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一、產業生態學概念

1989年，通用汽車研究實驗室的RobertFrosch等發表了產業生態學領域的第一篇論文，指出未來的產業應該全方位地對資源開展循環利用而非一次性使用。1992年聯合國環境與發展大會通過了《21世紀議程》，把可持續發展道路作為全球的基本發展戰略和行動指南。在可持續發展思想推動下，在傳統的自然科學、社會科學和經濟學的相互交叉和綜合的基礎上，產業生態學作為一門新的學科迅速發展起來。但目前尚未形成統一的概念，產業生態學從理論到方法及應用都處于探索與研究中。

T.E.Graedel等給出了兩個產業生態學的定義。

第一個定義指出產業生態學是人類在經濟、文化和技術不斷發展的前提下，有目的、合理地去探索和維持可持續發展的方法。產業生態學要求不是孤立而是協調地看待產業系統與周圍環境的關系。

第二個定義指產業生態學是關于技術組織及其資源使用和潛在環境影響，以及如何調整它們與自然界的相互作用，以實現全球可持續發展的研究。

ReidLifset提出，產業生態學是一門迅速發展的系統科學分支，它從局部、地區和全球三個層次上系統地研究產品、工藝、產業部門和經濟部門中的能流和物質流，其重點是研究產業界在降低產品生命周期中的環境壓力的作用。

楊建新等認為，產業生態學就是將生態學原理應用于產業系統，研究產業活動及其產品與環境之間的相互作用關系，從而改善現有產業系統，設計新的產品系統，為人類提供對環境無害的產品和服務。

貝爾實驗室認為，產業生態學是研究各種產業活動及其產品與環境之間相互關系的跨學科研究。

盡管產業生態學概念的表述各不相同，但其有著共同的內涵：

（1）均以可持續發展為目標，體現了人與自然相協調的發展觀。

（2）均以產業組織及其活動為重點研究對象，以物質和能量的高效利用為重點研究內容。

（3）均強調了技術創新對于解決產業生態學問題的重要性。

產業生態學概念的差別主要是側重點的不同。有些概念強調了其技術屬性，有些概念強調了其科學研究屬性，有些概念強調了物質和能量循環的過程，有些概念突出了物質和能量循環的節點（如產品設計、生產過程、產品處置等）。

本文認為，產業生態學是研究產業活動和生態環境之間物質、能量和信息交換關系、倫理關系等相互關系的科學，也是促進人類社會和自然環境可持續發展的技術系統，其同時具有自然科學、社會科學和方法論的屬性。

二、鋼鐵工業生態化的內涵

許多研究者從工業生態學研究的一般問題出發，結合鋼鐵工業的特點，從物質和能量循環利用的角度，闡述了鋼鐵工業生態化的內涵。

胡長慶等認為鋼鐵工業生態化就是根據鋼鐵工業物質/能量流的輸入/輸出特點，運用生態學的原理，通過生產體系或環節之間的系統耦合，仿照自然界生態過程中的物質循環方式來規劃生產過程系統，通過資源和能源的總體優化配置，使物質和能量得到多級利用和高效產出，從而使鋼鐵工業向可持續發展的工業模式轉變。

JulianSZEKELY認為，僅僅強調物質和能量循環是不夠的，還要研究與之相關聯的費用問題，以及多年來累積的未處理廢物的處理問題，稅收政策和立法措施只能作為鼓勵因素，物質循環利用和節約能量的行為必須能夠產生足夠維持其持續運行的效益。生態化的鋼鐵企業應以天然礦石和廢鋼鐵材料為原料，具有能耗低、環境友好、接近用戶、操作柔性強的特點，要尋求和其它工業部門形成產業共生系統，并從處理其他工業部門廢棄物中獲利。

李新創認為鋼鐵企業的物質和能量循環可以分為大、中、小三種循環。小循環是指以鐵素資源為核心的生產上下工序之間的循環，水在各個工序內部的自循環以及各個工序生產過程中產生副產品在本企業內的循環等。中循環是指各個生產廠之間的物質和能量循環，即下游產品的廢物返回上游工序，作為原料重新利用，或者將一個生產廠產生的廢物、余能作為其他生產廠的原料和能源。大循環是指企業與社會之間的物質和能量循環，包括向社會提供民用煤氣；在冬季將余熱輸送供社會居民取暖；鋼鐵渣用于建材和城市道路交通建設等。

國內外關于鋼鐵工業生態化的研究還包括以下幾個方面：鋼鐵企業物質和能量流動模型、清潔生產的工藝技術和裝備、鋼鐵產品生命周期評價、爐渣等副產品的再利用技術、消化其他工業副產品的技術等。

三、鋼鐵工業生態化模式

根據鋼鐵工業實現生態化目標的路徑的不同，鋼鐵工業生態化模式可以分為兩種類型，一是“種群進化”模式，二是“產業群落”模式。

“種群進化”模式是當前鋼鐵行業生態化的主要模式，其特點是，重點依靠鋼鐵行業內部的技術創新和管理創新實現生態化目標，創新的主要內容包括：

工藝流程創新：如近終型連鑄技術的出現，大大拓展了電爐煉鋼產品的品種，提高了電爐鋼的質量，使得以廢鋼鐵為原料的電爐煉鋼短流程工藝獲得了新的生機，提高了鋼鐵資源的循環利用率。此外，鋼鐵聯合工藝每生產1噸鋼，約產生420kg廢物，電爐工藝產生的廢物只有鋼鐵聯合工藝的1/4～1/2。因此，許多電爐煉鋼小企業正在美國興起。

原材料替代技術：燒結和焦化工序是鋼鐵聯合企業的重點氣體和粉塵污染源，高爐是鋼鐵聯合工藝的重點耗能環節（鋼鐵聯合工藝噸鋼能耗約為5.6GJe，其中高爐噸鋼能耗約為4.3GJe）。為了少用或徹底淘汰燒結礦和焦炭，減少高爐能耗，人們開發了許多原材料替代技術，并在此基礎上形成了新的煉鐵和煉鋼工藝，如熔融還原技術、直接還原技術等。

技術裝備創新：煉焦、燒結、煉鐵、煉鋼、軋制等設備正朝著大型化、自動化和智能化、連續化的方向發展，極大地提高了鋼鐵產業的生產效率，節約了資源和能源，減輕了對環境的污染。

節能技術創新：為了提高鋼鐵企業的能源利用效率，人們開發了余壓發電技術、焦爐煤氣、高爐煤氣和轉爐煤氣綜合利用技術、系統綜合節能技術、冷卻水循環技術等一批節能新技術。

管理技術創新：通過引入ISO14000環境質量管理體系，開展清潔生產審計、污染負荷評價等，大大降低了資源和能源浪費。

盡管“種群進化”模式極大地提高了鋼鐵工業生態化水平，但仍有許多未能解決的問題，如：高爐渣、轉爐渣、軋制碎屑等含鐵廢棄物的處置和處理。

“產業群落”模式是正在發展的未來的鋼鐵工業生態化的主導模式，其特點是，通過產品、副產品（廢棄物）和能量的關聯，鋼鐵工業和其他工業行業共同組成產業共生體，以最優化的方式，實現資源和能源的多級高效利用和充分增值，盡量減少和生態環境的物質和能量交換。

和“種群進化”模式比較，“產業群落”模式具有更高的經濟效益和更高的資源能源利用效率，因為產業群落更有利于形成專業化分工、更有利于實現價值鏈的增值、更有利于形成技術創新系統。需要指出的是，產業群落的自然形成需要較長的時間，有時還要付出較大的代價，政府部門可以通過規劃、引導等措施來加快產業群落的形成和完善。

四、鋼鐵工業生態化的界定

1、鋼鐵工業生態化定義

綜合前人的研究結果，本文認為，鋼鐵工業生態化是指，伴隨著技術進步，以鋼鐵行業為核心的產業群落的生態效益由低向高的演進過程。生態化的定量表示如下：

（式1）

鋼鐵工業正效益是指，鋼鐵工業提供滿足人類需要的產品、降低自然資源和一次能源強度所產生的經濟效益、社會效益和生態效益。鋼鐵工業負效益是指，鋼鐵工業消耗自然資源和能源、排放污染物對經濟效益、社會效益和生態效益所產生的消減作用。

這一定義體現了產業生態學的基本原則和未來產業生態化實現模式的特點。

(1)本定義強調生態化是一個伴隨著技術進步不斷演進的過程。鋼鐵工業是一個資本和技術十分密集的產業，也是一個歷史較長，技術相對成熟的行業，這就決定了在一個歷史時期內，鋼鐵工業的技術進步只能是漸進式的，與此相對應，生態化的演進也是相對緩慢的，只有當鋼鐵工業的技術進步出現突破性進展時，其生態化水平才會有大的變化。

(2)本定義借用了世界可持續發展工商理事會生態效率的概念。生態效率強調產業系統和生態系統要協調發展，產業活動對生態系統的影響必須限制在生態系統的承受能力范圍之內。經濟效益和環境效益要統一，實現經濟效益的最大化不能以犧牲環境效益為代價。

(3)本定義強調了以鋼鐵工業為核心的產業群落的整體演進。市場經濟條件下，產業活動主體的主觀目標是經濟效益，可以假設在經濟利益驅動下，企業內部的物質和能量循環已十分充分，廢棄物質和剩余能源在不同企業或產業之間循環更加符合市場分工原則和企業追求經濟效益的要求。以往在政策法規的約束下，企業單獨開展物質和能量循環利用，進行廢棄物的末端治理，其目標也是降低環境管理費用，提高企業經濟效益，但這種方式不一定是經濟效益最優的方式。

2、鋼鐵工業生態化研究范圍

筆者將鋼鐵工業生態化研究范圍界定為鋼鐵產品生產流程及與其直接進行副產物和剩余能源交換的關聯企業群。在這個關聯企業群中，產生正效益的物質和能量流包括鋼鐵產品、廢鋼循環利用、副產物交換、可再生能源利用、剩余能源交換。產生負效益的物質和能量流包括自然資源利用、污染物排放、一次能源利用,作為未來生產潛力的自然資本的耗損貶值和環境退化所造成的損失為負效益。

本文將鋼鐵產品生產流程作為一個整體考慮，不涉及鋼鐵產品生產流程內部的物質和能量交換關系。本文所稱鋼鐵產品生產流程包括鋼鐵生產主流程和輔助流程。鋼鐵生產主流程有兩類：“高爐一轉爐”流程(簡稱長流程)和“電爐”流程(簡稱短流程)。按流程最終產品的不同，長流程又細分為生產條型材和板材兩種生產線。長流程的起點是地下礦石等含鐵物料，終點是鋼鐵產品，中間經由采礦、選礦、燒結、高爐、轉爐、二次冶金、連鑄、軋鋼等生產工序。短流程的起點是廢鋼等含鐵物料，終點是鋼鐵產品，中間經由電爐、鋼包爐、連鑄、軋鋼等工序。輔助流程，是指對生產流程的環境負荷有較大影響的那些生產工序，包括：①煉焦工序(分干熄焦和濕熄焦兩種工藝)；②鍋爐(分電廠鍋爐、燃氣輪機和蒸汽鍋爐)；③制氧；④燃氣加工；⑤噴吹煤制備；⑥能源放散或虧損；⑦廠內運輸。鐵合金、耐火材料、洗精煤、動力煤、石灰石和白云石等制備過程不計入輔助流程.