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自然特征如何有助于建立可持续的工业网络

德州农工大学(Texas A&M University)的研究人员为利用自然界食物链中的模式建立成功的工业网络制定了指导方针,这可以促进经济增长、降低排放和减少浪费。

由Vandana Suresh. 5月16日,2021年
礼貌:Rachel Anthony Barton,德克萨斯州A&M Engineering

通过将自然界食物链之间的相互联系模式转化为工业网络,德克萨斯A&M大学的研究人员已经划定了建立成功的工业社区的指导方针。研究人员表示,这一指导可以促进经济增长,降低排放量,减少浪费,同时确保合作产业可以从意外的干扰中恢复。

“行业通常可以合作交换副产品,随着时间的推移,这些行业可能形成更大的社区。虽然这些网络对社区内的所有行业伙伴都非常有益,但它们并不总是成功的,”机械工程系助理教授Astrid Layton博士说。“我们试图通过提供设计指南来解决这个问题,灵感来自大自然的食物网,这样整个系统既环保又省钱。”

运行任何行业的重要组成部分是识别经济上可行的资源,如原材料。而不是拥有每个行业独立制定这些细节,一个生态工业园区或合作产业网络是一种新兴趋势。此外,属于这些公园的企业在互相界,彼此相互受益的地方,符合人们的符合人物。例如,一个行业的废物是另一种原材料 - 通常会挽救合作伙伴金钱。

当成功时,工业共生可以帮助减少原材料使用,成本和排放,同时产生大量的财务回报。然而,也有生态工业园区没有工作的情况。

莱顿说:“当生态工业园区开始取得成功时,人们注意到了这一点,并开始试图形成自己的公司社区,交换副产品,但这些‘从头开始’的设计可能是碰运气,也可能失败。”“潜在原因可能有很多,可能是经济上的,或者,例如,如果一家公司破产,整个系统就会崩溃,因为它们都是相互关联的。”

为了解决这个问题,研究人员试图提供指导方针,如何最好地设计这些工业社区,以利用工业共生的好处,同时避免衰落。

在他们的分析中,莱顿和她的团队参考了既能抵御干扰又能产生最小浪费的食物网。这些生物网络由连接捕食者和猎物的多个食物链组成。此外,多年来,人们利用定量方法对食物网中相互关联的链的组织进行了广泛研究。在众多指标中,研究人员特别感兴趣的是一种称为“嵌套性”的指标。

这个度量值的范围从0到1,反映了网络中发生连接的位置。当嵌套的值更接近1时,连接中存在一个层次结构,换句话说,一个参与者连接到网络中的所有其他参与者,另一个参与者连接到这些参与者的子集,以此类推。例如,一个高度嵌套的结构是,特定种类的蜜蜂为多种植物授粉,而其他“专家”蜜蜂只为更大范围内的一小部分植物授粉。或者,糟糕嵌套结构的值更接近于零,网络中的每个参与者都可能彼此连接。

但与食物网不同的是,许多工业网络的筑巢性较低。因此,研究人员测试了增加工业网络的筑巢性是否可以促进经济效益和工业从干扰中恢复的能力。

研究表明,基于食品网的连接特性的设计指南可以创造成功的行业网络。礼貌:Rachel Anthony Barton,德克萨斯州A&M Engineering

研究表明,基于食品网的连接特性的设计指南可以创造成功的行业网络。礼貌:Rachel Anthony Barton,德克萨斯州A&M Engineering

对于他们的学习,Layton和她的团队包括九个行业,包括肥料,制药厂和废水处理设施,可以参与五种类型的水性交换。接下来,它们创建了4000个不同的网络设计,分为20个不同的嵌套值。

他们发现,当网络设计具有高嵌套时,淡水的使用量较少,网络幸存下来的不可预见的障碍,最终转化为更多的储蓄和资源保护。他们还在更具体的场景中找到,例如当行业在地理位置和资源非常昂贵时,行业网络的高嵌套再次更有利。

研究人员指出,他们在目前的研究中分析了水交换,其未来的工作将解决其他类型的资源交易所和环境影响。然而,他们表示,在工业网络中的高嵌套的好处也是概括的其他交流。

“水是与基础设施成本的其他交换产品相比最糟糕的情况,”莱顿说。“当高嵌套是一个优势时,我们的结果已经确定了这种情况,然后可以指导网络的设计。这项工作将支持从经济角度和恢复力的角度来取得成功。“

-编辑Chris Vavra,网页内容经理,控制工程、CFE Media and Technology、cvavra@cfemedia.com


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作者生物:德克萨斯州A&M大学的Vandana Suresh