有效的发展模式。对于循环经济的认识容易出现“泛化”现象,一些地区脱离资源和环境承载力,甚至违背经济规律,借发展循环经济的名义,上一些高耗能、高污染项目。2)规划体系不完善,循环经济规划与国民经济和社会发展规划及其他专项规划缺乏协调性,国家、区域、地方规划衔接不够,可操作性有待提高;规划指标虽多,但规划指标约束性缺失,导致规划难以考核。3)规划方法不健全,传统的预测、模拟和规划方法与循环经济特色的规划、评估方法脱节,规划的定性分析多,定量分析少。4)规划的基础数据缺乏,缺少物质流分析的统一、规范的数据平台。5)规划实施的保障机制不健全,循环经济制度建立刚刚起步,有利于循环经济发展的市场经济机制尚未形成。
针对现存问题,今后要进一步加强循环经济理论和规划方法与保障制度研究:1)加强理论创新,进一步研究“五位一体”下的循环经济内涵和要求,探索建立融合绿色发展、循环发展、低碳发展和节能环保要求的循环经济新模式。针对循环经济的“泛化”趋势,应回归循环经济的“3R”本质,强调资源节约和环境保护要求,核心是降低资源利用和废物的最终排放。2)加强方法创新,进一步完善循环经济规划体系,促进不同规划之间的衔接和协调,创新和完善循环经济规划的方法体系,实现规范化、模式化和计算机化。要进一步研究完善循环经济指标体系,重点抓住核心和关键指标,增强指标的协调性和可考核性。3)加强制度创新,进一步完善循环经济的规划制度,研究符合循环经济要求的资源和环境排放总量控制制度,建立循环经济的评价和考核制度、监管制度,尽快建立符合我国国情的生产者(产品)责任延伸制度,研究建立促进循环经济发展的财政、税收、物价等经济政策,保障循环经济规划的有效实施。
[1] PEARCE D W,TURNER R K.Economics of natural resources and the environment[M].Baltimore,Maryland:Johns Hopkins University Press,1990.
[2] ANDERSON M S.An introductory note on the environmental economics of circular economy[J].Sustainability Science,2007(2):133-140.
[3] 孙启宏,段宁.循环经济的主要科学研究问题[J].科学学研究,2005,23(4):490-494.
[4] 乔琦,傅泽强,刘景洋,等.生态工业评价指标体系[M].北京:新华出版社,2006:1-3.
[5] 孙启宏,段宁,毛玉如,等.中国循环经济发展战略研究[M].北京:新华出版社,2006.
[6] 余德辉,王金南.循环经济21世纪的战略选择[J].再生资源研究,2001(5):2-5.
[7] 段宁.清洁生产、生态工业和循环经济[J].环境科学研究,2001,14(6):1-4,8.
[8] 陆钟武.关于循环经济几个问题的分析研究[J].环境科学研究,2003,16(5):1-5,10.
[9] 解振华.领导干部循环经济知识读本[M].北京:中国环境科学出版社,2005.
[10] 国务院.循环经济发展战略及近期行动计划[EBOL].(2013-02-05)[2013-10-15].http:www.gov.cnzwgk2013-0205content_2327562.htm.
[11] 石磊,张天柱.循环经济规划在立法研究中的问题[J].环境与可持续发展,2007(3):1-3.
[12] 诸大建.生态文明背景下循环经济理论的深化研究[J].中国科学院院刊,2013,28(2):207-218.
[13] 黄和平,毕军,张炳,等.物质流分析研究述评[J].生态学报,2007,27(1):368-379.
[14] 张楷,周国梅,马永亮.物质流分析理论方法与循环经济评价指标体系研究[R].北京:中日友好环境保护中心,2005.
[15] 徐一剑,张天柱,石磊,等.贵阳市物质流分析[J].清华大学学报:自然科学版,2004(12):1688-1699.
[16] 刘敬智,王青,顾晓薇,等.中国经济的直接物质投入量和减量分析[J].资源科学,2005,27(1):46-51.
[17] 孙启宏,李艳萍,段宁,等.基于EW-MFA方法的我国1990-2003年资源利用与环境影响特征研究[J].环境科学研究,2007,20(1):108-113.
[18] 戴铁军,陆钟武.钢铁生产流程的铁流对铁资源效率的影响[J].金属学报,2004,40(11):1127-1132.
[19] 苏伦·埃尔克曼.工业生态学[M].北京:经济日报出版社,1999.
[20] 段宁,孙启宏,傅泽强,等.我国制糖(甘蔗)生态工业模式及典型案例分析[J].环境科学研究,2004,17(4):29-32.
[21] 白璐,孙启宏,乔琦.生命周期评价在国内的研究进展评述[J].安徽农业科学,2010,38(5):2553-2555.
[22] 郑秀君,胡彬.我国生命周期评价(LCA)文献综述及国外最新研究进展[J].科学进步与对策,2013,30(6):155-160.
[23] 方海峰.面向循环经济的汽车产品回收利用若干问题研究[D].长沙:湖南大学,2009.
[24] 洪梅,宋博宇,丁琼,等.生命周期评价在电子废弃物管理中的应用前景[J].科技导报,2012,30(33):62-67.
[25] 龙爱华,程国栋.生态足迹、城市化与循环经济:以上海市为例[J].上海师范大学学报:自然科学版,2005,34(1):87-96.
[26] 岳强.物质流分析、生态足迹分析及其应用[D].沈阳:东北大学,2006.
[27] 周国梅,彭昊,曹凤中.循环经济和工业生态效率指标体系[J].城市环境与城市生态,2003,16(6):201-203.
[28] 诸大建,邱寿丰.生态效率是循环经济的合适测度[J].中国人口·资源与环境,2006,16(5):1-6.
[29] 邱寿丰.循环经济规划的生态效率方法及应用:以上海为例[D].上海:同济大学,2007.
[30] 江卫.基于系统动力学的煤炭企业循环经济系统研究[D].天津:天津大学,2012.
[31] 秦钟,章家恩,骆世明.基于系统动力学的广东省循环经济发展的情景分析[J].中国生态农业学报,2009,17(4):800-806.
[32] 徐波宝,秀兰.日本新循环型社会形成推进基本计划概览[J].世界环境,2009(1):65-67.
[33] 国家发展和改革委员会,国家环境保护总局,国家统计局.循环经济评价指标体系[EBOL].(2007-06-27)[2013-10-15].http:hzs.ndrc.gov.cnnewfzxhjjzcfgt20070814_235955.htm.
[34] 乔琦.综合类生态工业园区建设绩效评估[J].环境工程技术学报,2011,1(1):82-86. ▷