鋼鐵工業循環經濟發展模式研究

馬遷利

（北京服裝學院商學院，北京100029）

鋼鐵工業循環經濟發展模式研究

馬遷利

（北京服裝學院商學院，北京100029）

面對資源和環境的雙重約束，傳統鋼鐵制造業應向生態化轉型，將其高投入、高消耗、高排放的線性模式轉變為循環經濟發展模式。利用循環經濟中的工業共生原理，探討了鋼鐵產業實現循環經濟發展模式的可行性，并分析了其產生的經濟和生態效益。

鋼鐵；工業共生原理；循環經濟

改革開放后，借助于30多年經濟的高速發展，我國的鋼鐵產業實現了快速成長，由20世紀的五六十年代的依靠土法煉鐵，一躍到今天全球最大產鋼國和耗鋼國。近年來，由于我國的資源環境問題日益突出，作為傳統高投入、高污染、高能耗的典型性代表產業，國內鋼鐵工業也面臨著資源和環境的雙重壓力。而循環經濟中的工業共生理論，對促進我國鋼鐵工業的可持續發展具有重要指導意義。

1 工業共生與循環經濟模式構建

1.1工業共生的內涵和本質

在生態學中，共生是一種常見現象，是指兩種不同生物之間所形成的緊密互利關系，是生物之間相互關系的高度發展（圖1）。在共生關系中，一方為另一方提供有利于生存的幫助，同時也獲得對方的幫助，稱之為互利共生；如對其中一方有益，對另一方沒有影響，稱之為偏利共生；共生的結果是給共生的物種帶來驚人的好處。

圖1 生物共生關系模型

受生物界中共生現象的啟示，在20世紀80年代末，一些學者開始研究工業系統中存在的共生關系，并將工業共生定義為一種工業組織形式。在其中某一生產過程的廢物可以用作另一生產過程的原料，從而最高效地利用資源和最大限度地減少工業廢物[1]。顯然，工業共生的本質就是模仿自然生態系統物質循環方式，使不同企業之間形成共享資源和互換副產品的產業共生組合，使上游生產過程中產生的廢物成為下游生產的原料，達到相互間資源的最優化配置。

1.2循環經濟發展模式與工業共生

在自然生態系統中，物質和能量通過食物鏈在生物圈和外界環境之間形成循環、流動和充分利用（圖2），其整個過程不產生任何絕對意義上的廢物[2]。

圖2 自然生態系統的簡易食物鏈模型

循環經濟模式是按照自然生態系統物質循環和能量流動規律重構經濟系統，把傳統的依賴資源消耗的線性增長的經濟，轉變為依靠生態型資源循環來發展的經濟。即建立起“資源—產品—消費—再生資源”

的物質閉環流動型經濟（圖3），循環經濟發展模式是對能源及其廢棄物實行綜合利用的生產活動過程，而不同企業（產業）之間形成相互共享資源和利用副產品的關系，正是前述工業共生的題中之義。

圖3 中：V代表天然材料；M代表加工材料；P代表產品；S代表殘留物；I代表回收材料；R代表未加收集的殘留物；其下角的e、m、c、w分別代表采掘者、生產者、消費者和廢物處理者；與表示產業內部的物質循環與流動。

2 基于工業共生的鋼鐵循環經濟發展模式構建

資源耗竭和環境惡化已構成我國鋼鐵工業生產持續增長的重要瓶頸，這與鋼鐵工業長期沿用的“資源—產品—廢棄物”單向線性工業發展模式密切相關。要突破這個瓶頸，擺脫資源和環境對我國鋼鐵工業發展的束縛，就必須對鋼鐵工業傳統模式進行改造，構建以工業共生為基礎的鋼鐵循環經濟發展模式。

2.1鋼鐵工業循環經濟發展模式的可行性分析

鋼鐵工業屬于資源密集型產業，開發的主要對象是各種粉狀、塊狀黑色金屬和非金屬礦物，生產規模大，工藝過程復雜，包括礦石的采選以及金屬的冶煉、冶金產品的加工等，其生產需要輸入大量自然資源，在冶煉出成品生鐵和軋制鋼材的同時，也向外界大量排放廢氣（汽）、廢水和廢渣等副產品。這使得鋼鐵工業有可能與一些其他的工業發生原料、能量、產品和副產品的交換，通過縱向和橫向的系統耦合形成共生關系（圖4）。

2.1.1機械工業

通過生鐵、粗鋼和鋼材這個媒介與鋼鐵工業建立起共生關系的主要是工業設備、農業機械和運輸機械制造業，這些工業形成了鋼鐵工業傳統的下游產業鏈。鋼鐵工業與其下游產業的共生關系主要體現兩個方面：一是鋼鐵工業依據下游機械制造業的需要，或與下游機械制造業一起對鋼材進行深加工和靈巧設計，提升鋼材質量，延長其壽命周期；下游機械制造業同時也向鋼鐵業提供冶金設備和礦山機械；二是與下游制造業加強信息交換，對其生產過程中所產生邊角廢料以及使用末期的廢舊機械產品實施回收再生鋼材。下游機械制造業主要與鋼鐵工業形成產品代謝（回收）共生關系。

圖4 鋼鐵循環經濟發展模式可能性分析圖

2.1.2能源工業和化學工業

通過廢氣（汽）這個媒介與鋼鐵工業建立起共生關系的是能源和化學工業。鋼鐵生產過程是將煤炭轉換為熱能、電能、壓力能、可燃氣、H2等能源形式的過程，這些能源在鋼鐵生產過程中并未被充分利用，存在較大的浪費和污染，這些未被利用的能源可被用于發電和制備新能源，新產生的電力還可以返輸回鋼鐵廠使用。鋼鐵生產過程同時也是一種化合反應過程，煤炭在煉焦、冶煉鋼鐵的過程中生成大量的CO，H2，CH4和SO2，經過提純加工后可用作許多化工產品的投入原料。能源與化學工業主要與鋼鐵工業形成廢物（副產品）代謝共生關系。

2.1.3建材工業和化學工業

通過鋼渣和高爐渣這個媒介與鋼鐵工業建立起共生關系的是建材工業和化學工業。鋼鐵生產過程中產生的鋼渣經過粉碎處理后，其含鐵部分可以返回再用，而剩余的尾渣和尾粉可以作為優良的筑路材料和基地用碎石；高爐水渣則可用來作為生產各種標號水泥的投入原料，降低水泥的生產制造成本[3]。此外，鋼渣中含有多種對農作物有利的微量元素，經過高溫后更容易被作物吸收利用，因此可用作土壤改良劑，或是作為生產鈣磷肥的原料[4]。建材和化學工業主要與鋼

鐵工業形成廢物（副產品）代謝共生關系。

通過前述分析，不難發現鋼鐵工業與機械工業、能源工業、化學工業以及建材工業可以通過相互利用產品和廢物（副產品）展開合作，形成密切的工業共生關系，實現各種資源的循環流動或充分利用。

2.2鋼鐵工業循環經濟發展模式構建

鋼鐵工業循環經濟發展模式可分為初級的鏈狀耦合結構和高級的網狀耦合結構兩種，下面對這兩種結構分別進行描述。

2.2.1鏈狀耦合結構

鏈狀耦合結構是一種一維結構鏈，是鋼鐵工業與其他相關縱向共生工業的直接耦合。模仿自然生態系統中的縱向食物鏈，以代謝鋼鐵工業產品和廢物為主要目的，可以形成多條縱向的鋼鐵生態產業鏈。主要有以下幾種（圖5中的實線部分）。

圖5 鋼鐵循環經濟發展模式示意圖

（1）鋼鐵廠—（鋼材）—制造企業—（制造廢鋼）—鋼鐵廠；鋼鐵廠—（鋼材）—制造企業—（鋼材制品）—社會消費—（使用末期鋼鐵制品）—鋼鐵廠；

（2）鋼鐵廠—（煤氣）—發電廠—（電力）—鋼鐵廠；

（3）鋼鐵廠—（工業污水）—污水處理廠—（工業用水）—鋼鐵廠；

（4）鋼鐵廠—（爐渣）—水泥建材廠；

（5）鋼鐵廠—（礦渣）—化肥廠；

（6）鋼鐵廠—（CO，CH4，H2）—化工廠；

（7）鋼鐵廠—（H2）—氫能源廠；

（8）鋼鐵廠—（暖氣、煤氣）—周圍社區；

（9）鋼鐵廠—（暖氣）—溫室大棚。

2.2.2網狀耦合結構

僅形成縱向的鋼鐵共生產業鏈還不夠，因為鏈狀耦合結構上各共生企業（產業）之間物質供應、能量流動和信息交換仍然是線性開放系統，各產業鏈、共生部門之間的相互聯系還很少。同自然界中的食物鏈會相互交錯連接成復雜營養關系的食物網一樣，鋼鐵共生產業鏈在其結構形成和發展過程中，也會彼此交錯，相互聯系，形成新的共生鏈狀結構，最終使整個鏈狀結構按共生代謝關系構成一個多元復雜的網狀耦合結構，成為一個相互聯系、利用和依存的有機整體。比如使用末期的某些機械產品零部件的損壞僅僅是在局部出現了磨損、腐蝕等情況，通過再制造工程設計，采用一系列相關的高新先進再制造技術，完全可以使其脫胎換骨，形成全新的再制造品，在性能還是質量上都不亞于原先的新品[5]，這就無需將其回收形成原材料再用；污水處理廠可以同時處理鋼鐵廠和周圍社區的污水，并向鋼鐵廠和周圍社區提供工業和生活用中水；發電廠既可以向鋼廠供電，也可以向社區供電，其燃煤產生的粉煤灰收集后可用于生產各種建材；利用鋼廠副產品生產的化肥可用于周圍的農產品生產，而周邊社區產生的垃圾可用于焚燒發電，其中的高熱值成分如塑料還可用于鋼廠的噴吹燃料。這種網狀耦合結構主要是通過對多條鏈式結構橫向耦合（圖5中的實線部分加上虛線部分）而形成。網狀結構使得相關產業系統內的物質循環利用更加充分，資源和環境承載壓力顯著縮小，可持續發展能力大幅增強。

2.3鋼鐵工業循環經濟發展模式的效益分析

實現鋼鐵工業循環經濟發展模式，可以使投入到鋼鐵工業中的物質流、能量流得到合理配置和優化利用，并且給相關共生單位帶來共生效益（表1）。

表1 鋼鐵循環經濟發展模式經濟效益分析

對于鋼鐵循環經濟發展模式來說，經濟效益只是是共生效益的一個方面，資源消耗降低以及廢物排放減少等環境方面的效益，也是其共生效益的一個方面，而且是非常突出的一個重要方面，對降低當前鋼鐵工業所在地的環境負荷，化解生產和生活矛盾，打造宜居生態社區，提升民眾生活質量具有重要意義。

3 結語

鋼鐵工業循環經濟發展模式，是對傳統鋼鐵工業“高投入—高消耗—高排放”發展模式的根本變革，其特點是“低投入—高利用—低排放”，是以盡可能小的資源消耗和環境成本，獲取盡可能大的經濟和社會效益，從而使鋼鐵工業經濟系統與自然生態系統的物質循環過程和諧共生，是一種符合可持續發展理念的良性增長模式。

[1]Frosch R A，Gallopoulos N E.Strategies for manufacturing[J]. Scientific American，1989，261(3):144-152.

[2]金涌，李有潤，馮久田.生態工業:原理與應用[M].北京:清華大學出版社，2003.

[3]張國忠，李廣軍.淺析高爐礦渣的綜合利用[J].價值工程，2014，(15):145-146.

[4]王愛華.鋼渣的綜合利用研究[J].中國資源綜合利用，2009，27 (12):8-9.

[5]朱勝.再制造技術創新發展的思考[J].中國表面工程，2013，26 (5):1-5.

Circular economic development mode for iron and steel industry on the basis of industrial symbiosis

MA Qianli
（School of Business,Beijing Institute of Fashion Technology,Beijing 100029,China）

Being faced with resource shortage and environment pollution,the traditional iron and steel industry has to follow the ecological laws and turn its development pattern from unilateral linearity mode to circular economy mode. Based on the industrial symbiosis theory,imitating the food chain in natural ecological system,this paper designed an eco-industrial chain for iron and steel industry,and further more,analyzed the economic benefits and the ecological benefits.

iron and steel industry,industrial symbiosis,circular economy

F124.5；X757

A

1674-0912（2015）03-0004-04

2014－12－04）

北京市教委人文社科面上項目（AJ2014-13）；北京市教師隊伍建設——青年英才項目（YETP1417）

馬遷利（1976-），男，山西晉城人，博士，講師，研究方向：可持續經濟、創意產業經濟。