研究旨在为工业带来循环革命

对于自然资源与环境学院的助理教授詹妮弗·拉塞尔（Jennifer Russell）来说，推出一些大型工程车辆的工厂车间是经济模型的理想测试案例，该模型揭示了优先考虑可持续性的价值。

Russell 说：“我们可以进入生产重型设备的制造工厂，测量和比较制造全新挖掘机或平地机的能源、排放、废物、劳动力和成本影响。“然后，我们可以将这些影响与再制造机器产生的影响进行比较，在再制造机器中，旧的零件和组件被拆卸、清洁、测试并重新集成到生产过程中。”

结果可能令人惊讶。根据Russell与人合著的联合国研究，重型设备工厂的再制造工作使材料使用量减少了90%，工艺能耗减少了90%，排放和材料所需的能源减少了60%。对于一家生产总重超过 500 吨的车辆的公司来说，这种减少代表了巨大的财政效益。

工业从单向的开采、生产和废物过程向专注于价值保留和再利用的循环经济模式的转变是罗素的核心研究重点。

Russell与可持续生物材料系的同事，大学助理教授Kiara Winans一起开辟了一条新道路，将自然资源和材料科学的研究与创新视角相结合，将环境资源考虑与社会和经济效益相结合。他们的研究反映了该大学致力于促进我们社区和世界的可持续发展。

“学院和我们的教职员工处于研究的中心，旨在为社会提供必要的商品和服务，”学院院长保罗·温尼斯托弗说。“通过定量视角研究可持续性对于社会在材料选择方面做出更好的决策是必要的，我们需要为我们的学生提供工具和技能，以应对社会面临的重大可持续性挑战。”

从量化可持续性到循环经济

对于罗素来说，量化循环经济模式的好处的任务正在顺利进行。作为《重新定义价值——制造业革命》一书的合著者，她为联合国（U.N.）撰写了一份详尽的报告，该报告表明，将制造业重新调整为价值保留模式将成功地减少浪费，同时刺激经济增长。

“我为联合国国际研究小组所做的研究主要是量化循环经济的好处，”弗拉林生命科学研究所和全球变化中心的附属教员拉塞尔说。“在我们对该报告的研究中，我们问自己，’如果我们成功地采用了这种策略，那还有什么可能？我们能否减缓气候变化或解决生物多样性丧失问题？在我们走上重新安排整个经济的道路之前，有什么可能？

该报告引入了“价值保留过程”一词，探讨了三个工业部门的变化，不仅量化了产品生产的材料成本和浪费，还量化了向循环经济模式过渡所创造的就业机会和环境效益。研究结果表明，采用再制造工艺可以增加生产活动，而不会因资源收集而导致环境影响增加。

“现在令人兴奋的是，循环经济的好处和影响正在被研究和量化，”拉塞尔说。“通过对产品、系统建模、数据收集和算法的生命周期分析以及结论产生的见解现在正在影响政策和行业决策。

“如果实施得当，可以归类为循环经济总称的活动可以减少排放、污染、浪费和资源开采。事实证明，该模式可以为从事这些新模式的公司创造新的技术工作机会并提高利润率。

有了数据来支持对工业和地球都有帮助的转型，Russell正在将注意力转向将理论转化为实践的挑战。

“我现在真正的重点是过渡，”她说。“我们如何开始重新安排和重新配置这些已经存在了 150 年的庞大全球供应链和复杂技术？同样具有挑战性的是，我们如何重新配置行业领导者的思维方式和优先事项，这些领导者接受过培训，只关注供需逻辑的经济学？

建立在生物材料的基础上

Winans最近加入该系并教授学生有关工业生态学的知识，他强调弗吉尼亚理工大学在生物材料，包装和包装系统等科学方面拥有深厚的知识基础，这是教师致力于建立的基础。

Winans曾在加州大学戴维斯分校（University of California， Davis）共同创建并共同指导工业生态学项目，他将工业生态学描述为对自然环境和工业系统中材料和能量流动的研究。工业生态学家考虑这些流动对自然资源基础的影响;政治、监管和经济因素的影响;以及社会和文化条件。

还有一个自然系统组件，Winans和Russell都专注于理解系统对当今邪恶挑战的看法。

“美妙之处在于，循环经济来自工业生态学，这是一个建立在我们可以从自然系统中学习的原则之上的领域，”拉塞尔说。“Winans博士和我所教授的大部分内容都是关于将自然界数百万年来发展起来的平衡系统带入我们工业环境的设计和运营中。

将可持续发展理论付诸行动

美国国家科学基金会（NSF）目前的一项资助使Russell与企业利益相关者合作进行研究，探索聚氨酯泡沫产品（一种在运动鞋和床垫中发现的材料）通过废物系统的流动。在离校园更近的地方，她正在带头进行一项研究，探索可持续发展实践如何影响地区退休社区的物质流动，这是系统分析在行动中的小规模演示。

第二个项目考虑了从电力使用到食物准备和浪费的方方面面，揭示了可持续未来的挑战规模：任何变革解决方案都需要许多人的支持和参与。

为此，Russell最近获得了另一项NSF资助，该资助的任务是在全球范围内创建研究网络，将她所倡导的以系统为中心的方法与最了解循环经济模型所需的系统要求的研究人员联系起来。

Russell说：“产品设计师或工程师可能会将可持续性视为使机器更高效、更轻量级或更精简的挑战。“社会科学家可以通过联合国可持续发展目标和人类行为的作用来参与可持续发展。NSF明白，我们需要让所有这些声音共同参与到可持续的未来中来，这就是我开始建立的。

根据 Winans 的说法，“合作不仅在研究人员之间至关重要，而且在研究人员和相关方之间也至关重要：例如，我们社区中的各方。我们需要学会在不同的价值体系和文化中共同努力，以增强归属感和幸福感。

“对于企业来说，价值可能是利润最大化：如果这是他们的价值，我们如何通过资源效率的框架来理解这一点？”Winans说。“例如，可以通过定义资源的数量、这些资源的最高价值或质量的保留时间以及这些资源的潜在使用后来探索资源的使用和效率。”

Winans承认，对于进入该领域的学生来说，可持续性和气候变化等挑战可能会令人生畏。她说，基于系统的方法是使这些挑战更加平易近人的有用工具。

Winans 和 Russell 都培训他们的学生如何将系统方法和影响评估工具应用于他们自己的生活和经历，因为获得支持是实现可持续未来革命的最关键步骤之一。

“人类有能力创造或破坏可持续未来的可能性，”拉塞尔说。“我们拥有技术、数据以及适应和创新的能力。我们没有的是集体的一致性或理解。我们建立了这个经济体系，并设计了它来满足人类的需求。如果我们想修复或改变这些系统，权力就掌握在我们手中。

“我们正在达到我们的地球边界，需要打破我们目前的做事方式，”Winans说。“学生们真正受到启发，成为变革的推动者，为更可持续的未来做出贡献。”