Городской метаболизм

Городской метаболизм — это модель , облегчающая описание и анализ потоков материалов и энергии в городах , например, при анализе материальных потоков города. Он предоставляет исследователям метафорическую основу для изучения взаимодействия природных и человеческих систем в конкретных регионах. С самого начала исследователи доработали и изменили параметры модели городского метаболизма. К. Кеннеди и его коллеги-исследователи дали четкое определение в статье « Изменяющийся метаболизм городов» в 2007 году , утверждая, что городской метаболизм — это «совокупность технических и социально-экономических процессов, происходящих в городах, приводящих к росту, производству энергии и уничтожение мусора». В условиях растущей обеспокоенности по поводу изменения климата и деградации атмосферы использование модели городского метаболизма стало ключевым элементом в определении и поддержании уровня устойчивости и здоровья в городах по всему миру. Городской метаболизм обеспечивает единую или целостную точку зрения, позволяющую охватить все виды деятельности города в одной модели.

История

Имея глубокие корни в социологии , Карл Маркс и его коллега-исследователь Фридрих Энгельс, возможно, были первыми, кто поднял обеспокоенность по поводу проблем, которые мы сейчас назвали бы городским метаболизмом. Маркс и Энгельс сосредоточили внимание на социальной организации добычи земных материалов, «анализируя динамические внутренние отношения между людьми и природой». Маркс использовал метафору метаболизма для обозначения реальных метаболических взаимодействий, которые происходят в результате физического труда людей по возделыванию Земли для получения средств к существованию и крова. Короче говоря, Маркс и Энгельс обнаружили, что когда люди выполняют такой физический труд, они в конечном итоге изменяют и биофизические процессы. Это признание изменения биофизического ландшафта является первым шагом на пути к созданию городского метаболизма в рамках социальной географии . Они также использовали метаболизм для описания материального и энергетического обмена между природой и обществом в качестве критики индустриализации (1883 г.), которая создала взаимозависимый набор социальных потребностей, реализованных посредством конкретной организации человеческого труда. Маркс утверждал, что городской метаболизм сам по себе становится силой (как и капитализм) и будет контролировать общество, если общество не сможет его контролировать.

Позже, в ответ на индустриализацию и использование угля, сэр Патрик Геддес , шотландский биолог, в 1885 году предпринял экологическую критику урбанизации, что сделало его первым учёным, предпринявшим попытку эмпирического описания социального метаболизма в макроэкономическом масштабе. В ходе своего экспериментального исследования урбанизации он установил физический бюджет городского потребления энергии и материалов с помощью таблицы ввода-вывода.

«Таблица Геддеса состояла из источников энергии и материалов, превращающихся в продукцию в три этапа: (1) добыча топлива и сырья; (2) производство и транспортировка; и (3) обмен. В таблицу включены также промежуточные продукты, используемые для производства или транспортировки конечной продукции; расчет потерь энергии между каждым из трех этапов и полученный конечный продукт, который часто был удивительно мал в материальном отношении по сравнению с его общими материальными затратами».

Лишь в 1965 году Абель Вулман полностью разработал и использовал термин «городской метаболизм» в своей работе «Метаболизм городов», которую он разработал в ответ на ухудшение качества воздуха и воды в американских городах. В этом исследовании Вулман разработал модель, которая позволила ему определить темпы притока и оттока населения гипотетического американского города с населением в 1 миллион человек. Модель позволяет отслеживать и документировать используемые природные ресурсы (в основном воду) и, как следствие, образование и выброс отходов. Исследование Вулмана подчеркнуло тот факт, что существуют физические ограничения природных ресурсов, которые мы используем ежедневно, и при частом использовании накопление отходов может и будет создавать проблемы. Это также помогло исследователям и специалистам своего времени сосредоточить свое внимание на общесистемном влиянии потребления товаров и последовательного производства отходов в городской среде.

Продолжая новаторскую работу Вулмана в 60-х годах, защитник окружающей среды Герберт Жирарде (1996) начал видеть и документировать свои выводы о связи между городским метаболизмом и устойчивыми городами. Жирарде заложил основу подхода промышленной экологии к городскому метаболизму, в котором он рассматривается как «превращение природы в общество». Помимо того, что Жирарде был великим защитником и популяризатором городского метаболизма, он в значительной степени придумал и провел разницу между «круговым» и «линейным» метаболизмом. В круговом цикле отходов почти нет, и почти все используется повторно. Жирарде характеризует это как естественный мировой процесс. С другой стороны, «линейный» метаболизм, который характеризуется как городской мировой процесс, имеет четкий вход ресурсов и выход отходов. Жирарде подчеркивает, что ускоренное использование линейного метаболизма в городской среде создает надвигающийся глобальный кризис по мере роста городов.

Совсем недавно система отсчета метаболизма стала использоваться при предоставлении экологической информации в Австралии, где такие исследователи, как Ньюман, начали связывать городские метаболические показатели, и было высказано предположение, что ее можно использовать для определения устойчивости города в пределах потенциал экосистем, который может его поддержать. Это исследование оставалось в основном на описательном уровне и не затрагивало политических или социальных сил городской формы и стадий потока. Благодаря этому исследованию в современной литературе по устойчивому развитию городов появилась сильная тема: необходимость рассматривать городскую систему как единое целое, если мы хотим лучше понять и решить сложные проблемы.

Две основные школы подхода

Энергетический метод

Основная статья: Энергия

Разработанный в 1970-х годах Говард Т. Одум , системный эколог , хотел подчеркнуть зависимость почти всей энергии на планете от источника: Солнца. Одум считал, что предыдущие исследования и разработки в области городского метаболизма отсутствовали и не учитывали качественные различия потоков массы или энергии . Исследование Одума приняло это во внимание, и он ввел термин « чрезвычайная ситуация » для отслеживания и учета метаболических потоков путем измерения солнечной энергии, используемой прямо или косвенно для производства продукта или предоставления услуги. Этот метод также подчеркивает использование стандартной единицы измерения для расчета движения энергии, питательных веществ и отходов в биофизической системе; выбранной единицей измерения были «джоули солнечного эквивалента» (сей). На первый взгляд идея использования стандартных единиц кажется полезной идеей для расчета и сравнения цифр; на самом деле способность преобразовывать все городские процессы в джоули солнечной энергии оказалась сложной задачей, и ее трудно понять.

Анализ материальных потоков

Основная статья: Анализ материальных потоков

В настоящее время подход городского метаболизма (UM), как следует из международной литературы, несколько раз применялся для оценки и описания городских потоков и связанных с ними воздействий с использованием различных инструментов, таких как анализ материальных потоков (MFA) (Ioppolo et al., 2014). MFA, исследованный Баччинни и Бруннером в 1990-х годах, «измеряет материалы, поступающие в систему, запасы и потоки внутри нее, а также результирующие выбросы из системы в другие системы в виде загрязнения, отходов или экспорта». Подобно модели Вулмана для гипотетического американского города, этот метод основан на концепции, согласно которой масса используемых ресурсов будет равна массе «плюс» изменений запасов. Методика MFA стала основной школой городского метаболизма, поскольку в ней используются более практические единицы, понятные общественности, рабочим, государственным чиновникам и исследователям.

Приложения

Сегодня градостроители и дизайнеры используют четыре основных варианта использования городского метаболизма; отчетность об устойчивом развитии, учет парниковых газов в городах , математическое моделирование для анализа политики и городского дизайна.

Показатели устойчивости

Поскольку сегодня проблема устойчивости лежит в основе многих экологических проблем, одним из основных применений городского метаболизма в современную эпоху является отслеживание и запись уровней устойчивости в городах и регионах по всему миру. Городской метаболизм собирает важную и очень полезную информацию об энергоэффективности , круговороте материалов , управлении отходами и инфраструктуре в городской среде. Модель городского метаболизма фиксирует и анализирует условия и тенденции окружающей среды, которые легко понятны политикам и, следовательно, сопоставимы во времени. что облегчает выявление нездоровых моделей поведения и разработку плана действий для повышения уровня устойчивости.

газов

В соответствии с концепцией устойчивого развития городской метаболизм также является полезным инструментом для отслеживания выбросов парниковых газов на уровне города или региона. Как упоминалось выше, с распространением линейных видов метаболизма, таких как автомобили, производство парниковых газов увеличилось в геометрической прогрессии с момента рождения и массового производства автомобилей, создавая проблему для нашей атмосферы. Доказано, что городской метаболизм является необходимым инструментом для измерения уровней парниковых газов, поскольку это продукт или отходы, образующиеся в результате потребления человеком. Модель предоставляет количественные параметры, которые позволяют чиновникам отмечать нездоровые уровни выбросов парниковых газов и снова разрабатывать план действий по их снижению.

Математические модели

Помимо двух вышеупомянутых приложений учета, городской метаболизм начал разрабатывать математические модели для количественного определения и прогнозирования уровней частиц и питательных веществ в рамках модели городского метаболизма. Такие модели в основном создавались и использовались учеными МИД и помогают определять настоящие и будущие подпроцессы, а также материальные запасы и потоки в городской среде. Благодаря способности прогнозировать будущие уровни эти математические модели позволяют добиться прогресса и разработать возможные программы предотвращения загрязнения, а не решения «на конце трубы», которым отдавалось предпочтение в прошлом.

Инструменты дизайна

Благодаря использованию трех вышеуказанных приложений ученые и специалисты могут использовать городской метаболизм в качестве инструмента проектирования для создания более зеленой и устойчивой инфраструктуры с самого начала. Отслеживая потоки энергии, материалов и отходов через городские системы в целом, можно внести изменения и изменения, чтобы замкнуть петли и создать круговой метаболизм, при котором ресурсы перерабатываются и практически не образуются отходы. Подобные инициативы реализуются по всему миру с использованием технологий и изобретений, которые делают экологически чистое строительство намного проще и доступнее.

Однако использование модели не ограничивается строго функциональным анализом, поскольку модель была адаптирована для изучения реляционных аспектов городских взаимоотношений между инфраструктурой и горожанами.

См. также

• Антропогенный метаболизм
• Дематериализация (экономика)
• Промышленная экология
• Промышленный метаболизм
• Социальный метаболизм
• ДОЛЖЕН
• Городская экология

Ссылки

Библиография

• Баччини, П. (2007). Метаболизм города: на пути к устойчивому развитию городских систем. Журнал городских технологий, 4 (2), 27–39.
• Бойл, Х.Г. (1994). Столичные продовольственные системы в развивающихся странах: перспектива «городского метаболизма». Геожурнал, 34(3), 245-251.
• Более чистое производство по сравнению с «концом трубы». (без даты). Получено с http://www.centric.at/services/cleaner-production/cleaner-production-versus-end-of-pipe.
• Декер Э., Эллиот С., Смит Ф., Блейк Д. и Роуленд Ф.С. (2000). Поток энергии и материалов через городскую экосистему. Энергетическая среда, 25, 685–740.
• Фишер-Ковальски, М. (1998). Метаболизм общества - интеллектуальная история анализа потоков материалов, часть I, I 860–I 970. Журнал промышленной экологии, 2 (1), 61–78.
• Кеннеди К., Каддихи Дж. и Энгель-Ян Дж. (2007). Меняющийся метаболизм городов. Журнал промышленной экологии, 11 (2), 43-59.
• Кеннеди К., Пинсетл С. и Бундже П. (2011). Исследование городского метаболизма и его применения в городском планировании и дизайне. Загрязнение окружающей среды, 159, 1965–1973 гг.
• Макдональд, Г.В., и Паттерсон, М.Г. (2007). Преодоление разрыва в устойчивости городов: от человеческого исключения к новой экологической парадигме. Городская экосистема, 10, 169–192.
• Ньюман, П. (1999). Устойчивое развитие и города: расширение модели метаболизма. Ландшафт и городское планирование, (44), 219–226.
• Пинцетл С. , Бунье П. и Холмс Т. (2012). Метод расширенного городского метаболизма: к системному подходу к оценке городских энергетических процессов и причин. Пейзаж и городское планирование, 193–202.
• Состояние Консультативного совета по окружающей среде. (1996). Отчет о состоянии окружающей среды за 1996 год : CSIRO.
• Ваксмут, Д. (2012). Три экологии: городской метаболизм и противостояние общества и природы. Социологический ежеквартальный журнал, (53), 506–523.
• Вулман, А. (1965). Метаболизм городов. «Сайентифик Американ», 213(3), 179–190.

Внешние ссылки

• «Городской метаболизм» - статья в Энциклопедии Земли
• Метаболизм городов — исследовательский центр с публикациями, наборами данных и инструментами, связанными с городским метаболизмом.