Городской метаболизм - Urban metabolism

Городской метаболизм - это модель, облегчающая описание и анализ потоков материалов и энергии в городах , как, например, при анализе материальных потоков в городе. Он предоставляет исследователям метафорическую основу для изучения взаимодействия природных и человеческих систем в конкретных регионах. С самого начала исследователи настраивали и изменяли параметры модели городского метаболизма. К. Кеннеди и его коллеги дали четкое определение в статье 2007 года «Изменяющийся метаболизм городов», утверждая, что городской метаболизм - это «совокупность технических и социально-экономических процессов, которые происходят в городах и приводят к росту, производству энергии и устранение отходов ". В связи с растущим беспокойством по поводу изменения климата и деградации атмосферы использование модели городского метаболизма стало ключевым элементом в определении и поддержании уровней устойчивости и здоровья в городах по всему миру. Городской метаболизм обеспечивает единую или целостную точку зрения, позволяющую охватить все виды деятельности города в единой модели.

История

Карл Маркс и его коллега-исследователь Фридрих Энгельс, глубоко укоренившийся в социологии , возможно, были первыми, кто выразил озабоченность проблемами, которые мы теперь назвали бы городским метаболизмом. Маркс и Энгельс сосредоточились на социальной организации сбора 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 человека, возделывающего Землю для пропитания и укрытия. Короче говоря, Маркс и Энгельс обнаружили, что когда люди проявляют такой физический труд, они в конечном итоге изменяют и биофизические процессы. Это признание изменения биофизического ландшафта - первая ступенька к созданию городского метаболизма в рамках социальной географии . Они также использовали метаболизм, чтобы описать материальный и энергетический обмен между природой и обществом, как критику индустриализации (1883), которая создала взаимозависимый набор общественных потребностей, реализованных через конкретную организацию человеческого труда. Маркс утверждал, что городской метаболизм сам по себе становится силой (как капитализм) и будет управлять обществом, если общество не способно его контролировать.

Позже, выступая против индустриализации и использования угля, сэр Патрик Геддес , шотландский биолог, в 1885 году предпринял экологическую критику урбанизации, сделав его первым ученым, который попытался эмпирически описать общественный метаболизм в макроэкономическом масштабе. Путем своего экспериментального исследования урбанизации он установил физический бюджет для городской энергии и пропускной способности материалов с помощью таблицы входных выходов.

Таблица Геддеса состояла из источников энергии и материалов, преобразованных в продукты в три этапа: (1) добыча топлива и сырья; (2) производство и транспортировка; и (3) обмен. Таблица также включала используемые промежуточные продукты для производства или транспортировки конечных продуктов; расчет потерь энергии между каждым из трех этапов; и конечный продукт, который часто был на удивление мал в материальном отношении по сравнению с его общими материальными затратами ».

Только 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 скорость притока и оттока гипотетического американского города с населением в 1 миллион человек. Модель позволяет отслеживать и документировать используемые природные ресурсы (в основном вода) и, как следствие, образование и выбросы отходов. В исследовании Вулмана подчеркивается тот факт, что природные ресурсы, которые мы используем ежедневно, имеют физические ограничения, и при частом использовании сбор отходов может и будет создавать проблемы. Это также помогло исследователям и профессионалам своего времени сосредоточить свое внимание на общесистемных последствиях потребления товаров и последовательного производства отходов в городской среде.

Работая над новаторской работой Вулмана в 60-х годах, защитник окружающей среды Герберт Жирарде (1996) начал видеть и документировать свои открытия в 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 он был большим сторонником и популяризатором городского метаболизма, Жирарде значительно придумал и провел различие между «круговым» и «линейным» метаболизмом. В круговом цикле почти нет отходов и почти все используется повторно. Жирарде характеризует это как естественный мировой процесс. С другой стороны, «линейный» метаболизм, который характеризуется как процесс городского мира, имеет явные входящие ресурсы и выходящие отходы. Жирарде подчеркивает, что ускоренное использование линейного метаболизма в городской среде создает надвигающийся глобальный кризис по мере роста городов.

Совсем недавно система координат метаболизма использовалась при представлении экологической информации в Австралии, где такие исследователи, как Ньюман, начали связывать городские показатели метаболизма с ней, и было высказано предположение, что ее можно использовать для определения устойчивости города в пределах потенциал экосистем, который может его поддерживать. Это исследование оставалось в основном на описательном уровне и не затрагивало политические или социальные силы городских форм и стадий течения. Благодаря этому исследованию в современной литературе по устойчивому развитию городов сильной стороной является необходимость рассматривать городскую систему в целом, если мы хотим лучше понять и решить сложные проблемы.

Две основные школы подхода

Энергетический метод

Символы энергетических систем H.gif
Основная статья: Энергия

Разработанный в 1970-х Ховард Т. Одум , системный эколог , хотел подчеркнуть зависимость от источника почти всей энергии на планете: солнца. Одум полагал, что предыдущие исследования и разработки городского метаболизма отсутствовали и не учитывали качественные различия потоков массы или энергии . В исследовании Одума это было учтено, и он ввел термин « возникающий » для отслеживания и учета метаболических потоков путем измерения солнечной энергии, прямо или косвенно используемой для производства продукта или оказания услуги. Этот метод также подчеркивает использование стандартной единицы измерения для расчета движения энергии, питательных веществ и отходов в биофизической системе; выбранной единицей был «солнечный эквивалент джоулей» (sej). На первый взгляд идея использования стандартных единиц кажется полезной идеей для расчета и сравнения цифр; в действительности способность преобразовывать все городские процессы в джоули солнечной энергии оказалась трудным делом и трудным для понимания.

Анализ материальных потоков

MFASystem 1.png
Основная статья: Анализ материального потока

В настоящее время подход городского метаболизма (UM), по данным международной литературы, применялся несколько раз 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 выходы из системы в другие системы в виде загрязнения, отходов или экспорта». Подобно модели Вольмана для гипотетического американского города, этот метод основан на концепции, согласно которой масса используемых ресурсов будет равна массе «плюс» смены запаса. Методика MFA стала основной школой городского метаболизма, потому что в ней используются более практические единицы, понятные общественности, рабочим, правительственным чиновникам и исследователям.

Приложения

Есть четыре основных использования городского метаболизма, которые сегодня используются градостроителями и дизайнерами; отчетность по устойчивому развитию, учет парниковых газов в городах , математическое моделирование для анализа политики и городского проектирования.

Показатели устойчивости

Устойчивое развитие.svg

Поскольку сегодня проблема устойчивости лежит в основе многих экологических проблем, одним из основных способов использования городского метаболизма в современную эпоху является отслеживание и фиксация 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 регистрирует и анализирует экологические условия и тенденции, которые легко понять для политиков и, следовательно, сопоставимы с течением времени, что упрощает поиск нездоровых моделей и разработку плана действий для повышения уровня устойчивости.

Учет парниковых газов

Парниковый эффект.svg

В соответствии с принципом устойчивости, городской метаболизм также является полезным инструментом для отслеживания выбросов парниковых газов на городском или региональном уровне. Как упоминалось выше, с распространением линейного метаболизма, такого как автомобили, производство парниковых газов экспоненциально увеличивалось с момента рождения и массового производства автомобилей, создавая проблемы для нашей атмосферы. Было доказано, что городской метаболизм является необходимым инструментом для измерения уровней парниковых газов, потому что это отходы или отходы, которые производятся в результате потребления человеком. Модель предоставляет поддающиеся количественной оценке параметры, которые позволяют должностным лицам отмечать нездоровые уровни выбросов парниковых газов и, опять же, разработать план действий по их снижению.

Математические модели

Помимо двух описанных выше приложений учета, городской метаболизм начал разрабатывать математические модели для количественной оценки и прогнозирования уровней частиц и питательных веществ в рамках городской модели метаболизма. Такие модели в основном были созданы и используются учеными МИД и полезны для определения текущих и будущих подпроцессов, а также материальных запасов и потоков в городской среде. Благодаря способности прогнозировать будущие уровни, эти математические модели позволяют добиться прогресса и возможного загрязнения. должны быть внедрены профилактические программы, а не комплексные решения, которые предпочитались в прошлом.

Инструменты дизайна

Благодаря использованию трех вышеперечисленных приложений ученые и профессионалы могут использовать городской метаболизм в качестве инструмента проектирования для создания более экологичной и устойчивой инфраструктуры с самого начала. Отслеживая потоки энергии, материалов и отходов через городские системы в целом, можно вносить изменения и дополнения, чтобы замкнуть петли для создания кругового метаболизма, при котором ресурсы рециркулируются, а отходы почти не образуются. Такие инициативы реализуются во всем мире с использованием технологий и изобретений, которые делают экологичное строительство намного проще и доступнее.

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

Смотрите также

использованная литература

Ноты

Список используемой литературы

  • Баччини, П. (2007). Метаболизм города: на пути к устойчивому развитию городских систем. Журнал городских технологий, 4 (2), 27-39.
  • Бойл, HG (1994). Столичные продовольственные системы в развивающихся странах: перспектива «городского метаболизма». GeoJournal, 34 (3), 245-251.
  • Более чистое производство по сравнению с конечным продуктом. (nd). 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). Энергия и материальные потоки проходят через городскую экосистему. Энергетическая среда, 25, 685-740.
  • Фишер-Ковальский, М. (1998). Метаболизм общества интеллектуальная история анализа потока материалов, часть I, I 860- I 970. Журнал промышленной экологии, 2 (1), 61-78.
  • Кеннеди К., Каддихи Дж. И Энгель-Ян Дж. (2007). Изменяющийся метаболизм городов. Журнал промышленной экологии, 11 (2), 43-59.
  • Кеннеди, С., Пинцетл, С. , и Бундж, П. (2011). Изучение городского метаболизма и его применения в городском планировании и дизайне. Загрязнение окружающей среды, 159, 1965–1973.
  • Макдональд, GW, и Паттерсон, MG (2007). Преодоление разрыва в устойчивости городов: от исключительности человека к новой экологической парадигме. Городской Экосист, 10, 169–192.
  • Ньюман, П. (1999). Устойчивость и города: расширение модели метаболизма. Ландшафт и градостроительство, (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. Ландшафт и градостроительство, 193-202.
  • Консультативный совет по состоянию окружающей среды. (1996). Отчет о состоянии окружающей среды за 1996 год : CSIRO.
  • Ваксмут, Д. (2012). Три экологии: городской метаболизм и противостояние общества и природы. Ежеквартальный социологический журнал (53), 506-523.
  • Вулман, А. (1965). Метаболизм городов. Scientific American, 213 (3), 179–190.

внешние ссылки