Efter naturens cue, forskere bygger succesfuldt, bæredygtige industrielle netværk

Ved at oversætte mønsteret for sammenkoblinger mellem naturens fødekæder til industrielle netværk, forskere ved Texas A&M University har afgrænset retningslinjer for oprettelse af succesrige industrisamfund. Forskerne sagde, at denne vejledning kan lette økonomisk vækst, reducere emissioner og reducere spild og samtidig sikre, at partnerskabsindustrier kan komme sig efter uventede forstyrrelser.

"Industrier kan ofte samarbejde om at udveksle biprodukter, og med tiden kan disse industrier danne større fællesskaber. Selvom disse netværk lyder ganske gavnligt for alle branchepartnere i samfundet, de lykkes ikke altid, "sagde Dr. Astrid Layton, adjunkt i J. Mike Walker '66 Institut for Maskinteknik. "Vi forsøgte at løse dette problem ved at levere designretningslinjer inspireret af naturens madbaner, så det overordnede system vil være både miljøvenligt og spare penge for alle."

Forskerne offentliggjorde deres undersøgelse i tidsskriftet Ressourcer, Bevaring og genbrug .

En væsentlig del af driften af ​​enhver industri er at identificere ressourcer, såsom råvarer, der er økonomisk rentable. I stedet for at få hver branche til at udarbejde disse detaljer uafhængigt, en øko-industripark eller et netværk af partnerskabsindustrier er en ny trend. Yderligere, virksomheder, der tilhører disse parker, arbejder symbiotisk, hvor, meget som i naturen, brancher har gensidig fordel af hinanden. For eksempel, en branches affald er en anden ens råvarer - ofte sparer begge partnere penge.

Når det lykkes, industriel symbiose kan bidrage til at reducere råvareforbrug, omkostninger og emissioner, samtidig med at der skabes betydelige økonomiske afkast. Imidlertid, der har også været tilfælde, hvor miljøindustrielle parker ikke har fungeret.

"Da miljøindustrielle parker begyndte at vise succes, folk tog til efterretning og begyndte at forsøge at danne deres eget fællesskab af virksomheder, der udvekslede biprodukter, men disse 'fra bunden' designs kan blive ramt eller gå glip af, "sagde Layton." De underliggende årsager kan være mange, måske økonomisk eller hvis, for eksempel, et selskab går i stå, hele systemet går i stykker, fordi de alle er forbundet. "

For at bekæmpe dette problem, forskerne søgte at give retningslinjer for, hvordan man bedst designer disse industrisamfund til at udnytte fordelene ved industriel symbiose og samtidig undgå undergangene.

Til deres analyse, Layton og hendes team henviste til madbaner, der både er modstandsdygtige over for forstyrrelser og producerer minimalt spild. Disse biologiske netværk består af flere fødekæder, der forbinder rovdyr og byttedyr. Desuden, organisationen af ​​de indbyrdes forbundne kæder i fødevaresider er blevet grundigt undersøgt gennem årene ved hjælp af kvantitative mål. Af de mange målinger, forskerne var især interesserede i en der hedder nestedness.

Denne måling, der spænder fra 0 til 1, afspejler det sted, hvor forbindelser opstår inden for netværk. Når rede har værdier tættere på én, der er et hierarki i forbindelserne, med andre ord, en aktør er forbundet til alle andre aktører i netværket, en anden aktør er forbundet til en delmængde af dem, og så videre. For eksempel, en stærkt indlejret struktur ville være en, hvor visse bierarter bestøver en række forskellige planter, mens andre "specialiserede" bier kun bestøver et lille antal planter inden for dette meget bredere sæt. Alternativt kan dårligt indlejrede strukturer har værdier tættere på nul, og alle aktører i netværket kan være forbundet med alle andre.

Men i modsætning til madbaner, mange industrielle netværk har vist sig at have lav rederi. Så, forskerne testede, om øget redighed i industrielle netværk kunne fremme den økonomiske fordel og industriens mulighed for at komme sig efter forstyrrelser.

Til deres undersøgelse, Layton og hendes team omfattede ni industrier, herunder et gødningsanlæg et farmaceutisk anlæg og et spildevandsrensningsanlæg, der kunne deltage i fem typer vandbaserede udvekslinger. Næste, de skabte 4000 forskellige netværksdesign, opdelt i 200 designs til 20 forskellige redningsværdier.

De fandt ud af, at når netværksdesignet havde høj rederi, ferskvandsforbruget var mindre, og netværket overlevede uforudsete forstyrrelser, hvilket i sidste ende oversatte til flere besparelser og bevarelse af ressourcer. De fandt også i mere specifikke scenarier, f.eks. da industrierne blev spredt geografisk, og ressourcerne er meget dyre, høj rederi i branchens netværk var igen mere fordelagtig.

Forskerne bemærkede, at de kun analyserede vandudvekslinger i den aktuelle undersøgelse, og deres fremtidige arbejde vil adressere andre former for ressourceudvekslinger og miljøpåvirkninger. Imidlertid, de sagde, at fordelen ved høj rederi i industrielle netværk også kunne generaliseres til andre børser.

"Vand er det værst tænkelige scenario sammenlignet med andre udvekslingsprodukter med hensyn til infrastrukturomkostninger, "sagde Layton." Vores resultater har identificeret situationer, hvor høj redighed er en fordel, som derefter kan guide design af netværket. Dette arbejde vil understøtte succes både fra et økonomisk perspektiv og modstandsdygtighedsperspektiv. "