1986年9月，瑞士巴塞尔地区斯威切威尔的一家叫做圣 多兹（Sandoz）的企业仓库失火，引起33吨有毒物料泄入莱 茵河。消息传出，人们情绪激动。其实就在同一时期，每天顺 着莱茵河倾入荷兰湾和北海的有毒物质达27吨之多，也就是 每年累计多达10000吨。可是除了少数几个专业人士外却没 有谁为之动容！
像莱茵河这样的情况，如同其他许多居住人口密集的大河 流域一样，从工业生态的角度看，根本问题在于有毒物流入并 非由于偶发事故，而是由于人类的日常活动：工业，农业，城 市活动，个人消费各种产品等。这些有毒物的大部分（75%是 重金属）沿河而下，在海湾沉淀下来。
这一事例很清楚地说明这样一个事实，即这些年来人们把 注意力过于集中在点状的、有时是耸人听闻的污染源。来自工 业企业的污染排放，至少在经合组织国家范围之内，近20年 来确实大为减少，这是由于各国这方面规定的压力及过程末端 治污技术的运用。从今天的角度看，主要污染源往往是分散 的，错综复杂的和消耗性的，因而很难单独计量。由此，80 年代出现了一种新的研究方法，即目前正在蓬勃发展的工业代 谢研究。
工业代谢研究方法的根据是质量守恒定理。一定数量的物 质因人类活动而消失在生物圈之中，但其质量却是守恒的。确 实，与正统的经济学家的观念相反，物质没有或者不再有价格， 但并不从地球上消失！相反，工业代谢研究方法旨在揭示经济 活动纯物质的数量与质量规模，展示构成工业活动全部物质（不 仅仅是能量的）流动与储存。因此，工业代谢研究的方法论就在 于建立物质结算表，估算物质流动与储存的数量，描绘其行进的 路线和复杂的动力学机制，同时也指出它们的物理的和化学的 状态。
对这些物质流动进行研究的难度主要源自排放方式的多样 性。有在产品使用过程中点状的、农业化学的（化肥，杀虫剂，等 等）、消耗性的排放，也有产品使用完毕后最终存放时（包括从过 程末端治污设备的过滤装置上卸载下来）的排放。所有这些污 染物通过各种各样的机制进入环境：挥发、风蚀、雨蚀、浸出、渗 入等。最后，为了使事情复杂无比，它们的排放随气候和物理化 学条件的不同而变幻莫测。
还要考虑到增效作用：比如，锌的腐蚀快慢就与空气中二氧 化硫的含量密切相关。莱茵河流域城市降尘中锌含量的下降主 要是由于大量地减少了二氧化硫的排放量。从理论上说，工业 代谢研究不局限于分析污染物，可以分析在工业体系中循环的 所有物质的流动，远要复杂得多。最终，工业代谢还要研究工业 物质循环与自然生物地球化学循环之间的相互动态影响。
毫无疑问，在未来的岁月里，工业代谢分析方法将日益被广 泛运用。事实上，让人要多惊奇有多惊奇的是，其实人们对工业 社会的运行所知甚少，至少在关于它的生物物理形态方面是如 此。然而，在许多情况下大部分数据却已经存在经济的、工业的 和毒理学的统计之中。现在我们要做的就是将其整理分析以重 新描绘工业代谢曲折的运行过程。
工业代谢研究可以有多种形式：
＊可以在有限的区域内追踪某些污染物。基于方法论的原 因，但也出于紧迫性的原因，江河流域特别适合于这类研究。江 河流域地区往往工业集中，人口密度也高。在莱茵河、多瑙河之 后，恒河、湄公河和其他，特别是中国南方地区的大江大河，应尽 快进行工业代谢分析研究。
＊可以分析研究一组物质，特别是某些重金属。由于其潜 在的毒性，重金属应列入首选研究对象。不过，分析环境中的重 金属也相对比较容易。有些合成的有机物，如多氯联苯（PCB） 或二恶英，其毒性与重金属相当，甚至有过之，但在实践中极难 先在工业体系的加工过程中，后在环境中进行不间断的跟踪研 究。
＊工业代谢研究也可以仅限于某种物质成分，以确定其不 同形态的特性及其与自然生物地球化学循环的相互影响。比如 硫、碳等的工业代谢分析。
＊最后，工业代谢也可以研究不同的与这样那样的产品相 联系的物质与能量流，比如橙汁或电子芯片。
为了让读者对工业代谢研究方法有一个具体的概念，下面 介绍若干不同的工业代谢分析案例：莱茵河的重金属，橙汁，瑞 士中小城市的家庭，微电子半导体和碳及其对生物地球化学循 环的影响。
菜茵河流域的镉
在莱茵河出海口，由于常年累月的污染沉积，有毒物质太 多，以致于因担心污染地下水而不再将疏浚河道的淤泥直接倾 倒在围垦耕地中。荷兰政府只好采取了一个临时的解决办法， 在鹿特丹港的出口附近用堤岸围起了一个巨大的池塘，用以存 放疏浚淤泥。但这个大池塘将在10年之后达到饱和状态。于 是要求找到一个永久性的，也就是说预防性的解决办法。鉴于 将来问题的严重性，荷兰政府出资进行了一项广泛的关于沉积 在沿莱茵河整个河道的污染物的来源及性质的研究，寄希望于 只要弄清楚了污染产生的过程便可以从源头开始解决问题。
这就是于最近1993年完成的首例关于重金属的工业代谢 研究。由位于维也纳附近的国际应用系统分析研究所的威廉· 斯蒂格利阿尼（William Stigliani）及其同事们一起完成的。1996 年，该院又进行了另一次类似的研究，这次由斯蒂芬·安德伯格 （Stefan Anderberg）领衔，研究的地区是中欧黑三角地区，即波 兰、德国和捷克三国的接壤地区。
从地理上说，大河流域是理想的进行工业代谢分析研究的 实体，因为从其大气流量、河水流量中，人们可以监测到精确 的污染物在各类受污体（农耕土地，地下水，湖泊沉积，排放 的水等）中的数量。国际应用系统分析研究所对莱茵河流域的 工业代谢研究包括七项指标：铜、铅、锌、氮、磷、二氯化苯 以及多氯联苯（PCB）。让我们详细地看一下镉的情形。
这种重金属并不是自愿进入经济系统之中的。它是因为提 不纯而以微量混杂在其他物质之中的。含有镉较多的有磷肥、 铁、煤炭和重油。就莱茵河的镉污染而言，最主要的污染源之 一来自锌精炼过程。
研究结果表明，莱茵河流域镉污染在1970－1988年间已 大为减少：
＊1970年，大气镉排放曾经达到171吨，而1988年仅为 34吨，排放的减少主要归功于过程末端治污措施。
＊在固体废料中的镉含量从1970年的790吨下降到1988 年的45吨，这主要是企业尽力回收利用的结果。在建筑材料 中镉相对稳定，也有利于降低镉污染，因为现在那些燃煤热电 厂的烟灰，含镉量很高，一律被用来制成混凝土建材了。
＊城市垃圾中的镉含量从1970年的687吨减少到1988年 的337吨，这主要是因为减少使用含镉消费物品50%的缘故。
＊城市工业排放进莱茵河的镉从1970年的172吨下降到 1988年的11吨，这主要是因为有关规定越来越严格。
但是，仅仅计算数量还不够，同样重要的是估计污染物的 “最大残留量”这一参数，根据实验室土壤样本的试验数据指 定，意在假以确定污染物长期（30－50年）在环境中的最大 的活动范围，也就是说污染物存在于含水层和进入食物链的可 能性。
根据斯蒂格利阿尼和他的同事们的监测结果，莱茵河流域 1970年的镉残留量为790吨中的14吨，而1988年转变为382 吨中的6吨。这18年期间的变化表明两个趋势：
（1）在1970－1988年期间，莱茵河流域总的镉排放量已 大为减少，主要原因是有关排放标准日益严格；
（2）但是，镉的扩散性排放量与总的水溶性排放量之比， 从1970年的17%增加到了1988年的52%。这表明，镉污染 源的扩散性排放并未真正控制。今天，莱茵河流域环境中的镉 污染主要来源是使用磷肥，每年将36吨镉带进农耕土地。
消除镉污染？可不那么简单……
如上所述，工业代谢研究为政治家、政府部门（特别是经 济发展部门和领土整治部门）提供了可贵的手段。出于同样的 考虑，斯蒂格利阿尼和他的同事们测试了镉与所有相关产品的 反应情况，除了镍镉电池之外。
镉几乎唯一产生于锌精炼过程。莱茵河流域总的镉需求为 每年1500吨，其中差不多一半，即600吨，依靠进口。镉主 要用于四种产品的生产：塑料中作色素，镍镉电池，铜及其他 金属材料的表面涂层，以及聚氯乙烯中的稳定剂。在有关法规 禁止一些产品使用镉以后，锌精炼生产的镉就严重超过了需 求，每年大约超产425吨。事实上，莱茵河流域的镉供给是刚 性的，只要精炼锌，就会生产镉。
那么拿这些镉怎么办呢？用储罐装起来放在垃圾场显然不 是可靠的解决办法。最好的办法是给它找到一种用途，使其无 法活动。斯蒂格利阿尼建议用作建筑用窗户材料涂层的聚氯乙 烯的稳定剂。镉在这种形态下相当稳定，无论作为建材被深埋 或重新利用都如此。
我们看到，不能简单地清除这种或那种消费产品中的某种 物质。工业代谢分析发现的复杂性表明，首要的是设想“营救 捷径”（rescue pathways），如生物化学词汇所指，即不管镉是 以什么方式产生的，重要的是要找到一条进入备用代谢循环的 通道。要么，干脆就停止锌精炼生产……
我们知道，8种有毒重金属（砷、银、铬、铅、镉、锌、 汞，铜）都是不经意进入经济循环系统的，是其他矿物冶炼不 可避免的副产品。砷是铜矿的副产品（在铁矿及磷酸盐矿石中 也含有砷），镉是锌的副产品，银是铜、锌及铅矿的副产品， 锌和铅本身又是所有其他矿物的伴生物。
因此，许多产品都含有这些有毒金属：砷、铜、铬、铅和 汞用来生产杀虫剂、杀真菌剂、杀菌剂等；铅。镉、铬和锌用 作色素；镉、铬和锌用作金属涂层材料，镉、汞、锌和银都用 于干电池等等。
镉和农业政策
我们刚看到，莱茵河流域每年使用磷肥使36吨镉渗入农耕 土地。这一数量比大气排放所引起的镉污染高三倍。所以，首 先应该做的是设法减少磷肥中的镉含量，或者减少磷肥的使用。
最近几十年来，特别是50年代以来，许多种重金属，其 中包括镉，逐渐地残留于土地，特别是农耕土地之中。斯蒂格 利阿尼和他的同事们进一步指出：莱茵河流域地区日积月累从 1950年到1988年在城市地区非沥青覆盖的土地面积中镉残留 量达到830吨，农耕土地的镉残留量达到4000吨，在森林中 达到1500吨。
于是，由于长期添加使用碱产品，农耕土地被人为地维持 了一种很高的pH值。这种条件有利于镉阳离子的稳定，在土 地中被团粒表面所吸收。但是，如果pH值变成高酸状态，大 量的镉就会被释放出来，尔后由农作物吸收或进入地下水，这 个变化过程大家都熟知一个名词，那就是“延时化学炸弹”。
欧共体共同农业政策打算从目前起的10年内将大量（约 1亿公顷）耕作土地进行休耕。但在布鲁塞尔，没有人严肃地 看待与这一共同农业政策相伴的“化学炸弹”的危险性：休耕 土地的pH值将变得高酸状态，从而导致其中的重金属相对较 快地被释放出来，会严重污染含水层地质。
这里我们也看到了污染物长期积累的后果，休耕土地今天 变成了一个问题，而在50年前，当土地很少聚集诸如镉之类 的物质的时候，这是不可能发生的事情。如果我们把潮湿生态 系统干燥化，或把干燥生态系统潮湿化，都会产生同样的问 题。如果，在可能的氧化还原作用下，pH值条件改变，土地 的缓冲作用就会突然中断，因而引起其中累积的污染物以新的 状态进行活动。
因此，工业代谢分析法不仅具有学术价值，而且它还可以 使我们在运用某些技术时据以估价其优缺点，因而为经济的和 政治的决策提供关键的信息。
橙汁的工业代谢分析
德国乌珀塔尔研究院就多种日用消费品进行了工业代谢分 析。他们分析了橙汁的情况。德国是世界上人均橙汁消费量最 高的国家，每人年消费21升橙汁。
每年，世界上生产5500万吨橙汁，其中90%在欧洲、日本 和美国消费掉。欧洲消费的橙汁中80%以上来自世界上最主 要的橙汁生产国巴西。橙汁从巴西（主要是圣保罗地区）到德国 要经过12000公里的长途运输。为了运输的经济性，橙汁要浓 缩成原来状态8%的总量，然后在负18度的条件下冷藏。
橙汁生产需要投入两大原料：水和石油。石油主要用于生 产蒸汽，用于橙汁浓缩加工。就巴西而言，一半的能源来自蔗 渣，另一半来自矿物燃料。生产1吨橙汁，相当于需要8.1千 克石油。包括运输与冷藏在内，每吨橙汁约需100千克石油。
水的消耗同样不可小视：在德国饮用的每一杯橙汁，需要 不少于22杯的水，主要用于浓缩过程中产生蒸汽和运到德国 后稀释浓缩橙汁。
乌珀塔尔研究所的分析方法还在完善过程当中，这些数字 没有包括弗里德利克·斯密特-布利克（Friedrich SchmidtBleek）称作“背包”的能源原料消耗（“背包”的德文原文是 Rucksacks），即为了取得生产橙汁所需的石油与水而需要消耗 的能源与原料。
比如说，生产1千克柴油约需0.5-20升的水。那么，如 果我们想做一全面分析，就应把这些水也包括进去；也应该把 生产杀虫剂所耗用的原料与能源包括进去；同样地，也应该包 括无数的包装物料，在橙汁运输分销过程中需要大量的小规格 包装物料（用于适应航空与铁路运输的独立小包装），最终由 此产生大量的废料。
与巴西生产和分运橙汁有关的物质流量决不是无足轻重 的。但要是在美国，这一物质流量将更为惊人：平均而言，1 升美国产橙汁需要1000升灌溉用水和2升石油。这么大的 区别，部分地是由于美国橙园灌溉用水多用燃油机泵（在巴西 则不然），此外，美国佛罗里达州春寒料峭，为了保护橙树免 遭春季冰冻伤害需有供暖系统。
总起来说，在德国生产1升橙汁需要25千克的其他物质 消耗，还不包括“背包”消耗。我们可以从以下两个角度使橙 汁生产与消费更为“生态化”。一是生产者应设法减少这25千 克的物质消耗，特别是改变作业习惯，让浓缩过程更为有效。 另一个角度，看起来难以实现，那就是设想减少橙汁消费……
物质流量并不是生态效益的唯一尺度，所用农耕地面积同 样是一个十分重要的因素，因为明显地农耕地十分有限。现 在，如果把所有的土地平均分配给地球上所有的居民，那么每 个人得到0.28公顷的可耕地。而事实上，工业化国家使用的 要多得多。以荷兰为例，为了满足其粮食需要，实际上使用了 比荷兰自有耕地多7-8倍的外国土地。
就德国而言，每人每年喝掉21升橙汁，生产这21升橙汁 相当于需要24平方米的土地。换句话说，德国每年消费的橙 汁总量，相当于需要巴西的150000公顷良田，即超过德国自 身用于果园种植面积（48000公顷）的3倍多。如果地球上所 有居民都像德国人那样消费橙汁，那么，我们就需要130000 平方公里的橙树园，也就是说像瑞士这样的小国家的国土面积 的3倍以上的土地。
为了满足用户第一主义生活方式需要多少农耕地面积，这 种分析方法日益成为研究主题，意义越来越重要。现在所有关 于（主要是城市区域）物质供应的研究都不仅计算一个给定的 区域为保证正常生活所需的物质资源的总量，而且也计算农耕 地、森林等面积。威廉·李斯（William Rees）及其温哥华不列 颠哥伦比亚大学的同事们研究就得出结论说，如果地球上所有 的居民都能有同样的“生态印记”（ecological footprint），即以 工业化国家的生活方式那样生活和消费的话，那么我们一共需 要增加的土地面积就将相当于两个地球那么大。
作为“生态印记”的延伸，格拉兹大学的一个研究小组发 展了“可持续发展之岛”的概念（“Islands of sustainability”）。 这里当然不是取消地区间、国际间贸易，实行彻底的生态隔 离。他们的目的是尽可能突出（当地的和本地区的）“邻近” 经济人之间的相互作用。同时，人们努力于这样的交换，即一 个地区的物质与能源输入，来自于输出地区的净剩余（如果可 能的话是可再生的）而不是单纯的索取，有损于输出地区的 （土地、森林、水等）自然资源。具体地说，格拉兹大学的工 作小组目前正试图在格拉兹附近的斯蒂利亚省尝试建立这样一 个区域性工业生态系统。
从上述关于“生态印记”和“可持续发展之岛”等的考虑来 看，工业生态学的主要贡献在于重新审视我们的经济活动，提倡 把经济活动和（国土管理）地区的与生物圈的物质的、能源的流 动过程全面结合起来。
城市家庭的代谢分析
与乌珀塔尔研究院研究者们的分析方法略有不同（而且也 先于它）的是圣加尔（Saint Gall）城的家庭代谢分析，这是瑞士国 民研究计划“城市与运输”范围内的一个子课题。这是一项早就 完成了的研究工作，但今日被赋予新的含义，有了实质性的结 果，那就是城市代谢分析。城市代谢分析计划（METAPOLIS）由 水治理、净化与保护联邦研究院（EAWAG）和苏黎世联邦理工学 院（ETHZ）的学者们合作完成的。圣加尔城平均每户两个居民， 十分接近于瑞士平均家庭人口数，共有70000居民，分散在 35000个家庭中，因而很有典型意义。
城市代谢分析通过对被认为是城市代谢的基本单位私人家 庭的研究，旨在弄清楚城市物质流动的来龙去脉。研究者们把 物质流的计算单位确定为基本化学构成单位（磷、碳、氯等）。
供应流主要由经济统计数据（特别是市场调研数据）构成， 而排放流（换言之垃圾）则基于市政统计数据和垃圾焚烧厂及水 净化处理站专门为此收集的数据。这一类研究中，这是首次结 合使用市场调研数据和市政统计数据。这一研究于1990年完 成，随后用了两年时间对统计数据进行分析，并于1993年夏季 发表了分析结果。
对物质流的分析主要集中在8种标示的化学物质：碳、 硫、磷、氯、铝、铁、铜和锌。比如说磷，它会聚集在水净化 处理站的沉淀物中，是食品流很好的指标。而在垃圾焚烧厂检 测到的氯的含量则表明了塑料（聚氯乙烯PVC）的参与情况。 所有物质流根据居民日常活动性质分为四大类：食品、清洗、 居住、运输与交通。
城市代谢分析最终得出如下主要结果：
＊圣加尔城的居民家庭每年每人消耗掉的基本物质达到 100吨，也就是说每天270千克，其中约80%为水，差不多 20%为空气。
＊非耐用消费品和能源类（主要是石油制品）各占1%左 右，也就是说每人年消费2吨。
＊耐用消费品（汽车、家具、家用电器等）占0．1%（即 千分之一），也就是说每人年消费100千克。
＊（能源以外的）动产存量每人为1吨，且以每年2%的 速度增长。其中汽车占据首要位置，为每人400千克，也就是 说将近动产存量的50%。
由于受时间、调查方法等方面因素的制约，圣加尔城代谢 研究中没有把属于不动产的（建筑物、道路等）包括在内。这 是一个重要的漏项，将来最好能补上，因为住宅区、道路及城 市基础设施中形成不动产的物质数量相当庞大。
工业与经济活动对物质流的贡献是每年人均30吨，明显 少于家庭每人100吨的数量。但就整个圣加尔城而言，总的物 质流达到每人年消费270吨。这多出来的一半流量，其中 95%是进入城市下水系统的雨水与溪水，其余的5%为垃圾焚 烧厂消耗掉的空气，该城焚烧厂部分处理的是城外运来的垃 圾。至于出流，最主要的是净化水，每年人均230吨，其次是 废气。
圣加尔城研究项目提供的数据看起来很大，因为他们把水 和空气的消耗也包括在内。如果仅计算固体物质流，数据就没 那么高了。杰西·奥素贝尔（Jesse Ausubel）和依多K.威尔尼 克（Iddo K.Wernick）关于美国的研究得出的结果是每年人均 50吨，这仍然是相当庞大的数据。
根据这些分析结果，圣加尔城代谢分析报告的作者们提出 了如下看法：
（1）工业化国家的城市，如圣加尔城，没有消费品废弃物 的回收机制。整个城市的运行机制像一架“活塞发动机”或 “继流发动机”，需不断地供给燃料，也不断地排除废气。
换言之，物质流，至少还没有处于稳定状态。其结果是它 的居民们需要巨大的城市物资储备设施，他们从一个广泛的地 理区域内取得物资供应，也同样需要广阔的地区处理他们的废 弃物。需要指出的是，最近20年来这类城市物资存量大幅度 的增加并非由于人口的增加，而是由于人均物质消费量的增 加。
（2）从对环境的影响来看，城市家庭消费量最大的是与 “居住”和“运输与交通”相关的能源类产品。研究报告的作 者们提出了不容置疑的结论：运输与交通活动，尤以汽车为 甚，消耗掉大量的资源，这个主要原因要求我们对能源和结构 设置新的条件和范围。不这样，其他努力都将显得是肤浅的。 资源的生态性开发与利用要求人们进行真正的城市体系的结构 改革，改变与其环境的关联关系。
一言以蔽之，应以下述方法来重新组织城市的空间及活 动，即把汽车的使用降到最低限度，缩短物资供应地和废弃物 堆放场之间的距离，资源应在更为有限的空间内进行更为集中 的循环。作者们肯定地说，“这样的改变需要几十年时间内对 城市物质的、经济的和社会的各方面提出新的战略改组”。
（3）其他大部分重要的废弃物（金属和塑料等）已经分类 回收，或为重新利用而进行了分拣。但是研究报告强调指出， 废料的重新利用并不是什么奇迹般的解决办法，本身也不是终 结。我们对废料重新利用在经济方面以及生态方面的影响知之 甚少。换句话说，应在实行加强家庭垃圾分拣之前，对重新利 用过程进行一番研究。
这一看法可能会使人感到惊讶，因为这与激进的生态保护 主义宣传的观念相左。生态保护主义宣传要求人们系统地进行 回收利用，每个人都有责任将垃圾分类投放。苏黎世研究小组 持与此相反的观点，并断然指出，目前进行的这方面的政策尝 试是基于这样一个事实，即个人只注意非耐用消费物品的物 流。
确实，越是容易让消费者对随便扔弃粮食包装袋产生负罪 感，却越是难于让他们明白使用私人汽车消耗掉大量的空气。 至于政治家，他们完全清楚，他们热情宣传回收利用玻璃瓶子 和铝膜包装可以给自己树立起“绿色保护者”的形象，可是他 们开起车来……
（4）从清洁、卫生保健及水资源保护的角度看，城市污水 排放系统起到了令人满意的作用。但是对整体环境而言，这一 系统显然是不够的。废水集中及处理其实只对磷而言是一个有 效的化学聚合过程。其他物质仍然留在净化水的沉淀物中，迟 早要进入土地或大气。作者们认为，“如果不改变居住结构 （物资供应与废物排放、建筑技术和家庭应用技术），就不可能 改善净化水的沉淀物和净化水的质量”。
如同国际应用系统分析研究所关于莱茵河流域镉的工业代 谢研究一样，圣加尔城居民家庭代谢研究，也超越了其学术价 值本身，得出了一些与流行看法不一样的有关公共政策的新建 议。因此，一方面应广泛地进行城市的和工业的代谢研究，另 一方面，政治、经济的决策者们应有勇气重视这些研究成果所 提出的实际结论并将它们付诸实施。
电子污染
电子工业，一概地被首选为“清洁工业”，是“后工业社 会”的产业，是非物质化的文明，其中只有稍纵即逝的信息在 运动。……但是，关于半导体的第一份工业代谢研究，由罗伯 特·艾瑞斯的同事们完成，却证明实际上完全是另外一种情况。 道理其实很简单，用来制作电子“芯片”的硅需要特别的纯净 度。于是，从石英矿砂开始的极为漫长的硅净化过程中需要浪 费大量的原料和使用大量的有毒化学品。
我们从冶金质量等级（MGS＝Metal Grade Silicon）的工业 硅开始，工业硅是冶金工业的一种副产品。1990年，世界工 业硅产量为800000吨，但最终加工成超纯净电子质量等级 （EGS＝Electronic Grade Silicon）的电子硅只有其中的32000 吨，也就是仅4%。加上，由于最后还需要进行纯净化及制造 过程中将产生大量的废料，事实上，32000吨电子硅中只有很 小的一部分被用来制成了产品：每年3200吨被用来制成光电 池（也就是电子硅产量的10%，或最初工业硅的0．4%），及 750吨被用来制成微电子芯片。
为了达到这一结果，还要使用100000吨以上的氯，差不 多200000吨的酸及各种溶剂。而这差不多300000吨化工产 品却很少回收、加工和再利用。经常地，人们将它们直接注入 地下，结果造成地下水的多种污染，比如美国硅谷的情形就是 如此。
因此，工业代谢研究表明了电子工业不仅存在惊人的原料 浪费（先是工业硅，后是电子硅），而且其生产过程中需要大 量的、多种危险的化工产品，使用这些化工产品的方法往往又 是消耗性的，对环境与人类健康产生严重后果。从全球范围 看，电子工业还不算是污染大的产业，因为，从绝对数来看， 其使用的原料数量，相对于其他工业活动（采矿业、化学工 业、石油工业等等）而言，是相当小的。但实际上，如果我们 从最终单位产品所产生的污染物数量来衡量的话，那么电子工 业（与制药工业一起）是污染最严重的产业。
而且，如果超纯净硅的产量要大幅度增加，那么电子工业 就将变成污染最大的产业。事实上，如果光电生产将大规模发 展，那么造成的结果就是这样。据美国能源部的估计，目前全 世界装备的光电容量是50兆瓦／年，到2020－2030年，将达 到1000亿瓦／年，亦即增长2000倍。以目前的生产方式，原 料的及化学品的浪费将十分惊人，将对环境造成难以容忍的后 果。
关于半导体工业这第一份工业代谢研究报告符合逻辑地得 出结论，当务之急是要开发光电池的新的效率高、污染少的生 产方式。积极地支持发展田园诗般的太阳能发电的激进的生态 主义，也许因此可以把工业代谢理论的历史预言纳入自己的体 系之中而变得更为强大，足以对付那些源自对工业体系运行机 制的简单化的观念的某些幻想。
硫的工业代谢
工业代谢分析也可以集中于某个元素，比如硫，以期获得 关于人为的硫流动与储存对生物圈的影响。那些大的生物地球 化学循环，特别是一些维持生命所必需的元素（碳、氮、磷） 的循环，日益受到人类活动的干扰，特别是人类将日益大量地 把从矿物中开采的物质纳入自然循环之中。硫就是一个很有意 义的例子。人们一般认为，自工业化以来，硫在地上的流量已 经增加了4倍，如果把水中的硫流量考虑进去，那就还得翻一 番。
在工业体系中，硫主要被用在生产硫酸中。就世界范围而 言，直到最近为止，硫酸一直是数量最大的化工产品，目前， 氨已经取代了硫酸的这一首要位置。人们习惯上把硫酸称作 “工业活动的晴雨表”，因为硫酸在许多工业部门都有重要的用 途。目前，世界硫酸产量约为每年1．6亿吨。
硫主要有4种来源：天然硫，各种地质构造中都有，特别 是火山喷发物沉积层中；天然气中的硫化氢。炼油及各种工业 生产过程中产生的气态硫化物；金属硫化物。在矿物燃料（特 别是煤炭）及某些矿石（铜、镍、铅、锌）中也含有硫。
关于硫的工业代谢研究还远没有完善。其复杂性在于它在 许许多多的工业生产过程中都参与起作用。而且，在大多数情 况下，硫只在工业生产过程中途才介入，但最终产品中并不包 含硫。因而，只有两种可能性：要么硫被重新利用了，要么被 当作废料了。罗伯特·艾瑞斯完成的一项研究引起人们对一个 现象的严重关注。以往人们因酸雨而十分关注大气中的硫。 但人们对工业废弃硫对水、对地表及地下的影响所知甚少。这 是一个分类方法不当的典型例子，有关法规通常是根据具体环 境（如空气、水或土地）的情况来制定的，于是，从排放气体 中提取出的硫，为了遵守空气质量标准，就可以简单地置放在 地上。
含硫较低的供暖用轻燃油也处于类似的情况。石油中的硫 没有挥发，只是简单地挪了地方。为了不让其在锅炉中燃烧时 污染大气，在炼油过程中事先把硫提取出来，于是炼油厂的硫 酸储存日益增加。这些储存的硫酸仍然需要找到市场，因而仍 然构成对发展硫酸再回收利用事业的威胁。
大部分没有被重新回收利用或消失在大气中的硫最终变成 了硫酸盐或亚硫酸钙。燃气脱硫也同样产生大量的含硫废物， 造成以下三个可能的问题：
＊长期存放：硫沉淀物经常处于难以使之干燥的状态。于 是这些储存硫沉淀物的地方无限期地不能用于其他用途。
＊这里的硫有可能因活动而进入环境，产生二次危害。比 如泄漏、溢出等，可能带走高浓度的硫酸盐、氯化物等。另 外，如果是焚烧余留废料的话，这种泄漏还带有多种重金属。
＊第三个问题可能最重要，这就是关于在富含有机物质的 无氧状态的高浓度硫酸盐如何处理的问题。由于缺少氧气，细 菌会从硫酸盐中汲取氧以进行自己的新陈代谢，而这样就会产 生有毒的硫化氢。
为了减少对大气的硫排放，环保立法倾向于鼓励将含硫废 料以固态的或液态的方式聚集起来。我们有理由对这种措施的 长期影响表示担忧。因为，源于人类活动的硫废料就将在地 上、水中越积越多。
我们还得继续寻找，为燃气脱硫装置聚集起来的硫酸盐废 料找到出路。在水泥建材工业中似乎展示了这种可能性。此外 唯一的可能性就是加强硫的回收再利用。当然，人们也可以少 生产硫，或者使用矿物燃料和有色金属矿砂冶炼过程中回收的 硫。
物质大量迁移
一般而言，工业代谢研究主要针对具有直接经济价值的物 质流。但忽视了矿石、矿物燃料的开采，道路的修建等等往往 需要大量的土方、水的搬移，人们称其为“迁移”。这些物质 始终不进入经济循环系统，因而也永远不会被赋予价值。通 常，这种迁移谁也不关心，惟有少数科研人员是例外。如乌珀 塔尔研究院“物质流与生态结构重组”研究组的弗里德利克· 斯密特-布利克及其同事们。
首先，这些物质迁移并不直接或大规模地威胁生态系统。 但同样对环境（和审美）产生一定的影响：挖掘造成的侵蚀， 采矿作业污水排放，道路、水坝及其他各种建筑设施所需大量 的土方的搬移，沥青、混凝土路面水的溢流，河流的改道等 等。比如，德国的鲁尔地区大量的深层的煤炭开采导致20米 左右的地表层的压力下降，以致于今天不得不常年用泵抽走地 表水，以免75000公顷土地遭受水淹之灾。
矿石（包括矿物燃料）是所有工业活动的第一原料，需要 指出的是，由采矿引起的物质的和水的搬移量远远超过了开采 原矿的数量。而原矿本身，与有关矿物品位相比，体积已经庞 大无比。矿物的精炼和提纯过程又产生大量的废料，而这些废 料，依据所用开采方法的不同，有时是有毒的。
比如在美国，开采的铜矿平均铜含量为0．4%。因此，为 得到1吨精炼铜，需要开采和处理1000000吨的矿砂。再加 上，废料将随开采贫矿脉而相应增加。矿砂品位越低，废料数 量和迁移物质数量就越大，用以移动和处理它们所需的能源数 量也就越大。
对生物地球化学循环的干扰
也许没有理由过分地担心硫本身的或其他生物地球化学循 环被干扰。至少，这仍是关于地球环境变化的众多的未知数之 一。我们不知道地球系统以目前的形态能够承受的对生物地球 化学循环的干扰的幅度与速度有多大。但是，我们有理由设 想，这些干扰的后果永远不可能是良性的。比如，大量的硫继 续氧化会使大地与海洋酸化，这肯定会引起生物圈的重要变 化。
对其他大的生物地球化学循环相同的研究也得出了类似的 结果：氮、磷、碳的循环由于人为排放而受到严重干扰，与自 然交换关系相比其排放量已达到了相当大的规模。对于其他一 些物质而言，人们甚至观察到工业代谢量已远远超过了自然交 换量：人类活动造成的铅排放已300倍于自然交换量；锌己达 到38倍；锑为23倍，镉为20倍，铜为14倍，等等。
在这种情况下，拥有一个对经济活动的估价尺度，以确定 人类活动对生物地球化学循环和生物圈的影响程度，自然是十 分有益的。70年代，许多作者都提出运用自由能作为指标的 可能性。这一研究思路曾一度让人迷恋，并展开了一些相当复 杂的发挥。但是它存在明显不足，特别是它不提供物质交换的 任何指标。
弗里德利克·斯密特－布利克与罗伯特·艾瑞斯建议过采用 与人类活动有关的过程的熵作为指标。得到的数值将是一个过 程所产生的总熵。这一方法正处于雏形阶段，其优越性在于既 注意了原材料的散耗，也注意了能量的消耗。如果这一方法得 以发展，它将提供一个非常具体的用途，从经济的角度比较两 个相当的过程，选择产生熵最小的那个过程。
这样，工业代谢研究引导探讨可替代性这一中心问题。经 济学家们倾向于认为科技进步与市场总能够找到枯竭能源的替 代物和环境恶化的补偿：当没有石油的时候，会有另一种能源 接替，无土栽培会替代土地，基因库代替生物多样性等等。然 而，工业代谢研究引导出这样的结论：某些根本性的“环境功 效”，即那些维系地球生命本身的“环境功效”是不能替代的， 特别是地球气候、大的生物地球化学循环、水循环、土地、生 物多样性等。
地球不是一个简单的化学物质构成的星团，一个惰性的环 境，生命简单地适应其间。地球，或更准确他说，地球的生物 圈，是一个自为组织的、有活力的体系，在数百万年期间保持 了相对稳定的状态，但离热力学平衡还相当遥远。地球系统因 来自太阳的自由能交换而永久延续。如果我们观察以下与地球 差不多的星球如火星、金星和水星，会发现这些星球的条件是 不适合于生命存在的。相反，地球的大气层，由于富氧而具有 反应力，从物理化学平衡观点来看这却是一个谬误。地球大气 层完全特殊的构成主要在于生物圈本身的存在，也就是说，在 生命的进化过程中，生物圈得以通过远未被理解，甚至未被认 识的十分微妙的机制，维持其发展的条件。
从工业代谢研究的角度看，长期的最主要的危险在于对生 物圈大循环的干扰，而不在于自然资源的枯竭或污染带来的烦 恼。这种干扰有可能最终将地球推至另一种热力学状态，仍然 远离热力学平衡，但更为稳定，且不再提供高级有机生命生存 需要的条件。我们甚至可以想象地球有朝一日会达到热力学平 衡状态，也就是将导致生命的消失。
资源的最优管理
简而言之，我们可以说，工业代谢分析法有三大好处：
（1）它提供给我们关于工业体系运行机制的一个整体理 解。这样我们可以确定真正的问题所在并选择优先解决的目 标。
工业代谢分析并不满足于建立物质收支平衡表。它还指出 环境中存在的有毒物质的物理的和化学的状态。这些信息，对 于分析潜在的危险，对于制定相应的控制战略，至为重要。事 实上，一种有毒化学品能产生的危险程度视其处于活跃或稳定 状态而大不相同，处于活跃状态，就可能以生物残留形式进入 食物链。
比如说，对用在建筑窗架PVC材料中的镉，根本没必要 花大力气去清除它。因为在那种条件下，镉在PVC中处于 “囚禁状态”，十分稳定（作焚烧处理的情况除外），即使在窗 户被拆除以后的堆放状态下。相反，我们应优先推动镍镉电池 的回收利用，因为镍镉电池弃用之后在高腐蚀状态下释放出有 毒重金属。
（2）它使我们能够采取各种政策措施以控制和预防污染扩 散。
如同我们在莱茵河流域重金属工业代谢分析案例中所看到 的那样，工业化国家已进入了一个污染源日益扩散的新的阶 段，即构成今天多种重要污染源的是：消费品使用后最终存放 引起的排放、废水、大城市中心的污水、特别是在猛烈的暴风 雨过程中的溪水、城市与农业用地、及其他数也数不清的个人 污染源。
因此，对污染的控制已不再主要是针对这个或那个工厂的 排放物的治理，使用过滤装置和其他“过程末端”治污装置。 我们需要的是制定控制与预防污染的全新的、以防为主的和全 面的战略，而工业代谢分析方法恰恰正是能够作为这些战略研 究的基础。建立物质的收支表，特别可以使我们发现虚假的治 污措施，比如那些仅满足于把污染从一处转移到另一处（从水 中转移到地上，从地上转移到空气中）的所谓治污措施。
（3）它可以使我们认识污染的历史与变化过程，特别是注 意到累积的程度。
对已有排污的重新描绘对分析土地和河流中的累积污染十 分有用。我们因此可以绝对数值确定数十年过程中累积污染的 程度，这可以使我们分析特定地区未来的行为变化，特别是这 一地区对新增污染的承受能力。对现有污染的重新描绘同样可 以帮助我们确立因经济条件变化和反污染法规实施所带来的污 染程度的变化。
最终，我们强调这样一个事实，即工业代谢分析不局限于控制和防止污染。实际上，从其提供的既全面的观念又可实际操作的方法论来看，工业代谢分析方法应该成为政治家、政府 官员和经济学家不可或缺的科学手段，以达到对资源、土地的最优使用与管理和制定社会经济可持续发展计划。