By Arianna Sica, Tondo Associate
Industrial Symbiosis: an approach to the Circular Economy
Why do we talk about industrial symbiosis?
Currently it’s an application model that is often mentioned and proposed when talking about Circular Economy and it has as essential elements the sharing of waste, energy and skills between companies. It is a new field of research that aims to improve efficiency in the use of resources by moving from the current linear model of production to a circular model. By promoting the sharing of resources between companies in traditionally separate sectors, it wishes to prevent the by-products of a company, potentially usable for production purposes by other companies from becoming waste. Industrial symbiosis therefore offers a model for closing resource cycles: it proposes the exchange of resources between companies in different sectors promoting the development of a Circular Economy.
Industrial symbiosis: what does it mean
It’s an interdisciplinary field that investigates the relationships existing between industrial systems and their natural environment. In biology, the expression “symbiosis” defines any type of close and long-term biological interaction between two different biological organisms in which a beneficial mutualism may be present. Similarly, the term industrial symbiosis identifies the exchange of resources between two or more industries in different sectors. However, resources are not exclusively material as for by- products or waste, but also include thermal energy, services, know-how and tacit knowledge.
Therefore, we can speak of symbiosis between companies when at the same time:
– Utilities and facilities are shared in the use and management of resources such as steam, energy, water and wastewater;
– There is the joint supply of services related to safety, hygiene, transport and waste management;
– A waste or a by-product becomes a raw material for another company.
The object of the relationships is therefore eco-innovation, long-term cultural change and the use of resources to improve business and technical processes.
The first model of symbiosis
Since 1972 nine public and private companies have developed the world’s first industrial symbiosis with a circular approach to production in the city of Kalundborg, Denmark. Since then, numerous company networks and eco-industrial parks have been inspired by this first model for the implementation of symbiosis.
Kalundborg eco-industrial park is the first complete realization of the industrial symbiosis. Its origin comes from the involuntary collaboration of companies through private initiatives opposed to the government planning model. A new bottom-up paradigm of private eco-park planning is emerging.
The companies involved
– A coal-fired power station
– An oil refinery
– A water treatment plant
– A pharmaceutical and enzymatic manufacturer
– A plasterboard manufacturer
– An energy plant
– An insulin manufacturer
– A bioenergy plant
– A municipal energy distributor
The Asnæs Power Station is the hub of the exchange network based on coal, whose excess heat is used to heat the adjacent local houses. The steam from the plant is sold to Novo Nordisk, a pharmaceutical and enxymatic manufacturer and to the Statoil oil refinery. The reuse of heat allows to reduce the amount of thermal pollution released in a nearby fjord; furthermore, a by-product of the sulfur dioxide absorber of the power plant contains plaster, which in turn is sold to a wall panel manufacturer.
This allows that the totality of the demand for the manufacturer’s supply of gypsum can be met by reducing the amount of open extraction required.
The benefits
Kalundborg symbiosis has evolved over the past six decades with the creation of joint projects if they are promising for the eco-industrial park. An LCA Analysis (Life Cycle Assessment) was carried out by Kalundborg Symbiosis on its processes in order to quantify their environmental impact for 2015.
The study has revealed that each year the partners benefit from:
– 24 million euros were saved
– 14 million euros in socio-economic savings
– 635,000 tons of CO2 avoided
– 3.6 million m3 of water
– 100 GWh of energy
– 87,000 tons of materials
Trading by-products, waste, water and materials have significantly increased the environmental and economic efficiency by reducing the withdrawal of resources, increasing the amount of emissions avoided and increasing the rate of reuse of by-products. Furthermore, the actors involved benefit from tacit knowledge and from the sharing of workers and equipment. These results can guide companies to implement and replicate symbiotic solutions. On one side companies can take the competitive advantage attributedfrom interconnectivity; on the other hand the public sector can saves money by reducing investment in waste management.
Drivers of the phenomenon
The symbiotic network was developed on trade agreements between the partners. The key drivers of the phenomenon have been identified such as: the first development of the network was based on the initiatives of companies, starting with Statoil that tried to find a solution for the water supply of its refinery; the economic benefits were essential incentives for the network partners; the industries are located within a limited geographical distance, making the installation of system for water and energy exchanges possible; companies are not competitors and mutual trust has been essential for the network development and finally, public policies in Denmark have allowed to develop commercial relationships.
Conclusions
Much of the existing literature on Kalundborg’s example focuses on the synergy resulting from exchanges of by-products. It is clear that for the realization of such a project must be necessary a solid awareness of the economic and environmental value of an effective management program. One aspect of this awareness within the park emerges from Novo Nordisk, which is well known within the industrial community for the high quality of its environmental reporting. Its Annual Sustainability Report highlights clear information on resource and energy consumption, as well as emissions and waste generation. This allows us to track the improvements that the environmental management system is making to the company’s operations and to the Kalundborg industrial park. So this example of awareness consists of a prerequisite for making industrial symbiosis a valid application model for the Circular Economy.
Italiano
La Simbiosi Industriale: un approccio all’Economia Circolare
Perché parlare di simbiosi industriale?
Attualmente la simbiosi industriale è un modello applicativo che viene spesso citato e proposto quando si parla di Economia Circolare. Ha come elementi essenziali la condivisione di scarti, energia e competenze tra le aziende. E’ dunque un nuovo campo di ricerca che ha l’obiettivo di migliorare l’efficienza nell’uso delle risorse passando dall’attuale modello lineare di produzione ad un modello circolare. Promuovendo la condivisione di risorse tra imprese di settori tradizionalmente separati desidera evitare che i sottoprodotti di un’azienda, potenzialmente utilizzabili per scopi produttivi da altre imprese, possano divenire rifiuti. La simbiosi industriale offre pertanto un modello per la chiusura dei cicli delle risorse: propone lo scambio di risorse tra aziende di settori diversi e lo sviluppo di un’Economia Circolare.
La simbiosi industriale: che cosa si intende
E’ un campo interdisciplinare che indaga le relazioni esistenti tra i sistemi industriali e il loro ambiente naturale. In Biologia con l’espressione “simbiosi” si intende qualsiasi tipo di interazione biologica stretta e a lungo termine tra due diversi organismi biologici in cui può essere presente un mutuale beneficio. Con il termine simbiosi industriale si identificano analogamente gli scambi di risorse tra due o più industrie di settori differenti. Tuttavia le risorse non sono esclusivamente materiali come per i sottoprodotti o rifiuti, ma includono anche energia termica, servizi, know-how e conoscenza tacita.
Pertanto si può parlare di simbiosi tra imprese quando allo stesso tempo:
–Utility e facility siano condivise nell’uso e nella gestione delle risorse come il vapore, l’energia, l’acqua e i reflui;
-Sia presente la fornitura congiunta di servizi connessi alla sicurezza, all’igiene, ai trasporti e alla gestione dei rifiuti;
-Un rifiuto o un sottoprodotto divenga materia prima per un’altra impresa.
L’oggetto delle relazioni è dunque l’eco-innovazione, il cambiamento culturale nel lungo termine e l’utilizzo di risorse per migliorare processi aziendali e tecnici.
Il primo modello di simbiosi
A partire dal 1972 nove imprese del settore pubblico e privato nella città di Kalundborg, in Danimarca, hanno sviluppato la prima simbiosi industriale al mondo con un approccio circolare alla produzione. Da allora numerosi network di imprese e parchi eco-industriali si sono ispirati a questo primo modello per l’implementazione della simbiosi.
Il parco eco-industriale di Kalundborg è la prima realizzazione completa della simbiosi industriale. La sua nascita deriva dalla involontaria collaborazione di imprese attraverso iniziative private contrapposte al modello di pianificazione governativa. Emerge così un nuovo paradigma bottom-up di pianificazione privata dei parchi eco-industriali.
Le imprese coinvolte
– Una centrale elettrica a carbone
– Una raffineria di petrolio
– Un impianto di trattamento delle acque reflue
– Un produttore farmaceutico ed enzimatico
– Un produttore di pannelli di gesso
– Un impianto energetico
– Un produttore di insulina
– Un impianto di bioenergia
– Un distributore di energia municipale
Sul fulcro della rete di scambio ruota la Asnæs Power Station, una centrale elettrica a carbone, il cui calore in eccesso è impiegato per riscaldare le adiacenti abitazioni locali. Il vapore della centrale viene venduto a Novo Nordisk, un produttore farmaceutico ed enzimatico e alla raffineria di petrolio Statoil. Il riutilizzo del calore permette di ridurre la quantità di inquinamento termico rilasciato in un vicino fiordo; inoltre un sottoprodotto dell’assorbitore ad anidride solforosa della centrale elettrica contiene gesso, il quale a sua volta viene venduto a un produttore di pannelli per pareti. Questi scambi sinergici tra le imprese possono consentire che la totalità della domanda di fornitura di gesso del produttore possa essere soddisfatta, riducendo la quantità di estrazione a cielo aperto necessaria.
I benefici
La simbiosi di Kalundborg si è evoluta negli ultimi sei decenni con la creazione di progetti congiunti qualora essi si rivelino promettenti per il parco eco-industriale. Una Analisi LCA (Life Cycle Assessment) è stata effettuata da parte di Kalundborg Symbiosis per quantificare l’impatto ambientale dei propri processi per l’anno 2015.
Dagli studi traspare che ogni anno i soggetti partner traggano una pluralità di vantaggi, tra cui:
– 24 milioni di euro risparmiati
– 14 milioni di euro in risparmi socio-economici
– 635.000 tonnellate di CO2 evitate
– 3,6 milioni di m3 di acqua
– 100 GWh di energia
– 87.000 tonnellate di materiali
Gli scambi di sottoprodotti, rifiuti, acqua e materiali hanno notevolmente aumentato l’efficienza ambientale ed economica riducendo il prelievo di risorse, accrescendo la quantità di emissioni evitate e aumentando il tasso di riutilizzo dei sottoprodotti. Inoltre gli attori coinvolti continuano a beneficiare della conoscenza tacita, della condivisione di personale e di attrezzature.
I risultati del caso studio suggeriscono come le imprese possano ambire a potenziali benefici nell’implementare e replicare soluzioni simbiotiche: da un lato possono sfruttare il vantaggio competitivo attribuitogli dall’ interconnettività; dall’altro lato il settore pubblico risparmia riducendo gli investimenti per la gestione dei rifiuti.
Driver del fenomeno
Per poter replicare i benefici del caso studio in altri contesti geografici e culturali può rivelarsi utile offrire una panoramica dei driver che ne hanno permesso la realizzazione. La rete simbiotica si è potuta sviluppare sulla base di accordi commerciali tra i partner e da una serie di fattori che hanno permesso lo sviluppo del fenomeno, tra cui: il primo sviluppo della rete si è basato sulle iniziative delle aziende, a partire da Statoil che si è mossa per trovare una soluzione per l’approvvigionamento idrico della sua raffineria; i benefici economici hanno rappresentato degli incentivi essenziali per i partner della rete; le industrie sono ubicate entro una distanza geografica limitata rendendo possibile l’installazione di impianti per gli scambi idrici ed energetici; le aziende non sono concorrenti e la fiducia reciproca è stata essenziale per lo sviluppo della rete ed infine, le politiche pubbliche in Danimarca hanno consentito lo sviluppo delle relazioni commerciali.
Conclusioni
Una parte considerevole della letteratura richiama l’esempio di Kalundborg attraverso una chiave di lettura che concentra l’attenzione sulla sinergia derivante dagli scambi di sottoprodotti. Tuttavia sulla base dei driver che ne hanno permesso lo sviluppo emerge come alla realizzazione di un tale progetto sia necessario accompagnare una solida consapevolezza del valore economico ed ambientale di un efficace programma di gestione. Un aspetto di questa consapevolezza all’interno del parco fa capo a Novo Nordisk, il quale risulta essere ben noto all’interno della comunità industriale per l’alta qualità della sua rendicontazione ambientale. Il suo Report di sostenibilità annuale evidenzia informazioni chiare sul consumo di risorse ed energia, nonché sulle emissioni e produzione di rifiuti. Questo permette di tracciare i miglioramenti che il sistema di gestione ambientale sta apportando alle attività della società e al parco industriale di Kalundborg. Un esempio di consapevolezza che costituisce dunque un prerequisito per rendere la simbiosi industriale un modello applicativo valido per l’Economia Circolare.