Metaboliska kretsloppsmodeller för ökad samverkan och synergi inom stadsutveckling Björn Frostell, Professor Industriell ekologi Avdelningen för Industriell ekologi Institutionen för Hållbar utveckling, miljövetenskap och teknik Skolan för Arkitektur och Samhällsbyggnad KTH Föredrag vid plattformsmöte #3 Tvärsamverkan för nya urbana synergier Den 22 oktober 2015, Naturhistoriska Riksmuséet
Budskap Kretsloppsmodeller baserade på ett metaboliskt angreppssätt kombinerade med fysiska resursräkenskaper skapar en gemensam utgångspunkt för ökad samverkan och synergi inom hållbar stadsutveckling Samhälle Inflöde Utflöde Lager Vi måste mäta bättre, inflöde, lager, utflöde!
Innehåll Viktiga globala trender Vad är ett metaboliskt angreppssätt Tidiga ansatser till metaboliska angreppssätt Industriell ekologi Kretsloppsmodell 2.0 för Norra Djurgårdsstaden Vad kan ett metaboliska kretsloppsmodeller tillföra för ökad synergi och samverkan mellan aktörer?
Viktiga övergripande globala trender En ökande världsbefolkning En snabbt ökande stadsbefolkning En snabb ekonomisk globalisering En snabbt ökande resursanvändning Snabbt ökande emissioner
Metabolism Ett metaboliskt angreppssätt Summan av de metaboliska aktivititeter som sker i en viss miljö (Merriam Webster dictionary) De kemiska processer som pågår i en levande organism för att upprätthålla liv (Oxford dictionaries) Alla kemiska reaktioner som sker inuti en organism (The free dictionary) Ett metaboliskt angreppssätt betraktar samhället som en levande organism, en organism som metaboliserar energi och material för att vidmakthålla och utveckla sina aktiviteter
En principiell systemmodell för samhällelig metabolism Samhälle Inflöde Utflöde Lager Inspirerad av Meadows, Thinking in Systems: A Primer, 2008
Systemmodellen tillämpad på hotbilder och potentiella framtida utmaningar för samhället Inflöde Lager Utflöde Peak oil Peak fosfor Peak metaller Resursbrist (energi, vatten, mat) Infrastruktur Deponier Hemutrustning (vitvaror, möbler mm) Lager i lådor, källare, garage på vindar och hyrda lager, mm Miljöpåverkan Planetära gränser Ekologiskt fotavtryck (world overshoot day)
Systemmodellen applicerad på samhällelig metabolism Naturlig källa Tidig industriell epok Naturlig sänka Förnyelsebara och icke förnyelsebara fysiska resurser (F&IF RES) Inflöde Mänskliga Aktiviteter Lager Utflöde Dagens samhälle Naturlig källa Inflöde Utflöde Naturlig sänka Mänskliga aktiviteter (F&IF RES) Lager (t. ex. infrastruktur deponier)
Systemmodellen applicerad på framtidens samhälle Framtidens samhälle Naturlig källa Naturlig sänka Förnyelsebara resurser Inflöde Mänskliga aktiviteter Produkter Utflöde Lager
A Metabolic Carbon Model for the World Soil carbon 1 500 Earth s plant biomass 560 Litter Fall 60 Deforestation & Land Use Change 1 Photosynthesis 120 Plant respiration 60 Soil Respiration 60 Fossil fuel burning 6 Atmospheric pool 750 Ocean Loss 90 Ocean Uptake 92 Rivers 1 Fossil fuels 4 000 Earth s crust 100 000 000 Seas 38 000 Numbers given in Pg (stocks) and Pg/yr (flows) adapted from www.globe.gov/projects/carbon
Några tidiga metaboliska ansatser
Kommunlådan för kväve Varberg 1995 900 AIR 1400 1100 2800 300 SERVICE 170 FOOD SUPPLY 400 2700 AGRICULTURE & FISHERY 1100 190 51 82 35 420 INDUSTRY 76 FORESTRY 80 70 INFRA- STRUCTURE REAL ESTATE 290 TRANSPORT HOUSE- HOLDS 130 250 370 3100 3700 1400 45 250 LAND WASTE MANAGEMENT 62 1400 1600 130 41 150 45 3000 WATER System Boundary (Municipal Boundary of Varberg) Burström, Brandt och Frostell, 1995
Fosforflöden i Stockholms län 2009 (Sörenby 2010)
Hammarbymodellen Kretsloppsmodell 1.0
SymbioCity understryker nödvändigheten av synergier mellan olika urbana system Ulf Ranhagen och Björn Frostell KTH sep 2013 Stockholms stad
Circular Economy System Diagram by Ellen Macarthur Foundation
Industriell ekologi Industrial Ecology is the study of the technological organisms, their use of resources, their potential environmental impact and the way in which their interactions with the natural world could be restructured to enable global sustainability. Graedle & Allenby (2010)
Kretsloppsmodell för Norra Djurgårdsstaden
Kretsloppsmodell 2.0.för Norra Djurgårdsstaden Ulf Ranhagen, Adj. Professor, KTH - Skolan för Arkitektur och Samhällsbyggnad Björn Frostell, Professor, KTH - Skolan för Arkitektur och Samhällsbyggnad
Kretsloppsmodell 2.0 Grundidé Ulf Ranhagen och Björn Frostell KTH sep 2013 Stockholms stad
Stockholm stads mind map över förväntningar på Kretsloppsmodellen Redskap för uppföljning av miljömål Verktyg för stadens uppföljning Tillhandahålla kunskap om ekosystem Pedagogisk med människan i i centrum Främja En hållbar livsstil Ge kunskap om Ekosystemgränser Visa miljödata på olika sätt Informera och illustrera ge kunskap Kommunicera med olika aktörer Främja export Inspirera Visa olika geografiska skalor Prioritera mellan materialflöden Stöd för samhällsekonomiska analyser och prioriteringar Stöd för analys av resursanvändning Dynamiskt analysverktyg Tydliggöra Systemkonsekvenser Planeringsverktyg Stöd för systemsyn och helhet Kretsloppsmodellen ska vara heltäckande Ulf Ranhagen och Björn Frostell KTH sep 2013 Stockholms stad
Kretsloppsmodell 2.0 Konceptuell uppbyggnad Nivå 0 Grundläggande koppling till HUT* *Hållbar utveckling Economic Ecologic Social Energy interaction Social interaction Physical metabolic interactions energy & materials The Globe Human activities Formal economy Atmosphere Litosphere Hydrosphere Biosphere Atmosphere Space Earth system Hydrosphere Litosphere Acone cut out from the earth Inner cone = Econosphere Middle cone = Sociosphere Outer cone = Ecosphere Biosphere Extern energiförsörjning Lokal energiförs/prod Energianvändning Globalt Uran Olja Naturgas Biodrivmedel Regionalt Kärnkraft Vattenkraft Vindkraft Lokalt Lokal sol/vindkr. El Bränslen Värme Bostäder* Kontor Industri Transporter Service Emissioner Lågvärdig värme Built environment urban functions Transport system Energy, water, waste systems Ecosystem services Urban biosphere enlarged Kol Träbränsle Hushållsavf. Kraftvärme Kyla Fjärrkyla Abs. kyla *För varje sektor bokförs energianvändningen för de fyra energislagen i MJ/år Sektor x Sektor y Nivå 1 Grundläggande koppling till de planetära systemen Nivå 2 Den visualiserade Kretsloppsmodell 2.0 Ulf Ranhagen och Björn Frostell KTH sep 2013 Stockholms stad Nivå 3 Specifika fysiska resursräkenskaper
Kretsloppsmodell 2.0 Konceptuell tankemodell på nivå 2 Atmosfär Biosfär Litosfär Hydrosfär Biosfär Atmosfär Jorden Hydrosfär Litosfär Utskuren kon av jorden Innersta kon = Ekonosfär Mellankon = Sociosfär Yttre kon = Ekosfär Byggd miljö och urbana funktioner Energi, vatten, avfallssystem Transportsystem Biosfär förstorad Ekosystemtjänster Ulf Ranhagen och Björn Frostell KTH juni 2013
Systemskalor mer förfinade indelningar inom och utom NDS MATERIAL VÄRLDEN EUROPA SVERIGE REGION/LÄN STOCKHOLM STAD NDS SOM HELHET DELOMRÅD EN KVARTER I MITTEN: BYGGNAD / RUM MÄNNISKOR VERKSAMHETER VATTEN STOCKHOLM STAD REGION/LÄN SVERIGE EUROPA VÄRLDEN ENERGI Ulf Ranhagen och Björn Frostell KTH sep 2013 Stockholms stad
VATTEN ENERGI ICT MATERIAL KRETSLOPPSMODELL 2.0. för Norra Djurgårdsstaden slutligt koncept. Ulf Ranhagen, Björn Frostell. September 2013
ICT VATTEN ENERGI 0 ICT KRETSLOPPSMODELL 2.0. för Norra Djurgårdsstaden slutligt koncept. MATERIAL Ulf Ranhagen, Björn Frostell. September 2013
ICT VATTEN ENERGI 0 ICT KRETSLOPPSMODELL 2.0. för Norra Djurgårdsstaden slutligt koncept. MATERIAL Ulf Ranhagen, Björn Frostell. September 2013
VATTENKRAFT VÅGKRAFT HAVET MOLNBILDNING I ATMOSFÄREN ENERGI SOLVÄRME GEOTERMI LOKAL GEOTERMI FJÄRR KYLA NDS FJÄRR VÄRME VP DAGVATTEN SJÖAR HAV VATTEN VIND SOLEL KÄRNKRAFT LOKAL SOLVÄRME LOKAL VIND LOKAL SOLEL VÄRME- LAGER BRUKARE RENINGS ANLÄGGN. TRAFIK DAG VATTEN HYGIENI SERINGS LAGER VATTEN VERK HYGIENISERINGS ANLÄGGNING KLOSETTVATTEN INDUSTRI- TILLVERKNING AVFALLSASKA FJÄRRVÄRME BIO ROPSTEN URBANA FUNKTIONER BEBYGGELSE LOKAL BIOGASANL. AVLOPPS VERK SKOGSBRUK EXT FJÄRRVÄRME BIO HÖGDALEN SOPSUGS- TERMINAL ÅTER BRUKS- CENTRUM KOMPOST MATAVFALL BIOGAS ANLÄGGNING OLJA KOL TILLVERKNING LOGISTIK CENTRAL TILLVERKNING BIOPELLETS DEPONI FARLIGT AVFALL TILLVERKNING BYGG OCH ANLÄGGN.MTRL TILLVERKNING JORDBRUK KRETSLOPPSMODELL 2.0. för Norra Djurgårdsstaden slutligt koncept. GRUVOR SKOGS BRUK MATERIAL Ulf Ranhagen, Björn Frostell. September 2013
MATERIAL SKOGSBRUK GRUVOR JORDBRUK BYGG OCH ANLÄGGNINGS MATERIAL BIOPELLETS BIOGASANL. MATAVFALL LOKAL BIOGASANL. SOPSUGS- TERMINAL TILL- VERK- NING KOMPOST NDS KONSUMENT LOGISTIK Människor och CENTRAL urbana ÅTERBRUKS- funktioner STADS- CENTRUM ODLING SVARTVATTEN TILLVERKNING NORRA DJURGÅRDSSTADEN NORRA DJURGÅRDSSTADEN KONSUMENT ANVÄNDARE UNDERHÅLL TILL- VERK- NING TILLVERKNING ANVÄNDARE Boende Arbetande Besökare Användare FARLIGT AVFALL Konsumenter DEPONI BIOMASSA KOL SKOGSBRUK OLJA GRÅVATTEN KÄRNKRAFT VATTEN VA-VERK VATTENVERK SJÖAR HAV URIN- LAGER DAGVATTEN URBANA FUNKTIONER BEBYGGELSE FJÄRRKYLA GEOTERMI KRAFTVÄRME VÄRME- Resurseffektiva byggnader LAGER URBANA FUNKTIONER TRAFIK- DAGVATTEN och BEBYGGELSE transporter Ekosystemtjänster LOKAL VIND SOLEL INTERN SOLVÄRME GEOTERMI SOLEL SOLVÄRME VIND ENERGI VATTEN- KRAFT MOLN ATMOSFÄR HAVET VÅGKRAFT Ulf Ranhagen och Björn Frostell KTH sep 2013 Stockholms stad
MATERIAL SKOGSBRUK GRUVOR JORDBRUK BYGG OCH ANLÄGGNINGS MATERIAL BIOPELLETS TILL- VERK- NING NDS TILL- VERK- NING FARLIGT AVFALL DEPONI TILLVERKNING TILLVERKNING KOL MATAVFALL STADS- ODLING LOGISTIK CENTRAL ÅTERBRUKS- CENTRUM OLJA KOMPOST UNDERHÅLL SOPSUGS- TERMINAL BIOGASANL. LOKAL BIOGASANL. SVARTVATTEN KONSUMENT ANVÄNDARE BIOMASSA SKOGSBRUK GRÅVATTEN KÄRNKRAFT VA-VERK URIN- LAGER URBANA FUNKTIONER BEBYGGELSE KRAFTVÄRME LOKAL VIND SOLEL VIND VATTEN VATTENVERK SJÖAR HAV TRAFIK- DAGVATTEN DAGVATTEN VÄRME- LAGER FJÄRRKYLA GEOTERMI INTERN SOLVÄRME GEOTERMI SOLEL SOLVÄRME ENERGI VATTEN- KRAFT MOLN ATMOSFÄR HAVET VÅGKRAFT Ulf Ranhagen och Björn Frostell KTH sep 2013 Stockholms stad
MATERIAL SKOGSBRUK GRUVOR JORDBRUK BYGG OCH ANLÄGGNINGS MATERIAL BIOPELLETS TILL- VERK- NING NDS TILL- VERK- NING FARLIGT AVFALL DEPONI TILLVERKNING TILLVERKNING KOL MATAVFALL STADS- ODLING LOGISTIK CENTRAL ÅTERBRUKS- CENTRUM OLJA KOMPOST UNDERHÅLL SOPSUGS- TERMINAL BIOGASANL. LOKAL BIOGASANL. SVARTVATTEN KONSUMENT ANVÄNDARE BIOMASSA SKOGSBRUK GRÅVATTEN KÄRNKRAFT VA-VERK URIN- LAGER URBANA FUNKTIONER BEBYGGELSE KRAFTVÄRME LOKAL VIND SOLEL VIND VATTEN VATTENVERK SJÖAR HAV TRAFIK- DAGVATTEN DAGVATTEN VÄRME- LAGER FJÄRRKYLA GEOTERMI INTERN SOLVÄRME GEOTERMI SOLEL SOLVÄRME ENERGI VATTEN- KRAFT MOLN ATMOSFÄR HAVET VÅGKRAFT Ulf Ranhagen och Björn Frostell KTH sep 2013 Stockholms stad
MATERIAL SKOGSBRUK GRUVOR JORDBRUK BYGG OCH ANLÄGGNINGS MATERIAL BIOPELLETS TILL- VERK- NING NDS TILL- VERK- NING FARLIGT AVFALL DEPONI TILLVERKNING TILLVERKNING KOL MATAVFALL STADS- ODLING LOGISTIK CENTRAL ÅTERBRUKS- CENTRUM OLJA KOMPOST UNDERHÅLL SOPSUGS- TERMINAL BIOGASANL. LOKAL BIOGASANL. SVARTVATTEN KONSUMENT ANVÄNDARE BIOMASSA SKOGSBRUK GRÅVATTEN KÄRNKRAFT VA-VERK URIN- LAGER URBANA FUNKTIONER BEBYGGELSE KRAFTVÄRME LOKAL VIND SOLEL VIND VATTEN VATTENVERK SJÖAR HAV TRAFIK- DAGVATTEN DAGVATTEN VÄRME- LAGER FJÄRRKYLA GEOTERMI INTERN SOLVÄRME GEOTERMI SOLEL SOLVÄRME ENERGI VATTEN- KRAFT MOLN ATMOSFÄR HAVET VÅGKRAFT Ulf Ranhagen och Björn Frostell KTH sep 2013 Stockholms stad
MATERIAL SKOGSBRUK GRUVOR JORDBRUK BYGG OCH ANLÄGGNINGS MATERIAL BIOPELLETS TILL- VERK- NING NDS TILL- VERK- NING FARLIGT AVFALL DEPONI TILLVERKNING TILLVERKNING KOL MATAVFALL STADS- ODLING LOGISTIK CENTRAL ÅTERBRUKS- CENTRUM OLJA KOMPOST UNDERHÅLL SOPSUGS- TERMINAL BIOGASANL. LOKAL BIOGASANL. SVARTVATTEN KONSUMENT ANVÄNDARE BIOMASSA SKOGSBRUK GRÅVATTEN KÄRNKRAFT VA-VERK URIN- LAGER URBANA FUNKTIONER BEBYGGELSE KRAFTVÄRME LOKAL VIND SOLEL VIND VATTEN VATTENVERK SJÖAR HAV TRAFIK- DAGVATTEN DAGVATTEN VÄRME- LAGER FJÄRRKYLA GEOTERMI INTERN SOLVÄRME GEOTERMI SOLEL SOLVÄRME ENERGI VATTEN- KRAFT MOLN ATMOSFÄR HAVET VÅGKRAFT Ulf Ranhagen och Björn Frostell KTH sep 2013 Stockholms stad
MATERIAL SKOGSBRUK GRUVOR JORDBRUK BYGG OCH ANLÄGGNINGS MATERIAL BIOPELLETS TILL- VERK- NING NDS TILL- VERK- NING FARLIGT AVFALL DEPONI TILLVERKNING TILLVERKNING KOL MATAVFALL STADS- ODLING LOGISTIK CENTRAL ÅTERBRUKS- CENTRUM OLJA KOMPOST UNDERHÅLL SOPSUGS- TERMINAL BIOGASANL. LOKAL BIOGASANL. SVARTVATTEN KONSUMENT ANVÄNDARE BIOMASSA SKOGSBRUK GRÅVATTEN KÄRNKRAFT VA-VERK URIN- LAGER URBANA FUNKTIONER BEBYGGELSE KRAFTVÄRME LOKAL VIND SOLEL VIND VATTEN VATTENVERK SJÖAR HAV TRAFIK- DAGVATTEN DAGVATTEN VÄRME- LAGER FJÄRRKYLA GEOTERMI INTERN SOLVÄRME GEOTERMI SOLEL SOLVÄRME ENERGI VATTEN- KRAFT MOLN ATMOSFÄR HAVET VÅGKRAFT Ulf Ranhagen och Björn Frostell KTH sep 2013 Stockholms stad
MATERIAL SKOGSBRUK GRUVOR JORDBRUK BYGG OCH ANLÄGGNINGS MATERIAL BIOPELLETS TILL- VERK- NING NDS TILL- VERK- NING FARLIGT AVFALL DEPONI TILLVERKNING TILLVERKNING KOL MATAVFALL STADS- ODLING LOGISTIK CENTRAL ÅTERBRUKS- CENTRUM OLJA KOMPOST UNDERHÅLL SOPSUGS- TERMINAL BIOGASANL. LOKAL BIOGASANL. SVARTVATTEN KONSUMENT ANVÄNDARE BIOMASSA SKOGSBRUK GRÅVATTEN KÄRNKRAFT VA-VERK URIN- LAGER URBANA FUNKTIONER BEBYGGELSE KRAFTVÄRME LOKAL VIND SOLEL VIND VATTEN VATTENVERK SJÖAR HAV TRAFIK- DAGVATTEN DAGVATTEN VÄRME- LAGER FJÄRRKYLA GEOTERMI INTERN SOLVÄRME GEOTERMI SOLEL SOLVÄRME ENERGI VATTEN- KRAFT MOLN ATMOSFÄR HAVET VÅGKRAFT Ulf Ranhagen och Björn Frostell KTH sep 2013 Stockholms stad
Kretsloppsmodell 2.0 nivå 3 Kol Skiss till räkenskaper för kolflöden Extern produktion Lokal produktion Konsumtion/service Emissioner Globalt Regionalt Lokalt Mat Mat Bostäder* Kons produkter Konsumentprodukter Kontor Byggmaterial Byggmaterial Industri Kol Träbränsle Hushållsavf. Kraftvärme Energiproduktion Transporter Energiprod Transport Olja Service Naturgas Biodrivmedel RP 1 Sektor x RP 2 RP 3, 4 *För varje sektor bokförs kolomsättningen i total mängd/år och mängd per person och år Ulf Ranhagen och Björn Frostell KTH sep 2013 Stockholms stad
Från Hammarby sjöstad till Norra Djurgårdsstaden Back casting metodik Vision without action is a daydream Action without vision is a nightmare Grad av hållbarhet 3 Alternativ strategi: snabb långsam Kretsloppsmodell 2.0 2030/2050 2 1 Alternativ strategi: långsam-snabb Kort sikt Medellång sikt Lång sikt Hammarbymodellen 2010/2015 Tid Ulf Ranhagen och Björn Frostell KTH sep 2013 Stockholms stad
Behov av utveckling Definiera kopplingar och samarbeten med parallellt pågående projekt som Smart Cities SRS, aktiviteter inom CESC (Centre for Sustainable Communication), etc Utveckling av pedagogiska beskrivningar med hjälp av visualisering och animering Beskrivning i ett framtidsperspektiv, i utgångsläget och olika etapper vidareutveckling av alternativa framtidsscenarier typ centraliserat decentraliserat Fördjupad beskrivning av helhetsmodellen och delmodeller för material, energi och vatten kopplat till ekosystemtjänster Utveckla ett dynamiskt analysverktyg för simuleringar av ämnesflöden Använda modellen för att ta fram en karta över utförda, pågående och möjliga framtida FoU-projekt Söka mekanismer och plattformar för ökad aktörsmedverkan staden, kretsloppsbolagen, övriga näringslivet, civilsamhället och akademin Utveckla material på engelska och andra språk och söka internationell samverkan Ulf Ranhagen och Björn Frostell KTH sep 2013 Stockholms stad
Vad kan ett metaboliska kretsloppsmodeller och fysiska resursräkenskaper tillföra för ökad synergi och samverkan mellan aktörer?
Tvärsektoriell samverkan för nya urbana synergier viktiga utmaningar Vilka sektorer behöver samverka? Hur skapar man en gemensam problembild? Hur får man ett gemensamt språk? Hur uppnår man en gemensam målbild? Hur skapar man incitament för olika aktörer att samverka? Hur får man nya sociotekniska system att fungera rent praktiskt? Hur skapar man fungerande affärsmodeller?
Metaboliska kretsloppsmodeller med räkenskaper kan bidra till en ge en samlande bild av det komplexa moderna samhället och dess resursflöden bidra till att skapa en gemensam bild av storleken på olika resursflöden och skapa en utgångspunkt för tvärsektoriell samverkan
Tack för uppmärksamheten! frostell@kth.se