Эмергетический анализ и опыт его использования для оценки антропогенных и природных систем

Автор: Полякова Оксана Сергеевна, Семенов Сергей Юрьевич

Статья в выпуске: 2 (40), 2021 года.

Бесплатный доступ

В статье рассмотрены вопросы оснований и развития эмергетического анализа (ЭМАН), понятийный аппарат и методики расчета основных эмергетических показателей. Эмергия – это величина эксергии одного вида, которая прямо или косвенно необходима для поддержания процесса или накопления энергии другого вида или вещества. По мере усложнения системы величина энергии, заключенной в объекте (услуге), уменьшается, а степень ее преобразованности (трансформированности) возрастает. Эмергия измеряется в солнечных Дж, которые могут быть оценены с помощью трех различных эмергетических единиц: степенью трансформированности, специфической эмергией и эмергией денежной единицы. В опубликованных русскоязычных работах в качестве эквивалента английского термина transformity используется термин «трансформация». Более адекватным является термин «degree of transformation», объединяющий transformity, specific emergy and emergy on money. Подход Г. Одума к оценке предприятий для защиты окружающей среды от загрязнений основан на понимании сточных вод как высокоценного ресурса. Но, в отсутствие экономичных технологий возвращения отходов в производственные циклы, сточные воды, например, сегодня большей частью обезвреживаются, а не утилизируются. Целью создания и функционирования канализационных очистных сооружений в настоящее время является снижение загрязнения природы. Ряд исследователей (Вассало, Цзо, Чен) в эмергетическую стоимость функционирования природоохранного объекта включают экосистемные траты на нейтрализацию негативного воздействия образующихся отходов. Поляковой и Семеновым предложен эмергетический индекс для оценки экологической эффективности природозащитных предприятий, характеризующий снижение (увеличение) нагрузки на биосферу за счет создания и функционирования канализационных очистных сооружений. В методологии эмергетического анализа отсутствует оценка замены одних экосистем другими. Поэтому дальнейшее развитие анализа должно включать разработку специального аппарата для такой оценки.

Еще

Эксергия, эмергия, канализационные очистные сооружения, экологическая инженерия, экологический эффект

Короткий адрес: https://sciup.org/147231174

IDR: 147231174 | DOI: 10.15393/j1.art.2021.11302

Список литературы Эмергетический анализ и опыт его использования для оценки антропогенных и природных систем

Балтер Б. М., Фаминская М. В., Никитина Н. И., Романова Е. Ю., Яковлева Т. П., Подылин Н. Ю., Никишин И. Н. Теоретические и практические проблемы ноосферогенеза в условиях информатизации и глобализации современного общества . М.: РГСУ, 2017. 290 с.
Булатов А. С. Экономика : Учебник. 3-е изд., перераб. и доп. / Под ред. д-ра экон. наук проф. А. С. Булатова. М.: Экономисть, 2004. 896 с.
Иванова М. М. Эколого-энергетический анализ процессов восстановления лесов Томской области (на примере сосны обыкновенной) // Науки о Земле. 2009. № 4. С. 187–191.
Иванова М. М. Энергетический анализ экосистем как один из аспектов их многокритериальной оценки // Проблемы устойчивого развития: иллюзии, реальность, прогноз: Материалы VI Всероссийского научного семинара «Самоорганизация устойчивых целостностей в природе и обществе». Томск: ТГУ, 2002. С. 143–147.
Казаков В. Г., Луканин П. В., Смирнова О. С. Эксергетические методы оценки эффективности теплотехнологических установок: Учебное пособие . СПб.: Национальный исследовательский университет «МЭИ», 2013. 93 с.
Ларюшкин-Железный Б. В., Блохин И. А. Эколого-энергетические методы: оценка эффективности использования природных ресурсов и величины техногенной нагрузки на окружающую среду // Инженерная экология. 2008. № 1. С. 29–39.
Лисицын Н. В. Теоретические основы энерго- и ресурсосбережения: Учебное пособие . СПб.: СПбГТИ(ТУ), 2010. 124 с.
Миндрин А. С. Энергоэкономическая оценка сельскохозяйственной продукции . М.: ЦНИИМ, 1997. 294 с.
Поздняков А. В., Шуркина К. А. Новый методологический подход к анализу функционирования агроэкосистем // Вестник ТГУ. 2008. № 316. С. 206–212.
Самуйленков М. Ю. Эмергетический подход к организации агроэкосистем // Самоорганизация и организация власти: Материалы 4-го Всерос. науч. семинара. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2000. С. 162–164.
Фаминская М. В. О циклической схеме управления риском для здоровья на основе экологического качества энергии // Российский государственный социальный университет. 2013. № 5. С. 92–98.
Фаминская М. В., Балтер Д. Б., Балтер Б. М. Анализ возможности использовать показатель ущерба здоровью DALY в эмергетике // Моделирование информационных потоков, связанных с ноосферогенезом, глобализацией, индустриальным развитием, и их влияние на здоровье населения: Материалы II Международной научно-практической конференции: Сборник / Под науч. ред. Н. И. Никитиной. М., 2017. С. 174–183.
Фаминская М. В., Потехина Е. В. Эмергия и экологическая иерархия качества энергии // Ученые записки Российского государственного социального университета. 2011. № 9 (97), ч. 1. С. 110–116.
Фельдман О. В., Денисенко Е. А., Логофет Д. О. Эмергетический подход при оценке эффективности использования ресурсов // Проблемы окружающей среды и природных ресурсов. М.: ВИНИТИ, 1998. С. 66–81.
Фузелла Т. Ш. Энергетический подход к определению эффективности и оптимизации функционирования агроэкосистем (на примере СПК «Нелюбино») : Автореф. дис. … канд. геогр. наук. Томск, 2009. 23 с.
Andric I., Pina A., Ferrao P., Lacarriere B., Corre O. Le. On the performance of district heating systems in urban environment: an emergy approach // J. Clean. Prod. 2017. № 142. P. 109–120.
Ayres R. U. Ecology vs. Economics: Confusing Production and Consumption. Center of the Management of Environmental Resources, INSEAD, Fontainebleau, France, 1988.
Brown M. T., Herendeen R. A. Embodied energy analysis and emergy analysis: a comparative view // Ecological Economics. 1996. № 19. P. 219–235.
Bjorklund J., Geber U., Rydberg T. Emergy analysis of municipal wastewater treatment and generation of electricity by digestion of sewage sludge // Resour. Conserv. Recycl. 2001. № 31. P. 293–316.
Brown M. T., Ulgiati S. Energy quality, emergy, and transformity: H. T. Odum’s contributions to quantifying and understanding systems // Ecological Modelling. 2004. № 178. P. 201–213.
Campbell D. E., Garmestani A. S. An energy systems view of sustainability: emergy evaluation of the San Luis Basin, Colorado // Environ. Manag. 2012. № 95. P. 72–97.
Chen B., Chen Z., Zhou Y., Zhou J., Chen G. et al. Emergy as embodied energy based assessment for local sustainability of a constructed wetland in Beijing // Commun. Nonlinear Sci. Numer. Simul. 2009. № 14. P. 622–635.
Chen G. Q., Chen B. Emergy-based energy and material metabolism of the Yellow River basin // Nonlinear Sci. Numer. Simul. 2009. № 14 (3). P. 923–934.
Chen H., Chen G. Q., Ji X. Cosmic emergy based ecological systems model-ling // Commun. Nonlinear Sci. Numer. Simul. 2010. № 15. P. 2672–2700.
Chen Z. M., Chen B., Chen G. Q. Cosmic exergy based ecological assessment for a wetland in Beijing // Ecol. Model. 2011. № 222 (2). P. 322–329.
Cleveland C. J., Kaufmann R. K., Stern D. I. Aggregation and the role of energy in the economy // Ecol. Econ. 2000. № 32. P. 301–317.
Duan N., Liu D., Dai J. et al. Evaluating the environmental impacts of an urban wetland park based on emergy accounting and life cycle assessment: a case study in Beijing // Ecol. Model. 2011. № 222 (2). P. 351–359.
Fonseca C. R., Díaz-Delgado C., Esteller V., García-Pulid D. Geoinformatics tool with an emergy accounting approach for evaluating the sustainability of water systems: case study of the Lerma river, Mexico // Ecol. Eng. 2017. № 99. P. 436–453.
Geber U., Bjorklund J. The relationship between ecosystem services and purchased input in Swedish wastewater treatment systems: a case study // Ecol. Eng. 2002. № 19. P. 97-117.
Han M. Y., Shao L., Li J. S., Guo S., Meng J., Ahmad B., Hayat T., Alsaadi F., Chen G. Q. Emergy-based hybrid evaluation for commercial construction engineering: a case study in BDA // Ecol. Indic. 2014. № 47. P. 179–188.
Hanfeng Mu, Xiao Feng, Khim Hoong Chu. Improved emergy indices for the evaluation of industrial systems incorporating waste management // Ecological Engineering. 2011. № 37. P. 335–342.
Jiang M. M., Zhou J. B., Chen B., Yang Z., Ji F., Zhang L., Chen G. Q. Ecological evaluation of Beijing economy based on emergy indices // Commun. Nonlinear Sci. Numer. Simul. 2009. № 14. P. 2482–2494.
Lei K., Wang Z., Ton S. Holistic emergy analysis of Macao // Ecological Engineering. 2008. № 32. P. 30–43.
Lei K., Wang Z. Municipal wastes and their solar transformities: an emergy synthesis for Macao // Waste Management. 2008. № 28. P. 2522–2531.
Lu H., Xu F. Emergy-based analysis of the energy security of China // Energy. 2019. № 181. P. 123–135.
Lu H. F., Bai Y., Ren H., Campbell D. E. Integrated emergy, energy and economic evaluation of rice and vegetable production systems in alluvialpaddy-fields, implications for agricultural policy in China // Environ. Manag. 2010. № 91. P. 2727–2735.
Mansson B. A., McGlade J. M. Ecology, thermodynamics and H. T. Odum’s conjectures // Oecologia. 1993. № 93. P. 582–596.
Nelson M., Odum H. T., Brown M. T., Alling A. “Living off the land”: resource efﬁciency of wetland wastewater treatment // Adv. Space Res. 2001. Vol. 27 (9). P. 1547–1556.
Odum H. T., Arding J. E. Emergy analysis of shrimp mariculture in Ecuador. Report to Coastal Studies Institute, University of Rhode Island, Narragansett. Center for Wetlands, University of Florida, Gainesville, 1991. 114 p.
Odum H. T., Odum E. C. Energy analysis overview of nation Working Paper WP-83-82. International Institute of Applied System Analysis, Laxenburg, Austria, 1983. 469 p.
Odum H. T. Energy Systems Concepts and Self-Organization: A Rebuttal // Springer. 1995. № 4. P. 518–522.
Odum H. T. Environment, Power, and Society. NY: John Wiley, 1971. 336 p.
Odum H. T. Environmental accounting emergy and environmental decision making. NY: Wiley, 1996. 370 p.
Odum H. T. Self-organization, transformity and information // Science. 1988. № 25. P. 1132–1139.
Paolo V., Chiara P., Mauro F. Emergy required for the complete treatment of municipal wastewater // Ecol. Eng. 2009. № 35 (5). P. 687–694.
Patterson M. Approaches to energy quality in energy analysis // International Journal of global Energy Issues. Special Issue on Energy Analysis. 1993. P. 19–28.
Polyakova O. S., Semenov S. Y. Emergy analysis of wastewater treatment technology // The European Proceedings of Social & Behavioural Sciences. 2017. № 101. P. 784–791.
Polyakova O. S., Semenov S. Yu. Reconstruction experience of the wastewater treatment plant (Kargasok village, Tomsk region, Russia) using "constructed wetlands" technology // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2019. Vol. 400. P. 012020.
Qin P., Wong Y. S., Tam N. F. Y. Emergy evaluation of Mai Po mangrove marshes // Ecol. Eng. 2000. № 16. P. 271–280.
Spreng T. Analysis and the Energy Requirements of Energy Systems. NY: Praeger Publishers, 1988. 289 p.
Ulgiati S., Brown M. T. Monitoring patterns of sustainability in natural and man-made ecosystems // Ecol. Model. 1998. № 108. P. 23–36.
Vassallo P., Paoli C. Emergy required for the complete treatment of municipal wastewater // Ecological engineering. 2009. № 35. P. 687–694.
Yang L., Kong F. L., Xi M., Li Y., Zi Y. Y. Emergy analysis of typical decen-tralized rural sewage treatment system: a case study of soil rapid infiltration in Qingdao, China // Resour. Ecol. 2016. № 7 (4). P. 309–316.
Yang Z. F., Jiang M. M., Chen B., Zhou J. B., Chen G. Q., Li S. C. Solar emergy evaluation for Chinese economy // Energy Policy. 2010. № 38 (2). P. 875–886.
Yue J. S., Yuan X. Z., Li B., Ren Q., Wang X. F. Emergy and exergy evaluation of a dike-pond project in the drawdown zone (DDZ) of the Three Gorges Reservoir (TGR) // Ecol. Indic. 2016. № 71. P. 248–257.
Yunus A. Cengel, Michael A. Boles. Thermodynamics: An Engineering Approach. McGraw-Hill Education, 2015. 323 p.
Wu X., Wu F., Tong X., Jiang B. Emergy-based sustainability assessment of an integrated production system of cattle, biogas, and greenhouse vegetables: insight into the comprehensive utilization of wastes on a large-scale farm in Northwest China // Eng. 2013. № 61. P. 335–344.
Zhang D., Gersberg R. M., Zhang D., Keat T. S. Constructed wetlands in China // Ecological Engineering. 2009. № 35. P. 1367–1378.
Zhang X. et al. Emergy evaluation of the sustainability of two industrial systems based on wastes exchanges // Resources, Conservation and Recycling. 2010. № 55. P. 182–195.
Zuo P., Wan S. W., Qin P., Du J. J., Wang H. A comparison of the sustainability of original and constructed wetlands in Yancheng Biosphere Reserve, China: implications from emergy evaluation // Environmental Science & Policy. 2004. № 7. P. 329–343.

Еще

Статья