Hva er industriell økologi?

Industriell økologi er et nytt vitenskapsfelt som søker å forstå sammenhengen mellom natur og menneskenes produksjon og forbruk, med mål om at menneskene ut ifra denne kunnskapen vil begrense sin miljøpåvirkning og bruk av naturressurser. Industriell økologi ble bevisst utviklet som fagfelt fra omkring 1990, men har intellektuelle og filosofiske røtter som strekker seg i hvert fall hundre år tilbake. Industriell økologi ble opprinnelig sett på som tverrfaglig forskning lokalisert mellom naturvitenskap, samfunnsvitenskap, ingeniørfag, og ledelsesfag.

Som vitenskapsfelt kan industriell økologi forstås gjennom de fenomener og mekanismer i natur og samfunn som det ønsker å beskrive og forstå. Videre er det av stor betydning å finne ut hva som underbygger på en troverdig måte legitime forklaringer og et presist og funksjonelt begrepsapparat.

Alt dette er inkludert i feltets egen selvforståelse om hva det gjør. Fagfeltet har i tillegg både deskriptive og normative aspekter, og det anvendes i næringsliv, forvaltning og i utforming av politikk. Flere konsepter som karbonfotavtrykk og livsløpsanalyse har allerede blitt allemannseie.

Gjennom program for industriell økologi har Norges teknisk-naturvitenskapelige universitet (NTNU) vært blant de ledende institusjoner i utviklingen av fagfeltet og dets anvendelse på ulike områder.

Avgrensing og fenomener som industriell økologi beskriver

I tidlig miljøforskning har naturvitenskapen beskrevet naturlige systemer og virkningen av forurensing, mens samfunnsvitenskapen har studert holdninger, adferd, politiske konflikter og beslutningsprosesser rundt naturressursforvaltning og forurensing. Industriell økologi med sitt holistiske makroperspektiv søker å fylle gapet og bygge bro mellom naturvitenskapens forståelse av naturen og samfunnsvitenskapens forståelse av kulturen og menneskets adferd. Fagfeltet anvender en naturvitenskaplig og systematisk tilnærming til samfunnets materielle reproduksjon og utvikling.

Industriell økologi tar utgangspunkt i menneskenes behov for næring, ly og mobilitet. Fysisk sett består et samfunn av kropper til mennesker og husdyr, og gjenstander som mennesker bruker som f.eks. bygninger, verktøy, klær, smykker og leker. Disse må bygges opp, vedlikeholdes og drives, og derfor trengs en strøm av materialer og energi. Materialer og energi har menneskene alltid tatt fra naturen. Siden ingenting varer evig, oppstår det avfall, som føres tilbake til naturen. Fenomenet betegnes som samfunnets stoffskifte. Det som vi tar fra naturen betegnes som ressurser, det vi returnerer er avfall og forurensning som vi kaller reststoffer. Industriell økologi søker å forstå hvordan mennesker nyttiggjør seg naturressurser til ulike formål, og hvordan reststoffer oppstår i denne prosessen.

Figur 1: Industriell økologi søker å forstå oppbygging og drift av samfunnets biofysikalske strukturer, dvs. materien og energien mennesker tar i bruk og nyttiggjør seg, miljøkonsekvenser av de materialstrømmer som oppstår og tiltak som kan redusere disse miljøkonsekvensene. Fra: (Pauliuk and Hertwich, 2015) 

Samfunnets stoffskifte

Ideen om samfunnets stoffskifte ble introdusert allerede på 1800-tallet(Fischer-Kowalski, 1999). Herbert Spencer identifiserte tilgang på et overskudd av energi som grunnlag for samfunnsutvikling. Karl Marx og Friedrich Engels beskrev metabolismen mellom menneske og naturen som del av sin definisjon av arbeidsprosessen: «Arbeidsprosessen er menneskelig aksjon med sikte på produksjon av nytteverdier, erverv av naturlige substanser for å stilne kroppens behov; den er nødvendig for å få til en utveksling av materie mellom kroppen og naturen; den er naturens evigvarende forutsetning for menneskelig eksistens, [..] og dermed felles for alle sosiale former av en slik eksistens.»

Miljøskader i økonomi og industriell økologi

I samfunnsøkonomien ble miljøproblemer beskrevet som eksterne virkninger (Pigou, 1920). Tanken var at et marked gir en samfunnsmessig effektiv organisering av produksjon basert på uavhengige handlinger av aktørene. Dette forutsetter, som Adam Smith har vist, at konsekvensene av aktivitetens fordeler og ulemper tilfaller aktøren. Hvis en handling fører til fordeler eller ulemper for andre, for eksempel forurensning av ferskvann som gjør det nødvendig for en nedstrøms kommune å rense vannet før det kan brukes, så er det en ulempe, men ikke for den som faktisk forurenser, men for en tredjepart. Økonomenes løsning er å internalisere disse eksterne kostnadene gjennom en beskatning av utslipp (forurenser betaler), eller å finne en forhandlingsløsning mellom den som forårsaker skaden og den forulempede part, som i dette eksemplet er kommunen som ligger nedstrøms.

Utfordringen med økonomenes tilnærming, som Robert Ayres og Allen Kneese identifiserte i en banebrytende artikkel, er at slike utilsiktete miljøskader er utbredt i økonomien, ikke minst på grunn av alt avfall og luftforurensing fra forbrenning, som oppstår i hver enkelt økonomiske aktivitet (Ayres and Kneese, 1969). Eksterne virkninger er ikke begrenset til noen enkelttilfeller som kan løses hver for seg. Siden hver produksjonsprosess har kostnader som ikke gjenspeiles i produktenes priser, kjenner vi ikke de samfunnsøkonomiske kostnadene til et eneste produkt. Uten sammenligningsgrunnlag kan vi ikke engang beregne miljøskadenes økonomiske verdi. For å korrigere for eksterne kostnader, som økonomene foreslår, trenger vi en systematisk modellering av disse kostnadene i hele økonomien. Ayres og Kneese foreslo å beskrive materialstrømmer og avfallsproduksjon, kvantifisere miljøkonsekvenser og modellere interaksjon mellom sektorer gjennom en kryssløpsmodell. På den måten kan eksterne kostnader ved hvert enkelt produkt beskrives og sammenlignes med produktets pris og verdi. For å beregne den samfunnsøkonomiske prisen til et enkelt produkt, må vi beregne den for alle produkter samtidig.

Fysikeren Bob Ayres ble en av grunnleggerne til fagfeltet industriell økologi og kom godt i gang med forskningsprogrammet han hadde definert i samarbeid med økonomen Allen Kneese. Elementene som de identifiserte i 1969, materialbalanser for produksjonsprosesser, verdikjedeanalyse av produksjon og forbruk av varer, vurdering av ressurser og miljøeffekter og beskrivelse av produksjonssystemet gjennom kryssløpsanalyse er nå viktige metoder i industriell økologi. Ayres tok også i bruk betegnelsen stoffskifte og utga boken «Industrial Metabolism» som ble en viktig referanse for mange av oss som ble interessert i fagfeltet (Ayres and Simonis, 1994).

Forskningsmetoder og tilnærminger

Materialstrømmer og inventarer

Materialflyt i økonomien over tid er et viktig fokus innen industriell økologi. Dynamisk materialinventaranalyse beskriver både strømmer og inventarer av materialer (Müller, 2006). På makronivå har bruk av primærmaterialer i økonomien blitt en viktig bærekraftindikator, hvor primærmaterialer er materialer som er tatt fra naturen (Schandl et al., 2021). Med søkelys på enkelte materialer, som litium, nikkel og grafitt for elektroder i batterier og sjeldne jordarter for dataskjermer og avanserte elmotorer, har stoffstrømmer for enkeltmaterialer vist seg å være relevante, ikke minst for definisjon av kritiske råmaterialer og transformasjon av energisystemet (Graedel and Miatto, 2022).

I Norge har professorene Daniel Müller og Helge Brattebø samt deres medarbeidere kvantifisert materialstrømmer i det bygde miljø og brukt dynamisk materialstrømsanalyse til å utvikle senarioer for klimagassutslipp fra bygninger (Bergsdal et al., 2007; Brattebø et al., 2009). Müller har også undersøkt fosfor og omega-3 fettsyrer i matvareproduksjon (Hamilton et al., 2020; Pandit et al., 2023).

Økoeffektive produkter gjennom livssyklusanalyse, økodesign, og bærekraftig innkjøp

Et kjernefokus er ressursbruk og miljøbelastning knyttet til produksjon, bruk og avhending av produkter. Livssyklusanalyse (LCA) er industriell økologis metode for å vurdere miljøbelastning av produkter. Først defineres det et produktsystem som inkluderer utvinning og foredling av ressurser, vareproduksjon, distribusjon, bruk, vedlikehold, og avfallshåndtering. Så kvantifiseres utslipp og ressursbruk knyttet til disse ulike prosessene i produktsystemet. Deretter gjennomføres det en vurdering av ulike miljøkonsekvenser, som global oppvarming, menneskelig helse og tap av biomangfold. Slike livssyklusanalyser gir avgjørende informasjon til for eksempel økodesign, det vil si design av produkter som søker å redusere ulemper ved produktsystemet. Også bærekraftig innkjøp, som søker å velge de mest miljøvennlige produktalternativene, trenger slik informasjon. Miljøvaredeklarasjoner oppsummerer resultater fra livssyklusanalyse for å kommunisere det til profesjonelle innkjøpere.

Økoeffektivitet i vareproduksjon og økodesign var fokus for forskningsprogrammet Produktivitet 2005 Industriell Økologi, som igjen la grunnstenen til Program for industriell økologi på NTNU.

Livssyklusanalyse har vært den viktigste ferdigheten for utdannede industriøkologer. LCA brukes nå i større infrastrukturprosjekter, som for eksempel vei og jernbane (Hammervold et al., 2013), for å vurdere nullutslippsbygg og områder (Kristjansdottir et al., 2018) og for å vurdere miljøvennlighet for ulike bilteknologier (Hawkins et al., 2013).

Nasjonalregnskap og miljøregnskap

Statistiske byråers nasjonalregnskap har tradisjonelt gitt en oversikt over produksjon, forbruk, eksport, import, og verdiskapning i en økonomi, samt inntekter og utgifter til næringer, husholdninger og staten. Dette økonomiske regnskapet har blitt utvidet med et miljøregnskap som beskriver ressursuttak og innhøsting, bruk, handel og ulike typer utslipp. Makronivå materialflytregnskap er nå en del av dette. Nasjonalregnskapet er dermed blitt et viktig verktøy for å beskrive utvikling i miljøbelastning og ressursbruk over tid. Politikere bruker også nasjonalregnskapenes informasjon til å sette politiske mål og til å evaluere i hvilken grad de når disse målene.

Fotsporberegninger og bærekraftig forbruk

Som beskrevet av Leontief og andre, så kan næringstilordnet utslipp og ressursbruk kombineres med tall fra nasjonalregnskapets kryssløpstabell for å beregne utslipp og ressursbruk per enhet produkt levert, og tilordnes forbruk på den måten (Bullard and Herendeen, 1975; Leontief, 1970). Dette er kjent siden 1970-tallet og ble brukt på 1980-tallet, men interessen ble redusert når økonomien ble mer global, og nasjonale tall ikke lenger var tilstrekkelig for å beskrive framstilling av et gjennomsnittlig handlenett av forbruksvarer. Kun når tallene fra nasjonalregnskapene fra ulike land ble kombinert med handelsstatistikk for å lage globale multiregionale kryssløpstabeller, kunne en kvantifisere forbrukets miljøbelastning (Hertwich and Peters, 2009). Multiregionale kryssløpstabeller ble et viktig verktøy for å beskrive fotspor fra ulike husholdninger og kvantifisere miljøbelastningen som er knyttet til framstilling av varer og leveranse av tjenester som husholdningene kjøper. Tallene brukes i dag også for å beregne utslipp som er knyttet til en organisasjons innkjøp og klassifisere næringer i forhold til miljøpåvirkning for å velge bransjer for grønn finans.

Figur 2: Utgifter til en gjennomsnittlig norsk husholdning i 2012 (abscissen) og klimagassfotspor per krone (ordinaten) for hver av utgiftskategoriene i klassifiseringssystem for forbruksundersøkelsen. Lyse fargene i kategoriene transport og bolig indikerer direkte utslipp gjennom forbrenning av drivstoff og brensel. Kilde: (Steen-Olsen et al., 2016)

Kretsløpsøkonomien som modell for bærekraftig ressursforvaltning

Økonomien tenger materialer som byggeklosser og energi for å drive ting. Vi har begrenset tilgang på materialer og energi på jorda, og dermed gjelder det å utnytte disse på en best mulig måte. Å bruke produkter lenge, å gjenbruke produkter og å resirkulere materialer er kjernen i en bærekraftig økonomi. Konseptet kretsløpsøkonomi har i den senere tid blitt viktig for politikkutforming. Studier viser at over 90 % av materialene vi bruker i dag, er fra naturen, mindre enn 10% er gjenbruk (Haas et al., 2015). Ulike metoder brukes for å kvantifisere muligheter for å redusere miljøbelastning gjennom økt resirkulering (Pandit et al., 2023; Wiebe et al., 2019).

Industriell symbiose

En kongstanke i industriell økologi er at vi kan utnytte ressurser bedre og dermed redusere avfallsproduksjon gjennom å se ting i sammenheng; ikke for å optimalisere enkeltprosesser, men for å optimalisere hele systemer. En tilnærming er industriell symbiose, hvor ulike bedrifters operasjoner samordnes slik at en bedrifts biprodukt blir nyttiggjort som en ressurs av en annen bedrift til beste for både miljø og økonomi. Slikt samarbeid starter ofte med en lokal begrenset innsatsfaktor som for eksempel vann, slik det berømte eksemplet i Kalundborg i Danmark har lykkes med.

I Kalundborg utveksler 17 ulike bedrifter vann, energi, og reststoffer for å produsere enzymer, insulin og andre medisiner, gjødsel, gips, biogass, elektrisitet, varme, og raffineriprodukter. Samarbeidet startet for femti år siden og har stadig vokst i kompleksitet og verdiskaping basert på de samme ferskvannsressursene. En av bedriftene i dette samarbeidet er Novo Nordisk, som med utgangspunkt i restprodukter, produserer medisinen Ozempic. Den ble opprinnelig laget for å stabilisere blodsukker hos diabetikere, men er nå også blitt en ettertraktet slankemedisin med enorm inntjening.

Tiltaksanalyse og scenariomodeller

Flere ting må skje samtidig for at verden kan stoppe global oppvarming og naturødeleggelse basert på ressursene som vi har tilgjengelig, og samtidig møte behovene til et økende antall mennesker. Hvordan vi kan få til dette undersøkes gjerne med scenariomodeller, som belyser noen av disse aspektene. Scenariomodellene som brukes for eksempel av FNs klimapanel for å undersøke mulige framtidige utslippsbaner, er økonomiske optimeringsmodeller. Disse tilfredsstiller et framtidig behov for energi, mat og et generisk økonomisk produkt. Dette baseres på tilgjengelige energi- og landressurser og på ulike teknologier som forbedrer seg gjennom bruk, dvs. teknologilæring. Slike modeller har hittil ikke modellert etterspørsel etter materialer annet enn gjennom en regresjon med økonomiske produkter.

Materialproduksjon har nå økt slik at den forårsaker nær en fjerdedel av globale klimagassutslipp. For å forstå framtidige utslipp og vurdere muligheter for å redusere disse gjennom materialeffektivitet og sirkulær økonomi, så er det nødvendig å inkludere etterspørsel etter materialer og materialinventarer i viktige produkter som er i bruk i modellen. Det er en pågående prosess å innpasse materialflytmodeller fra industriell økologi i scenariomodeller for å undersøke klimavern og naturvern.

Figur 3: (a) Et produkts livssyklus samt strategier for å redusere materialbruk eller miljøbelastning knyttet til materialproduksjon.

(b) Klimagassutslipp knyttet til produksjon og bruk av bolig i G7 land i 2016, resterende utslipp i et 2-graders senario basert på økt energieffektivitet og pågående overgang til fornybar energi, og mulig reduksjon av klimagassutslipp gjennom materialeffektivitet. Kilde: (International Resource Panel, 2020)

En studie i regi av FNs ressurspanel undersøkte bidrag fra materialeffektivitet til reduksjon av klimagassutslipp fra bolig og bil. Studien ser på ulike måter å tilfredsstille etterspørsel etter husly og biltransport med produktårgang, og produksjon av materialer og energi som er nødvendig for framstilling og drift av produktene. Studien kombinerte modeller av produktinventar og materialflyt (Bergsdal et al., 2007; Müller, 2006) med livssyklusanalyser av produktarketyper for å lage ulike scenarioer. Studien estimerte også klimagassbesparelse fra bestemte tiltak som differansen mellom scenarioene (International Resource Panel, 2020).

Industriell økologi har nå utviklet seg til et eget fagfelt med tidsskrifter, konferanser, studieprogrammer og yrkesprofil. Situasjonen er ikke blitt så ulik det som grunnleggerne av studieprogrammer og tidsskrifter forutsa på 1990-tallet. Relevansen har bare økt, og fagfeltet ser nok en lys framtid i møte.

Ayres, R.U., Kneese, A.V., 1969. Production, Consumption, and Externalities. Am. Econ. Rev. 59, 282–297.

Ayres, R.U., Simonis, U.E., 1994. Industrial Metabolism -- Restructuring for Sustainable Development. United Nations University Press, Tokyo.

Bergsdal, H., Brattebo, H., Bohne, R.A., Mueller, D.B., 2007. Dynamic material flow analysis for Norway’s dwelling stock. Build. Res. Inf. 35, 557–570. https://doi.org/10.1080/09613210701287588

Brattebø, H., Bergsdal, H., Sandberg, N.K.H., Hammervold, J., Mueller, D.B., 2009. Exploring built environment stock metabolism and sustainability by systems analysis approaches. Build. Res. Inf. 37, 569–582.

Bullard, I.I.I., Herendeen, R.A., 1975. The energy cost of goods and services. Energy Policy 3, 268–278. https://doi.org/10.1016/0301-4215(75)90035-X

Fischer-Kowalski, M., 1999. Society’s Metabolism: The Intellectual History of Material Flow Analysis. Part 1: 1860-1970. J. Ind. Ecol. 2, 61–78.

Graedel, T.E., Miatto, A., 2022. Alloy Profusion, Spice Metals, and Resource Loss by Design. Sustainability 14, 7535. https://doi.org/10.3390/su14137535

Haas, W., Krausmann, F., Wiedenhofer, D., Heinz, M., 2015. How Circular is the Global Economy?: An Assessment of Material Flows, Waste Production, and Recycling in the European Union and the World in 2005. J. Ind. Ecol. 19, 765–777. https://doi.org/10.1111/jiec.12244

Hamilton, H.A., Newton, R., Auchterlonie, N.A., Müller, D.B., 2020. Systems approach to quantify the global omega-3 fatty acid cycle. Nat. Food 1, 59–62. https://doi.org/10.1038/s43016-019-0006-0

Hammervold, J., Reenaas, M., Brattebø, H., 2013. Environmental life cycle assessment of bridges. J. Bridge Eng. 18, 153–161.

Hawkins, T.R., Singh, B., Majeau-Bettez, G., Strømman, A.H., 2013. Comparative Environmental Life Cycle Assessment of Conventional and Electric Vehicles. J. Ind. Ecol. 17, 53–64. https://doi.org/10.1111/j.1530-9290.2012.00532.x

Hertwich, E.G., Peters, G.P., 2009. Carbon footprint of nations: A global, trade-linked analysis. Environ. Sci. Technol. 43, 6414–6420.

International Resource Panel, 2020. Resource efficiency and climate change - implications for business leaders. United Nations Environment Programme, Nairobi (Kenya) and Paris (France).

Kristjansdottir, T.F., Heeren, N., Andresen, I., Brattebø, H., 2018. Comparative emission analysis of low-energy and zero-emission buildings. Build. Res. Inf. 46, 367–382. https://doi.org/10.1080/09613218.2017.1305690

Leontief, W., 1970. Environmental Repercussions and the Economic Structure: An Input-Output Approach. Rev. Econ. Stat. 52, 262–271.

Müller, D.B., 2006. Stock dynamics for forecasting material flows - Case study for housing in The Netherlands. Ecol. Econ. 59, 142–156. https://doi.org/10.1016/j.ecolecon.2005.09.025

Pandit, A.V., Dittrich, N., Strand, A.V., Lozach, L., Las Heras Hernández, M., Reitan, K.I., Müller, D.B., 2023. Circular economy for aquatic food systems: insights from a multiscale phosphorus flow analysis in Norway. Front. Sustain. Food Syst. 7, 1248984. https://doi.org/10.3389/fsufs.2023.1248984

Pauliuk, S., Hertwich, E.G., 2015. Socioeconomic metabolism as paradigm for studying the biophysical basis of human societies. Ecol. Econ. 119, 83–93. https://doi.org/10.1016/j.ecolecon.2015.08.012

Pigou, A.C., 1920. Economics of Welfare. Macmillan, London.

Schandl, H., West, J., Lutter, S., Eisenmenger, N., Miatto, A., Linster, M., Campbell, J., 2021. The use of natural resources in the economy: A Global Manual on Economy Wide Material Flow Accounting. United Nations Environment Programme, Nairobi.

Steen-Olsen, K., Wood, R., Hertwich, E.G., 2016. The Carbon Footprint of Norwegian Household Consumption 1999–2012. J. Ind. Ecol. 20, 582–592. https://doi.org/10.1111/jiec.12405

Wiebe, K.S., Harsdorff, M., Montt, G., Simas, M.S., Wood, R., 2019. Global Circular Economy Scenario in a Multiregional Input–Output Framework. Environ. Sci. Technol. 53, 6362–6373. https://doi.org/10.1021/acs.est.9b01208