Door het patroon van onderlinge verbindingen tussen de voedselketens van de natuur te vertalen naar industriële netwerken, onderzoekers van de Texas A&M University hebben richtlijnen opgesteld voor het opzetten van succesvolle industriële gemeenschappen. De onderzoekers zeiden dat deze begeleiding de economische groei kan vergemakkelijken, uitstoot verlagen en afval verminderen en er tegelijkertijd voor zorgen dat samenwerkende industrieën kunnen herstellen van onverwachte verstoringen.

"Industrieën kunnen vaak samenwerken om bijproducten uit te wisselen en na verloop van tijd kunnen deze industrieën grotere gemeenschappen vormen. Hoewel deze netwerken heel gunstig klinken voor alle industriële partners binnen de gemeenschap, ze zijn niet altijd succesvol, " zei dr. Astrid Layton, assistent-professor in de J. Mike Walker' 66 Department of Mechanical Engineering. "We hebben geprobeerd dit probleem op te lossen door ontwerprichtlijnen te geven die zijn geïnspireerd op de voedselwebben van de natuur, zodat het algehele systeem zowel milieuvriendelijk is als geld bespaart voor iedereen."

De onderzoekers publiceerden hun studie in het tijdschrift Bronnen, Behoud en recycling .

Een essentieel onderdeel van het runnen van een industrie is het identificeren van middelen, zoals grondstoffen, die economisch levensvatbaar zijn. In plaats van elke branche deze details onafhankelijk te laten uitwerken, een eco-industrieel park of een netwerk van samenwerkende industrieën is een opkomende trend. Verder, bedrijven die bij deze parken horen, werken symbiotisch samen waar, net als in de natuur, bedrijfstakken profiteren van elkaar. Bijvoorbeeld, het afval van de ene industrie is de grondstof van de andere, wat vaak geld bespaart voor beide partners.

Wanneer succesvol, industriële symbiose kan het grondstofverbruik helpen verminderen, kosten en emissies, terwijl een aanzienlijk financieel rendement wordt gegenereerd. Echter, er zijn ook gevallen geweest waarin eco-industriële parken niet hebben gewerkt.

"Toen eco-industriële parken succes begonnen te vertonen, mensen merkten het op en begonnen te proberen hun eigen gemeenschap van bedrijven te vormen die bijproducten uitwisselden, maar deze 'van de grond af'-ontwerpen kunnen worden geraakt of gemist, " zei Layton. "De onderliggende redenen kunnen veel zijn, misschien economisch of als, bijvoorbeeld, een bedrijf gaat failliet, het hele systeem gaat kapot omdat ze allemaal met elkaar verbonden zijn."

Om dit probleem te bestrijden, de onderzoekers probeerden richtlijnen te geven over hoe deze industriegemeenschappen het beste kunnen worden ontworpen om de voordelen van industriële symbiose te benutten en tegelijkertijd de ondergang te vermijden.

Voor hun analyse Layton en haar team verwezen naar voedselwebben die bestand zijn tegen verstoringen en minimale verspilling produceren. Deze biologische netwerken bestaan ​​uit meerdere voedselketens die roofdieren en prooien met elkaar verbinden. Verder, de organisatie van de onderling verbonden ketens in voedselwebben is in de loop der jaren uitgebreid onderzocht met behulp van kwantitatieve maatregelen. Van de vele meetinstrumenten, de onderzoekers waren vooral geïnteresseerd in een genaamd nestedness.

Deze statistiek, die varieert van 0 tot 1, geeft de locatie weer waar verbindingen plaatsvinden binnen netwerken. Wanneer genestheid waarden heeft die dichter bij één liggen, er is een hiërarchie in de verbindingen, met andere woorden, één actor is verbonden met alle andere actoren in het netwerk, een andere actor is verbonden met een subset daarvan, enzovoort. Bijvoorbeeld, een sterk geneste structuur zou er een zijn waar bepaalde soorten bijen een verscheidenheid aan planten bestuiven, terwijl andere "gespecialiseerde" bijen slechts een klein aantal planten bestuiven binnen deze veel bredere set. Alternatief, slecht geneste structuren hebben waarden die dichter bij nul liggen en elke actor in het netwerk kan met elkaar verbonden zijn.

Maar in tegenstelling tot voedselwebben, Van veel industriële netwerken is aangetoond dat ze een lage genestheid hebben. Dus, de onderzoekers testten of het vergroten van de nestedness in industriële netwerken het financiële voordeel en het vermogen voor industrieën om te herstellen van verstoringen zou kunnen bevorderen.

Voor hun studie Layton en haar team omvatten negen industrieën, waaronder een kunstmestfabriek, een farmaceutische fabriek en een afvalwaterzuiveringsinstallatie, die konden deelnemen aan vijf soorten uitwisselingen op waterbasis. Volgende, ze creëerden 4000 verschillende netwerkontwerpen, opgedeeld in 200 ontwerpen met 20 verschillende geneste waarden.

Ze ontdekten dat wanneer het netwerkontwerp een hoge genestheid had, het zoetwaterverbruik was lager en het netwerk overleefde onvoorziene storingen, wat zich uiteindelijk vertaalde in meer besparingen en het behoud van hulpbronnen. Ze vonden ook in meer specifieke scenario's, zoals toen de industrieën geografisch verspreid waren en de hulpbronnen erg duur waren, hoge genesteldheid in industriële netwerken was opnieuw voordeliger.

De onderzoekers merkten op dat ze in de huidige studie alleen wateruitwisselingen analyseerden en dat hun toekomstige werk zich zal richten op andere soorten uitwisselingen van hulpbronnen en milieueffecten. Echter, ze zeiden dat het voordeel van hoge genesteldheid in industriële netwerken ook generaliseerbaar was naar andere uitwisselingen.

"Water is het worstcasescenario in vergelijking met andere uitwisselingsproducten in termen van infrastructuurkosten, "zei Layton. "Onze resultaten hebben situaties geïdentificeerd waarin hoge genesteheid een voordeel is, die vervolgens het ontwerp van het netwerk kan sturen. Dit werk zal succes ondersteunen, zowel vanuit economisch perspectief als vanuit het perspectief van veerkracht."