Page 1

Industrial Ecology applied in the urban environment By 2012Architecten, 2009.

RECYCLICITY by 2012Architecten 


This document presents an extensive research that was carried out by 2012Architects in  2009. Its main aim is to investigate the possibilities for a new designapproach for districts,  cities and regions to redevelop into a more balanced, metabolistic environment; an urban  ecosystem that we call Recyclicity. The approach focuses on the analysis of flows, their  potential to be shortcircuited and the spatial implications of their re‐integration. The result  is a series of datasources, strategies and tools that can help dealing with flows and to  positively integrate them in future plans.  We realise that the results presented are yet speculative and in an early stage of  development, nevertheless we think they inspire and can help planners, designers and  policymakers to take our urban environment to a higher level of sustainability.    2009, the Recyclicity‐team;  Jan Jongert, Jeroen Bergsma, Césare Peeren, Marco Zaccara, Frank Feder, Jos de Krieger,  Fabienne Goosens, Floris Schiferli, Goran Bojcin, with assistance of Laura van Santen,  Laurens IJsselmuiden, Karola van Rooijen, Loes Glandorff & Pascal Hentschel.    Waterflow consultant: Paul de Graaf    Thanks to our advisoryboard:  Frans de Jong, Frans de Haas & Machiel van Dorst (recyclicity foundation)  Gerrit Jan Hoogland, Olof van de Wal, Kees Machielse, Sebastiaan Veldhuisen & Hilde Remoy    Thanks to fonds BKVB and Atelier Rijksbouwmeester for financial support        Introduction by the author    This report was written within the framework of ‘Recyclicity’, a concept to connect the loops  of different types of streams on a local level and promote various forms of recycling in order  to build a sustainable city. Two case studies were done for this purpose; one was about the  business  park  the  Goudse  Poort  in  Gouda  and  one  of  the  living  areas  Meezenbroek,  Schaesbergerveld, and Palemig (MSP) in Heerlen.   For  those  interested  in  the  design  methodology  of  the  case  studies,  it  is  advised  to  read  Chapter 2, especially Section 2.3.2, and the first case study of the Goudse Poort (Chapter 3).  For those more interested in the outcomes of the case studies, it is advised to go to Chapter  4 and 5, which give a short overview of the results of the second case study of MSP Heerlen  and show the major issues with the results, respectively.    I  would  like  to  thank  both  supervisors  for  their  support  during  the  internship;  Ruud  van  Ommen for the time he found in his busy schedule to give clear and useful feedback and Jan  Jongert  for  the  open‐minded  discussions  we  had  on  the  subject  and  all  the  practical  problems we encountered. Finally, I would like to thank everybody at 2012Architects for the  wonderful  lunches,  interesting  meetings  and  discussions,  and  their  motivation  for  bringing  about a sustainable world that sparkled in me a zest for working hard.      Fabienne Goosens 2009   

Summary In the last years there is a growing awareness of the importance of sustainability and that  our  society  needs  to  be  transformed  to  get  rid  of  current  unsustainable  practices  like  transporting large amounts of goods and using up all the earth’s resources. Many different  movements  exist  that  try  to  bring  about  this  transformation,  for  example  transition  towns  (adapting  to  dwindling  fossil  fuel  reserves  and  climate  change),  permaculture  and  urban  farming  (with  a  focus  on  self‐sufficiency  and  local  food  production),  industrial  ecology  (closing material and energy loops), and cradle to cradle and superuse (designing with waste  and for infinite recycling).  The ‘Recyclicity’ research that is presented in this report brings all these fields together and  tries to solve all the current problems with unsustainability in an integral way and come up  with truly sustainable urban areas. The main challenge that was addressed in the research  was to find a strategy for more integral planning of the available space in urban areas where  the  different  functions  of  nature  and  society  –  natural  habitats,  agriculture,  housing,  and  industry – reinforce each other instead of fighting each other. In this strategy the goal is to  connect  local  material  and  energy  loops  with  each  other  and  to  adapt  the  system  to  local  circumstances; the technical feasibility of at least one new material or energy loop should be  proven.  The research method used in the research was to take lessons from ecosystems and to apply  design strategies that come forth from the field of industrial ecology. The existing literature  of  industrial  ecology  was  studied,  and  based  on  this  literature  a  design  sequence  was  formulated;  (1)  defining  the  system  boundaries,  (2)  analysing  the  system  and  its  streams  (mainly  calculating  the  metabolism  of  the  system),  (3)  find  cyclifiers  that  can  help  in  connecting  the  streams,  (4)  do  this  not  only  for  the  physical  layer  but  also  on  the  higher  information  and  strategic  layers,  (5)  integrate  the  design  to  come  up  with  a  consistent  whole.  The  final  result  includes  among  others  a  metabolic  scheme  with  the  relations  between the different elements in the system. This design sequence was applied to two case  studies, namely business park “De Goudse Poort” in Gouda, with mainly office buildings, and  MSP  Heerlen,  a  neighbourhood  consisting  of  Meezenbroek,  Schaesbergerveld  en  Palemig,  which is an old mining area in the province of Limburg.    Comparing the results of the two case studies, it is clear that some common cyclifiers were  used in both. These include local food production and local water purification with the use  of  a  natural  helophyte  filter.  The  local  energy  systems  that  were  designed  consisted  of  an  energy source, energy production, and energy storage. As an energy source, it was proposed  to  produce  biogas  from  organic  waste  sources  like  sewage  sludge,  animal  manure,  and  organic  food  waste.  This  biodigester  seems  to  be  the  perfect  cyclifier;  it  turns  waste  into  three  valuable  products,  namely  biogas  that  can  be  burned,  a  residue  that  can  be  used  as  fertiliser,  and  at  the  same  time  the  water  from  the  sewer  is  purified  for  a  large  part.  The  energy  system  was  completed  with  the  co‐generation  of  heat  and  power  (CHP),  and  an  underground  seasonal  thermal  storage  that  allows  storage  of  warm  and  cold  water  underground  for  half  a  year  or  more.  Finally,  the  potential  of  local  and  regional  materials  was  recognised;  for  example  using  construction  materials  like  bricks  and  window  fences  from buildings that will be demolished.   From  the  metabolic  calculations  of  the  streams  in  the  current  system  versus  the  future  situation  with  the  cyclifiers,  it  turns  out  that  the  cyclifiers  have  a  large  potential  to  reduce  resource  use  from  outside  the  areas  like  fossil  fuels,  drinking  water,  and  artificial  fertilisers.  The  loops  are  not  closed  completely,  but  at  least  significant  reductions  can  be  realised  on  a  local  and  regional  level.  Furthermore  all  kinds  of  emissions  are  avoided,  like   


carbon dioxide  emissions  from  food  transportation  by  truck  (because  of  the  locally  or  regionally produced food).   The designs do not only look good on paper, it is possible to build such systems; on purpose,  already existing and commercially used technologies were chosen for the cyclifiers. A part of  the technologies is low‐tech and can be implemented easily, and the investments pay back  in a relatively short time (around 5 years). The main obstacle in realising the designs lies in  the higher layers (information and strategic layer); a will to change current culture and the  will to initiate the process of change should be present.    There  are  however  still  some  remaining  issues  regarding  the  design  sequence:  making  assumptions  and  performing  calculations  for  determining  the  metabolism  of  the  old  and  new systems took a lot of time. Furthermore, it was hard to find (the right) data, while the  correctness  of  the  data  and  the  kind  of  assumptions  that  were  made  for  missing  data  influenced  the  results  and  the  design  strategy  significantly.  Furthermore,  although  in  the  first  phase  of  the  research  it  was  decided  to  base  the  design  on  what  is  available  in  the  systems (source‐based strategy), problems formed as soon as cyclifiers were introduced. It  was  desired  to  optimise  the  system  but  then  performance  targets  would  need  to  be  formulated (target‐based strategy). Finally, the amount of detailing of design was an issue: it  was  not  clear  whether  the  amount  of  detail  added  would  influence  the  outcome  of  the  research significantly.    Concluding, for a first time applying the design sequence the results of the two case studies  are  satisfying,  i.e.  showing  reasonable  correct  metabolic  calculations  and  consistent  integrated  designs,  but  there  are  still  some  aspects  in  which  the  design  sequence  can  be  improved:   • It currently costs too much time to focus on all aspects of the different layers and to  perform all the calculations  • Several aspects influence the outcome of the research significantly:  o The calculations and assumptions made and whether they are correct  o The  starting  point  of  the  research:  source‐based  strategy  or  target‐based  strategy  o The amount of detail of the research, especially in the calculations     The recommendations for solving these remaining issues are the following:   • To save time in future research at least two things should be done:  o The focus should be on the physical layer in order to maintain high quality of  the  designs  due  to  the  already  existing  expertise  of  superuse  at  2012Architects and only gradually expanding the research and expertise to  the other layers  o Develop  ‘kortsluiter’  software  that  can  perform  the  metabolic  calculations  and help in systematically making assumptions  • To  improve  the  outcomes  of  the  research  and  to  influence  the  outcomes  in  a  positive way the following decisions should be made beforehand:  o The  amount  of  detail  desired  for  the  calculations.  Use  a  model  that  is  sufficient to represent reality and has a limited amount of detail  o The  starting  point  of  the  research  should  be  the  source‐based  strategy.  If  desired,  in  a  later  stage  the  designed  system  can  be  optimised  while  using  the  target‐based  strategy,  i.e.  formulating  performance  targets  of  specific  streams  


Table of contents    Preface ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ i  Summary‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ii  1. Introduction ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 1  1.1  Background of the research‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 1  1.2  Goal and research method ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 1  1.3  Structure of the report ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 2  2  Industrial ecology: principles and design rules‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 3  2.1  Basic principles of industrial ecology ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 3  2.1.1  Biosphere technosphere analogy ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 4  2.1.2  Systems perspective and analysis‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐10  2.2  Examples of eco‐industrial parks ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐13  2.2.1  Kalundborg – Denmark ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐13  2.2.2  Other eco‐industrial parks ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐15  2.3  Industrial Ecology analysis tools and design rules ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐16  2.3.1  Analysis tools ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐16  2.3.2  Design rules ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐17  3  Case‐study de Goudse Poort in Gouda‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐21  3.1  Background information ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐21  3.2  System boundaries and system analysis ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐23  3.2.1  System boundaries and system diagram‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐23  3.2.2  System analysis: locality‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐24  3.2.3  System analysis: metabolism ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐26  3.3  Cyclifiers and loop‐closing‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐27  3.3.1  The physical layer: food ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐27  3.3.2  The physical layer: energy ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐29  3.3.3  The physical layer: water ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐35  3.3.4  The physical layer: the built environment ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐35  3.3.5  The information layer: money, policy, culture and knowledge‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐36  3.3.6  The strategic layer: users ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐38  3.4  Integration and the complete design ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐38  3.4.1  Metabolic calculations‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐39  3.4.2  Locality of the streams ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐40  3.4.3  Spatial implications‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐40  3.4.4  Timeline ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐41  4  Case‐study MSP Heerlen ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐43  4.1  Background information ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐43  4.2  System boundaries and system analysis ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐45  4.2.1  System boundaries and system diagram‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐45  4.2.2  System analysis: locality‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐46  4.2.3  System analysis: metabolism ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐47  4.3  Cyclifiers and loop‐closing‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐47  4.3.1  The physical layer: food, energy, and water ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐48  4.3.2  The physical layer: the built environment ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐50  4.3.3  The information layer and the strategic layer ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐51  4.4  Integration and the complete design ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐51  4.4.1  Metabolic calculations‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐51  4.4.2  Locality ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐53  4.4.3  Spatial implications‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐53  4.4.4  Timeline ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐54   


5 Discussion of the results‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐55  5.1  Common cyclifiers‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐55  5.2  Technical feasibility and proof of concept‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐56  5.3  Remaining issues and problems ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐57  5.3.1  Metabolic calculations: data collection and assumptions ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐57  5.3.2  Target or source‐based design ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐58  5.3.3  Amount of detail in the design ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐58  6  Conclusions and Recommendations‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐59  6.1  Conclusions ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐59  6.2  Recommendations ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐59  7  Literature‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐61  Appendix A1. Eco‐industrial Park in Kalundborg, Denmark ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐65  Appendix A2. Eco‐industrial park in Styria, Austria ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐67  Appendix B. Companies at the Goudse Poort ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐68  Appendix C1. Data and assumptions: Goudse Poort‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐73  Appendix C2. Metabolic calculations: Goudse Poort ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐79  Appendix D. Metabolic scheme Goudse Poort 2030‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐82  Appendix E. Companies in MSP Heerlen ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐83  Appendix F1. Data and assumptions: MSP Heerlen ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐90  Appendix F2. Metabolic calculations: MSP Heerlen‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐96  Appendix G. Metabolic scheme MSP Heerlen 2040‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐97  Appendix H. Morphological chart cyclifiers ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐98 


1. Introduction  1.1 Background of the research  Nowadays  it  is  nearly  impossible  to  read  a  text  about  the  future  of  our  society  without  coming  across  the  word  sustainability1  within  21  words.  Sure  enough,  there  is  a  growing  awareness of the current unsustainable practices of our society, and many movements can  be  discerned  that  aspire  to  do  something  about  this.  These  movements  include  transition  towns  (towns  that  reduce  their  carbon  footprint  in  response  to  dwindling  oil  reserves  and  climate  change)  [1]  permaculture  (designing  self‐sufficient  human  settlements  combining  agriculture and other aspects of living) [2], urban farming (growing crops in urban areas) [3],  industrial  ecology  (closing  material  and  energy  loops  in  an  area,  see  Chapter  2),  cradle  to  cradle (designing products for infinite recycling) [4] and superuse (giving waste products and  material a new function in new designs, which is the core business of 2012Architects) [5].  All these fields come together in the case studies presented in this report, as a part of the  ‘Recyclicity’ research at 2012Architects, a concept to connect the loops of different types of  streams  on  a  local  level  in  order  to  build  a  sustainable  city.  This  research  was  started  because of some major challenges that are currently important for our society on the urban  level [6]. First of all, the above mentioned unsustainability is a large challenge that includes  the problems we face with shrinking reserves of important resources in the earth’s crust like  oil,  metals,  and  even  plain  sand.  Furthermore,  problems  related  to  globalisation  include  huge  amounts  of  transport  of  goods  and  humans  that  are  plugging  the  transport  infrastructure.  An  urban  problem,  especially  in  the  Netherlands  is  the  available  land,  because most of the available land is already used for human purposes [6]. Although there is  limited space, it is not used efficiently in a lot of cases; many office plots have considerable  amounts of offices that are unoccupied, while there is a shortage of housing in some areas  [6]. There is currently not much experience with combining the different fields in order to  solve  the  diversity  of  unsustainability  problems  in  an  integral  way,  and  current  urban  planning and design does not involve all these sustainability considerations.   It  is  however  important  to  take  the  first  steps  in  this  integral  approach  in  order  to  gain  experience with sustainable design that is becoming more and more important. 

1.2 Goal and research method  The  main  question  that  comes  forth  from  the  above  is  how  to  transform  urban  areas  to  cyclical, compact, efficient and liveable areas. In other words: is there a strategy for a more  integral  planning  of  the  available  space  where  the  different  functions  (nature,  agriculture,  housing, and industry) reinforce each other instead of fighting each other? [6]. The goal of  the Recyclicity research that is presented in this report is thus to come up with a strategy for  transforming  the  currently  linear  and  separate  functioning  systems  of  society  to  a  cyclical  and integrated functioning urban environment, where locality and closing of among others  the material and energy loops on a local level are considered important. The main goal of  the case studies presented in the report was to prove the technical feasibility of at least one  new material or energy loop.    The  research  method  that  was  used  in  the  research  is  to  take  lessons  from  ecosystems  in  nature and apply analysis and design methods that come forth from industrial ecology. First,                                                               1

The  basic  definition  of  sustainability  that  will  be  used  in  this  report  is  the  most  well  known  Brundtland  definition  of  sustainability:  “Sustainable  development  is  development  that  meets  the  needs  of  the  present  generation  without  compromising  the  needs  of  future  generations”.  This  definition will be extended and specified for the application to the case studies in this report. 


the existing  industrial  ecology  literature  was  studied  to  become  familiar  with  the  current  state  of  the  field,  and  based  on  this  literature  a  design  sequence  to  be  applied  to  urban  areas was formulated (see Chapter 2). The design sequence consists of defining the system  boundaries  and  analysing  this  system  with  one  or  more  Industrial  Ecology  analysis  tools.  Then the different loops (e.g. material and energy) are locally and/or regionally closed with  connectors (so‐ called “cyclifiers”)2. The final result should contain a metabolic scheme with  the different relations between the companies, houses, etcetera.  The  design  sequence  was  applied  to  two  case  studies  in  order  to  learn  about  the  opportunities and obstacles that pertain to the industrial ecology design strategy, and what  steps should be taken in the future to constantly improve. Inspiration was also drawn from  superuse and sustainable strategies for food production. The two case studies were business  park  “De  Goudse  Poort”  in  Gouda,  with  mainly  office  buildings,  and  MSP  Heerlen,  a  neighbourhood  consisting  of  Meezenbroek,  Schaesbergerveld  en  Palemig,  which  is  an  old  mining area.     One  of  the  delimitations  of  the  research  and  design  is  that  only  cyclifiers  that  fit  in  the  system  regarding  scale,  safety,  and  availability  of  waste  streams  are  used.  So  it  is  not  the  purpose of the research to design a completely new system from scratch; the emphasis is on  adding  new  elements  to  the  system  that  enable  looping  of  the  existing  streams.  Another  delimitation is that the research is mainly focused on closing loops of food, other material,  and energy, while other aspects like an economic evaluation will only be mentioned shortly. 

1.3 Structure of the report  The report starts with a description of the background information about Industrial Ecology  in Chapter 2, in which the principles, goals, and tools that are used in industrial ecology will  be elaborated as well as the design sequence and some design rules that can be extracted  from  these  principles  and  tools.    In  Chapter  3  and  4  the  two  case  studies  of  the  Goudse  Poort  in  Gouda  and  MSP  in  Heerlen  will  be  presented.  The  design  sequence  that  was  presented  in  Chapter  2  will  be  applied  to  the  case  studies  in  order  to  come  up  with  an  integrated design.  Chapter 4 is a reconciliation of the case studies that contains the general design options for  Eco‐industrial  urban  areas  and  a  technical  justification  of  the  choices  that  were  made.  Finally,  in  Chapter  6,  conclusions  will  be  drawn  and  recommendations  for  future  research  will be given.     


A  cyclifier  can  be  compared  to  a  catalyst:  the  cyclifier  helps  connecting  loops  to  each  other,  increases the rate in which a system is transformed towards a more sustainable one, and making it  more  efficient.  In  chemistry  a  catalyst  is  added  to  increases  the  rate  or  efficiency  of  a  chemical  reaction for the transformation of substrates into products.  


2 Industrial ecology: principles and design rules  The scientific field of industrial ecology (IE) is an emerging field that is still in development  [7].  This  chapter  serves  as  a  background  reference  on  the  current  state  of  the  field.  The  principles, goals, and tools used in industrial ecology will be explained.   In  the  first  section  a  short  history  of  industrial  ecology  and  some  of  the  remaining  controversies and problems to be resolved in the field will be followed by a description of  the main principles of the field. In Section 2.2 some examples of eco‐industrial parks will be  given  in  order  to  illustrate  how  the  principles  that  were  explained  before  work  in  real‐life  situations. In the third section the opportunities and approach to design eco‐industrial parks  with  the  use  of  IE  principles  and  tools  will  be  elaborated.  Also,  some  design  rules  will  be  extracted from the IE principles that can be applied to a geographical industrial area like the  case studies of the Goudse Poort and Heerlen. 

2.1 Basic principles of industrial ecology  Although some of the ideas of Industrial Ecology were already expressed earlier, Frosch and  Gallopoulos  were  the  first  ones  to  coin  the  term  in  their  influential  1989  article  about  strategies  for  manufacturing  [8].  This  article  is  generally  seen  as  the  starting  point  of  the  field and a coalescence of the different ideas that pertain to the field. Since that time, the  field has vastly expanded. Currently, the debate is still going on as to what is included in the  field and what is not – i.e. the definitions, boundaries, goals, and tools of the field, as well as  its practicality [7] – but there are some general features that will be presented here.   The  term  Industrial  Ecology  itself  already  partly  explains  what  the  field  is  about.  It  is  industrial  in  the  sense  that  it  focuses  mainly  on  manufacturing  processes  and  also  on  product design [9]. Companies are seen as agents for reducing environmental harm, as they  possess the technological expertise to improve their processes and products [9],[10].   The  ecological  part  of  Industrial  Ecology  entails  that  non‐human  natural  ecosystems  are  regarded as models for industrial activity [7],[8],[9],[10]; in an ecosystem nutrient recycling  and  energy  cascading  occur  very  efficiently  and  there  are  networks  of  exchange  in  which  many mutual beneficial relationships are found between different species (symbiosis).   Similar  principles  may  be  used  in  industrial  parks,  where  the  different  species  are  the  different  companies,  exchanging  residues  that  they  cannot  use  themselves  with  the  other  agents in the system. The result is that much less energy and material resources are needed  from outside the boundaries of the industrial system than nowadays, and that emissions and  waste are reduced [7],[9].   Furthermore, human technological activity is regarded in a wider context; namely as part of  the surrounding systems and especially the ecosystem that supports it and provides both a  source and sink of materials and waste [9],[10]. This wider context provides a holistic view of  environmental  problems  [7].  The  advantage  thereof  is  that  the  connections  between  industrial  practices  and  environmental  processes  become  more  evident,  i.e.  the  influences  of economic, political, regulatory, and social factors on the flow, use, and transformation of  resources to products and waste [7],[9].   Thus, there are two basic principles or ideas in industrial ecology; the analogy with biological  systems and a systems perspective. These main ideas can be subdivided into different parts,  which are listed in Table 1 and will subsequently be explained below.           


Table 1 Main principles of industrial ecology and examples of every category [7],[8],[9],[10],[11],[12].  Principle  Example  Biosphere technosphere analogy  Closing material and energy loops  Dematerialisation and eco‐efficiency  Symbiosis   Metabolism of industrial areas   Locality and integration in a wider  context   Diversity  Gradual change (‘evolution’)  The use of system perspectives and system analysis  Complexity theory   Multi‐ and interdisciplinary approach   Levels and layers in the system  

2.1.1 Biosphere technosphere analogy  The biological analogy that is used for technical systems as explained above is often called  the  biosphere  technosphere  analogy,  and  is  central  to  Industrial  Ecology.  The  biosphere  contains all the ecosystems with its animals and plants, while the technosphere contains all  the  human‐made  technologies,  industries  and  the  economic  system  [11].  This  metaphor  is  based  on  the  similarity  of  natural  functions  and  certain  industrial  activities  [7],[11].  An  industrial  system  in  which  this  analogy  is  applied  is  often  called  eco‐industrial  park  or  industrial ecosystem [12].  The analogy between organisms and firms as explained before is quite clear because both  organisms  and  firms  consume  resources,  process  them  and  produce  products  and  excrete  wastes.  Moreover,  firms  also  compete  for  resources,  just  like  organisms  [11].  The  analogy  can  also  be  applied  to  industrial  regions,  where  the  flows  of  material  and  energy  can  be  compared  with  the  metabolism  of  an  organism  [9].  When  biological  principles  are  used  to  solve  (sustainability)  problems  and  come  up  with  product  designs  based,  this  is  called  biomimicry and it is a specific application of the biosphere technosphere analogy.  However,  there  are  also  some  important  differences  between  the  biosphere  and  the  technosphere  [11].  These  differences  have  the  result  that  the  functioning  of  the  technosphere  is  in  some  aspects  different  from  the  natural  systems  and  needs  a  tailored  design for solving problems [11]. The biosphere technosphere analogy can only be used as  ‘eye‐opener’  or  leading  principle  [12].  In  the  following  text  the  differences  and  similarities  will both be discussed.  

Closing material and energy loops: roundput   One  of  the  strongest  biosphere‐technosphere  analogies  that  can  be  readily  applied  to  industrial  and  economic  systems  is  the  principle  of  roundput,  i.e.  cascading  of  energy  and  recycling of materials [12]. The current industrial and economic systems are unsustainable in  the  sense  that  they  do  not  work  optimally  and  harm  the  environment,  because  the  technosphere works with a linear throughput model (see the upper part of Figure 2.1, type I  ecosystem).  The  environment  is  used  as  both  a  source  of  large  amounts  of  materials  and  energy and sink of different types of wastes (including waste heat) without considering the  carrying  capacity  of  our  earth.  If  we  apply  the  ecological  principle  of  roundput  to  the  technosphere, a change from the linear (open) processes towards cyclical (closed) processes  should be made, i.e. the material and energy loops are closed [7],[8],[9]. This means that the  waste  of  one  process  or  industry  is  used  as  the  raw  material  input  or  ‘food’  for  another  process  just  as  nutrients  in  nature  are  recycled  between  different  trophic  levels  in  a  foodweb [4],[7],[8],[12],[13]. The ideal is to bring the industrial systems as close as possible  to  complete  recycling  of  all  materials,  i.e.  circulating  amounts  of  materials  are  only 


transformed from one state to another without using resources or producing waste [7],[12],  as is shown in the lower part of Figure 2.1 (Type III ecosystem).  Furthermore,  energy  should  be  cascaded  just  like  in  food  chains  [12],  which  means  that  energy  sources  with  a  high  quality  (exergy  content)  are  used  by  one  company  and  transformed to energy with a lower quality, for example rest heat. If the energy cascade is  efficient, it could include many different processes and companies. A real life example is the  co‐production  of  heat  and  electricity  (combined  heat  and  power,  CHP),  where  waste  heat  from electricity production is used for district heating [12],[14]. Moreover, ecosystems only  use  solar  energy  and  ideally  industrial  systems  should  also  rely  solely  on  solar  energy  and  not  use  fossil  fuels  or  other  forms  of  energy  [7],[9],[12],[15].  This  would  really  close  the  energy loops to a time scale of ecosystems instead of the geological time scale – i.e. billions  of years – in which the fossil fuels were formed. 

Figure 2.1 Different types of (industrial) ecosystems: linear, semi‐cyclic,   and completely cyclic. Adapted from [9]. 

There  are  two  discrepancies  in  the  analogy  of  roundput  that  should  be  mentioned  here:  firstly there is no primary producer in the technosphere that is analogous to the function of   


plants, algae, and bacteria that use photosynthesis for the production of nutrients (mainly  sugars). Instead the inputs to the technosphere are natural resources, capital, and labour, in  our economy called ‘production factors’ [11],[16]. Furthermore we have an economic model  that  emphasises  growth  while  the  ecological  model  is  based  on  efficiency  in  recycling  and  cascading of energy [17].  

Dematerialisation and eco‐efficiency   The concept of dematerialisation was already shortly mentioned above and is closely related  to  roundput  of  material  and  energy.  Dematerialisation  or  eco‐efficiency  is  decoupling  resource  use  and  environmental  impact  from  economic  growth  [9],[10].  Dematerialisation  focused  on  a  reduction  in  carbon  dioxide  emissions  is  called  decarbonisation  [10].  The  consumption  of  scarce  materials  and  (fossil)  energy  resources  and  the  generation  of  unrecyclable wastes (including waste heat) should be minimised to reach this goal [8],[13].  As soon as material and energy loops are closed, the use of virgin resources is reduced while  the same amounts of products and services are produced and all necessary tasks at all levels  of society are reached [8],[9].     Because  there  are  estimations  that  the  current  energy  system  is  only  3%  efficient  from  resource  extraction  to  the  user  along  the  product  chain  [16],  and  it  can  be  assumed  that  material  use  in  the  technosphere  is  also  very  inefficient,  there  are  many  opportunities  for  reducing  resource  use.  Care  should  however  be  taken  that  the  focus  is  not  solely  on  reduction;  the  cradle‐to‐cradle  concept,  which  draws  from  the  ideas  of  industrial  ecology  but  is  a  more  modern  interpretation  takes  redundancy  instead  of  reduction  as  a  starting  point [4]. In nature, systems also tend to work because of redundancy; resource use is not  minimised, but optimised within the ecosystem. An example is a tree in blossom; only a few  of the flowers will eventually become a new tree, but the rest of the flowers and fruit are  useful for the animals in the food web. In industrial systems we also need to strive for eco‐ effectiveness  instead  of  eco‐efficiency  [4];  we  need  to  design  industrial  ecosystems  that  work  because  of  the  redundancy  of  energy  and  material  flows  that  can  be  used  in  other  processes, instead of minimising energy and material use. Redundancy will help strengthen  and maintain the proper functioning of the system [4]. The fact remains, however, that the  extraction of virgin materials and the release of (toxic) waste to the environment should be  minimised in order to reach sustainability.  

Symbiosis In  nature  the  relations  between  the  different  organisms  in  the  ecosystem  are  very  important;  there  are  predator‐prey  relations,  there  is  competition  between  species,  parasitism and symbiosis (mutualism) [15]. These relations lead to complex ecosystems with  trophic levels or ‘food webs’ of many different species [15]. The richness in species enables  the ecosystem to be resilient, i.e. react to changing circumstances [15]. The functioning of  the  ecosystem  does  not  depend  on  specific  species,  but  on  representatives  of  certain  functions that occupy a certain ‘niche’ in the ecosystem [15].  One  can  say  that  our  current  industrial  systems  and  the  economy  rely  too  much  on  the  principles of parasitism, regarding both the surrounding ecosystems and relations between  actors in the system as a resource for our needs. It is time to restore the ‘natural’ balance  and to integrate industrial activities by adding more mutual beneficial relationships that are  similar to symbiosis in nature in order to improve the functioning of the system.   Symbiosis  can  best  be  illustrated  with  a  prime  example  from  nature,  namely  lichen  (see  Figure 2.2), which is the symbiosis of a fungus species and a species of either a green alga or  cyanobacterium  (blue‐green  alga)  [18].  The  algae  provide  for  photosynthesis  and  generate  sugar  derivatives  from  sunlight,  thus  providing  an  energy  source  for  the  fungus.  The 


cyanobacteria are also able to bind nitrogen from the air, which is a nitrogen source for the  fungus  [18].  The  algae  also  benefit  from  the  fungus  in  several  ways;  the  fungus  is  able  to  retain water and protects the algae from dry‐out. Furthermore, the fungus produces acids  that help the algae take‐up important minerals. Finally, the algae live inside the fungus and  are  therefore  protected  against  intense  sunlight  for  which  they  are  sensitive.  Sometimes  they  are  also  protected  against  predators  because  of  the  toxins  that  some  fungi  produce  [19].  The  mutual  benefit  between  the  two  species  is  so  large  that  lichen  can  live  in  very  extreme environments like deserts and arctic tundra [19]. Moreover, also in rain forests and  temperate  woodland  lichen  are  very  useful  for  the  ecosystem.  The  photosynthesis  and  nitrogen  binding  abilities  are  a  nutrient  source  for  the  other  species  in  the  ecosystem  and  especially the nitrogen attributes to soil fertility [19].     When  symbiosis  is  applied  to  industrial  parks, traditionally separate industries are  organised  as  coherent  groups  of  processes [15], i.e. a series of ‘interlocking  artificial ecosystems’ that together form a  functioning  whole  [7].  The  companies  cooperate  and  exchange  energy  and  material  and  thereby  increase  each  other’s viability [7],[21]. This can be done  at the level of facilities, districts, and even  regions.  The  result  is  a  high  degree  of    interconnectedness  and  integration  Figure  2.2  The  lichen  species  Xanthoria  between  the  different  facilities  and  Parietina  with  its  characteristic  yellow‐orange  companies  at  a  dynamic  equilibrium  that  appearance [20].  also  exists  in  nature  [7].  In  such  a  system  material  and  energy  use  are  collectively  optimised,  reaching  a  far  higher  efficiency than the individual processes [21]. The system metabolism, however, needs to be  consciously optimised (see industrial metabolism).     The  most  important  aspects  of  industrial  symbiosis  are  the  synergistic  possibilities  for  integration of processes and both collaboration and organisational interaction between the  actors [9],[21]. Also in this case one should not go too far in applying the symbiosis analogy  to industrial systems. Firstly, symbiotic entities like lichen can take up pollution and in that  way clean the air but they are also vulnerable to pollution and habitat changes and thus in  some  cases  not  resilient  or  flexible  enough  [19].  Furthermore,  sometimes  the  symbiotic  relationship is so intimate that the separate species cannot survive without each other [19].  This is of course a disadvantage; if an important symbiotic relationship in an eco‐industrial  park is ended, then system collapse may be the result.  

Industrial metabolism    In order to be able to identify and optimise the industrial metabolism of an (eco‐)industrial  park, there are several tools in IE that help identifying the present metabolic pathways, as  will  be  explained  in  Section  2.3.  With  these  tools,  materials  and  energy  uses  and  flows  through various systems are examined [10]. Depending on the application local, regional and  global flows are analysed in products, processes, industrial sectors and economies [10]. The  transformations of the mass and energy and dissipations of energy are also followed [7]. It is  also important to identify the economic linkages to the material and energy flows as well as  the coupling of human activities to the system [22]. Once the metabolism is identified, it has  to be understood and modified in order to dematerialise the system [22]. 


Optimisation of an industrial ecosystem includes the following aspects:  • Optimising resource use [9]   • Optimising  material  flow  and  energy  cascading  pathways  from  virgin  material  to  finished material but also in a geographical area [7]  • Designing an efficient exchange system in which exchanges of material and energy  occur [8]  • Optimising capital flows at the same time [7]  (see Section 2.1.2)    An  example  is  introducing  an  effective  infrastructure  for  waste  collection  and  separation,  which  improves  the  efficiency  of  an  eco‐industrial  park  significantly  [8].  If  this  system  is  economically viable at the same time, a truly sustainable system is developed. 

Locality and integration in the wider context  In  order  to  develop  truly  symbiotic  eco‐industrial  parks  –  i.e.  going  a  step  further  than  optimising its metabolism and closing loops – there are a few basic rules in the functioning  of  the  industrial  parks  that  should  be  adapted  to  the  ‘rules’  that  are  found  in  ecosystems.  The two most important aspects here are locality and the integration in the wider context.   Locality means that the system is adapted to the local circumstances and that local  limiting factors are respected [17]. In an ecosystem the different organisms have to fit in and  use the locally available resources, because they have no other choice [17]. In our economic  system  and  industrial  systems  these  local  circumstances  are  disregarded  and  the  limiting  factors are disrespected. Instead, resources are imported from across the globe and waste  disposal is often also located outside the industrial park where the waste is produced [17].  Using locality in eco‐industrial parks implies using local or regional resources and available  materials for both energy and material. This is ideally completely covered by using roundput,  but in reality some virgin materials are always needed. This implies that both electricity and  heat  should  be  locally  produced  with  the  locally  available  energy  sources.  Furthermore,  materials  can  be  harvested  from  locally  available  sites,  e.g.  water  from  the  nearby  river,  wood from nearby trees, and so on. As will be explained in Section 2.1.2 this principle goes  hand  in  hand  with  developing  regional  environmental  management  systems  with  the  municipality as a driving force or support system [17].   Another important aspect is the integration in the wider context, which means that the scale  of  the  industrial  activity  is  controlled  and  adapted  to  the  carrying  capacity  of  the  surrounding ecosystems [7],[12],[17]. This implies respecting the natural regeneration times  of the resources used, e.g. forest renewal times and soil regeneration times.   Applying  locality  and  adaptation  to  the  surroundings  has  the  result  that  no  eco‐industrial  park is the same, because every industrial park adapts like a chameleon to its surroundings.  However, the underlying principles on which they are based are still very similar.  

Diversity Diversity  is  partly  related  to  symbiosis:  in  nature  there  is  biodiversity,  i.e.  many  different  species  live  together  in  an  ecosystem  [12].  The  different  species  occupy  a  different  niche,  which can be seen as representatives of functions. Furthermore, there is diversity between  the different organisms of one species, diversity in interdependency and cooperation  [12].  Together  this  can  be  seen  as  the  basic  condition  for  ecosystem  survival,  because  diversity  makes the system flexible and resilient to (sudden) changes [12],[13].   The diversity metaphor applied to industrial systems requires a view on the current situation  and  what  would  be  desirable  to  change.  Currently,  the  human  economic  systems  are  also  diverse in the sense that there are many different products and company profiles. However  industrial parks are often clustered according to function; offices are often separated from  producing  companies  [12].  Chemical  industry  is  often  also  clustered  together,  but  the 


problem is smaller here, because both the resources and the (by‐)products are very diverse.  This creates opportunities for exchange of materials and utilities (see Section 2.2) [12].  To extend the possibilities for symbiosis in industrial areas, the diversity can be increased in  the  following  ways;  introduce  diversity  in  the  actors  involved,  their  interdependency  and  cooperation [12]. Furthermore the trend that product quality is becoming more important  than  quantity  of  supply  will  help  increasing  the  product  diversity  [12].  Finally,  mixing  of  functions could increase the local diversity and possibilities for closing energy and material  loops.  For  example  the  combination  of  functions  like  housing,  (urban)  farming,  industrial  production,  and  offices  creates  many  opportunities  for  nutrients  recycling  and  energy  cascading.  However, diversity is not primarily an asset but might also be a barrier for the development  of eco‐industrial parks.  Foremost, diversity implies increasing the complexity of the system  and  relations  between  the  actors.  Diversity  in  actors  means  a  diversity  of  interests,  which  forms a barrier for defining a common goal for the development of the eco‐industrial park  [12]. Furthermore, the amount of products found in the biosphere can be considered far less  diverse  –  i.e.  all  products  are  organic  –  than  the  products  in  our  technosphere  [11].  For  example there are 40,000‐100,000 different man‐made chemicals of which the largest part  cannot  be  digested  or  is  even  toxic  to  life  when  they  are  spread  in  the  environment  [23].  Moreover, products are often ‘monstrous hybrids’ of different types of materials that cannot  be easily separated and recycled in either the technosphere or ecosphere [4]. 

Gradual change  One particular aspect of natural ecosystems that is often overlooked when trying to develop  an industrial ecosystem is gradual change. A typical ecosystem takes a long time to develop  fully; it is gradually building up and growing. When it is ‘full‐grown’ it changes only gradually  over time. Other natural processes are also characterised by relatively slow time rates [12].  The evolution of species takes place over an even longer time period [12]. Species develop  by  variation  and  natural  selection,  whereby  favourable  characteristics  spread  through  the  population  [15].  This  gradual  change  enables  species  to  adapt  to  a  changing  environment  [15].  The  gradual  change  or  evolution  analogy  applied  to  the  technosphere  amounts  to  considering companies as species or organisms that want to multiply themselves, their way  of production, or their products [15]. In biological systems reproductive capacity in biological  systems  is  crucial,  and  in  the  technosphere  this  is  competitive  advantage  [13].  The  environment  in  which  selection  takes  place  is  the  economic  market,  but  selection  is  also  influenced  by  law  restrictions,  environmental  policy,  and  a  change  in  consumer  demands  [15].  This  artificial  selection  environment,  however,  sometimes  has  very  fast  time  rates.  Especially consumer  demands  may  change  rapidly  and  may  thereby  have  a  large  influence  on the system; if a certain product is for example in high demand, raw materials needed to  manufacture  the  product  can  become  increasingly  scarce  [12]1.  This  amplifies  the  ‘parasitism’  of  the  technosphere  on  the  biosphere,  thus  care  should  be  taken  that  the  natural limitations are respected, as was said before.     Because  of  the  natural  dynamics  with  slow  time  rates  present  in  the  technosphere  and  because  of  the  natural  limitations  of  the  surrounding  ecosystems,  eco‐industrial  parks  cannot  be  rapidly  developed  from  scratch  [12].  The  system  elements  that  have  to  be  developed, i.e. system diversity, include economic, social, cultural and ecological dimensions  [12].  The  ideal  ecosystem  with  optimal  energy  and  materials  use  and  recycling,  minimum  waste production, with an ‘economically viable role’ for every product will therefore not be                                                               1

The same thing may even happen in a more ‘sustainable’ society where recycling is considered as  important; a rapid increase in the recycling of a material may pose problems of efficient collection of  that material if no collection system exists yet [12].  


reached soon  [8].  This  is  proven  by  currently  existing  eco‐industrial  parks  like  the  one  in  Kalundborg in Denmark (see Section 2.2), which have developed over a long time scale using  micro steps in developing cooperation between neighbouring industries [7],[21].   From a systems perspective it is very hard to plan an industrial ecosystem; the problem is  too complex to tackle with current technology and information systems, and knowledge that  is  needed  for  the  problem  definition  is  often  absent,  for  example  information  on  the  availability  of  by‐products  and  waste  streams  [8],[21].  There  is  a  strain  between  the  engineering tools that are often used in the technosphere and the gradual – mainly cultural  – change that is needed to transform our industrial systems into organically grown industrial  ecosystems  [17].  One  important  approach  to  tackle  this  problem  is  to  build  gradually  on  existing  strengths  in  the  system  like  existing  environmental  management  practices  and  support systems or actors that play a large role in the system dynamics [12]. The reliance on  renewable  energy  sources  and  roundput  should  also  be  gradually  developed  [12].  At  the  same  time  one  should  carefully  consider  the  system  diversity  and  interdependency  of  the  different actors [12].    An  interesting  idea  related  to  gradual  change  that  can  be  used  in  architecture  is  that  of  shearing layers [24]. The idea is that the different elements in a system change at different  time‐scales;  a  building  consists  among  others  of  the  structure,  exterior  skin  (façade  and  insulation), internal services (sanitary equipment, electrical wiring), and furniture, arranged  from slow up to fast moving layers. The fast moving layers exchange only little mass, energy,  or information with the slow moving layers [24]. The layers that are close to each other can  however not be viewed in isolation, because they influence each other, and collectively act  on  the  system.  They  need  to  be  designed  so  that  they  do  not  unnecessarily  constrain  the  other layers, or in other words ‘slippage of layers’ must be allowed [24]. If for example the  internal  services  are  too  deeply  embedded  into  the  building  it  will  be  demolished  early  if  these are outdated, even if the structure is still good [24].  This idea of shearing layers can be combined with the notion of different system levels and  different types of streams in the system (see Section 2.1.2). 

2.1.2 Systems perspective and analysis  When  all  the  previous  elements  are  put  together  one  must  draw  the  conclusion  that  Industrial  Ecology  is  a  holistic  rather  than  reductionist  field  of  science:  it  regards  the  functioning  whole  of  the  system  instead  of  some  of  the  parts,  and  the  pattern  of  relationships between various industrial activities, their products, and the environment and  other systems on the globe [7]. The goal of a systems perspective and systemic analysis is to  avoid  narrow,  partial  analysis  that  can  lead  to  bad  designs  with  undesirable  consequences  [9]. For example, a process that produces a relatively large amount of waste but nonetheless  fits  very  well  into  the  system  may  be  preferable  to  a  process  that  produces  only  a  small  amount of waste that cannot be used anywhere in the system [8].   There are different elements in using a system perspective; first of all it is recognised that  both the technosphere and the ecosphere are complex systems, which has some important  consequences.  For  example,  the  different  interlocking  subsystems  create  side  effects  like  path‐dependency  and  technology  lock‐in.  Furthermore,  regarding  the  whole  system  also  means  using  different  disciplines  and  integrating  insights  from  these  different  disciplines.  The different parts of the system that work with different disciplines create different layers  in  the  system,  which  interact  in  certain  ways  with  each  other.  These  aspects  will  be  elaborated below.  


Complexity theory: path dependency and technology lock‐in  An important observation of the technosphere and biosphere as well as their sub‐systems is  that  they  do  not  behave  linearly.  The  presence  of  actors  that  learn  and  can  adapt  to  a  changing  environment,  buffers  and  feedback  loops  make  that  the  system  works  as  a  complex  non‐linear  entity  [9]. The underlying  internal  feedback  loops  are  often  hidden  for  the  (reductionist)  observer  that  is  trying  to  understand  the  system  behaviour.  The  way  in  which the inputs and outputs of individual processes are linked within the overall system are  crucial for building a closed industrial ecosystem, but the linkage can also reveal some of the  factors that drive the behaviour of the system [8],[9].  The  different  sub‐systems  are  often  so  intertwined  that  there  is  a  certain  determinism  or  path dependency present [13]; the choices that were made in the past influence what kind  of choices are left for the future. When different systems of a technology become so closely  intertwined  to  a  point  where  it  is  almost  impossible  to  introduce  a  (radically)  different  technology,  this  is  called  a  technology  lock‐in  [25].  An  example  is  our  current  car  system;  cars  drive  on  petroleum  and  diesel  derived  from  oil  refining  and  at  the  tank  stations  only  these  fuels  can  be  tanked.  If  we  want  to  switch  to  for  example  hydrogen  fuelled  cars,  we  have to change all the supporting systems to be tailored to hydrogen; hydrogen production,  distribution, and tank stations. Only if these systems are put into place, cars will be able to  drive  on  hydrogen.  It  however  takes  a  large  effort,  both  physically  –  i.e.  a  lot  of  materials  and energy need to be used – as from an institutional viewpoint – e.g. changes in the law,  social practices and customs, financial structure, etcetera.  It  is  best  to  leave  some  diversity  in  choices  in  order  to  be  able  to  further  optimise  the  systems and switch to new technologies when they are available in the future. 

Multi‐ and interdisciplinary approach   Because Industrial Ecology operates from the viewpoint of the system, multiple disciplines  are involved in analysing and designing industrial (eco)systems as well as solving problems  [7]. When the insights of different disciplines are combined a truly interdisciplinary approach  is  reached,  where  there  is  synergy  between  the  different  disciplines  and  sustainable  industrial ecosystems can be built. It is however really difficult to integrate the viewpoints of  different disciplines and there are still some obstacles that have to be cleared out of the way  [9]. Below, an overview is given of what is needed from the different disciplines and what  kinds of obstacles exist.     An  important  aspect  of  developing  eco‐industrial  parks  or  industrial  ecosystems  is  management  of  the  relations  between  the  involved  actors  [13].  The  management  of  an  industrial  system  involves  both  coordination  of  activities  and  cooperation  between  the  different  actors  on  a  variety  of  levels  [13].  The  bottom  line  is  that  the  integration  of  the  different  existing  processes  and  adaptation  towards  each  other  does  not  involve  merely  autonomous processes, but can only be reached with intentional action [13].  An  exchange  of  resources  and  utilities  between  companies  can  thus  only  take  place  when  businesses  work  together  across  the  company  borders  in  determining  what  waste  and  by‐ product  streams  exist,  and  what  the  possible  applications  of  these  streams  are  [13],[26].   Moreover,  there  is  a  need  of  coordination  of  the  activities  of  the  organisations  that  are  responsible  for  the  processes  of  integration  and  growth  of  an  eco‐industrial  park.  Coordination entails more than cooperation alone; it includes a healthy mix of competition  and cooperation between the economic actors, and a platform or steering body for the eco‐ industrial park [13].     One of the major lessons that can be learned from existing eco‐industrial parks is that the  technical  difficulties  are  of  minor  importance  and  that  most  can  be  overcome  with  simple 


solutions [15]. The social process, however, is where the majority of obstacles can be found;  for example in the company culture and public attitudes, trust and confidentiality issues, and  different forms of management used among different actors [8],[15]. Other obstacles can be  found  in  inflexibility  of  (environmental)  legislation  and  regulation,  and  liability  risks  and  contractual  implications  [8],[15].  Furthermore,  there  is  often  no  existing  dependency  between  actors  in  industrial  districts,  and  therefore  there  is  not  a  ‘network’  on  which  an  industrial ecosystem can be built [13].   The need for community building and social infrastructure can be fulfilled with institutions  as steering body, often named ‘support system’, ‘symbiosis institute’, or ‘anchor tenant’ in IE  terminology  [12],[27].  In  geographical  areas  with  industrial  parks  there  are  often  already  authoritative coordination institutions available, for example regional and local governments  and/or  industrial  organisations  [13].  These  institutions  can  stimulate  cooperation  between  the corporations in several ways [12],[13]. The symbiosis institute may for example provide  a platform where data regarding the material and energy flows of the actors in the region is  gathered,  analysed,  and  exchanged  [12],[27].  Furthermore,  the  symbiosis  institute  may  develop  an  environmental  policy  in  cooperation  with  the  companies  where  also  economic  and social policy objectives and goals are included [12],[27]. Finally, educational services are  desired,  because  the  diversity  in  the  stakeholders  also  requires  a  new  form  of  learning,  namely  ‘network  learning’  or  ‘multi‐loop  learning  processes’  that  emphasises  the  importance  of  community  learning  and  knowledge  sharing  [12],[15],[27].  This  multi‐loop  learning  will  also  help  in  developing  trust,  transparency  and  confidence  among  the  stakeholders [15].   The conclusion from the above is that it ‘takes a system to change a system’ [15], and the  trick is to develop one that is adequate enough for building a well‐functioning eco‐industrial  park.    The application of industrial ecology not only has managerial and legal implications, but also  economic  implications.  Because  the  transition  to  an  eco‐industrial  park  needs  intentional  action, economic incentives – for example gradually increasing taxation on fossil fuels – are  probably needed to support the transformation [12]. Furthermore, the concept of roundput  has also implications for the value chain of a product, which should be approached form a  circular  viewpoint  [12].  This  has  economic  benefits  like  the  profitable  conversion  of  by‐ products and wastes to valuable resources, and reducing operating costs because of shared  utilities [26]. 

Levels and layers in the system   In order to keep a structured, systemic overview of the system and define areas of potential  action in an easier way, industrial ecology is often thought of as operating at different levels,  or a hierarchy of layers [7],[9]. There are three main layers in a general technosphere system  [28];   1. The physical layer  2. The information layer  3. The strategic layer    The  physical  level  contains  all  material  and  energy  streams,  as  well  as  traffic  of  cars  and  trucks, and the buildings present in an industrial park or geographical area. The information  layer  includes  the  different  types  of  information  that  are  used  in  short‐term  economic  decisions,  and  drives  exchange  of  feedstock,  products,  utilities  and  services  [28].  The  strategic layer includes all private and public stakeholders that decide on and influence the  structure of the network [28].  


In this report the three main layers were divided into a  number of sub‐layers (see Table 2  below) to be considered as was explained in the introductory chapter. Only those sub‐layers  in the physical layer that were elaborated in detail in the two case studies are shown in the  table,  but  of  course  many  different  materials  exist  that  are  part  of  the  physical  layer.  The  physical layer is quite straightforward and contains a large part of the physical world as we  know it; however two sub‐layers require some explanation.   Money  is  considered  here  as  part  of  the  information  layer  instead  of  the  physical  layer;  although the fact that money has its physical representatives in the form of bank notes and  coins, its role in the technosphere is often one of information or an exchange medium based  on  trust.  The  price  of  a  product  or  service  gives  us  information  on  how  valuable  it  is  regarded in society. Furthermore, the finances of a company give a lot of information about  the internal strength (e.g. profitability) but also about the surrounding market (e.g. financial  crises, economic climate).  Finally, nature is considered as part of the strategic layer. In general, flora and fauna are not  very consciously acting on their environment and planning ahead, but they are actors in the  system and their actions can have influences on the system.     Table 2 Sub‐levels of the three main types of layers in industrial (eco)systems. 

Physical layer  Material    (e.g. paper, CO2)  Food  Water  Energy  Traffic  Built environment 

Information layer  Policy 

Strategic layer  Nature 

Money (Company) culture  Knowledge     

Users Labour       

As was said before, the notion of shearing layers can be combined with the sub‐levels that  are mentioned in Table 2. It is then recognised that the sub‐layer of the built environment  itself consists of a lower level hierarchy of shifting layers, thus sub‐sub‐layers. Together all  the  small‐scale  elements  in  the  sub‐sub‐layers  are  nested  within  each  other,  i.e.  they  influence  each  other  like  cogs  in  a  gear,  and  form  the  sub‐layers.  The  sub‐layers  are  also  nested  into  the  layers,  and  the  same  counts  for  the  layers  as  a  part  of  the  total  system.  Hence a complex system that operates at different hierarchies is formed. 

2.2 Examples of eco‐industrial parks  In this section several examples of eco‐industrial parks (EIPs) will be described. In these EIPs  different  roundput  schemes  exist,  but  the  elements  included  are  often  utility  sharing  and  reuse of waste and other effluents [13]. As we will see below, only few operational EIPs exist  and  planning  and  implementing  an  EIP  is  harder  in  practice  than  in  theory;  the  EIPs  have  evolved over the past decades of cooperation between the actors [12]. 

2.2.1 Kalundborg – Denmark  The eco‐industrial park EIP in Kalundborg, Denmark (see Figure 2.3 below) is the most well‐ known and celebrated example of an EIP that applies exchange of waste and by‐products.  The  figure  below  shows  a  scheme  of  the  most  important  players  in  the  system,  while  Appendix A1 contains an overview of the development of Kalundborg over time.  As can be seen from the figure, the coal‐fired powerplant, the Asnæs power station, which  was already commissioned in 1959, is one of the central players in the eco‐industrial park.  The other central actors in the scheme are the Statoil refinery, the pharmaceutical factory of  Novo  Nordisk,  and  the  wallboard  factory  of  Gyproc  [29].  The  symbiosis  has  developed   


gradually since  the  1970s  as  the  result  of  the  oil  crisis  of  1973  and  stricter  environmental  regulations, and is in ongoing development (see Table 3 below). 

Figure 2.3 Scheme of the roundput of energy and material in Kalundborg, Denmark [30]. 

Table 3 Timeline of the establishment of the symbiotic links in Kalundborg [29],[30],[31]. 

Year 1972  1976  1979  1981  1982  1987  1989  1990  1992  1993 

Event Gas  that  used  to  be  flared  goes  from  the  Statoil  refinery  to  Gyproc  as  energy  source  Novo Nordisk starts delivery of nitrogen rich process sludge as fertiliser to farmers   The Asnæs power station supplies fly ash to cement producers in the region  The power station starts providing district heating for municipality of Kalundborg  The power station starts to deliver process steam to Statoil and Novo Nordisk after  construction of pipelines  The Statoil refinery provides cooling water for the boilers of the power station  The power station also provides waste heat to fish farms that produce 250 tonnes  of fish every year  The  refinery  starts  the  delivery  of  hot,  liquid  sulphur  to  a  sulphuric  acid  plant  in  Jutland, a by‐product of the desulphurisation of oil required by new regulations   The refinery starts providing flue gas to the power station  The  power  station  starts  delivery  of  gypsum  (calcium  sulphate)  to  Gyproc  after  installing a scrubber that reacts sulphur with calcium hydroxide 

The symbiosis links have had a major impact on the material and energy use of the region.  The  sludge  from  Novo  Nordisk  is  a  major  by‐product  of  the  fermentation  processes  for  enzyme  and  insulin  production.  Currently  over  1000  regional  farmers  use  the  sludge  produced  every  day,  around  3000  cubic  meters.  The  delivery  of  district  heating  that  was  started  in  1981  increases  the  efficiency  of  the  coal  fired  power  plant  from  around  40%  to  over 90% and provides for all the heat demand in the Kalundborg municipality. Furthermore,  the  process  steam  from  the  power  station  provides  for  at  least  40%  of  the  steam  requirements  of  statoil  for  heating  pipes  and  tanks  (140,000  tons  per  year),  and  all  the  steam requirements of Novo Nordisk (215,000 tons per year), which uses it for both a heat  and pressure source and carrier for the sludge. This reduces the amount of warm water that 


is discharged in a nearby fjord. The cooling water from the refinery to the power station is  more than 700,000 cubic meters per year, which reduces the fresh water intake from lake  Tissø, a very scarce water source, by almost 75%. Finally, the power plant delivers 200,000  tons of gypsum annually, which is two thirds of the yearly need of Gyproc [29],[30].  The symbiosis is still ongoing and currently includes a water basin and water treatment plant  that  allows  water  to  be  used  several  times  by  both  the  municipality  and  the  companies  before  it  is  discarded  [31].  It  uses  excess  heat  from  the  power  plant  to  sterilise  the  water  [31]. Sludge from the fish farms is also sold as fertiliser [29] and by‐products of the insulin  production at Novo Nordisk are also sold as pig food for 800,000 pigs [30],[31]. Furthermore,  a bio‐ethanol plant was built in 2008 next to the power plant that operates on straw from  the surrounding farmland and also uses some of the excess heat of the power plant [31].     There  is  only  one  large  disadvantage  of  Kalundborg;  its  heavy  reliance  on  fossil  fuels  from  outside  the  system.  This  is  because  a  coal‐fired  power  plant  is  one  of  the  central  players  [32].  Although  a  coal‐fired  power  plant  has  many  useful  by‐products  like  flue  gas  and  gypsum, the fuel and carbon dioxide exhaust are unsustainable [32].  

2.2.2 Other eco‐industrial parks  Another fine example of an EIP is located in the province of Styria in Austria [32]. It is also a  self‐evolved  industrial  recycling  network  like  Kalundborg.  Its  area  is  much  bigger  than  Kalundborg,  and  the  exchange  network  is  somewhat  more  complex,  as  can  be  seen  from  Appendix  A2.  The  actors  involved  are  also  more  diverse;  industries  that  are  included  are  agriculture,  food  processing,  plastics,  fabrics,  paper,  energy,  metal  processing,  woodworking,  building  materials,  and  a  variety  of  waste  processors  and  dealers  [32],[33].  The flows among the actors constitute of paper, gypsum, iron scrap, used oil, tires, etcetera.  In some cases the by‐products are less expensive or of higher quality than primary materials,  and  this  can  be  considered  the  main  economic  driver  that  helped  developing  the  system  [32].  In Finland in the Uimaharju area there is another interesting eco‐industrial park that already  developed  from  the  late  1960s  [32].  It  is  an  industrial  area  that  is  mainly  based  on  wood  processing industries, like a sawmill and pulp mill and it also includes a combined heat and  power  (CHP)  plant,  a  gas  plant,  and  in  recent  years  some  waste  treatment  plants  were  added.  The  roundput  of  flows  in  the  currently  operative  system  are  waste  heat,  steam,  power (electricity), wood chips, bark, ahs, and pulping chemicals.     The previous examples of EIPs developed over a long period of time – usually over 30 years –  but  there  is  now  a  trend  to  more  planned  EIPs  of  which  the  INES  project  (which  was  renamed the R3 project in 2003) in the Rotterdam harbour area is a good example [32],[34].  The  Europoort/Botlek  interests  in  industry  association  implemented  it,  and  it  includes  a  partnership with 80 industrial members of which more than thirty chemical manufacturing  companies and four refineries. The Rotterdam Municipal Port Management (RMPM) is also a  big player involved, because it manages half of the area. There is a decision‐making platform  that includes representatives of the different actors in order to evaluate and plan the next  steps  in  the  process.  The  INES  project  was  started  in  1994  and  since  then  several  projects  were  developed  [34];  it  started  with  utility  sharing  of  a  joint  compressed  air  system  and  waste heat, and subsequently joint treatment of wastewater and bio sludge was installed. In  2004 an agreement for district heating was made which supplied heat to 3000 households.  Furthermore,  heat  and  CO2  from  one  of  the  refineries  is  sent  to  400  greenhouses  through  existing pipelines [32],[34]. In Finland, in Rantasalmi, also some efforts are done to design an  eco‐industrial park, and some more initiatives around the globe exist, but these parks don’t  function as an EIP yet [32].  


In general, one can conclude that successful EIPs developed a symbiosis scheme in decades  on a voluntary basis, in places where both mental and physical distances were short and real  opportunities  for  exchange  of  by‐products  and  waste  were  available  [7].  Furthermore,  the  individual  agreements  between  the  industries  are  based  on  commercially  sound  principles  [7]. Another striking feature of the operational EIPs is that the initial symbiotic links that are  made  tend  to  involve  only  the  sale  of  waste  and  by‐products  without  any  significant  pre‐ treatment [29]. After a certain period, when confidence exists that in the longer term more  business opportunities come up, the existing links are updated or new links are installed that  involve  extra  process  units,  which  use  pollution  control  technologies.  These  links  alter  the  processes  and  disposal  practices,  as  well  as  the  quality  (purity)  of  the  streams  that  are  exchanged [29]. In the following section, these extra process units will be called ‘cyclifiers’,  and their intermediary role is often necessary to improve the functioning of the EIP. 

2.3 Industrial Ecology analysis tools and design rules  Industrial Ecology has a strong basis in analysis tools, but also consists of design strategies  and  implementation  [9],[15].  The  goal  of  this  section  is  to  provide  a  design  tool  for  eco‐ industrial areas in the built environment. Design is defined as a “conscious explicit activity to  establish  new  forms  of  technologies,  organisational  (institutional)  structures,  human  competence (education), or rules (laws) such that social activities become more effective in  achieving the desired state that the current structures fail to produce” [22].   But  before  a  design  can  be  made,  the  problem  has  to  be  analysed  and  there  are  a  few  special analysis tools in Industrial Ecology that will be explained first.  

2.3.1 Analysis tools  There are many analysis tools in IE, but only a few will be explained in detail because they  are  useful  for  industrial  ecology  in  the  (urban)  built  environment  and  geographical  areas.  The  most  important  aspect  of  the  analysis  tools,  that  stands  out  from  analysis  tools  in  different fields is the emphasis on a life‐cycle perspective and systems analysis [9],[15].    There are two types of analysis tools in IE; firstly, tools that are focused on the product, its  life  cycle  and  the  product  chain,  and  secondly,  tools  that  are  focused  on  analysing  the  system  metabolism  and  flows  in  the  system.  Mainly  the  second  type  of  analysis  tool  is  interesting for the development of eco‐industrial parks in the built environment.  The product life cycle focused analysis tools are LCA (life cycle analysis) and product chain  analysis [7],[9]. These tools are slightly different; in product chain analysis the environmental  impact along the value chain of a product is analysed, while LCA also includes the discarding  of  the  product  after  its  use.  For  every  step,  from  extraction  of  the  resources  to  the  discarding method, the different options are analysed and scored according to the burden to  the  environment.  The  development  of  these  product  analysis  tools  led  to  new  design  strategies,  namely  DfE  (design  for  the  environment)  and  LCD  (life  cycle  design),  which  incorporate environmental considerations into the product based on the outcome of a life  cycle analysis; i.e. one tries to reduce the environmental impact of a product, especially at  those places in the life cycle where the largest impact on the environment was found. Also,  optimal  strategies  for  extraction,  production  and  use  that  are  the  least  harmful  for  the  environment are found [7],[9],[10]. Another solution is extended producer responsibility or  ‘product stewardship’ [10], in which the producer takes responsibility for a larger part of the  product life cycle, for example by taking back the product after use for recycling.  The second type of analysis tools is related to systems modelling, which is able to illustrate  how  the  different  factors  that  influence  of  the  behaviour  of  the  system  being  studied  interact  with  each  other  [9].  The  two  most  widely  used  tools  are  MFA  (material  flow  analysis)  and  SFA  (substance  flow  analysis)  [7],[35].  MFA  is  concerned  with  the  analysis  of   


materials metabolism in a certain system [35], i.e. the in and outflow of different types of  materials, as well as their conversion and accumulation inside the system. The system itself  is often considered as a black box and then bulk‐MFA is used, which shows the total material  flow into and out of the defined system, but no detailed streams inside the system [35]. SFA  is  similar  to  MFA,  but  only  the  metabolism  of  one  compound  (e.g.  lead)  or  a  group  of  products (e.g. plastic packaging) in a system is followed [35].   A  complete  MFA  study  will  generate  a  complete  picture  of  inflows,  outflows,  and  possible  accumulations  of  materials  in  the  system.  It  can  also  uncover  potential  problems  with  logistics  of  flows,  and  hidden  flows  that  do  not  ‘enter’  our  economy  but  are  nonetheless  associated with resource extraction and use – for example erosion or mining waste [35].  There are several steps in an MFA study. The first step involves defining the problem along  the  space,  time  and  scope  dimension.  In  the  space  dimension  the  system  boundary  is  defined, and in the scope dimension the materials, process flows and actors to be studied  are defined [35]. Although defining the system may seem trivial, in IE the effect of changing  the system boundaries will have a profound effect on the outcome of the system analysis.  The next step is modelling the system, which is simple bookkeeping of the flows  [35]. It is  however still a challenge to find appropriate statistical data sources and to modify the data  from  data  source  to  final  use  with  conversions  from  raw  material  to  product  in  between  [35]. In order to track the internal flows from the different elements of the system, the use  of input‐output modelling would be useful, but as was said before, most of the time bulk‐ MFA is used [35].  

2.3.2 Design rules  Throughout the previous sections several design rules or guidelines that can be considered  part of a design sequence were interwoven in the text.   These  design  rules  and  guidelines  will  now  be  integrated  into  one  design  sequence  and  shaped to fit the assignment of applying industrial ecology in the urban environment.   However, first it must be mentioned that some sources in literature stress that it is difficult  to create some universal ‘design principles’ for ‘regional industrial ecosystem management’,  because gradual change and ‘self‐organisation’ is very important in the system and it should  grow  instead  of  being  designed  [12].  Furthermore,  every  industrial  area  is  different,  thus  universal design principles may be non‐existent [12].   There is however a framework needed for “guiding the designer’s hand” and there is need of  a process with which the new design becomes embedded in the system [22]. There is also a  reason  why  some  industrial  systems  became  successful  eco‐industrial  parks  while  others  where  only  able  to  integrate  a  few  of  the  activities  sustainably;  there  are  some  success  factors or prerequisites and the trick is to find a design sequence that uncovers the potential  of the system studied and provides tools to start up the things that are needed and currently  lacking.  And  even  though  every  system  is  different,  there  are  common  characteristics  like  the kind of streams found in the system and it might be that there are common strategies  for loop closing of similar streams.    Therefore  the  following  design  sequence  is  proposed,  based  on  the  previous  text  and  common sense:  1. Define the system boundaries  2. Analyse the system (use one or more IE analysis tools if possible)  3. Find cyclifiers that connect streams of different sub‐layers of the physical layer   4. Close the loops at all sub‐layers of the physical layer  5. Move on to the next level and repeat step 2 to 4 (iterative process)  6. Integrate the complete design 


So the first step in the design sequence is to define the system and its boundaries. The best  way to start is making diagrams of the system with boxes and arrows in a consistent way and  to decide what is in the system and what is out [15]. It is good at this point to think about  what  the  main  processes  and  most  important  flows  in  the  system  are  and  what  kind  of  subsystems exist in the system [15].   The  second  step  is  to  analyse  the  system  that  has  just  been  drawn.  Regarding  the  assignment and its purpose, it would be ideal to combine bulk‐MFA and simple input‐output  models  of  the  subsystems  in  order  to  get  a  complete  picture  of  the  metabolism  of  the  system and also inside the system. The complete metabolism may reveal which functions in  the  system  are  currently  lacking,  e.g.  high  food  imports  points  to  a  lacking  food  producer.  Furthermore  locality  should  be  regarded  with  analysis  of  the  local  circumstances,  like  the  availability  and  presence  of  certain  materials  or  energy,  policy  constraints,  and  expected  (global)  trends  for  the  future.  The  scope  is  also  somewhat  broadened  to  include  regional  possibilities  for  sinks  and  sources  of  streams,  besides  the  local  streams.  So  in  the  analysis  step  information  about  the  physical  layer  of  the  system  is  gathered,  i.e.  streams  of  food,  water, energy, and other materials as well as traffic and the state of the built environment.  The next step is to find cyclifiers that connect streams of different sub‐layers at the local  or  regional  level.  Cyclifiers  are  catalytic  entities  that  enable  loop  closing  and  may  be  compared  to  representatives  for  certain  functions  in  an  (industrial)  ecosystem.  A  cyclifier  may be as simple as a heat storage unit that stores surplus of (waste) heat at one moment in  time that can be used at another moment, or as complicated as a complete chemical factory  that  uses  plastic  waste  for  the  production  of  new  plastic  products.  The  cyclifier  may  also  operate  at  one  sub‐layer,  like  the  example  of  the  heat  storage  unit,  but  often  it  connects  streams  at  different  sub‐layers  because  the  output  (“waste”)  of  the  cyclifier  may  also  be  used in the system. For example, a plastics recycling company produces not only new plastic  products but also waste heat from the process and probably also some other by‐products.  When  cyclifiers  are  sought  it  is  good  to  keep  in  mind  the  “Ladder  of  Lansink”,  which  indicates the most optimal use of waste material to the least desirable disposal method [15]:  • Re‐use of the product (glass milk bottles)  • Re‐use of components of a product (car parts)  • Recycling of the material (paper, glass, plastic)  • Incineration with energy recovery (combustible waste)  • Landfill (non‐combustible waste)  The locality of the system may however overrule the Ladder of Lansink; if incineration with  energy  recovery  fits  better  in  the  system  than  recycling  of  the  material  and  fulfils  a  local  need it should be done to improve the efficiency of the complete system. Landfill should still  be avoided at all time because it is accompanied with loss of material and energy.     The fourth step is to close the loops at all sub‐layers of the physical layer with the different  cyclifiers.  The  most  important  goals  of  the  cyclifiers  are  optimising  resource  use  and  optimise  the  metabolic  pathways  (flows)  of  the  different  flows.  Because  there  are  several  ways in which the loops can be closed, this step involves finding the different possibilities for  the  loop  closing  and  the  implications  for  the  effectiveness  of  the  system.  For  example,  energy may be cascaded in different ways; waste heat may first be stored in a buffer system  and  from  there  be  distributed  among  the  different  elements  in  the  system,  or  it  may  be  distributed first and after passing all elements in the system the waste heat that is left can  be  stored  in  a  smaller  heat  buffer.  The  preferred  sequence  depends  on  the  demands  and  needs of the system and the energy losses at each step.    Because IE does not only involve the physical layer, steps 2 to 4 should be repeated for the  information layer and if possible also for the strategic layer (step 5 in the design sequence). 


After analysis  of  these  layers,  cyclifiers  that  connect  the  sub‐layers  should  be  found.  One  important cyclifier for the information layer is the previously mentioned anchor tenant that  bundles streams of information and provides a platform for the development of new policies  and cooperation between the different actors.   Furthermore, the economic part is very important and a driving force for the development  of  the  eco‐industrial  park  [7].  This  implies  for  example  that  cyclifiers  on  the  physical  level  should focus on transforming current waste streams that have a negative value, i.e. people  have to pay to get rid of them, into something that has a positive value. An example is using  the nutrients in the sewage wastewater for growing crops. Hence, the best physical cyclifiers  are  cyclifiers  that  also  affect  the  higher  information  and  strategic  levels  in  a  positive  way.  Therefore  the  design  sequence  is  also  an  iterative  process  where  steps  2  to  5  are  walked  through  several  times  in  order  to  optimise  the  system  at  the  different  levels  and  also  to  learn  more  about  the  behaviour  of  the  system  (of  interlocking  and  nested  cycles)  if  some  elements are changed.    The final step is to integrate the complete design; it includes the complete picture for the  system  with  all  the  cyclifiers,  but  more  importantly  a  timeline  of  how  the  system  changes  over  time.  Questions  that  should  be  answered  at  this  point  are:  When  to  introduce  which  cyclifiers? Is there a lag effect for introducing a cyclifier (e.g. how long does it cost to build a  heat storage system)? Is it desirable to change the connectivity of the loops over time? What  reasons  are  there  to  change  the  connectivity?  What  happens  if  cyclifiers  or  certain  actors  disappear? How robust is the system?  The integrated design is not an exact blueprint that should be followed up but it is more a  source of inspiration of the future, or a scenario of a desired future vision. The cyclifiers that  were  found  are  a  guiding  principle  and  point  to  places  where  one  can  intervene  in  the  system as well as start with looping of the different flows.     Besides  the  design  sequence,  there  are  also  some  common  goals  or  directions  for  improvement  that  may  be  used  as  guiding  principles  (the  Ladder  of  Lansink  was  already  mentioned before) [7],[12],[15],[29]:   • Use solar energy instead of fossil energy  • Find the right loops for material cycles  o Use of CO2 as a resource for processes when fossil energy is used  o Looking for the right material sinks   • Use biotechnology (micro‐organisms in chemical processes)  o Use of bio‐based energy  o Use of biological processes for industrial degradation processes (e.g. sewage  treatment processes)  o Use of biobased and biodegradable materials for construction, clothing  • Facilitate  effective  communication  between  participants  to  reduce  the  mental  distances  and  increase  mutual  management  understanding  and  co‐operative  commitment  • Build gradually on existing strengths 



3 Case‐study de Goudse Poort in Gouda  The  first  case‐study  to  which  the  industrial  ecology  design  sequence  will  be  applied  is  “de  Goudse  Poort”  in  Gouda,  a  business  park  that  has  many  of  the  common  problems  of  the  older  business  parks  in  the  Netherlands;  a  revitalisation  is  desired  because  of  the  high  percentage  of  empty  office  buildings.  Therefore  the  regional  architecture  centre  of  Gouda  (GRAP, Gouds Regionaal ArchitectuurPlatform) organised a competition where ideas for the  revitalisation could be generated.    In Section 3.1 some background information on de Goudse Poort and this competition will  be presented. The rest of the chapter will follow the IE design sequence that was presented  in  the  previous  chapter;  i.e.,  defining  the  system  boundaries  and  analysing  the  system  (Section 3.2), finding cyclifiers at the different levels and closing the loops (Section 3.3), and  finally coming up with an integrated design (Section 3.4). 

3.1 Background information  In the past years many new business parks have been built in the Netherlands; the growth of  land  use  for  these  parks  has  even  grown  much  faster  than  the  land  use  for  housing  [36].  Between  1996  and  2000  the  total  area  occupied  with  business  parks  increased  with  20%  (9000  ha)  [37],  while  it  doubled  in  the  pas  20  years  from  45000  to  97000  ha  [38].  On  the  other hand, in many older business parks a part of the office buildings is empty, sometimes  up  to  35%  of  the  buildings  [37].  This  is  partly  due  to  the  changing  demands  in  company  housing regarding space, spatial arrangement and image of the buildings. Many companies  move  from  old  areas  to  newer  areas  and  leave  a  building  behind  that  is  old  and  poorly  usable by other companies [37]. Another problem is that the use of space in business parks  is often inefficient, e.g. many office buildings are only two or three stories high [39].  Awareness is developing that this is not the way to go and that there is still enough potential  on existing business parks; with some investments the old buildings can keep their function  and economic value for a longer time [36],[40]. The Goudse Poort (see Figure 3.1) has the  same  problems  with  unoccupied  buildings  as  many  of  the  Dutch  business  parks  [41];  furthermore,  there  is  no  common  parking,  difficult  accessibility  to  the  park  (via  a  gas  tank  station) and no consistency in the public space, i.e. there is no apparent design behind it and  companies do not work together to improve the quality of it.   


Figure 3.1  Plan  of  the  Goudse  Poort.  At  the  left  a  picture  showing  the  buildings  that  should  be  maintained  (in  grey)  and  the  ones  that  should  be  transformed  (green).  At  the  right  a  google  maps  picture that also shows the boundaries of the business park (black line) [42],[43]. 


The Goudse Poort was developed in the 1970s [44], when it was qualitatively one of the best  business  parks  in  the  Netherlands,  also  because  of  its  strategic  location  between  the  A12  highway, which is one of the most important highways in the Netherlands and the Gouwe  River.  The  accessibility  by  railway  was  also  optimal  [44].  In  1999,  however,  it  was  acknowledged that a revitalisation plan was necessary in order to be able to catch up with  the other business parks in the Netherlands. The municipality of Gouda developed a vision  with  the  desired  development  of  the  Goudse  Poort  that  ranges  until  2010.  In  2001  the  umbrella organisation of the Goudse Poort (Belangenvereniging Goudse Poort) was started,  which  represents  the  interests  of  the  companies  present.  Together  with  the  municipality  they formed ‘Stuurgroep Goudse Poort’ in 2002, which takes decisions for the revitalisation  project [44]. In 2003 an urban design vision was developed, and a vision for the extensive  green  at  the  business  park.  This  led  to  setting  up  park  management  for  the  Goudse  Poort  that takes care of maintenance, traffic management, safety and the extensive green at the  Goudse Poort in 2007. This management also offers collective services and products. Until  2008, a shuttle bus service ‘de Goudse Poort Expresse’ between Gouda central station and  the Goudse Poort was operational (it is not clear if this is continued), and a few roads have  been  redeveloped  and  rearranged  in  2007  [44].  An  atmosphere  impression  of  what  the  Goudse Poort currently looks like is included below (see Figure 3.2).   

Figure 3.2 Atmosphere impression of the Goudse Poort at street level (below) and view on the roofs.  At the right side of the picture the Goudse Poort gebouw can be seen, which is the green T‐shaped  building in the left plan of the previous figure.  

Despite all these measures to make the Goudse Poort more attractive, still on average 30%  of  the  offices  is  currently  empty  [42].  Therefore  the  goal  of  the  GRAP  competition  was  to  come  up  with  ideas  to  transform  the  Goudse  Poort  to  an  urban  area  with  high‐quality  modern  office  buildings  possibly  in  combination  with  housing,  shopping,  and  other  leisure  facilities [41]. The result should be an integral approach and future vision for 2030, with an  increased  quality  of  the  public  space  and  economic  value  of  the  business  park,  which  facilitates a transformation in the future [41]. The design should tackle all current problems  with  the  empty  and  old  office  buildings,  parking  problems,  accessibility,  public  space  and  diverse ownership of the buildings. The design should include sustainability (mainly focused  on a minimum energy need for buildings), multifunctionality, and a new arrangement of the  public space [41]. The current road structure should however be maintained. 


3.2 System boundaries and system analysis  3.2.1 System boundaries and system diagram  The  first  step  in  the  IE  design  sequence  is  to  define  the  system  boundaries  and  draw  a  diagram of the system. The system boundaries were chosen to be the physical boundaries of  the  business  park  as  shown  with  the  black  line  at  the  right  side  of  Figure  3.1.  The  system  boundaries  include  270  different  companies  with  a  total  of  around  7000  people  that  currently work there [42],[44]. A list of a large part of the companies is shown in Appendix B.  Furthermore, the system boundaries include the ditches and extensive green that are part of  the business park, but excludes the Gouwe River and the highway with surrounding green.  First a schematic drawing of the system and the most important elements was drawn (see  Figure 3.3).     Figure  3.3  Schematic  drawing  of  the current system and the most  important sub‐systems. The black  dotted  lines  indicate  the  system  boundaries.  The  green  flows  are  organic flows of food and organic  waste.  The  red  lines  indicate  energy  flows,  the  blue  lines  water,  and  the  black  lines  resources or sewage sludge.  

              The main elements in the system are of course the office buildings and other buildings for  the companies (e.g. storage facilities, garage, a hotel, etc.). During the case‐study the focus  was on the potential of using organic waste on‐site and there was no time left to research  the  potential  of  the  other  (inorganic)  waste.  Therefore  the  most  important  other  sub‐ systems were considered to be the sewage system, which contains a lot of nutrients that are  currently not utilised but just sent to the wastewater treatment plant in the region. Another  important  source  of  organic  waste  is  the  presence  of  a  waste  storage  centre  of  the  waste  company  Cyclus  on  the  area.  The  centre  is  just  for  temporarily  storing  all  types  of  waste  (glass, organic waste, metals, mixed rest waste) from the Gouda region and then sending it  towards  a  waste  incineration  plant  or  recycling  plant  [45].  Thus  large  amounts  of  among  others  organic  waste  are  temporarily  brought  into  the  system  and  nothing  is  done  with  it  locally.    The  schematic  drawing  might  be  hard  to  read  because  of  the  high  abstraction  of  the  elements  in  the  system,  and  therefore  a  more  iconographic  representation  will  be  used  in  this chapter, which is shown in Figure 3.4. The sub‐systems (the offices, sewage system, and  Cyclus  waste  station)  are  replaced  with  icons,  as  well  as  the  labels  of  the  streams.  Furthermore,  the  boundary  of  the  system  is  drawn  more  clearly,  i.e.  in  the  shape  of  the  Goudse Poort area, which is in total approximately 63 ha [42].  


Figure 3.4  Iconographic  scheme  of  the  system,  with  the system boundaries in the  shape  of  the  area.  The  food  stream  is  split  into  meat  products  and  other  products  because  of  the  differences  in  productivity and land use per  hectare  (pasture  versus  farmland).  


3.2.2 System analysis: locality  Before the system metabolism could be properly analysed, insight in the local circumstances  on both the physical level and information/strategic level is required. The list of the different  companies was analysed and some of these companies were interviewed in order to find out  how much and which types of waste they produce and which kind of resources they use.   The following types of companies are represented in the Goudse Poort: offices (34% of the  area, representing 76% of the companies), industry (45% of the area), public utility (14% of  the area), retail (4% of the area), and horeca (3% of the area) [42]. Mainly industry and retail  companies were interviewed (see the marked companies in Appendix B). They were chosen  for  interviews  because  of  the  potential  large  waste  streams  or  interesting  functions  they  could provide inside the system. For example, a company specialised in cleansing buildings  was interviewed, as well a company with expertise in gas mixing, and large retail companies  like Gamma and CarpetRight.  However, not much usable information was found in this way:  it  turned  out  that  many  companies  produced  large  amounts  of  common  wastes  like  cardboard  and  plastic  packaging.  Furthermore,  the  garages  that  were  interviewed  also  produced oil and cooling fluid as waste, but only in small amounts. Therefore it was decided  to focus more on the common types of wastes that every company produces or streams that  are brought into the system in large amounts. The focus was mainly on food and food waste,  water, and energy. There was unfortunately not enough time left to also include the large  amounts of plastic waste found in the system.   Focusing  on  food,  water,  and  energy,  some  companies  were  identified  that  might  have  potential  as  cyclifier  (host)  or  waste/energy  collector  or  producer.  These  companies  are  shown in Table 4, where also the type of layer or cycle they could contribute is mentioned.  The waste collection company Cyclus was already mentioned before and it was in the design  phase  considered  as  one  of  the  most  important  sources  of  organic  waste,  because  the  company  collects  waste  of  400,000  households  in  the  region  around  Gouda  (from  13  different  municipalities)  [45].  This  waste  is  either  brought  to  the  collection  station  in  the  Goudse  Poort  or  to  the  second  collection  station  somewhere  else.  The  other  general  streams that are locally available are also shown in Figure 3.4.   When the scope is broadened to the surrounding region of the Goudse Poort, some other  possibilities  for  sinks  and  sources  of  streams  turn  up;  to  the  north  of  the  Goudse  Poort, 


across the  A12  highway,  agriculture  is  present  (see  Figure  3.1  and  Figure  3.5).  The  agriculture  includes  a  farm  with  a  large  pile  of  manure,  grassland,  and  greenhouses.  The  grassland and greenhouses could be a source of food, and because the greenhouses heat up  during the day and need a lot of heat, a link with an energy system could also be possible.  Finally, the atmosphere in the greenhouses is often artificially enriched with carbon dioxide  (CO2) for increased plant growth, which comes from burning gas [46]. Thus the greenhouses  might also be a destination for CO2 that is produced in the Goudse Poort.    Table 4 Different companies with potential as cyclifier or provider of useful waste.  

Company name  Cyclus 

Sector Waste collection 

Technogas Gas station 

Retail – Measurement  installations for gas, mixing  gases  Retail – Gasoline, LPG 

Campanile Hotel  McDonalds 

Horeca – Hotel  Horeca – Fastfood restaurant 

Time Out Snackcar  Horeca – Snackbar  Multivastgoed  Administration – Project  development 

Potential Provides  organic  waste  (food  and/or energy cycle)  Know‐how  on  gas  systems  (energy cycle)  Know‐how  on  gas  storage  (energy cycle)  Food preparation (food cycle)  Provides fat waste (food and/or  energy cycle)  Food preparation (food cycle)  Know‐how  on  project  development  (information  layer  and strategic layer) 

Beyond  the  physical  layer,  in  the  information  and  strategic  layer,  the  local  availability  of  project  development  company  Multivastgoed  is  promising,  because  it  has  know‐how  on  project  development.  Because  the  transformation  of  the  Goudse  Poort  may  involve  many  small  scale  and  larger  scale  projects,  such  know‐how  is  needed.  There  are  also  two  companies with know‐how on gas systems and gas storage, which might help in setting up a  local  energy  cascading  system.  Furthermore,  the  Belangenvereniging  Goudse  Poort,  Stuurgroep  Goudse  Poort,  and  the  Park  Management  could  also  play  a  role  in  the  revitalisation of the Goudse Poort, especially for the development of new policies that help  the symbiosis links form and develop.   An important aspect in the strategic layer  is  the  future  vision  for  the  Goudse  Poort  that  ranges  until  2010.    Sustainable  energy is central to this vision and one of  the  most  important  aspects  in  this  vision  is  a  collective  energy  source  [44].  A  master plan for underground heat storage  is  developed  with  the  municipality  of  Gouda  and  the  province  of  Zuid‐Holland  for  the  Goudse  Poort  [44].  Reduction  in  the  energy  use  of  the  office  buildings  is  also  stimulated.  Finally,  advice  and    subsidies  from  the  municipality  are  also  Figure 3.5 Farm with pasture and greenhouses  available  if  companies  want  to  make  use  to the north of the Goudse Poort (across A12  of  underground  heat  storage  or  take  highway).  other  measures  to  reduce  their  primary  energy use [44].  


3.2.3 System analysis: metabolism  For  the  analysis  of  the  metabolism  of  the  Goudse  Poort,  data  from  different  sources  was  needed  as  the  interviews  with  the  individual  companies  only  shed  light  on  some  types  of  waste, and not on the size of the streams. The complete data set that was used for the mass  and energy balance calculations, the assumptions that were made and the basic calculations  that were needed can be found in Appendix C1 and C2. In the text below, a summary of the  outcomes of these calculations will be presented.   The calculations were made with simple input‐output models of the elements in the system,  which in this case are mainly office buildings. The average energy consumption for both gas  and  electricity  was  based  on  data  from  the  internet  for  different  types  of  buildings  and  assumptions  were  made  for  matching  the  data  with  the  company  types  [47],[48],[49]  (see  Table  5  below).  The  same  counts  for  the  water  consumption  of  the  different  types  of  businesses.  Furthermore,  the  total  food  consumption  was  based  on  the  daily  average  consumption  of  meat, fruit, vegetables, etcetera. Also, an assumption was made of the percentage of food  consumed in the office, namely 60% of the daily food intake.   The production of sewage sludge was based on the daily average production of faeces, again  multiplied  with  the  percentage  of  food  consumed  in  the  office  (60%)  in  order  to  match  it  with  the  food  intake.  The  production  of  green  waste,  mainly  food  waste  (‘GFT’  in  Dutch),  was  based  on  data  of  how  large  a  percentage  of  the  food  is  thrown  away  before  it  is  consumed,  as  well  as  an  estimation  of  which  percentage  of  the  food  is  inedible  (see  Appendix C1 for data and assumptions). Also, an estimation of the usable waste heat from  the buildings was made.    Table 5 Types of companies found in the Goudse Poort and assumptions for using data found on the  internet about energy consumption and water consumption. 

Company types  Percentage  of  net  in Goudse Poort  area  (47  ha)  covered  with  company type  Industry  45% 

Amount companies  Goudse Poort 

Construction sector  Retail 









of Energy  and  water  in  consumption  based  on  building type  Same  energy  consumption as garage  Same  energy  consumption as garage  Half  the  energy  consumption  of  ‘handelsbedrijf’  Same  energy  consumption as office   Office 

Office 34%  168    Finally, the amount of green waste brought in via Cyclus was based on an estimate of the  amount  of  trucks  (40)  that  would  visit  the  site  every  day  and  the  weight  of  the  waste  contained per truck (500 kg). Thus in total 20,000 kg of food waste would be brought to the  Cyclus waste station in the Goudse Poort every day. This was later checked with the amount  of  households  that  have  their  waste  collected  by  Cyclus;  400,000  households  of  which  at  least 50% is brought to the waste station at the Goudse Poort. One household consists on  average of 2 persons, and they produce at least 100 g (low estimate) of organic waste per  person per day, thus in total 40,000 kg waste for 200,000 households per day. Therefore the  estimate based on the number of trucks seems to be realistic, and this figure was used in the 


calculations to  come  up  with  a  conservative  estimate  of  the  amount  of  green  and  food  waste.  All  the  data  was  combined  in  the  model  to  come  up  with  metabolism  figures  for  the  complete  area  of  the  Goudse  Poort.  The  results  of  the  calculations  are  shown  in  Table  6  below. The results were calculated for a work force of 5000, although estimations of 7000  were made by several sources [42],[44].     Table 6 Results of the input‐output model for the current situation of 2009 in the Goudse Poort. The  figures mentioned are per year.  

Company buildings  Natural  Gas  for  heating  Electricity  Drinking water  Food ‐ Total  Cyclus waste  Organic waste 

IN 89.5*103  MWh/year   (10.7*106 m3/year)  30.1*103 MWh/year    4.7*107 L/year 

Company buildings  Waste heat 

OUT 35.8*103  MWh/year  Wastewater  4.7*107 L/year  Solids  in  sewage  2.7*105 kg/year  sludge  1.9*106  kg/year  (of  Food waste  2.1*105 kg/year  which 10% meat)  IN  Cyclus waste  OUT  6 7.3*10  kg/year  Organic waste  7.3*106 kg/year 

3.3 Cyclifiers and loop‐closing  An analysis of the data from Table 6 shows that none of the streams are currently looped,  and  that  the  use  of  resources  like  energy,  food,  and  water  is  very  large  (while  the  consumption of paper and other office supplies  was not calculated). The amount of waste  produced is also very large. The trick is now to come up with ideas to close the loops with  the use of cyclifiers.   It is at least clear that several important functions in the system are lacking: there is no local  food production, no local energy production, and no local wastewater treatment plant. This  results  in  large  imports  of  these  resources  from  outside  the  Goudse  Poort.  Furthermore,  there  is  no  energy  storage  unit  that  can  for  example  temporarily  store  waste  heat.  In  the  following  sections  (see  Section  3.3.1  until  3.3.4)  the  cyclifiers  at  the  physical  layer  will  be  presented. The focus is not on the information layer and strategic layer in this report, but in  Section  3.3.5  and  3.3.6  some  rudimentary  ideas  for  cyclifiers  in  these  layers  will  be  presented.   In Section 3.4 the complete integrated design will be presented and loop‐closing calculations  will  be  explained,  which  determine  how  large  percentage  of  the  loops  can  be  locally  or  regionally  closed.  These  calculations  are  based  on  the  assumption  that  in  the  future  situation of 2030 in the Goudse Poort the amount of employees will remain the same as in  2009 (5000) and that housing will be added for 1000 inhabitants, i.e. 500 households.  

3.3.1 The physical layer: food  Food  production  is  an  important  function  that  is  currently  lacking  in  the  Goudse  Poort.  Usually,  imported  food  travels  more  than  2000  km  from  producer  to  consumer,  and  the  accompanied carbon dioxide exhaust with food transport can be up to 15,000 tonne per kg  product  (for  beef  that  travels  almost  6000  km)  [50],[51].  So  the  introduction  of  local  food  production  will  have  a  large  impact  on  the  carbon  footprint.  As  was  mentioned  in  the  introductory  chapter,  several  local  food  production  strategies  can  be  used,  e.g.  permaculture and urban farming. The local circumstances (available land and land type) and  the land use (productivity) of agriculture for a large part determine the possibilities for local  food production at the Goudse Poort.  


To begin with, the available land for agriculture was indexed. The area of pastureland and  greenhouses that is already present to the north of the Goudse Poort was calculated, and as  a  first  estimation  it  was  assumed  that  5%  of  the  area  of  the  Goudse  Poort  could  be  transformed  into  productive  green  or  greenhouses.  The  productive  green  could  be  mainly  realised  as  a  hybrid  with  other  functions,  for  example  car  parking  transferia  with  greenhouses on the roof. The 5% is 3 ha in total and it was assumed that 1 ha would become  greenhouses and 2 ha urban farm. The total farmland available in the direct neighbourhood  and inside the Goudse Poort is almost 74 ha.     Table 7 Available land inside and outside the Goudse Poort. Based on either calculation or estimation. 

Type of  food  production  Greenhouses  Urban farms  Greenhouses  Farmland  Pastures 


Inside Goudse Poort  Inside Goudse Poort  Outside  Goudse  Poort  (to the north)  or  Outside  Goudse  Poort  (to the north) 

Area available 

Based on 

1 2  10.8 

Estimation Estimation  Area calculation [43]  


Area calculation [43] 

The next step was to see how much food the local and regional farmland could produce. An  average productivity of the farmland of 25,000 kg per hectare per year was assumed, based  on available data of the yield of various types of vegetables. Meat production was however  not included; although it comprises only 10% of our menu, it contributes to a large part of  the  land  use  for  food  production,  because  it  takes  3  to  8  kg  of  fodder  to  produce  1  kg  of  meat (see Appendix F1) [52]. Thus, also a lot of farmland is needed for fodder production.  Furthermore,  if  we  would  want  to  produce  the  meat  in  an  ecological  and  animal  friendly  manner, only 2 cows are allowed per hectare, 27 pigs and 2500 chicken [53],[54]. This would  mean  that  the  pastureland  outside  the  Goudse  Poort  should  be  transformed  into  arable  farmland  in  2030  to  represent  the  assumptions  that  were  made  in  the  study.  Still  the  average  figure  of  25,000  kg/ha  will  not  be  completely  representative  for  the  food  production,  and  a  more  detailed  calculation  of  the  average  productivity  was  used  in  the  second  case  study  based  on  the  menu  of  an  average  person  (see  Chapter  3.4).  This  is  because a large part of our menu consists of potatoes or wheat products like bread, which  have  considerable  lower  crop  productivity  than  25,000  kg/ha.  For  simplicity,  this  was  however  disregarded  in  the  calculations  of  the  situation  of  the  Goudse  Poort  in  2030  (Section 3.4). 


Figure 3.6 The Goudse Poort with urban farms and greenhouses.   A new waste stream of crop residue is created inside the system. 

A schematic picture of the Goudse Poort with food production included is shown in Figure  3.6 above. The picture shows that a new waste stream, namely green waste of crop leftovers  is  produced.  Although  local  food  production  will  decrease  the  environmental  impact  and  carbon dioxide emissions related to worldwide transport of food, no existing loops are really  closed  inside  the  system.  In  such  a  system,  the  cropland  will  be  exhausted  and  lean  of  important  nutrients  as  the  food  is  removed  from  the  land  as  well  as  the  crop  residue.  It  stands  out  that  large  amounts  of  organic  waste  are  available  on‐site  and  that  this  is  an  opportunity for nutrient recycling. On the other hand, however, this available organic waste  is  also  an  opportunity  for  renewable  and  local  energy  production.  A  hybrid  solution  that  captures  both  energy  production  and  fertiliser  production  from  green  waste  and  sewage  sludge is explained in the following text.  

3.3.2 The physical layer: energy  For the energy sub‐layer, different aspects are important. First of all, one should recognise  that local energy for the Goudse Poort can only come about if an energy system is built that  consists  of  an  energy  source,  energy  production,  and  energy  storage.  Cyclifiers  for  these  three aspects will be elaborated below.  In the ideal case the local energy source(s) should be renewable as was stated in the design  rules in Chapter 2. The energy production itself from the energy source should be efficient  and  suited  to  the  types  of  energy  that  are  needed.  Often  a  combination  of  electricity  and  heat is needed, so electricity production combined with heat production is a viable option.  However, combined heat and power (CHP) technologies sometimes produce a too low heat  to power ratio; a ratio of 3 to 1 for household is normal, while fuel cells for example produce  the reverse ratio (1/3) [55]. An additional heat source is needed if one chooses for fuel cells.  Finally,  the  energy  storage  is  an  important  part  of  the  energy  system,  because  energy  is  sometimes  produced  when  it  is  not  needed.  For  example,  the  wind  does  not  blow  all  the  time and the sun rises and sets every day. In the Goudse Poort only from 9 to 5 (during the  regular  office  hours)  much  electricity  and  heat  are  needed.  Furthermore,  the  energy 


production and use are very local, which means that the production and use are often not  matched because they will both fluctuate very much [14]. This is a different situation than  with  the  national  electricity  grid;  all  power  stations  in  the  Netherlands  are  together  continuously trying to match the electricity demand, and if an imbalance occurs, we are still  connected to the European power grid, so we can import electricity.  An aspect that will not be elaborated here, but which is still important is considering energy  use; not only the supply side of the energy system should be optimised, but also the demand  side.  This  could  mean  introducing  housing  to  the  Goudse  Poort  area  to  spread  the  energy  demand over the whole day (see Section 3.3.4), or reduction in the energy use (see Section  3.3.5 and 3.3.6). 

Energy source: Biogas plant (biodigester)  As  an  energy  source,  a  biogas  plant  (also  called  biodigester)  seemed  the  most  logical  decision;  firstly,  there  are  different  sources  of  organic  waste  present  at  the  Goudse  Poort  that can be the feedstock for the biogas plant, namely the sewage sludge, crop residue and  organic  waste  from  Cyclus  and  the  office  buildings.  Furthermore,  at  the  same  time  the  digestion process of the organic waste produces a solid residue high in Nitrogen and other  nutrients that can be used as a fertiliser for the urban farms and greenhouses.    The  basic  principle  of  a  biogas  plant  is  that  different  types  of  micro‐organisms  (bacteria)  digest  organic  material  in  the  absence  of  oxygen,  i.e.  anaerobic  digestion  [56],[57],[58].  Biogas consists mainly of methane (CH4, 60 Vol%) and carbon dioxide (CO2, 40 Vol%), which  is formed in four main steps[56],[57],[58],[59]. The different reaction steps can be seen from  Figure 3.7 below. 

Figure 3.7 The four major reaction steps in biogas production [59]. 

Hydrolysis  is  the  first  step,  where  large  organic  polymers  of  the  organic  waste  like  carbohydrates,  cellulose,  proteins,  and  fats  are  broken  down  to  smaller  molecules  like  sugars and fatty acids. The next step is acidogenesis, where the molecules are broken down  further  to  form  organic  acids  and  carbon  dioxide,  hydrogen  (H2),  and  ammonia  (NH3).  The  gases  that  are  formed  may  consist  of  80%  CO2  and  20%  H2  [56].  Subsequently,  the  acids  formed  are  all  converted  into  acetic  acid  in  the  acetogenesis  step.  The  final  step  is  methanogenesis where the acetic acid and a part of the produced CO2 and H2 are converted  into  methane  [56].  Around  70%  of  the  methane  is  formed  from  fatty  acids,  while  the  remainder is produced from hydrogen and carbon dioxide [57]. The final composition of the  biogas  including  trace  compounds  can  be  seen  from  Table  8.  Although  the  hydrogen  sulphide  is  present  in  low  concentrations,  it  should  be  removed  to  prevent  corrosion  or  release into the environment. The most common method is a reaction with iron salts, but a  more  sophisticated  technique  is  to  bubble  some  air  through  the  top  layer  of  the  digester  slurry that promotes the growth of aerobic bacteria that can convert the hydrogen sulphide  to elemental sulphur [57],[58],[60].   


Table 8 Composition of the biogas produced in a digester [61]. 

Compound Methane  Carbon dioxide  Hydrogen  Nitrogen  Carbon monoxide  Oxygen  Hydrogen sulphide 

Formula CH4  CO2  H2   N2    CO  O2   H2S 

Vol% of biogas  40‐70  30‐60  1  0.5  0.1  0.1  0.1 

The biogas yield, i.e. amount of biogas produced, and the composition of the biogas can vary  significantly  and  depends  on  the  type  and  humidity  of  feedstock  and  on  the  reaction  conditions  [61],[62],[63].  In  Appendix  C1  the  average  biogas  yield  of  different  types  of  feedstock can be found. For the calculations of the biogas production in the Goudse Poort,  some assumptions were made for the different types of waste found in the Goudse Poort, as  is shown in Table 9 below.   Because the organic waste that Cyclus collects at the Goudse Poort is a mix of food waste  from  households  and  cuttings  of  the  extensive  green  in  the  Gouda  region  [45],  it  was  assumed that organic waste from Cyclus produces the average amount of biogas from these  two sources. Furthermore, the cuttings of the extensive green at the Goudse Poort can also  be digested; as we will see below, a helophyte filter is added to the system, which contains  plants that have to be cut once in a while.     Table 9 Biogas yield per tonne substrate for different types of bio waste types [64]. 

Biowaste type in Goudse Poort 

Assumption for calculations 

Organic waste from offices (GFT) 

Same biogas production as food  waste  Green waste  Green waste 

Crop residue farms  Extensive green cuttings on‐site  (helophyte)  Sewage sludge  Organic waste from Cyclus 

Cattle manure  Average of food waste and green  waste 

m3 biogas/  tonne substrate  220  110  110  25  165 

A few important variables influence the yield and composition of the biogas, as well as the  quality  of  the  solid  residue  and  the  water  effluent.  The  most  important  parameters  in  the  biodigestion  process  are  the  temperature  and  pH  (acidity).  The  optimal  temperature  of  digestion depends on the type of bacteria used; mesophilic bacteria can digest organic waste  at temperatures of 10‐45°C, while thermophilic bacteria can live at temperature between 50  and 70°C [56],[58],[61]. Because the feed needs to be heated to the reaction temperature  and the temperature should be maintained, the use of mesophilic bacteria will reduce the  energy  use  [57].  Often  10%  of  the  energy  content  of  the  biogas  produced  is  needed  to  maintain the reactor temperature [65]. The temperature for mesophilic digestion is usually  30‐35°C  [58],[60].  Because  the  methanogenic  bacteria  are  very  sensitive  to  temperature  variations, it should vary no more than 3°C.  The  methanogenic    bacteria  are  also  very  sensitive  to  the  pH  [64].  The  optimal  pH  for  methanogenesis lies between 6.5 and 7.5 [57],[63]. The pH depends on the concentration of  acid  compounds,  e.g.  fatty  acids  and  carbon  dioxide  [63].  These  acids  are  produced  in  the  acidogenesis  and  acetogenesis  phase,  and  because  the  reaction  rate  of  these  steps  is  typically higher than the methanogenic phase, acids can accumulate [57],[58]. Either the pH 


should be  closely  monitored  and  adjusted  if  necessary,  or  staged  digestion  can  be  applied  where the methanogenesis stage is taking place in a separate digestion tank [58],[60].   The residence time of the organic waste is another design parameter; the optimal residence  time  is  usually  between  10‐15  days,  because  at  longer  residence  times  the  methane  production levels off [58],[61],[66]. Finally, the slurry in the digester should be continuously  stirred to maintain a high rate of reaction, prevent local build‐up of acids, and temperature  gradients [56],[57],[58].  The  process  can  be  further  optimised  with  the  use  of  a  proper  mix  of  different  types  of  feedstocks  [63],[65].  The  optimal  feedstock  has  a  high  fat,  protein,  and  cellulose  content  that are required by the microbes during fermentation. Blending of feedstocks can increase  the  amount  of  key  nutrients  and  shift  it  to  the  desired  ratio  [62],[63],[64],[65].  Finally,  manure from cattle and sheep already contains the methanogenic bacteria that are needed  in the process [57],[63].     The degradation of the organic matter to biogas varies between 25% and 60% that remains  in  the  digestate  slurry,  which  consists  of  water  and  a  solid  residue  [62],[66].  The  solid  residue is dewatered by mechanical pressing and dried to increase the dry matter content  [62],[67].  The digestate is considered a better fertiliser than composted green waste, because of the  higher percentage of immediate  available  nitrogen  for  crops,  and  the  favourable  nitrogen‐ phosphorus  ratio  (N/P  ratio)  [57].  However,  the  C/N  ratio  (carbon‐nitrogen  ratio)  is  also  important;  the  nitrogen  should  not  be  too  concentrated  and  longer‐term  nitrogen  release  ensures that less nitrogen ends up in the water run‐off of the farms [68].   The  digestion  process  also  decreases  the  amount  of  pathogenic  bacteria  that  are  mainly  present in manure and sewage sludge [61],[62]. The pathogenic bacteria are decimated from  1024 to 108 per 100 mL [69]. This has a positive effect on both the solid fertiliser residue and  the water effluent. Water from the sewer is usually called “black water” because of the large  amount  of  pathogens  and  other  contaminants.  The  effluent  of  the  biodigester  is  much  cleaner  and  is  therefore  called  “grey  water”  [70].  The  water  still  contains  some  nutrients  (e.g.  ammonia)  that  can  cause  eutrophication,  so  it  cannot  be  dumped  into  the  river.  However, if it is treated it offers potential for reuse on‐site, because it is relatively easy to  clean [67].  A problem, however with digested sludge, especially from industry, is the presence of heavy  metals like cadmium and lead and other pollutants [56],[67],[68]. They can adversely affect  the digestion process inside the digester, as well as plant growth and soil properties when  the  solid  residue  is  applied  as  fertiliser  [68].  The  pollutants  can  accumulate  in  the  environment,  and  especially  in  a  looped  system  one  should  take  care  that  persistent  pollutants are not present in the wastewater.     Combining all the available information on biogas production, the overall process consists of  a buffer store of green waste, a thermally insulated biodigester, a biogas storage tank (see  Figure  3.8),  hydrogen  sulphide  removal  and  drying  of  the  solid  digestate  for  fertiliser  production.  A  continuous  reactor  with  constant  in‐  and  outflow  was  chosen  as  base  case  because  of  the  constant  stream  of  organic  waste.  It  was  assumed  that  the  biogas  storage  was enough for 10 days [70]. The total area needed for the biogas plant with all its elements  was calculated. This included a safety distance for flammable gas storage, which is usually up  to  15  m  [71].  In  the  integrated  design  step,  these  needed  areas  were  compared  with  the  available space in the Goudse Poort to see if it could be fit somewhere on the area.    


Figure 3.8 A biogas plant with two digesters and storage tank (left) [60]. 

Energy production: Combined heat and power (CHP)  The  biogas  is  an  energy  source  that  can  be  used  in  different  ways;  for  example,  it  can  be  burned  for  heating  or  electricity  generation  or  after  upgrading  (removal  of  CO2  and  trace  gases) it can be distributed on the natural‐gas grid. The natural gas upgrading takes another  10% of the energy content in the biogas, and was therefore not considered in the Goudse  Poort. The option that is the most energy efficient is probably by burning the biogas inside a  generator and producing both energy and heat from it, i.e. combined heat and power (CHP)  [60],[65]. Because generation of electricity with gas has a maximum of 40% efficiency, and  the rest is waste heat, this seems a logical option; using CHP can improve the total (electrical  and heat) efficiency to 80% or more [67],[70]. In the calculations an electrical efficiency of  30%  and  heat  efficiency  of  50%,  thus  a  total  of  80%  was  assumed.  CHP  units  are  readily  available and are compact container units [72].  The  CHP  unit  does  not  only  produce  heat  and  electricity;  the  exhaust  gas  contains  carbon  dioxide and water. The carbon dioxide can be used in greenhouses to increase plant growth  so the assumption was made that the greenhouses just outside the Goudse Poort serve as  carbon sink.   

Energy storage: Seasonal thermal storage  Currently a lot of energy is thrown away because it is not stored; for example, when we heat  up  water  for  space  heating,  the  water  eventually  leaving  the  building  still  contains  much  heat.  Ideally,  both  electricity  and  heat  should  be  stored,  but  it  is  quite  difficult  to  store  electricity  other  than  in  (polluting)  batteries  [55].  Therefore,  only  storage  of  heat  was  considered  of  both  the  heat  produced  with  the  CHP  unit  and  waste  heat  from  the  office  buildings. Furthermore, the greenhouses to the north of the Goudse Poort can also take part  in the heat exchange and underground thermal storage system [73]. Currently, greenhouses  are heated up during summer and when the inside temperature is too hot, windows will be  opened to release the excess heat, while in winter extra heating is required to increase the  temperature.  Because  the  same  counts  for  office  buildings  in  summer  and  in  winter,  seasonal  thermal  storage  is  a  good  solution;  in  summer  excess  heat  is  stored  that  can  be  used in the winter. Seasonal thermal storage is most often done underground because both  heat and cold can be stored conveniently.    There are several possible systems for underground storage of warm and cold water; a main  distinction can be made between open and closed systems [74]. In open systems warm and  cold water is stored in an aquifer, which is a water bearing sand layer in between two water‐ impermeable layers, for example clay [74],[75]. In order to store the warm and cold water in  the aquifer, wells of 20m up to 200m have to be drilled to transport the water to the aquifer  [75]. Closed systems use tube systems that are usually filled with glycol and water and that 


do not  come  in  contact  with  the  aquifer  water  [74].  The  closed  heat  and  cold  storage  systems are of limited power (between tens to some hundreds kW), while the open aquifer  systems deliver heat and cold with an equivalent power of some hundreds to thousands kW  [74]. However, most of the open systems are low temperature systems in which the water  may only be heated to 25°C because of environmental considerations of the heat balance in  the underground [74]. Because space heating does not need water to be heated up to 80°C,  often temperatures between 15°C and 17°C suffice [75],[76].  There  are  two  types  of  open  well  installations,  namely  single  and  double  wells.  In  a  single  well  the  warm  well  is  placed  above  the  cold  well,  separated  by  a  layer  to  avoid  mixing.  A  double well uses two different wells that are separated from each other [75]. A single well  system  will  be  used  when  the  heat  and  cold  need  is  below  350  kW,  while  a  double  well  system will be used when the heat and cold need is between 350‐2000 kW [75].  The basic principle of any of these types of seasonal thermal storage is that in the summer  water of around 9°C will be pumped up from the cold well and heated up to 17°C and this  will be pumped into the warm well [75]. In the winter the situation is the other way around;  the  water  that  was  stored  in  summer  will  be  around  15°C  and  it  will  be  used  to  heat  the  building with the use of a heat exchanger [75].  The possible savings as compared to conventional systems are between 40% and 80%, which  means that conventional heating and cooling systems are still needed, but only for a part of  the  year  and  as  a  back‐up  system  [74],[76].  Because  the  amount  of  offices  in  the  Goudse  Poort is high, a prudent assumption was made that only 40% of the primary heat use (i.e.  the energy content of the natural gas that is used for space heating) could be stored in the  underground.  Additional  heat  from  burning  the  biogas  can  be  stored  underground,  and  it  was assumed that the 50% of energy content of the biogas that is converted to heat (warm  water)  would  first  be  stored  underground  before  it  would  be  sent  to  the  offices.  Finally  it  was assumed that because of the large investment of also building pipelines to greenhouses  for heat exchange this option would be not exploited, and that pipelines send only CO2 rich  exhaust to the greenhouses.   A scheme of the system that includes the proposed energy sub‐system is shown below. 

Figure 3.9 The Goudse Poort with energy system added. The water loop is not yet closed. 


3.3.3 The physical layer: water  In  the  previous  section  it  was  already  explained  that  the  biogas  plant  essentially  purifies  black water to grey water. This grey water is however not yet of drinking water quality and  some  sort  of  subsequent  purifying  step  is  necessary.  A  natural  water  purifying  facility  that  combines  spatial  qualities  (the  presence  of  plants  and  water)  with  functional  water  treatment  is  a  helophyte  filter  [77].  The  filter  consists  of  a  water  body  with  sand  at  the  bottom,  on  which  different  types  of  water  plants  grow;  e.g.  reed  [77],[78].  At  the  bottom  anaerobic processes with anaerobic bacteria take place that convert nutrients and clean the  water. Aerobic processes for further degradation of organic material take place at a depth  up to 70 cm, because the plant roots provide the water with oxygen [77],[78]. The effluent  water is clean enough for swimming [77].  For black water treatment approximately 4 m2 helophyte filter per person is needed [78]. If  black  water  is  treated  also  an  anaerobic  pre‐digestion  step  in  a  septic  tank  is  needed  [67],[78].  In  the  septic  tank  the  same  process  takes  place  as  in  the  biodigester  with  the  difference that the methane produced is released in the atmosphere. However, because the  pre‐treatment of the water effectively already takes place in the biodigester, no septic tank  is needed. Because the water effluent of the biogas plant is grey water, only 1 m2 helophyte  filter  per  person  is  necessary  [78].  There  is  probably  already  enough  water  present  in  the  Goudse Poort (see Section 3.4) to clean all the effluent wastewater; the ditches are however  not connected with each other yet.   There  is  only  one  remaining  problem,  as  was  said  before;  wastewater  may  contain  heavy  metals.  As  long  as  they  are  in  the  wastewater,  they  need  to  be  removed  in  some  way.  Technologies like ion‐exchange can remove heavy metals from the helophyte filter or biogas  plant effluent to ensure that the water is potable [79].  The final looped system of the Goudse Poort is shown in the figure below.  

Figure 3.10 Final looped system of the Goudse Poort. 

3.3.4 The physical layer: the built environment  Regarding  the  built  environment  it  was  decided  to  introduce  a  new  building  typology,  namely  housing.  One  advantage  is  that  it  creates  some  diversity,  especially  in  energy  use;   


the peak of energy use for offices is during office hours, while households mainly use energy  outside of office hours. Because the local CHP facility is only small it would be most efficient  to  let  the  facility  run  continuously.  With  adding  housing  to  the  Goudse  Poort,  the  energy  production will be matched more to the actual use.   Another advantage is that the thermal mass of the underground seasonal thermal storage is  increased;  more  heat  and  cold  stored  in  the  underground  means  that  the  temperature  change of the hot and cold water is smaller because of decreased leakage of cold or heat to  the soil.   It was assumed that there will be 1000 inhabitants in 2030 in the Goudse Poort and these  were also included in the calculations of which the results are presented in Section 3.4.  

3.3.5 The information layer: money, policy, culture and knowledge  Regarding  the  information  layer,  money,  policy,  culture  and  knowledge  will  only  be  mentioned shortly. It must however be kept in mind that the information and strategic layer  are  just  as  important  as  the  physical  layer.  If  no  or  not  enough  action  is  taken  on  these  levels, the eco‐industrial park can never come about.  

Money There  are  different  aspects  of  the  local  economy.  The  first  aspect  is  the  transaction  costs  within  the  Goudse  Poort.  The  transaction  costs  of  exchanging  waste  and  energy  might  be  reduced with the use of information systems (see below) [79].  Furthermore, there might be some economies of scale for the cyclifiers added to the system  [79]. A good example is the biogas plant; if there is enough space, over‐dimensioning of the  biogas  plant  might  be  profitable  because  then  all  the  organic  waste  collected  by  Cyclus  of  over 400,000 households can then be digested in the biogas plant. The reason is that a larger  biogas reactor will only marginally increase the investment costs and operating costs [57].   The  successful  projects  that  can  be  started  up  directly  are  the  ones  with  clear  economic  benefits and low economic risks [32]. For the biogas plant, a disadvantage is that building it  costs a considerable capital investment but the advantage is that the payback time will be  only around 4‐5 years [70]. Another advantage is that a potential of €0.35/m3 of clean water  and  nutrients  (fertiliser)  can  be  recovered  from  the  sewage  water  (excluding  the  biogas  value) [67]. The underground seasonal thermal storage also requires a large investment, but  it also has a short payback time of around 7 years [75],[76].  Finally,  the  local  economy  and  the  investments  that  are  necessary  for  the  projects  can  be  given  a  boost  by  using  a  local  exchange  trading  system  (LETS)  creating  a  service  exchange  network. In this LETS system a local currency ‘Gouds Goud’ can be used for transactions and  investments in the local economy.  The  first  step  of  realising  this  local  economy  is  to  set  up  the  participation  organisation  ‘Goudse  Cyclus’.  In  this  participation  organisation  the  different  companies  of  the  Goudse  Poort and other stakeholders like the municipality of Gouda take part. The investment cycle  starts  with  investments  of  this  organisation  for  building  a  biogas  plant  to  convert  organic  waste to energy (see Figure 3.11, step 1).  Also  an  infrastructure  is  needed  for  transport  of  the  energy  to  the  office  buildings  (step  2  and  3).  The  infrastructure  is  funded  with  the  income  from  the  biogas  plant  and  other  commerce.  These  sustainable  investments  will  attract  new  investors  that  can  invest  their  money  in  transformation  of  some  of  the  offices  to  houses  and  building  parking  transferia  with greenhouses.    


Figure 3.11  Proposed  investment  cycle  of  the  Goudse  Poort  with  the  local  currency  ‘Gouds  Goud’.  At  the lower left corner the new  investors  are  depicted,  while  at  the  top  the  local  investors  of  the  participation  organisation are depicted.  

      Culture   There are many aspects to the culture in the system, but an important one for companies in  an  eco‐industrial  park  is  to  find  some  common  ground  or  goal  for  change  and  to  reduce  mental distances. A strategy is for example to create a mechanism that aims at training and  educating managers and workers in new strategies, tools and technologies to improve the  system collectively [32]. 

Knowledge An important aspect that is important for exchange of materials and energy is information –  this was found out when detailed information about the waste of different companies was  hard to find. In the ideal case an information system would be built that facilitates the flow  of energy and materials in closed loops [32]. The information system can be anonymous to  ensure confidentiality as long as the information on the type of stream is clear.   The  information  technology  in  an  eco‐industrial  park  should  include  three  components,  namely the data itself, a data storage and retrieval system, and a data analysis system [79].  The first two components facilitate information exchange and loop closing, while the third  component  provides  an  additional  feature;  data  analysis  systems  employed  with  information from environmental monitoring technologies provide so‐called ‘biofeedback’ of  the  state  of  the  system,  just  like  neurological  systems  in  organisms  [79].  The  system  becomes  ‘self‐aware’  and  ‘intelligent’,  which  has  a  very  high  value  as  it  maintains  relationships between the members in the system and supports further progress. 

Policy In  order  to  facilitate  the  looping  of  energy  and  materials,  the  regulations  should  permit  some flexibility [32]. For example, regulations that are very strict about waste disposal and  wastewater treatment are not flexible enough to accommodate exchange of waste between  different parties; in current regulations it might not even be allowed.   Another aspect of policy is legal and political support. The best way to encourage companies  to start actively trying to close loops is by offering them support and information about the  possibilities  and  how  they  can  start  with  these  activities;  for  example,  if  environmental  or  construction permits are needed, the companies can be supported by the municipality to go  through the procedures faster [32]. 


3.3.6 The strategic layer: users  In  the  strategic  layer  the  users  (or  companies)  present  in  the  Goudse  Poort  are  the  most  important.  It  was  tried  to  connect  parties  to  the  different  cyclifiers,  or  to  each  other,  because stakeholder involvement is the motor of change [32]. The different companies with  this potential that were already identified in Section 3.2, are shown again in Table 10, but  now the proposed function (in the system of Figure 3.10) is also included.  Furthermore companies inside the system can also be strategically linked with suppliers and  customers in the wider community, i.e. the region [32]. This was already proposed with the  supply  of  carbon  dioxide  rich  exhaust  to  the  greenhouses  outside  the  Goudse  Poort.  The  participation  organisation  of  the  Goudse  Poort  could  be  the  platform  on  which  these  cyclifier activities take place and are developed over time.  Finally,  the  marketing  or  strategic  positioning  of  the  Goudse  Poort  could  be  such  that  its  marketing  will  attract  companies  that  fill  niches  (vacancies  for  cyclifiers)  and  complement  other niches [32].    Table 10 Proposed functions for different companies that were identified as potential hosts of  important cyclifier activities.  

Company name  Cyclus 

Sector Waste collection 


Retail – Measurement  installations for gas, mixing  gases  Retail – Gasoline, LPG 

Gas station 

Proposed function  Collects organic waste for the biogas  plant  Development  and  running  of  the  biogas plant 

Facilitates storage  of  the  biogas  either  at  the  biogas  plant  or  at  the  gas station  Campanile Hotel  Horeca – Hotel  Food  catering  service  for  locally  produced food  McDonalds  Horeca  –  Fastfood  Provides  fat  waste  for  biogas  restaurant  production to increase the yield  Time Out Snackcar  Horeca – Snackbar  Food  grown  in  local  greenhouses  will be sold by SnackFarm Time Out  Multivastgoed  Administration – Project  Developing  a  new  program  to  development  convert office buildings to houses.  

3.4 Integration and the complete design  In the previous sections the different elements of the design of a closed‐loop Goudse Poort  were elaborated. Figure 3.10 shows the complete system at the physical level, while also the  system design at the information and strategic level were explained. However, there are still  some aspects to be addressed before the design can be called ‘complete’. The first aspect is  calculating  the  streams  in  the  new  system  and  to  see  how  effective  the  cyclifiers  are,  i.e.  how large a percentage of the needs for e.g. energy and food can be provided locally. The  second issue is related to the space that is locally available at the Goudse Poort, and how  much  space  the  new  elements  in  the  system  will  take.  The  third  issue  is  calculating  the  percentages of local, regional, national, and global streams in the new system to compare  this  with  the  old  system.  A  final  important  point  is  the  time  dimension;  an  eco‐industrial  park  takes  years  to  develop,  and  a  decision  should  be  made  on  which  cyclifiers  should  be  introduced  first.  This  decision  depends  on  two  contradicting  things;  on  the  one  hand,  the  cyclifier(s) with the largest positive influence on the system should be introduced first. On  the  other  hand,  the  gradual  change  of  the  system  should  be  taken  into  account,  which 


means that  the  cyclifier  that  leaves  enough  future  possibilities  open  should  be  introduced  first.  

3.4.1 Metabolic calculations   Similar  to  the  calculations  for  the  Goudse  Poort  in  2009,  metabolic  calculations  were  performed for the system in 2030. As was explained in the previous section the calculations  for  the  Goudse  Poort  in  2030  are  based  on  the  assumptions  that  there  will  be  5000  employees and 1000 inhabitants. The calculations were done with the assumption that the  energy use per employee or per household in 2030 will be similar to the energy use in 2009;  i.e. no measures are taken for energy saving in the 2030 system.   An  overview  of  the  percentage  of  the  stream  (food,  heat,  electricity,  and  water)  that  is  locally  produced  or  recycled  is  given  in  Table  11  below  (A  comparison  between  2009  and  2030  is  given  in  the  next  section,  where  the  percentages  local/regional  and  national/international for the different streams are given). The cyclifiers that were added to  the  system  will  take  care  that  a  large  part  of  the  streams  will  become  locally  looped.  Although it seems from Figure 3.10 that the streams are completely looped, this will in fact  not be the case as the table shows. A more realistic technical metabolic scheme of the final  looped system can be found in Appendix D.  However,  the  data  in  the  table  below  are  not  complete;  in  the  calculations  the  fat  waste  from McDonalds was not included in the biogas production, because it was hard to make an  estimate  of  the  amount  of  fat  waste  that  they  produce,  in  contrast  to  the  organic  waste  from  Cyclus.  Thus  if  this  fat  waste  was  included,  the  biogas  yield  could  be  much  higher,  which means that a larger part of the electricity and heat need could be satisfied with the  CHP unit that burns the biogas.    Table 11 Percentages of local production within the Goudse Poort boundaries for the different  streams. Calculations can be found in Appendix C2.  

Stream type  Food  Heat     Electricity  Water  CO2 

Specification stream  Local urban farms and greenhouses (3ha)  Underground seasonal thermal storage of waste  heat from the buildings  CHP – heat from burning biogas  CHP – electricity from burning biogas  Water filtered with helophyte filter  Percentage of local CO2 need greenhouses satisfied  with CO2 from CHP 

% of total in 2030   4  40  3.4  6.2  100  100 

A next step (i.e. after including all the data of the cyclifiers) could be to do an optimisation of  the  system;  for  example,  the  biogas  plant  could  be  optimised  for  maximum  biogas  output  because the energy output of the plant is not enough for the Goudse Poort, while the output  of fertiliser is high enough for the local farms and greenhouses inside and just outside the  Goudse Poort.   Caution  should  be  maintained  here;  it  is  not  clear  whether  the  biogas  yields  found  in  the  different sources are correct, and a rather conservative estimate was made. It even seems  that  some  existing  biogas  projects  have  a  much  higher  biogas  yield  and  can  therefore  provide  many  more  households  with  energy  than  with  the  Goudse  Poort  case  study  [80],[81].  Furthermore, there is a trade‐off between fertiliser quality and biogas yield: the higher the  biogas  yield,  the  higher  the  degradation  of  organic  material.  A  higher  degradation  of  the  organic material could compromise the quality of the fertiliser; especially the C/N ratio will  be below the optimum value. A too low C/N ratio will increase the release of nitrogen from 


the fertiliser  and  this  will  increase  the  risk  of  run‐off  of  the  nutrients  to  the  groundwater,  because the crops cannot take up the nutrients so fast [68]. 

3.4.2 Locality of the streams  After the metabolic calculations of the Goudse Poort in 2030 were finished, some additional  calculations were made to be able to compare the locality of the streams in 2009 to 2030;  for  example  it  was  calculated  how  large  a  percentage  of  the  food  comes  from  across  the  globe,  from  national  sources,  regional  sources  (Gouda  area),  and  local  sources  (Goudse  Poort) in 2030 as compared to 2009. The results are shown in Table 12 below.  The  percentages  in  the  table  are  mainly  based  on  guesses  (mainly  for  national  and  global  streams),  and  were  only  refined  with  the  second  case  study  of  MSP  in  Heerlen,  where  for  example  data  on  import  of  energy  was  used.  The  table  however  gives  a  nice  indication  of  how  the  percentages  will  shift  when  local  production  of  food,  energy,  and  water  is  introduced.     Table 12 Locality of the streams in 2009 as compared to 2030. Calculations can be found in Appendix  C2. The out stream of heat is waste heat production.    Local (%)  Regional (%)  National (%)  Global (%)    2009  2030  2009  2030  2009  2030  2009  2030 















Food Heat   Electricity  Drinking  water 

In     Out  

0 0  0  0 

4 43  6  100 

‐ 57  ‐  100 

2 0  0  100 

‐ 0  ‐  100 

68 0  6  0 

‐ 0  ‐  0 

50 100  80  0 

‐ 0  ‐  0 

14 57  74  0 

‐ 0  ‐  0 

48 0  20  0 

‐ 0  ‐  0 

14 0  20  0 

‐ 0  ‐  0 

‐ 100  ‐  0 

3.4.3 Spatial implications   Another  important  aspect  of  the  design  of  the  Goudse  Poort  system  in  2030  is  whether  there  is  enough  space  available  at  the  Goudse  Poort  to  place  the  cyclifiers  somewhere.  Therefore some calculations were made to find out how much space the different cyclifiers  take. The results are shown in Table 13 below. Furthermore, decisions were made on where  to put the different cyclifiers, as can be seen from Figure 3.12 below, where the cyclifiers are  shown with different numbers. As can be seen from the figure, there is enough space in the  Goudse  Poort  to  accommodate  for  the  cyclifiers;  the  total  area  of  the  dark  green  shaded  roofs  is  used  for  urban  farming  and  is  2  ha.  The  amount  of  water  for  the  helophyte  filter  should be extended, and this was done by removing one building and let the water flow in  between  the  buildings,  as  is  shown  in  the  middle  of  the  figure.  Because  the  water  gives  a  good quality to the surroundings, it is proposed to build the houses around this water body.    Table 13 Space needed for the different cyclifiers. Assumptions and calculations can be found in  Appendix C1 and C2. 


Space needed (m2) 


Urban farms  Greenhouses 

Area: 2 ha, on rooftops  20,000  Area:  1  ha,  on  top  of  10,000  parking transferia  Biogas  plant  ‐  10  days  solids/liquid  2,536  production  volume 


Location map  1  2  3 


1/10 day  gas  volume,  height of 30 m, one tank  Biogas  plant  ‐  10  days  gas  volume  at  14  storage  bar,  above  ground,  next  to  biogas plant, height of tank  10 m, safety distance of 10  m [71]  CHP unit  600 kW unit [72]  Helophyte filter  Grey  water  as  inflow,  1  m2  per person needed [78]  Underground  No assumptions made  heat storage   

Figure 3.12 Location of the different cyclifiers.  The urban farms (1) are located on all the dark  green shaded rooftops. 



15 6,000 

5 6 

Unknown/Not calculated 

Unknown/Not determined 

The spatial arrangement in the figure was  chosen  with  common  sense  and  during  group  discussions.  However,  the  natural  flow  of  water  with  gravity  was  not  taken  into  account;  ideally,  gravity  is  used  for  water  flow.  Only  a  small  difference  in  height  is  necessary  to  enable  flow.  For  example,  water  in  the  helophyte  filter  could flow from high (dirty) to low (clean)  and then be pumped back to the different  buildings. In the second case study of MSP  in  Heerlen,  the  natural  watercourse  was  taken  into  account,  which  resulted  in  a  much  more  detailed  design;  also  rainwater  capture  and  buffering  was  included. 

3.4.4 Timeline Finally, an important aspect of the design for 2030 of the Goudse Poort is how to get there.  In other words, what is the timeline towards the system that was presented above? A first  answer could be found by looking at the importance and impact of the different cyclifiers.  When the 2030 system is regarded in this way, it immediately becomes clear that the biogas  plant is an important element in the system, because it ties together many different streams  (food waste, energy, and water). Furthermore, a large part of the input for the biogas plant  is already available, namely organic waste from cyclus and the sewage sludge. It is therefore  desirable to start with the development of the biogas plant and biogas storage. The CHP unit  can be put in place at the same time; it is usually only a container that can be bought off the  shelf [72]. Because the effluent of the biogas plant needs to be treated on‐site it would save  costs to have the helophyte filter finished by the time the biogas plant is ready.  After  the  helophyte  filter  the  seasonal  thermal  storage  can  be  built;  gradually  more  and  more offices and households can be connected to the seasonal thermal storage. A right time  for buildings to connect to such a system is if the warm water system needs to be replaced  anyway  or  the  building  transformed,  because  of  lower  investment  costs  [75].  It  can  also  depend on the amount of money that is available and whether people or companies can get  a subsidy.   Local food production can be developed in a later stage; it only provides a small percentage  of  the  food  need,  and  the  fertiliser  that  is  produced  in  the  biogas  plant  can  be  sold  to 


greenhouses and  farmland1  to  the  north  of  the  Goudse  Poort  and  in  a  later  stage  the  fertiliser can also be used at the urban farms and parking transferia with greenhouses inside  the Goudse Poort. The same counts for the carbon dioxide produced in the CHP unit.     It  is  however  very  difficult  to  decide  on  the  exact  order  of  putting  the  elements  in  the  system, because of the many unknowns like new technology, financial development of the  Goudse  Poort,  etcetera.  Moreover,  as  was  said  before,  the  integrated  design  is  not  a  blueprint  that  should  be  followed  up  but  it  is  more  a  future  scenario.  As  we  know,  Kalundborg was not designed but evolved gradually over time because the conditions turned  out to be favourable for such a development. Since then, different try‐outs for planned eco‐ industrial parks have been executed, but none has been realised at this time. Furthermore,  the proposed cyclifiers are only a few of the many cyclifiers possible. Therefore it might not  even be appropriate to make an exact timeline, because that would give the impression that  the result of the design strategy is a blueprint, while it is not.        


Assuming that the pastureland to the north of the Goudse Poort will be transformed into farmland  to provide for the food need of the Goudse Poort. 


4 Case‐study MSP Heerlen  In this chapter the second case study will be presented. The case study is an urban district in  Heerlen,  in  the  province  of  Limburg.  MSP  stands  for  Meezenbroek,  Schaesbergerveld,  and  Palemig; two neighbourhoods of Heerlen and a small village that is very close to it.  The neighbourhoods consist of old mining colonies and since the mines were closed in the  1970s the neighbourhoods have been in decline; many socio‐economic problems exist and  the  population  is  expected  to  decline  in  the  future  [82].  There  is  money  available  to  transform  the  district,  but  before  the  transformation  can  be  started  it  was  realised  that  future visions of a desired outcome of the transformation are necessary. Therefore ‘Atelier  Rijksbouwmeester’  asked  five  architectural  bureaus  to  come  up  with  future  visions  of  ‘the  sustainable  city  in  2040’  while  studying  five  different  areas  in  the  Netherlands;  2012Architects  was  asked  to  look  at  MSP  in  Heerlen.  Atelier  Rijksbouwmeester  is  the  advisory body of the ministry of VROM (traffic, spatial planning, and the environment) that  gives advice about the housing policy of the government [83].     This  chapter  has  the  same  structure  as  the  previous  chapter  with  the  case  study  of  the  Goudse Poort, and will follow the IE design sequence (Chapter 2); In the first section some  background  information  about  MSP  will  be  given.  In  Section  4.2  the  system  is  analysed,  while  in  Section  4.3  cyclifiers  are  found  and  the  loops  are  closed.  Finally  in  Section  4.4  an  integrated design is presented.   Many of the same cyclifiers will be used as in the Goudse Poort case‐study, and because the  design sequence and its way of application is also shown before, this chapter will be much  more to the point than the previous chapter. The main purpose of this chapter is to show  that the design sequence can easily be applied to any type of neighbourhood. It also serves  as reference to compare the outcomes of two case studies. This comparison will be made in  Chapter 5. Finally, the metabolic calculations were refined in the case study of MSP to make  the outcome of the calculations more accurate. 

4.1 Background information  MSP  is  a  district  to  the  northeast  of  the  old  city  centre  of  Heerlen.  The  railway  separates  MSP  from  the  centre  of  Heerlen  [43].  Figure  4.1  shows  a  map  of  MSP;  the  village  to  the  north,  Palemig,  is  a  historical  village  that  already  existed  before  1800.  Until  the  1920s  the  historical  core  of  Schaesbergerveld  developed,  which  is  the  lower  left  corner  of  the  S‐ triangle  in  the  figure.  The  lower  right  corner  of  Schaesbergerveld  contains  a  cluster  of  monumental  buildings  built  in  1905‐1907  built  by  the  mines  of  Oranje  Nassau,  colony  Leenhof, to accommodate for dwellings of the many mineworkers in that period [82].   Between 1920 and 1930 the next mining colony Meezenbroek was built, which was located  around  the  ‘M’  in  the  figure.  The  rest  of  the  Meezenbroek  and  Schaesbergerveld  neighbourhoods were mostly built as living quarters between 1940 and 1960. Between 1960  and  1980  only  Palemig  was  extended  with  new  houses,  and  after  1980  only  a  few  more  houses and apartment complexes were built in MSP [82]. Current plans are to build a ring  road  from  the  southeast  corner  of  MSP  along  the  castle  and  around  Palemig  to  the  northwest corner of MSP [82].  An impression of what MSP currently looks like is shown in Figure 4.2.     The  problems  in  the  neighbourhoods  are  various  [82],[84];  the  average  income  in  MSP  is  much  lower  than  the  average  in  Holland,  and  in  Meezenbroek  and  Schaesbergerveld  even  much lower than in Heerlen. Furthermore, the amount of people without a job and living on  the state is also much higher than the average in Heerlen and the rest of the Netherlands. 


Finally, the  average  education  of  the  inhabitants  is  also  low.  In  the  neighbourhoods  problems like drugs dealing and other crimes like burglary are also present.  The quality of  the public space is low, and cultural, recreational, and educational facilities are not optimal.  An additional problem is that MSP is one of the first districts in Holland to have a declining  population; between 2003 and 2007 it declined with 6.5% and in the coming years a decline  of around 20% is expected [82],[84],[85].   

Figure 4.1  Plan  of  MSP  Heerlen.  At  the  left  a  drawing  is  shown  with  the  different  neighbourhoods  Meezenbroek, Schaesbergerveld, and Palemig indicated with an M, S, and P, respectively. At the right  a Google maps picture with the system boundaries is shown (black line) [43]. 

In 2007 MSP was denoted as an area that needs special attention of the government (often  called Vogelaar‐wijk after the minister that chose them). From then on a lot of action plans  were  made  and  partly  executed  [82].  These  plans  focus  on  the  revitalisation  of  the  neighbourhoods in a variety of ways, for example boosting the local economy, demolishing  and  replacing  old  buildings,  and  building  a  centre  for  education  (“brede  maatschappelijke  voorziening”).  This  centre  for  education  will  be  built  at  the  southern  border  of  Schaesbergerveld and a few old schools will be demolished. The plans for the buildings are  demolishing  759  houses  between  2007  and  2020,  construction  of  414  new  houses  and  renovating 470 houses (see Section 4.3.2) [82]. A total of 180 million Euros is available in the  period of 2008‐2020, of which most comes from the public housing companies [82].   

Figure 4.2 Atmosphere impression of a part of MSP, Schaesbergerveld, showing apartment buildings  and row houses with large backyards. 

The  assignment  of  the  rijksbouwmeester  was  to  develop  visions  for  a  sustainable  city  in  2040  providing  many  possible  solution  directions  that  can  be  implemented  in  the  existing  policies  [86].  The  scale  of  the  assignment  was  on  the  urban  level,  not  on  the  individual   


building level. The starting point of the research was a scenario with a moderate decline in  the amount of inhabitants, because it was considered undesirable to let a steep decline in  inhabitants take place.  

4.2 System boundaries and system analysis  4.2.1 System boundaries and system diagram  In the first step of the IE design sequence the boundaries were chosen as is shown in Figure  4.1,  containing  a  total  area  of  356  hectares.  These  boundaries  include  MSP,  but  were  expanded  somewhat  in  order  to  also  include  a  silversand  mine  of  Sigrano  to  the  north  of  Heerlen, the biggest source of silversand for computer chip production in the world [87].  The system boundaries include currently 6900 inhabitants [84], the silversand mine, 105 ha  farmland and pastures, elementary and secondary schools, a biological school and a number  of small companies like hairdressers, supermarkets, etcetera. A list of these companies is  shown in Appendix E. The system also includes nature (forest), much extensive green and  other nature at the edges, and the ruins of a castle (south‐east corner of the system). To the  upper northwest border, an old stone rubble hill can be found, containing old rocks that  were removed from the surrounding mines in the area.  A schematic drawing of the system  can be seen from Figure 4.3 below, and an iconographic scheme is shown in Figure 4.4    


Figure 4.3 Schematic drawing of the current MSP system and the most important sub‐systems. The  black  dotted  lines  indicate  the  system  boundaries.  The  green  flows  are  organic  flows  of  food  and  organic  waste.  The  red  lines  indicate  energy  flows,  the  blue  lines  water,  and  the  black  lines  other  resources. 



Figure 4.4  Iconographic  scheme  of  the  MSP  system,  with  the  system  boundaries  in  the  shape  of  the  area.  The  food  stream  is  split  into  meat  products  and  other  products  because  of  the  differences  in  productivity  and  land  use  per  hectare  (pasture  versus farmland). 


4.2.2 System analysis: locality  The local and regional circumstances of the MSP Heerlen area were analysed, to be able to  identify  the  possibilities  for  connecting  different  streams.  Besides  the  houses  and  its  inhabitants that comprise the largest part of the buildings, other elements and actors with a  potential as cyclifier  were analysed,  see  Table  4  (a  list  of  the  local  companies  is  located  in  Appendix E). The main possibilities for cyclifiers are in the area of food production; a large  amount of farmland is already available in the system and there is a biological school. One of  the  current  qualities  of  the  area  is  the  large  amount  of  green  (both  nature  and  extensive  green);  this  quality  should  be  maintained,  even  when  food  is  locally  produced.  Another  potential  is  the  old  dried  up  creeks  that  can  be  used  as  irrigation  canals  or  for  water  purification. Furthermore, the sand from the sand pit can be used for the production of solar  cells,  which  can  be  applied  in  MSP.  There  is  a  regional  solar  cell  producer  available  in  Heerlen, Solland Solar, thus local production of these solar cells is possible. There are also  old mining shafts in the region and in the MSP area itself, which can provide underground  seasonal thermal storage.   Finally, there are a few sources of construction material available, which is handy when new  buildings are constructed.   Analysing beyond the physical layer, there is money available for the transformation of MSP,  and it also gets a lot of attention from the media, which could increase the transformation  speed and give MSP a kind of pilot project function of which the experience could be applied  to other areas in the Netherlands [82].    Table 14 Different actors and elements with potential as cyclifier in and around MSP.  

Actor or element inside  MSP  Farmland  and  pasture  land  Old dried up creeks 

Potential Local food production, both groceries and meat, adapted to the  local need  Irrigation canals, water purification 


Biological school  Empty buildings  Material from  demolished buildings  Hill with mining rubble  Sigrano silversand mine 

Hosting food production, education of people to become farmer  Can be used for a variety of functions, e.g. food production  Source of construction material 

Source of construction material  Delivers  very  high  quality  sand;  highest  quality  is  used  for  chip  fabrication.  Lower  quality  could  be  used  for  the  production  of  solar  cells,  while  lowest  quality  could  be  used  as  construction  material or for a helophyte filter [87],[88]   Education  centre  (to  be  Local knowledge centre, e.g. information on new projects, state  built)  of current projects  Actor  or  element  Potential  outside MSP  Additional farmland   Regional food production  Solland  solar  cells  b.v.  Producing solar cells for MSP [89]  Heerlen  Old mining shafts  Underground seasonal thermal storage 

4.2.3 System analysis: metabolism  The  metabolism  calculations  for  MSP  were  much  more  refined  and  complicated  as  compared  to  the  Goudse  Poort.  Again  simple  input‐output  models  were  used  for  a  population of 6900 people, and an estimated 400 people in offices and 3000 people going to  schools daily. The details of the assumptions and calculations can be found in Appendix F1  and F2. The results of the calculations are shown in Table 6 below.     Table 15 Results of the input‐output model for the current situation in MSP. The figures mentioned  are per year. 

Households, schools  and offices  Natural  Gas  for  heating  Electricity  Drinking water 


Food ‐ Total 

4.8*106 kg/year 

4.6*104 MWh/year  (4.1*106 m3/year)  2.1*104  MWh/year  3.5*108 L/year 

Households, schools  OUT  and offices  Waste heat  1.8*104 MWh/year  Wastewater  3.5*108 L/year  Solids  in  sewage  5.5*105 kg/year  sludge  Food waste  1.5*106 kg/year 

4.3 Cyclifiers and loop‐closing  In the current MSP system it is clear that none of the streams are looped; a striking example  is the farmland that is available in the neighbourhood. None of the food produced there is  processed  in  the  MSP  neighbourhood.  Instead  it  is  transported  to  somewhere  else,  and  comes back to the supermarkets, among those of MSP, via another route.  Similar  to  the  Goudse  Poort  case  study,  the  elements  that  are  lacking  are  local  food  production, local energy production, and local wastewater and organic waste treatment. In  MSP there are some additional or different opportunities as was explained above.  In  the  following  sections  first  the  cyclifiers  at  the  physical  layer  will  be  elaborated;  the  information  layer  and  strategic  layer  will  only  be  mentioned  shortly.  The  metabolic  calculations  of  the  system  in  2040  will  be  presented  in  Section  4.4,  based  on  6000  inhabitants (instead of 6900).  


4.3.1 The physical layer: food, energy, and water  In the following text mainly the additional (or different) cyclifiers as compared to the Goudse  will  be  elaborated.  For  example,  in  the  water  system  rainwater  capture  was  added,  in  the  food system local production of fish, and in the energy system local production of solar cells.  


Local food  production  is  an  important  element  in  the  MSP  system,  similar  to  the  Goudse  Poort. However, in the MSP case study it was decided to take a more realistic starting point  for  food  production.  This  means  that  local  meat  and  egg  production  was  included  in  the  calculations, in order to match the food production more accurately with the actual diet of  the average person. Furthermore, it was also assumed that a vegetable and fruit mix would  be  grown  that  was  also  closer  to  the  average  diet.  The  result  was  that  the  metabolic  calculations  (also  the  ones  that  were  presented  before  for  the  current  system)  were  not  based on an average assumed production of 25,000 kg vegetables per hectare, but on the  actual production per type of vegetable (see Appendix F1 and F2 for details).   With  the  meat  and  egg  production  a  slightly  different  approach  was  taken;  especially  the  beef production is very inefficient in terms of meat production to fodder ratio and amount  of  land  needed  per  kg  animal  [52].  Because  of  the  limited  amount  of  farmland  and  pastureland available in MSP, a more optimal mix of animal types was sought, despite the  fact that a significant part of the meat on our menu consists of beef.     Besides  the  production  of  meat,  the  same  cyclifiers  were  added  as  in  the  Goudse  Poort;  additional urban  farms and  farmland  in  2040  will  be  introduced  in  addition  to  the  existing  farmland. Furthermore greenhouses were added to the system, which can be conveniently  placed between the house blocks that currently have a large backyard. Thus the individual  backyards  will  become  public  space  where  food  is  produced.  These  house‐greenhouse  combinations have an additional benefit in terms of energy as will be explained below.   The greenhouses can be built from old window frames from the buildings that are broken  down in the coming decade, as will be explained in Section 4.3.2.    Two  extra  cyclifiers  were  added  for  food  production  in  the  MSP  system,  which  are  mushroom  apartment  buildings  and  fishponds.  A  part  of  the  apartment  buildings  will  be  broken  down  in  the  next  decades;  however,  before  the  buildings  are  torn  down  there  is  often a period where the buildings are standing empty and unused. During this period the  buildings can be used for mushroom production; they grow fast, don’t need light, and have a  very high yield per hectare because they grow all‐year round [84],[90],[91].  Another  cyclifier  is  introducing  fishponds  for  additional  meat  production.  Fishponds  can  either  be  combined  with  greenhouses,  providing  nutrient  rich  water  for  the  crops  [92],  or  with the existing water body of the exhausted part of the silversand pit. If a helophyte filter  is introduced the fish could also swim there. Depending on the choices made the fish could  be cultivated on a more commercial scale with a higher yield or mainly for sport fishermen.  An additional advantage of introducing fish into the system is that the water quality can be  monitored with the type of fish that swim in the water [93].   Assumptions about the amount and type of animals and hectares of farmland and fishponds  are  presented  in  Section  4.4,  and  in  Appendix  F1  while  Figure  4.7  shows  the  completely  looped system of MSP including local food production. 


For MSP,  again  the  three  main  aspects  of  an  energy  system  were  regarded,  namely  an  energy  source,  energy  production,  and  energy  storage.  The  cyclifiers  that  were  found  for 


these aspects are largely the same as in the previous case study; there are however some  interesting additional possibilities due to the local circumstances.     As  energy  source  again  a  biogas  plant  was  chosen,  because  of  local  availability  of  sewage  sludge  and  organic  waste  from  the  households,  and  local  and  regional  crops  residue  and  animal  manure  from  the  farms.  Moreover,  besides  biogas  production,  the  production  of  fertiliser and grey water at the same time was seen as a major advantage of this cyclifier. A  CHP unit will also be added to the system to produce heat and electricity from the biogas  coming from the digester. Besides energy, the CHP unit provides CO2 that can be fed to the  greenhouses.  In MSP an additional energy source was considered; the sun. With the use of photovoltaic  solar  cells,  sunlight  can  be  directly  transformed  into  electricity.  Because  of  the  local  availability of silversand and the regional presence of a PV solar cell manufacturer, this was  seen  as  a  showcase  of  how  the  local  and  regional  economy  could  be  given  an  impulse  by  manufacturing  PV  solar  cells  for  MSP  in  Heerlen.  At  the  same  time  a  large  part  of  the  electricity need of MSP could be provided with these solar cells.     Regarding  energy  storage,  again  underground  seasonal  thermal  storage  was  considered  as  one of the best options. The local circumstances in MSP are ideal for underground thermal  storage;  the  whole  area  is  an  old  mining  area  with  old  mine  shafts  still  present.  Although  some of the mines were filled with mining rubble after closure, the shafts already exist and  no drilling would be required for the underground heat storage. The mines are often already  filled with water that becomes warmer at higher depths [94].  This  is  already  demonstrated  in  a  minewater  project  to  the  northwest  of  Heerlen,  in  Heerlerheide,  where  the  previous  coalmine  Oranje‐Nassau  (ON)  III  and  I  are  used;  warm  water of 28°C from a depth of 700 m is pumped up from ON III, and water of 17°C from a  depth of 250 m comes from ON I [94],[95].   MSP could also be connected to these mineshafts, but it is more convenient to use ON II and  ON IV that are within the borders of MSP, on the Sigrano property to the north [96].  The  minewater  has  already  the  desired  temperature  and  can  be  used  immediately,  but  in  the future the thermal balance could be maintained with heat storage in the summer and  removing cold water, and the other way around in winter. The greenhouses attached to the  houses  provide  an  extra  energy  benefit  in  this  way;  they  catch  sunlight  that  heats  up  the  greenhouses. In the summer the excess heat can be stored in the minewater, while in the  winter  the  greenhouses  provide  an  extra  energy  buffer,  lowering  the  energy  use  of  the  houses attached to the greenhouses. 


In the  water  system  of  MSP,  grey  wastewater  from  the  biodigester  will  be  treated  in  a  helophyte  filter.  Also  some  other  water  cyclifiers  where  added  and  elaborated  in  more  detail. First of all, for such a large system as MSP with local food production, a lot of water is  needed, which cannot be provided by the wastewater from households alone. Therefore a  local  water  system  for  the  agriculture  was  designed  that  included  rainwater  capture  and  buffering. It was assumed that the buffering would take place partly in the old creeks, but  for the largest part as an additional 30 cm of water on the silversand lake (see Appendix F1).   The  spatial  arrangement  of  the  combined  system  of  the  helophyte  filter  and  the  water  buffering was based on the natural flow of the water if the creeks would be filled, as can be  seen from Figure 4.5 and will become clear in the final spatial design in Section 4.4. Both the  rainwater  and  grey  water  will  flow  naturally  from  high  to  low.  This  means  that  the  biodigester  should  be  placed  on  a  high  point.  For  the  rainwater  an  underground  tunnel  should be dug underneath the ridge on which Palemig stands towards the silversand lake. If 


the buffered  rainwater  from  the  lake  is  needed,  it  can  be  pumped  back  by  mechanical  means.  Some issues should be discussed here; firstly, nutrient rich flows should be separated from  other flows in the ideal case [97]. The nutrient rich grey water from the biodigester can thus  be  used  for  irrigation  of  the  farmland,  and  flow  to  the  helophyte  filter  after  use.  To  slow  down  the  speed  of  the  water,  irrigation  terraces  will  be  used  that  are  made  from  construction materials found in the system.   Furthermore,  the  rainwater  usually  goes  through the sewage system, which dilutes  the  sewage  sludge.  It  was  assumed  that  gradually  less  rainwater  would  go  to  the  sewer,  and  more  of  this  water  was  buffered  for  the  use  in  households.  Another  issue  is  that  in  the  current  sewage  system  black  water  from  the  toilets and the other grey water is mixed,  which  makes  a  dewatering  step  in  the  biodigester  necessary.  If  these  two  types  of streams are separated beforehand, this  would  save  a  lot  of  trouble  and  the  grey  water  could  be  used  for  irrigation  immediately.   In the final design it was tried to form an  integrated  water  system,  that  has    additional  spatial  qualities;  the  water  will  Figure  4.5  Water  bodies  present  in  and  become a new central axis with a natural  around  MSP.  The  dashed  blue  line  is  an  view,  room  for  flora  and  fauna,  and  underground  part  of  the  natural  creeks.  The  recreational value.   creeks are currently mostly dried up.  

4.3.2 The physical layer: the built environment   Regarding the built environment, three main strategies where chosen that could support the  cyclifiers;  the  first  one,  the  mushroom  apartment  buildings,  was  already  explained  before.  Thus  empty  buildings  can  be  temporarily  or  permanently  used  for  food  production,  extending its lifetime and preventing decay of the neighbourhood because of the presence  of empty buildings.  The  second  strategy  is  to  reuse  the  building  materials  of  the  buildings  that  will  be  demolished in the coming years for the new system (see Figure 4.6 below); window frames  will be used for building greenhouses, bricks and old pavement will be used for the irrigation  terraces,  and  bricks  and  old  mining  rubble  from  the  hill  to  the  north  can  be  used  for  construction of new buildings or restoration of the castle. Low quality sand from the sand pit  and the hill can also be used for the helophyte filters.  The third strategy is to reduce the amount of roads and pavement; a part of the roads will  be  removed,  because  it  was  assumed  that  the  space  is  needed  for  food  production  and  water buffering. The cars can park in more central parking lots, e.g. in empty buildings.   


Type Bricks  Balconies  Glass façade  Complex façade  Garage  Gallery  Roofing   

Amount of  material (m2)  48833  12139  3119  504  2640  7920  24279 

Figure 4.6 Map of the buildings that are currently nominated for demolition. Red: will be demolished  within a year. Orange: within 1‐4 year. Green: within 5‐10 year. An estimation of the type and amount  of material that can be harvested from these buildings is shown in the table at the right. 

4.3.3 The information layer and the strategic layer  Because of the nature of the assignment of the rijksbouwmeester, the focus was mostly on  the physical layer and less on the information layer and strategic layer. There are however  some things that could be said about these layers.  For  example,  there  is  a  lot  of  money  available  that  could  be  used  for  initiating  the  transformation  of  MSP  to  a  sustainable  district.  This  money  might  not  even  be  needed,  because  the  cyclifiers  can  pay  back  the  investments  that  were  made;  either  they  save  money,  generate  money,  or  both.  For  example  new  jobs  become  available  to  the  local  residents,  who  generate  income  from  this.  The  municipality  will  then  save  a  lot  of  social  support money because there are less unemployed. To realise this, the local culture would  have to change to an attitude of “prosumer”, where the locals are producer and consumer  of food, energy, etcetera at the same time. On the basis of this scenario, a local money cycle  scenario  from  2010  to  2040  was  included  in  the  final  poster  presentation  that  shows  how  more and more money is generated within the local economy.  The  local  culture  could  also  be  strengthened  by  the  local  fishponds;  fishing  is  a  social  and  recreational  activity.  The  mine  water  project  is  another  source  of  pride  that  could  provide  the neighbourhoods with a local identity. 

4.4 Integration and the complete design  In  the  following  text  the  complete  design  will  be  presented  that  combines  the  elements  described  in  the  previous  sections.  The  metabolism  of  the  2040  MSP  system  will  be  presented,  the  spatial  implications  of  introducing  the  cyclifiers,  the  percentages  of  local,  regional, national, and global streams, and finally a discussion will be held about a timeline. 

4.4.1 Metabolic calculations   Below  in  Figure  4.7  the  final  looped  system  of  MSP  is  given.  Not  all  the  streams  are  completely  looped  as  the  results  below  show,  as  well  as  the  more  realistic  technical  metabolic scheme that can be found in Appendix G.  


The assumptions and calculations for MSP in 2040 are presented in Appendix F1 and F2. The  results – an overview of the percentage of each stream that is locally produced or recycled –  are given in Table 11 below.    

Figure 4.7 Final looped system of MSP Heerlen.  

Table  16  Percentages  of  local  production  within  MSP  boundaries  for  the  different  streams.  Calculations can be found in Appendix F2. 

Stream type  Food  Heat   Electricity  Water  CO2 

Specification stream 

% of  total  in 2040   (Urban)  farms  and  greenhouses,  mushroom  24  apartments  Underground seasonal thermal storage in mines   40  CHP – heat from burning biogas  5.2  CHP – electricity from burning biogas  6.6  Solar cells electricity  79  Water filtered with helophyte filter and reused  99  Rainwater buffering  Percentage of total local CO2 need satisfied with  35  CO2 from CHP 

This time some more problems popped up during the calculations. This is partly due to the  fact  that  MSP  is  a  larger  system  than  the  Goudse  Poort  and  is  more  complex.  Other  problems were related to the more detailed calculations and the basis or starting point of  the  assumptions.  For  the  final  presentation  of  the  assignment  assumptions  were  made 


about energy reduction, use of electric cars, etcetera; and they were detailed for every ten  years between 2010 and 2040. These assumptions were nice for the final presentation, but  were not included in the calculations presented in this report; the first reason is that in such  a case it is harder to compare with the current situation and see how large a percentage of a  stream is closed locally, but the main reason is that these assumptions were not considered  from  the  start  and  it  would  take  a  lot  of  time  to  build  the  assumptions  in  the  model  afterwards. It should be noted that it was already hard to compare the MSP system of 2010  with  2040,  because  the  extra  elements  in  the  system  make  new  streams  available  while  using  others.  For  example,  agriculture  uses  large  amounts  of  water,  while  rainwater  buffering has a large potential for providing water.  A related problem was again the optimisation in the system; it would be even harder than  before  because  of  the  many  cyclifiers  in  the  system.  Every  time  a  cyclifier  is  added,  ‘old’  streams are used and transformed into new ones.  

4.4.2 Locality The  results  of  the  locality  of  streams  are  shown  in  Table  12  below;  the  percentages  are  based on the assumption that the energy use in 2040 is similar to 2009 (so no electric cars,  energy use reduction, etcetera).     Table 17 Locality of the streams in 2009 as compared to 2040. The heat stream out is waste heat. The  local food stream out is food that is exported from MSP to a regional food distribution centre (not  going to the neighbourhood) 












Global (%)  2009  2040 


National (%)  2009  2040 


Regional (%)  2009  2040 


Food Heat   Electricity  Water 

Local (%)  2009  2040 

In     Out 


1 0  0  0 

24 45  86  99 

0 ?  ‐  40 

30 0  10  100 

0 0  ‐  100 

38 0  1  1 

0 0  ‐  28 

50 77  71  0 

0 0  ‐  0 

22 42  10  0 

0 0  ‐  0 

19 23  19  0 

0 0  ‐  0 

16 13  3  0 

0 0  ‐  0 

15 80  ‐  0 

4.4.3 Spatial implications  The spatial implications of the total design are shown in the table and figure below. Keep in  mind that especially the local food need is only partially satisfied even with the extra (urban)  farms, because of the large amount of farmland needed for meat production for the whole  population.     Table 18 Space needed for the different cyclifiers. Assumptions and calculations can be found in  Appendix F1 and F2. 

Space taken (m2)  Not determined  Not  determined/Existing  building  Mushroom apartments  Not determined  Urban  farms,  Farmland,  1,760,000  Pastureland  Greenhouses  230,000  Fish ponds  240,000  Cyclifier  Parking in old churces  Educational centre 


Location on map  1  2  3  9, light green areas  4  8 

Biogas plant ‐ production  Biogas plant ‐ storage  CHP unit  Solar cells  Helophyte filter  Water buffering  Underground heat storage in  mines 

4,380 1,220  36  100,000  9000  680,000  Unknown/Not determined 

7 7  7  5, all over the area  6  10, blue areas  Unknown/Not determined 

Figure 4.8 Location of the different cyclifiers. The right picture shows a zoomed in part with helophyte  filters, and greenhouses with PV solar cells.  

4.4.4 Timeline Regarding the timeline, it was again difficult to determine one, especially when the design is  intended to be only a scenario and not an exact blueprint. To be able to come up with some  outcomes  of  calculations,  some  assumptions  were  made.  The  assumptions  include  for  example  the  increasing  use  of  electric  cars.  However,  these  details  were  not  explicitly  mentioned in the final poster presentation that was made for the Rijksbouwmeester: in that  presentation the main goal was to present a future vision of which at least should be clear  that the system is build up gradually towards a sustainable system in 2040.     


5 Discussion of the results  In this chapter the results of the two case studies will be discussed and where necessary the  outcomes will be compared. In Section 5.1, a reconciliation of the various design options will  be  given,  where  the  common  cyclifiers  for  both  case  studies  and  their  qualities  will  be  discussed.  In  Section  5.2  a  justification  of  the  choices  made,  as  well  as  a  proof  of  the  concepts  will  be  given.  Finally  some  remaining  issues  with  the  design  sequence  and  the  results that need further research will be presented (Section 5.3) 

5.1 Common cyclifiers  Comparing  the  two  case  studies,  it  is  clear  that  some  common  cyclifiers  with  common  functions were used in both. These include local food production, i.e. some form of urban  farming with greenhouses or vertical farming in desolate apartment buildings. This is one of  the  most  important  common  cyclifiers  of  the  system  in  the  sense  of  reducing  global  environmental impact; local food production is very important for reducing food kilometres.  Reducing food kilometres reduces energy use of the transportation means, carbon dioxide  exhausts, and the emission of other gases like nitrogen oxides (NOx). An extra advantage is  that  fewer  roads  are  needed  in  cities,  and  the  space  that  is  made  available  by  removing  roads can be used for helophyte filters or extra farmland as we saw in the MSP Heerlen case  study.   Also some sort of water purification on‐site will be used in every sustainable city with locally  connected streams of water. In both case studies a helophyte filter was chosen. There are  several reasons for this; first of all it fits nicely with the biogas system, because in the biogas  digester  the  water  is  pre‐treated  and  comes  out  at  ‘grey  water’  quality.  The  result  of  this  pre‐treatment  is  that  less  area  is  needed  for  the  helophyte  filter:  one  square  meter  per  person instead of four [78]. The helophyte filter is one of the simplest forms of wastewater  treatment;  no  extra  energy  is  needed,  the  plants  just  do  it  all  by  themselves.  Another  advantage is that the water with the plants of the helophyte filter adds a significant quality  to the surroundings. The effect of the helophyte filter may be that residents feel that they  live in natural surroundings.  Regarding  the  energy  system,  exactly  those  types  of  technologies  were  chosen  that  are  recommended as being applicable to many eco‐industrial parks [79]:   • Co‐generation and integrated energy systems  • Energy recovery technologies  • Process  changes  that  allow  the  economical  use  of  non‐traditional  energy  sources  (renewable energy sources)  In  both  case  studies  it  was  proposed  to  use  cogeneration  for  local  energy  production,  namely a combined heat and power generator, producing warm water and electricity. Many  more  options  of  cogeneration  are  available,  but  in  urban  areas  the  combination  of  warm  water  and  electricity  seems  to  match  the  demand  best.  The  energy  recovery  technologies  that  were  used  in  both  case  studies  are  buffering  of  waste  heat  (underground  seasonal  thermal storage) and production of biogas from organic waste. The biogas plant is also the  prime  example  of  using  a  renewable  energy  source.  It  seems  that  the  biodigester  is  the  perfect  cyclifier;  it  turns  waste  into  three  valuable  products.  It  produces  biogas  from  local  and regional organic waste, the residue can be used as fertiliser, and at the same time the  black  water  from  the  sewer  is  partly  purified.  So  a  combination  of  different  functions  in  a  cyclifier seems optimal.     Finally, the potential of local and regional materials was recognised; not only the availability  of  organic  waste,  but  also  using  materials  from  buildings  that  will  be  demolished  was  considered.  


In future studies more cyclifiers can be found and introduced into the system that is being  studied.  To  ensure  a  systematic  and  analytic  generation  of  ideas  about  the  many  possibilities, a morphological chart could be used [98]. In a morphological chart the purpose  of  the  design  is  split  in  different  functions  of  the  design.  In  the  case  of  designing  an  eco‐ industrial  park  or  neighbourhood,  the  different  functions  are  e.g.  energy  storage,  water  purification,  etcetera.  In  the  morphological  chart  for  every  function  different  possible  solutions are listed, which can be combined into an overall solution, in this case an overall  system with connected streams. An example of a morphological chart is given in Appendix H.   This is a way in which step 3 of the design sequence, ‘Find cyclifiers’, can be executed. It was  originally  not  used  in  the  design  sequence,  because  the  initial  ideas  for  introducing  a  biodigester were already there; it is however a method to come up with new solutions and  combining the different elements into an integrated design. For example, a cyclifier with a  lot of potential is the biorefinery; a cyclifier that uses the same principles as an oil refinery,  i.e.  making  a  large  range  of  products  from  one  source,  but  then  based  on  biomass  as  a  source.  A  problem  with  such  a  cyclifier  is  that  the  amount  of  options  is  very  high,  and  a  systematic way of analysing them is required, hence the usefulness of a morphological chart. 

5.2 Technical feasibility and proof of concept  The previous section shows that the introduced cyclifiers have many positive sides, but still a  more helicopter‐like view is desired. The following issues still need to be discussed to assess  whether the design sequence and its outcomes are a success:  • The environmental progress that is made with introducing the cyclifiers  • The technical feasibility of the overall designs  • Remaining issues with the design sequence  The last point will be elaborated in the next section, but the first two points will be discussed  here.     The first issue is mainly related to the environmental appropriateness of a particular cyclifier  and  the  system  as  a  whole  [79];  the  complete  design  should  decrease  resource  use,  in  particular  those  that  are  (locally)  scarce.  Furthermore,  environmental  emissions  should  be  reduced  to  relieve  media  that  are  already  overburdened.  And  finally,  the  solution  should  improve the interaction between the technosphere and the natural ecosystem.  It seems that in both case studies the designs satisfy these three points at least partially; the  use  of  the  following  resources  was  reduced:  artificial  fertiliser,  drinking  water  from  the  regional fresh water system, fossil fuel based energy sources, and construction materials. It  was not clear whether all these sources were locally scarce, but as a global scarcity of fossil  fuels,  fresh  water,  calcium  carbonate  rock  for  concrete,  and  phosphate  rock  for  artificial  fertiliser is predicted in the coming decades [99], the benefits are still obvious.   The environmental emissions are also reduced in several ways; less CO2 emissions from fossil  fuels  and  even  using  greenhouses  as  CO2  sink,  purification  of  sewage  sludge,  and  less  emissions due to nutrient run‐off from farmland.   The  combination  of  helophyte  filters  and  urban  farms  within  the  urban  environment  is  a  good  example  in  which  the  interaction  between  the  technosphere  and  the  natural  ecosystem positive and reinforces both systems.  Whether the savings in resource use and reduction in emissions are large enough remains  open  for  discussion;  the  metabolic  calculations  show  that  the  loops  cannot  be  ‘closed’  completely  as  was  stated  optimistically  in  the  beginning,  but  at  least  streams  can  be  tied  together locally and significant savings can be realised. Another point is that the metabolic  calculations are rather conservative and a reduction in energy use in the future was not even  included, as well as the reduction in food kilometres and avoided CO2 emissions.    


The second point is related to the question whether it is possible to create such systems as  proposed in reality, and if they would really be so effective and efficient.  The  main  point  here  is  that  already  existing  and  commercially  used  technologies  were  chosen.  This  was  done  on  purpose,  to  show  the  people  involved  that  there  is  no  need  of  fancy  new  technologies,  but  merely  a  change  in  the  way  of  thinking  about  these  systems.  The technologies used are rather low‐tech; for example the CHP unit is a simple container  that  is  ready‐made  and  can  be  used  immediately,  and  the  helophyte  filter  costs  no  extra  energy input or other efforts and only needs to be cut now and then.  Of  course  some  of  the  technologies  need  a  considerable  investment;  the  payback  time  of  the  technologies  is  however  relatively  short.  Furthermore,  the  economic  viability  of  the  solutions and local boosts to the economy were also considered.   The only obstacle (as was already explained a few times before) is in the higher layers of the  system; information exchange, cultural change, and strategic behaviour of the stakeholders  is  very  important  and  it  will  be  the  fundament  and  starting  point  of  the  transition  to  a  sustainable  system.  Although  potential  hosts  of  cyclifiers  were  identified  to  involve  these  stakeholders  in  the  process,  the  will  to  initiate  the  process  should  be  present.  This  is  the  main challenge for the future.  

5.3 Remaining issues and problems  Even though it seems from the discussion in the previous sections that the design sequence  works  well  and  that  the  outcomes  of  the  case  studies  are  satisfying,  many  different  problems were encountered. The most important ones will be discussed below. In the next  chapter some recommendations for solving these problems will be presented.  

5.3.1 Metabolic calculations: data collection and assumptions  The major problem was encountered in the second step of the design sequence, which was  analysing  the  system.  For  this  analysis  MFA  was  used  in  combination  with  simple  input‐ output models.   However,  as  the  case  studies  progressed  it  turned  out  that  the  metabolic  models  weren’t  simple at all and increased in complexity as more details and assumptions were added. The  problems were various:  One important aspect is finding the right data to be able to make the right calculations:  • Finding the right data takes a lot of time and still some important things were left  out, like for example the amount of heavy metals and medication found in sewage  sludge. Also the biogas yield could not be determined with certainty.  • Mistakes in the calculations were easily made because of the sheer size of the excel‐ sheet  and  different  sources  of  data  that  contradicted  each  other.  The  mistakes  especially  had  consequences  for  the  amount  of  space  taken  by  the  cyclifers,  e.g.  amount of farmland needed for food production.  • It  was  hard  to  determine  which  level  of  details  in  the  calculations  was  needed:  diversifying  for  the  yield  of  different  crops  and  meat  per  hectare  was  justifiable  because  of  the  wide  range  in  yields.  It  still  took  a  lot  of  time  to  implement  the  changes. In other cases the advantage of adding more detail was not so clear.    Making useful (‘right’) assumptions is also important:  • The assumptions made influenced the structure and outcome of the calculations to  a  large  extent.  For  example,  should  the  amount  of  nitrogen  in  organic  waste  be  assumed as a fixed amount for the mix, or as a fixed amount for the individual types  of organic waste in the mix? 


It was hard to adapt the calculations to include new assumptions like less energy use  in  the  future  or  replacing  assumptions  with  real  data  because  the  structure  of  the  calculations would change. 

In addition to these points some doubts were formed when the percentages of the current  situation  were  compared  with  the  future  situation;  it  is  not  clear  how  you  can  compare  these percentages in a fair way when the amount of people in the system changes, as well as  possibly the energy use and amount of energy saved.  

5.3.2 Target or source‐based design  An additional problem that aggravated the problems with the metabolic calculations was the  approach in the design methodology; the starting point of the design could either be target  or source‐based [17]. This means that the design could be based solely on what is available  on‐site  and  close  the  loops  as  far  as  possible,  or  that  first  a  target  (e.g.  50%  local  food  production) is set and that the design is made to meet the target.  The second strategy provides more freedom of the introduction of cyclifiers and has a clear  goal  to  achieve,  but  possibly  ignores  an  important  notion  of  industrial  ecology;  use  the  potential of local existing streams and build the system on what is available.  The designs in the case studies were mainly based on the source‐based design strategy: all  the  available  streams  and  potential  hosts  for  cyclifier  were  identified.  As  soon  as  cyclifiers  were  introduced,  new  streams  or  products  became  available  that  could  be  used  for  other  functions in the system (e.g. the fertiliser coming from the biodigester). There was however  a  desire  to  optimise  the  system  performance;  for  example,  the  biogas  plant  can  be  optimised for either fertiliser production or biogas (energy) production [56],[65]. To be able  to  decide  for  which  stream  to  optimise,  targets  for  local  energy  production  and  self‐ sufficiency should be formulated. 

5.3.3 Amount of detail in the design  A final problem that was encountered during the design phase of the two case studies was  the amount of detail that the design needed.   During  the  calculations,  more  and  more  detail  was  added,  but  it  was  not  clear  what  the  added value of this extra detail was. It took a lot of time to change the excel‐sheet with the  calculations, while only some extra accuracy with the calculations was gained.   In the rest of the design, mainly developing a timeline and the possible ways in which the  cyclifiers  could  be  connected  provided  the  most  problems.  On  the  one  hand,  the  design  should  be  detailed  enough  to  give  a  proof  that  the  design  will  work.  However,  as  was  already  stated  in  the  description  of  the  design  sequence  in  Chapter  2  the  purpose  of  the  case  study  was  to  come  up  with  a  future  scenario,  not  a  blueprint.  In  other  words,  the  purpose of the designs was to create the conditions to start up the process of locally closing  streams,  without  imposing  limiting  rules.  The  specific  cyclifiers  were  chosen  based  on  optimal functioning in the system and adaptation to evolving local circumstances, but many  different cyclifiers are possible that can replace the chosen cyclifiers.   Thus, the natural dynamics of the system and the evolutionary pathway of the development  should be respected. Just letting the system develop gradually and evolve in an organic way  over time is one of the conditions that will ensure that the system will be able to adapt to a  change in local circumstances. 


6 Conclusions and Recommendations  6.1 Conclusions  In this research case studies of the business area the Goudse Poort in Gouda and the district  MSP  in  Heerlen  were  performed  in  which  a  sustainable  design  was  made  for  these  areas  with  the  use  of  principles  of  Industrial  Ecology.  A  design  sequence  was  used  in  which  the  system boundaries were defined (step 1), the system was analysed (step 2), cyclifiers were  added to the system (step 3 and 4) and a complete design was made (step 5).     There are several conclusions that can be drawn from the outcomes of the two case studies  and  applying  this  design  sequence.  First  of  all,  the  results  of  the  two  case  studies  are  satisfying; especially for a first time of applying the design sequence things went relatively  smooth.   The  outcomes  of  the  metabolic  calculations  are  reasonably  correct,  at  least  to  the  point  where they can be used to illustrate the difference between the current system and one in  the future where the different streams are shortcut locally. Furthermore the designs show  future  visions  that  form  one  consistent  whole  and  could  also  be  applied  in  reality  or  otherwise  serve as an inspiring  example  of  how  the  principles  of  industrial  ecology  can  be  applied to living areas and business districts.   The  answer  to  the  main  question  “is  there  a  strategy  for  a  more  integral  planning  of  the  available  space  in  an  area  where  the  different  functions  (nature,  agriculture,  housing  and  industry) reinforce each  other  instead  of  fight  each  other?”  can  therefore  be  positive.  The  proposed  design  sequence  is  a  first  successful  attempt  for  a  design  strategy  that  helps  in  integral planning.    The results of the case studies are a good starting point for future research, but the design  sequence  needs  to  be  adapted  if  its  potential  is  to  be  used  fully,  and  a  lot  can  still  be  learned.   A major issue is the time that is needed for the research; it costs much time to focus on all  layers  (the  physical  layer,  the  information  layer,  and  the  strategic  layer)  and  sub‐layers  (water, energy, food, etcetera). If a lot of time is spent on one layer, there is less attention  and time left for the other layers, while a good design is marked by an integrated approach  of including all layers.  The biggest hurdle in the two case studies was the data collection and doing calculations for  the metabolism of the systems. A lot of time was spent on finding the right data, and still  many  assumptions  needed  to  be  made.  Furthermore  many  mistakes  were  made  in  the  calculations,  which  especially  influenced  the  results  of  how  much  space  was  needed  for  a  cyclifier. Finally, it was not clear what the optimal amount of detail in the calculations was,  in the sense that realistic results are found in the least time as possible.   The  starting  point  of  the  design  is  also  important;  target  or  source‐based.  The  design  sequence  is  mainly  focused  on  the  source‐based  starting  point  in  which  the  available  streams are identified and locally connected with other streams by introducing cyclifiers. But  as  soon  as  cyclifiers  are  introduced  that  make  new  streams  and  products  available,  the  situation becomes more complicated, because assumptions about performance targets need  to be formulated in order to be able to finish the calculations.  

6.2 Recommendations There  are  several  recommendations  that  can  be  made  for  solving  the  remaining  issues.  Firstly,  when  acting  in  a  tight  timeframe,  the  focus  with  case  studies  needs  to  be  on  the 


physical layer;  In  order  to  act  within  the  information  and  strategic  layer  it  is  necessary  to  develop tools that help a quick design at the level of the physical layer (see below for one  tool) and assist to make more integrated designs. The main use of adding the information  and  strategic  layer  is  to  point  out  potential  to  policy  makers,  for  example  the  different  stakeholders that can be a host for cyclifiers and how the different layers interact and can be  integrated in a design.     A  second  recommendation  is  to  develop  ‘kortsluiter’  software  that  can  perform  the  metabolic calculations and ideally come up with graphical schemes in which the percentage  of  the  streams  locally  looped  becomes  clear  immediately.  This  software  will  not  only  save  calculation  time,  but  it  will  also  help  in  making  assumptions  in  a  more  systematic  way  if  a  user interface is added where assumptions can be checked and unchecked with boxes. For  example,  assumptions  about  future  energy  savings  and  the  use  of  an  electric  car  can  be  added with a few clicks, and if desired exact percentages can be added. A remaining issue  here  is  that  beforehand  still  decisions  should  be  made  on  the  amount  of  detail  that  is  desired  for  the  calculations;  the  model  should  be  sufficient  to  represent  the  reality  while  adding more detail is of no use.     Finally, when applying the design sequence and adding cyclifiers, one should start with the  source based approach and then optimise (define some targets for performance that can be  integrated  in  the  ‘kortsluiter’  software).  This  means  that  the  types  of  cyclifiers  chosen  for  the system that is being studied should be based on the streams that are available on‐site,  like the sewage sludge and organic waste. When calculations are finished for these cyclifiers,  the  results  can  be  checked  and  targets  formulated.  These  targets  could  be  satisfied  by  introducing new cyclifiers; then new calculations can be made. This cycle can be iterated a  few times, in order to constantly improve the system.  


7 Literature   [1] Brangwyn, B., and R. Hopkins ‘Transition initiatives primer – becoming a transition town, city,  district, village, community or even island’, version 26, August 12, 2008   [2] Holgrem,  D.,  ‘Energy  and  Permaculture’,  accessed  via, October 2009  [3] Bosschaert,  T.,  ‘Large  Scale  Urban  Agriculture’,  accessed  via , October 2009  [4] McDonough, W., Braungart, M, 2002. Cradle to Cradle – remaking the way we make things.  North Point Press, New York  [5] Superuse website,, accessed September 2, 2009  [6] Re‐cycli‐city concept file, February 6, 2009, 2012Architecten  [7] Garner,  A.,  and  G.A.  Keoleian,  ‘Industrial  Ecology:  an  introduction’,  National  pollution  prevention center for higher education pollution prevention and industrial ecology, 1995  [8] Frosch,  R.A.,  and  N.  E.  Gallopoulos,  ‘Strategies  for  manufacturing’,  Scientific  American,  Vol.  261 no. 3, pp. 94‐102, 1989  [9] Lifset, R., and Th.E. Graedel, ‘Industrial Ecology, goals and definitions’, Chapter 1 of Ayres, R.  and L. Ayres, ‘A handbook of Industrial Ecology’, Edward Elgar Publishing Inc, 2004  [10] Journal  of  Industrial  Ecology,  general  page  with  aims  and  scope  accessed  via‐1980&site=1, September 2009    [11] Ayres,  R.U.,  ‘On  the  life  cycle  metaphor:  where  ecology  and  economics  diverge’,  Ecological  Economics, Vol 48, pp. 425‐438, 2004  [12] Korhonen,  J.,  ‘Some  suggestions  for  regional  industrial  ecosystems  –  extended  industrial  ecology’, Eco‐Management and Auditing, Vol. 8, pp. 57–69, 2001  [13] Boons,  F.A.A,  and  L.W.  Baas,  ‘The  organisation  of  Industrial  Ecology:  the  importance  of  co‐ ordination’, Journal of Cleaner Production, Vol.5, number 1‐2, pp. 79‐86, 1997  [14] Abu‐Sharkh,  S.  et  al.,  ‘Can  microgrids  make  a  major  contribution  to  UK  energy  supply?’,  Renewable and Sustainable Energy Reviews, Vol 10, pp.78‐127, 2006  [15] Lecture  sheets  of  the  course  SM2751  Introduction  to  Industrial  Ecology  and  Symbiosis,  February to June, 2006  [16] Ayres, R.U. et al., ‘Energy efficiency, sustainability and economic growth’, Energy, Vol 32, pp.  634‐648, 2007.  [17] Korhonen,  J.,  ‘Industrial  Ecology  for  Sustainable  Development:  Six  Controversies  in  Theory  Building’, Environmental Values, Vol. 14, pp. 83–112, 2005   [18] ‘Lichen’,  encyclopaedia  Brittanica,  accessed  via, September 2009  [19] Sharnoff,  S.,  and  S.  Sharnoff,  ‘Lichen  biology  and  the  environment’,  accessed  via, September 2009  [20] ‘Korstmos’,  Wikipedia  online  encyclopaedia,  accessed  via, September 2009   [21] ‘Industrial  Ecology’,  Appropedia,  site  for  solutions  in  sustainability,  poverty  reduction,  and  international  development,  accessed  via,  September 2009  [22] Ehrenfeld, J.R., ‘Industrial ecology: a framework for product and process design’, Journal of  Cleaner Production, Vol. 5, no. 1‐2, pp. 87‐95, 1997  [23] ‘Technical assistance for REACH – Impact Assessment Updates – Summary report’, RPA (Risk  and Policy Analysts), 2006   [24] ‘Shearing  Layers’,  Wikipedia  online  encyclopaedia,  accessed  via, September 2009  [25] Hofman, P.S., ‘Innovation and Institutional Change. The transition to a sustainable electricity  system’, dissertation, Universiteit Twente / CSTM, Enschede, 2005  


[26] ‘By‐product synergy  and  industrial  ecology’,  International  institute  for  sustainable  development,  2007,  accessed  via,  September 2009  [27] Korhonen,  J.,  et  al.,  ‘Editorial  management  and  policy  aspects  of  industrial  ecology:  an  emerging  research  agenda’,  Business  strategy  and  the  environment,  vol.  13,  pp.  289‐305,  2004  [28] Nikolic,  I.,  et  al.,  ‘General  Methodology  for  Action‐Oriented  Industrial  Ecology’,  IEEE  International Conference on Networking, Sensing and Control, Florida, U.S.A., April 2006  [29] Gertler,  N.,  ‘Industrial  ecosystems:  developing  sustainable  industrial  structures’,  Smart  communities  network,  accessed  via, October 2009  [30] Grdzelishvili, I., and R. Sathre, ‘Industrial ecology in transition countries: historical precedent  and  future  prospects’,  NATO  advanced  research  workshop  “strategies  to  enhance  environmental security in transition countries”, Sibiu, Romania, September 2006  [31] ‘New  technologies  and  innovation  through  Industrial  Symbiosis’,  Industrial  symbiosis  website,  Kalundborg  centre  for  industrial  symbiosis,  2008,  accessed  via, September 2009  [32] Saikku,  L.,  ‘Eco‐industrial  parks.  A  background  report  for  the  eco‐industrial  park  project  at  Rantasalmi’, Research institute for social sciences, University of Tampere, Finland, 2006  [33] Kane,  G.,  ‘Industrial  Symbiosis’,  Powerpoint  presentation,  Clean  environment  management  centre, University of Teesside, United Kingdom  [34] ‘Industrial symbiosis in the Rotterdam Harbor and Industry Comlex. System boundaries and  industrial  symbiosis’,  Powerpoint  presentation,  accessed  via, September 2009  [35] Brattebø, H., et al., ‘Introduction to Industrial Ecology ‐ Theory, Methods and Applications’,  NTNU, Trondheim, 2007  [36] ‘Recycle  de  ruimte.  Een  pleidooi  voor  hergebruik  van  bestaande  bedrijventerreinen  in  Nederland’, Milieudefensie, Amsterdam, August 2008  [37] ‘Voor  wie  ontwikkelen  we  nog  bedrijventerreinen?  Beschouwingen  over  de  groei  van  de  bedrijvigheid  op  nieuwe  bedrijventerreinen  en  over  de  gevolgen  hiervan  op  de  bestaande  bedrijventerreinen’, Stogo, Utrecht, November 2007  [38] ‘De  toekomst  van  bedrijventerreinen:  van  uitbreiding  naar  herstructurering’,  planbureau  voor de leefomgeving , Den Haag/Bilthoven, 2009  [39] Van Dinteren, J., and P. Bos, ‘Leegstand op bedrijventerreinen’, prepared by Royal Haskoning  for the ministry of VROM, 29 October 2007  [40] Van Dinteren, J., ‘Leegstand op bedrijventerreinen. Hoezo?’, October 2007  [41]  ‘Wedstrijdprogramma  ideeënprijsvraag  nieuwe  toekomst  Goudse  poort’,  accessed  via 0, September 2009   [42] Website  of  Gouds  Regionaal  ArchitectuurPlatform  (GRAP),  accessed  via, September 2009  [43] Google maps, accessed via, Oktober 2009   [44] Website of the Goudse Poort, accessed via, September 2009   [45] Website of Cyclus, accessed via, September 2009   [46] Wittwer,  S.  H.,  ‘Rising  carbon  dioxide  is  great  for  plants’,  1992  accessed  via, September 2009   [47] Website of milieubarometer, accessed via, September 2009   [48] ‘Hoe  hoog  is  mijn  energieverbruik?’,  Gaslicht  website,  2008,  accessed  via, September 2009   [49] ‘Energieverbruik  Nederlands  huishouden’,  PerfectBouw,  2006,  accessed  via uden.html, September 2009   [50] ‘Globetrotting  food  will  travel  farther  than  ever  this  thanksgiving,  Worldwatch  institute,  accessed via,, Oktober 2009  [51] Barnes,  K.,  ‘Is  your  food  well‐travelled?’,  accessed  via, Oktober 2009 


[52] Leckie, S.,  ‘Meat  production’s  environmental  toll’,  2007,  accessed  via, Oktober 2009   [53] ‘Hoeveelheid  koeien  nu  en  bij  omschakeling  naar  biologische,  ecologische  bedrijfsvoering’,  accessed via, October 2009   [54] ‘Hoe  worden  kippen  gehouden?’,  Voedingscentrum,  2009,  accessed  via‐herkomst/voedingsmiddelen/vlees/kip/   [55] Strachan,  N.,  and  A.  Farrell,  ‘Emissions  from  distributed  vs.  centralized  generation:  The  importance of system performance’, Energy Policy, Vol. 34, pp. 2677‐2689, 2006  [56] ‘Information sheet anaerobic digestion’, accessed via, October 2009   [57] Svoboda,  I.F.,  ‘Provision  of  research  and  design  of  pilot  schemes  to  minimise  livestock  pollution to the water environment in Scotland. Anaerobic digestion, storage, oligolysis, lime,  heat  and  aerobic  treatment  of  livestock  manures.  Final  report’,  FEC  services  ltd.,  Warwickshire, 2003  [58] Hobson,  P.N.,  and  N.E.H.  Feilden,  ‘Production  and  use  of  biogas  in  agriculture’,  Progress  in  Energy and Combustion Science, Vol 8, pp. 135‐158, 1982  [59] ‘Biogas’,  Wikipedia  online  encyclopaedia,  accessed  via,  September 2009   [60] Coffey,  M.,  ‘Energy  and  power  generation:  maximising  biogas  yields  from  sludge’,  Filtration+Separation, pp. 12‐15, January/February 2009  [61] ‘Anaerobic  digestion  and  biogas’,  factsheet,  Farming  and  Countryside  Education,  2007,  accessed via http://www.face‐, October 2009   [62] Cox,  B.,  and  M.  Souness,  ‘Biogas  opportunities  –  an  overview  of  biogas  potential  in  New  Zealand’,  Presentation  to  Bioenergy  Association  of  New  Zealand  Biogas  Workshop,  Christchurch, 21st October 2004  [63] Uzodinma, E.O., et al., ‘Effect of some organic wastes on the biogas yield from carbonated  soft drink sludge’, Scientific Research and Essay, Vol. 3, no. 9, pp. 401‐405, 2008   [64] ‘Why  mix  feedstocks?’,  Michigan  state,  accessed  via  September  2009  [65] Berglund, M., and Börjesson, P. ‘Assessment of energy performance in the life‐cycle of biogas  production’, Biomass and bioenergy, Vol. 30, pp. 254‐266, 2006   [66] Machnicka,  A.,  et  al.,  ‘The  intensification  of  sewage  sludge  anaerobic  digestion  by  partial  disintegration of surplus activated sludge and foam’, University of Bielsko‐Biala, Poland  [67] Verstraete,  W.,  et  al.,  ‘Maximum  use  of  resources  present  in  domestic  “used  water”’.  Bioresource Technology, article in press; doi:10.1016/j.biortech.2009.05.047, 2009   [68] ‘Disposal  and  recycling  routes  for  sewage  sludge.  Part  3  –  Scientific  and  technical  report’,  European Communities, EC, Luxemburg, 2001  [69] Meher,  K.K.,  et  al.,  ‘Psychrophilic  anaerobic  digeation  of  human  waste’,  Bioresource  technology, Vol. 50, pp. 103‐106, 1994  [70] Evans,  T.D,  et  al.,  ‘Biofertiliser  plant  design  –  food  waste  to  biofertiliser  and  biogas’,  12th  European biosolids and organic resources conference, Manchester UK, 2007  [71] Marangon,  A.,  et  al.,  ‘Safety  distances:  definition  and  values’,  International  journal  of  hydrogen energy, Vol 32, pp. 2192‐2197, 2007  [72] ‘Biogas  CHP  container  units’,  information  leaflet,  Haase  Energietechnik  AG,  accessed  via  http://www.haase‐, September 2009   [73] Vernay,  A.L.,  ‘Merging  energy  management  and  spatial  planning  at  the  local  level’,  MSc  Thesis, TU Delft, Delft, 2007  [74] Van  Doorn,  R.,  and  P.  Zwart,  ‘Onderzoek  interimbeleid  warmte‐  en  koudeopslag  Zuidas  Amsterdam’, Ingenieursbureau Amsterdam, 2004  [75] Schipper, D., and L. Hos, ‘Warmte koude opslag …nog beter!’, Hogeschool Utrecht, 2007  [76] Van EE, B., ’Warmte‐Koude Opslag’, Powerpoint presentation, Tauw, 2007  [77] Hasselaar,  B.,  et  al.,  ‘Integratie  van  decentrale  sanitatie  in  de  gebouwde  omgeving’,  EET‐ DESAH/TU Delft, 2006  [78] ‘Alternatives for sewage systems’, De Twaalf Ambachten, Boxtel, 2001  [79] Martin,  S.A.,  et  al.,  ‘Eco‐Industrial  Parks:  A  Case  Study  and  Analysis  of  Economic,  Environmental, Technical, and Regulatory Issues’, Center for Economics Research and Indigo  development, Washington, USA, October 1996. 


[80] Parker, D.,  ‘Biogas  plant  manufacturer  hopes  to  find  foothold  in  SA’,  accesed  via‐plant‐manufacturer‐hopes‐to‐find‐ foothold‐in‐sa‐2008‐08‐29, November 2009.  [81] General  document  about  biogas,  accessed  via  http://www.renewables‐in‐‐1, October 2009  [82] ‘Heerlen,  MSP,  Aanstaande  bevolkingskrimp  in  een  aandachtswijk’,  Accessed  via,  http://www.kei‐,  October 2009  [83] Website of rijksbouwmeester, accessed via, October 2009  [84] Website of Dutch Central Bureau of Statistics (CBS), Statline and CBS in uw buurt, accessed  via, September 2009   [85] ‘Dossier  wijkenaanpak  Heerlen’,  ministry  of  VROM,  accessed  via, November 2009  [86] Assignment  as  provided  by  Rijksbouwmeester  ‘Studieopdracht  duurzame  stedenbouw’,  September 2009  [87] Website of Sigrano, accessed via, October 2009  [88] Lecture slides of the course ET4149 Solar Cells, TU Delft, February‐April, 2007  [89] Website of Sollandsolar, accessed via, November 2009  [90] Korkmaz, A., ‘small scale mushroom production in the developing world for home use or as a  new  business’,  accessed  via‐article‐small‐scale‐ mushroom‐production‐in‐the‐developing‐world‐for‐home‐use‐or‐as‐a‐new‐business‐ahmet‐ korkmaz‐turkey/, November 2009  [91] Beetz,  A.,  and  M.  Kustudia,  ‘Mushroom  cultivation  and  marketing.  Horticulture  production  guide’, accessed via‐pub/mushroom.html, November 2009  [92] ‘Philips  design  probe  biosphere  farming’,  accessed  via‐design‐probe‐biosphere‐farming/,  December 2009   [93] Verdonschot, P.F.M., et al., ‘Selectie van indicatoren voor oppervlaktewateren. Invulling van  indicatieve  macrofauna,  macrofyten  en  vissen  voor  Kaderrichtlijn  Water  typen’,  Alterra,  Wageningen, 2003  [94]  Pagano, P., ‘Het mijnwaterproject’, Powerpoint presentation of the gemeente Heerlen  [95] ‘Gebruik  mijnwater  historische  gebeurtenis’,  accessed  via, October 2009  [96] ‘Kolenmijn’,  Wikipedia,  online  encyclopaedia,  accessed  via, October 2009  [97] Kärrman, E., ‘Strategies towards sustainable wastewater management’, Urban water, Vol. 3,  pp. 63‐72, 2001  [98] ‘Morphological chart’, WikiD, the online community for industrial design engineers, accessed  via, December 2009   [99] van  Kasteren,  J.,  ‘Duurzame  technologie,  ontwikkeling  van  een  houdbare  wereld’,  Veen  Magazines, Amsterdam, 2002 



Appendix A1. Eco‐industrial Park in Kalundborg,  Denmark  The  pictures  below  show  the  development  of  the  eco‐industrial  park  in  Kalundborg,  Denmark  and  which  symbiotic  connections  between  the  different  industries  and  utilities  were  made  at  different  times.  The  first  picture  shows  the  status  of  the  park  in  1975,  the  second in 1985, and the third in 20011.    


Source: Saikku, L., ‘Eco‐industrial parks. A background report for the eco‐industrial park project at  Rantasalmi’, Research institute for social sciences, University of Tampere, Finland, 2006 



Appendix A2. Eco‐industrial park in Styria, Austria  Below  the  symbiotic  connections  of  the  different  industries  and  other  actors  in  the  eco‐ industrial park in Styria are shown2. The figure is an illustration of the large complexity of a  complete district and the numerous symbiotic connections that are possible in an area.    


Source: Saikku, L., ‘Eco‐industrial parks. A background report for the eco‐industrial park project at  Rantasalmi’, Research institute for social sciences, University of Tampere, Finland, 2006 


Appendix B. Companies at the Goudse Poort  In the following table all the companies that currently have offices or production facilities at  the Goudse Poort are listed.    Legend for the table:  Symbol 


I C  R  H  A 

Industry Consruction  Retail  Horeca  Administration 

Number of  companies  8  7  37  2  168 

Company name 




Kraanbedrijf Nederhoff B.V.  Sticht. Aandelen Nederhoff  Interholding B.V.  Pers.ver. van Kraanbedrijf Nederhoff  B.V.  Steenland Chocolate B.V.  Decoratie Atelier "Gouda"  Zevenmeer B.V.  Broers Occasions B.V.  Technogas B.V.  Centric It Solutions B.V.  Stg. Adm.kant. Kramers Ruys  Logister. Inv.  Stichting Prioriteit Multihouse  Stichting Continuiteit Multihouse  Intrahof Gouda B.V. 

Verh. bouw‐/sloopmachines met bed. pers. 


Admin.kantoren voor aandelen/obligaties 




Yes Yes    Yes  Yes   

Verwerking van cacao  GH suiker, chocolade en suikerwerk  Financial holdings  Handel/rep. personen‐/lichte's  GH appendages/technische toebehoren e.d.  Ov. dienstv. act. ohgv neg 

I R  A  R  R  A 

Financial holdings 



Financial holdings  Admin.kantoren voor aandelen/obligaties  Handel in eigen onroerend goed 

A A  A 

Petrogas Gas‐Systems B.V. 

Techn.ontw./adv. werkuig‐/mach‐/app.bouw 


Union Liftadvies B.V.  Stichting Multihouse  Clientenbelangen  Gouwe Consult  Stichting Administratiekantoor  Wilgenpark 

Techn. ontw./adv. voor de procestechniek 


Lease niet‐financiële immateriële activa 


Bedrijfsopleiding en ‐training 


Admin.kantoren voor aandelen/obligaties 


Labtronics B.V. 

GH computers, randapparatuur en software 


LabFactor B.V.  Pamak B.V.  Pera Zakelijke Dienstverlening  Pronium B.V.  Verhuurnet.(nl).B.V.  Crimimail B.V. 


GH computers, randapparatuur en software  Bemidd. bij handel/huur/verhuur onr.goed  Organisatie‐adviesbureaus  Reclame‐ontwerp‐ en ‐adviesbureaus  Ov. dienstv. act. ohgv neg  Particuliere beveiliging 

R A  A  A  A  A 

Landis+Gyr B.V. 

Groothandel in meet‐ en regelapparaten 


Landis+Gyr Group B.V.  Saia‐Burgess Benelux B.V.  Indigo Recruitment  O3Spaces B.V. 


GH elektronische/telecommunicatieapp.  GH elektronische/telecommunicatieapp.  Arbeidsbemiddeling  Ontwikkelen/produceren maatwerksoftware 

R R  A  A 

Wis Services B.V. 

Software consultancy 


Egengroup Holding B.V.  Gamma Gouda  Personeelsvereniging De Kromme  Spijkers 


Financiële holdings  Bouwmarkten/winkels bouwmat. alg.ass. 

A R 




Telematic Systems & Services B.V.  Telematic Systems & Services ASP  B.V.  FreshConnections B.V.  Stichting Databeheer  Redfruit B.V.  Telematic Systems & Services  Holding B.V.  Stg. Werknemersparticip. TSS Cross  Media Gr.  Multi Veste 252 B.V.  TSS Cross Media Group B.V.  Stichting Code Geneesmiddelen  Reclame  Stg. Certif. Distr.  Gewasbeschermingsmiddelen  Stichting Vetindex Foundation  Stichting Optall  Stg. Reg. & Opl. Distr. in  Gewasbesch.midd.  Games Factory B.V.  Van Norden B.V.  Stg. Beh. Derdengeld. Advoc. Transp.  en Log.  (Lbiv) Landelijk Bureau Incasso VVE‐ Bijdragen  Hbsoftware B.V.  Hbservices B.V.  Stichting Personeelsbelang HBS  Multi Vastgoed B.V.  Multi‐Veste 97 B.V.  Vleuterweide Centrumplan C.V.  Multi Veste 253 B.V.  Multi Veste 111 B.V.  Multi Veste 141 B.V.  Multi Veste 161 B.V.  Multi Veste 181 B.V.  Multi Veste 248 B.V.  6/22/09  Multi Veste 251 B.V.  Multi Veste 292 B.V.  Multi Veste 320 B.V.  Multi‐Veste 79 B.V.  Multi‐Veste 100 B.V.  Multi Veste 101 B.V.  Multi Veste 245 B.V.  "Entre Deux" Maastricht B.V. 

Software consultancy 


Software consultancy 



Software consultancy  Software consultancy  Gegevensverw./webhosting/aanverw. activ. 

A A  A 

Financial holdings 


Admin.kantoren voor aandelen/obligaties 



Beheer van onroerend goed  Holdings (geen financiële) 

A A 

Public relationsbureaus 


Keuring/controle mach./app./materialen 



Steunfondsen (niet ohgv welzijnszorg)  Ov. dienstv. act. ohgv neg 

A A 

Bedrijfs‐ en werkgeversorganisaties 



Ontwikkelen/produceren maatwerksoftware  Drukkerijen van reclame 

A I 

Financial holdings 


Kredietinformatie‐ en incassobureaus 



Ontwikkelen/produceren maatwerksoftware  Financial holdings  Overkoepelende organen e.d. (welzijnsw.)  Project Development  Project Development  Project Development  Project Development  Project Development  Project Development  Project Development  Project Development  Project Development  Project Development  Project Development  Project Development  Project Development  Project Development  Project Development  Project Development  Project Development  Financial holdings 

A A  A  A  A  A  A  A  A  A  A  A  A  A  A  A  A  A  A  A  A 

Multi RT Holding B.V. 

Financial holdings 


MRT Investment Holding 1 B.V.  Marten Meesweg 51 C.V.  Brouwershof Amersfoort Beheer B.V.  Stichting Green Participatie 


Financial holdings  Beleggingsinstell. in financiële activa  Beleggingsinstellingen in vaste activa  Admin.kantoren voor aandelen/obligaties 

A A  A  A 

Multi Investment B.V. 

Handel in eigen onroerend goed 


Multi Retail Turkey Coöperatieve UA 

Handel in eigen onroerend goed 


Brouwershof C.V. 

Handel in eigen onroerend goed 



Multi Veste 272 B.V. 

Beheer van onroerend goed 


V.O.F. Multi SNSPF 

Beheer van onroerend goed 


Beheer van onroerend goed 


Beheer van onroerend goed 


Beheer van onroerend goed 



Holdings (geen financiële)  Public relationsbureaus  Architecten  Techn. ontw.‐/adv.bureaus burg/  Techn. ontw.‐/adv.bureaus burg/ 

A A  A  A  A 

Steunfondsen (niet ohgv welzijnszorg) 


Overk. organen (niet ohgv welzijn/sport) 


HB mach./techn.ben./schepen/vliegtuigen 



Ontw./prod./uitgeven standaardsoftware  Ontw./prod./uitgeven standaardsoftware  Ontwikkelen/produceren maatwerksoftware 

A A  A 

Admin.kantoren voor aandelen/obligaties 


  Yes    Yes 

Beheer van computerfaciliteiten  Financiële holdings  GH appendages/technische toebehoren e.d.  Bedrijfsopleiding en ‐training  Winkels in vloerbedekking 

A A  R  A  R 



Groothandel in gereedschapswerktuigen 


Yes           Yes    Yes          Yes                     

GH suiker, chocolade en suikerwerk  GH voedings‐/genotmiddelen algemeea ass.  Loodg.‐ en fitterswerk; inst. sanitair  Winkels gespec. in ov. doe‐het‐zelf‐art.  GH/HB auto‐ond./‐access. (geen banden)  Beleggingsinst. met beperkte toetreding  Handel/rep. personen‐/lichte's  Handel/rep. personen‐/lichte's  Groothandel in verf en verfwaren  Winkels in sportart. (geen watersport)  Religieuze organisaties  Verh. onroerend goed (niet v woonruimte)  Techn. ontw.‐/adv.bureaus burg/  Gespecialiseerde reiniging van gebouwen  GH kantoor‐ en schoolbenodigdheden  Groothandel in parfums en cosmetica  Winkels in meubels  Hotel‐restaurants  Warenhuizen  GH computers, randapparatuur en software  GH woningtextiel en vloerbedekking  Techn. ontw.‐/adv.bureaus burg/  Algemene burgerlijke en utiliteitsbouw  Volkskredietbanken/commerciële financ. 

R R  C  R  R  A  R  R  R  R  A  A  A  A  R  R  R  H  R  R  R  A  C  A 

Coöp. Ondernem. Busin. Resort  Amstelw. UA  Stichting WKO Vleuterweide  Stichting WKO Stadskwartier  Nieuwegein  Multi Veste 249 B.V.  The Business Relations Company B.V.  Beekink en Molenaar Gouda B.V.  T & T Design B.V.  Multi Finance B.V.  Stg. Gez. Onderhoud Bus. Res.  Amstelwijck  Stichting International Retailers  Forum  India Offshore Software Laboratories  B.V.  iSense Amsterdam B.V.  Isense Rotterdam B.V.  iSense Consulting B.V.  Stichting Administratiekantoor  iSense Group  C2ict B.V.  Stichting Administratiekantoor C2ict  Breur IJzerhandel Gouda  Siom  Carpetright  Multi‐ImmoEast Centr. Eur. Ret.  Prop. Fund CV  Bron‐Gouda, Industr.‐ en  Handelsond. B.V.  Van Schothorst Food B.V.  W en S Geschenken B.V. i.o.  Instalcenter Van Wijk B.V.  Baderie Van Wijk B.V.  Budget Parts B.V.  Budget Holding Gouda B.V.  Autoservice D & D  MW Cars B.V.  Sikkens Center Gouda  Kampeerhal de Vrijbuiter Gouda B.V.  Stichting Friedensstimme‐Nederland  Gouwe Center  De Vries Konstruktieburo B.V.  Kok Schoonmaak B.V.  Office Centre  Great Lengths  Beter Bed  Campanile Hotel Gouda  Kwantum  Vosko Networking B.V.  Holland‐Haag B.V.  Peters & Van Leeuwen B.V.  TalentGroep Montaigne B.V.  Talentgroep Montaigne Holding B.V. 


Imtech N.V.  Liveathome B.V.  Imtech SSC B.V.  Imtech Netherlands B.V.  Marktlink Fusies & Overnames B.V.  Dynamiek B.V.  Start People  Stg. dr. F. Gerritzen‐Prijs voor Diab.  Ond.  Sanofi‐aventis Netherlands B.V.  TotalKlima B.V.  Time Out  Qualified People Gouda B.V.  Qualified People Holding B.V.  Blom's Automobielbedrijf  Stichting Beunschepen  Stg. Opl.‐ en Ontwikkelingsfonds  Waterbouw  Kleinschalig Baggeren  Ver. Waterbouwers Bagger‐, Kust‐ /Oeverwerken  Stichting La MER  Ver. Vrijwaring Ketenaanspr. Natte  Waterb.  ThyssenKrupp Liften Regio West  a&o systems + services Benelux B.V.  Edibro B.V.  Mitopics B.V.  Wimar Natus B.V.  FRAGRO Holding B.V.  Ingenieursbureau SmitWesterman  Aardewerkfabriek De Drietand B.V.  HappyCustomers West NL B.V.  Cevance Holding B.V.  Berk N.V.  Support Plus Groep B.V.  Account. en Belastingadv. Berk &  Veltman B.V.  Hendriks 't Hooft & Co. Utrecht B.V.  Baker Tilly Berk B.V.  Administratiepoort B.V.  Support Plus Payroll B.V.  Stichting Financiering Berk  Valkenbosch Consultancy B.V.  ViaFeria B.V.  AWS Artworkservice B.V.  Stichting Berk  Valkenbosch Detachering B.V.  Heijnen Management Recruitment  B.V.  Trices B.V.  Stg. Zorgbelang Z‐Holl., patienten  platform  Liri‐Nederland B.V.  VDS Kunststoffen B.V.  Sas Gouda B.V.  SAS Holding B.V. 


Holdings (geen financiële)  Techn. ontw.‐/adv.bureaus burg/  TO/adv. elek.‐/inst.techniek/telematica  Financiële holdings  Advisering ohgv management/bedrijfsv.  Arbeidsbemiddeling  Uitzendbureaus 

A A  A  A  A  A  A 

Overk. organen (niet ohgv welzijn/sport) 



Groothandel in farmaceutische producten  Inst. verwarmings‐/luchtbehandelingsapp.  Cafetaria's, lunchrooms, snackbars e.d.  Organisatie‐adviesbureaus  Techn.ontw./adv. werkuig‐/mach‐/app.bouw  Handel/rep. personen‐/lichte's  Overkoepelende organen e.d. (welzijnsw.) 

R C  H  A  A  R  A 

Overkoepelende organen e.d. (welzijnsw.) 


Bedrijfs‐ en werkgeversorganisaties 


Bedrijfs‐ en werkgeversorganisaties 


Overige ideële organisaties n.e.g. 


Overige administratiekantoren 



Verv. hijs‐, hef‐ en transportwerktuigen  GH computers, randapparatuur en software  GH elektronische/telecommunicatieapp.  Hardware consultancy  Belastingconsulenten  Holdings (geen financiële)  Techn. ontw.‐/adv.bureaus burg/  Verv. huishoudelijk en sieraardewerk  Software consultancy  Financiële holdings  Financiële holdings  Financiële holdings 

I R  R  A  A  A  A  I  A  A  A  A 




Accountants‐administratieconsulenten Accountants‐administratieconsulenten  Boekhoudkantoren  Overige administratiekantoren  Holdings (geen financiële)  Organisatie‐adviesbureaus  Advisering ohgv management/bedrijfsv.  Reclame‐ontwerp‐ en ‐adviesbureaus  Overige special. zakelijke dienstverl.  Arbeidsbemiddeling 

A A  A  A  A  A  A  A  A  A 





Overkoepelende organen e.d. (welzijnsw.) 


Yes Yes  Yes   

Groothandel in hout en plaatmateriaal  Groothandel gespec. in overige bouwmat.  Verv. ov.machines/app./werkt. specifiek  Financiële holdings 

R R  I  A 


Gouwezone B.V.  Starrenburg V.O.F.  Stg. BGZ Wegvervoer, kennis‐ /adv.cntr. arbeid  Stg. Part. Eigenar. Overleg Landgoed  Hageveld  Ericis B.V.  Exploitatiemij. Prins Bernhardlaan  B.V.  Balard Batailley B.V.  Atex Media Command B.V.  Edi‐Alliance B.V.  Clientsoft B.V.  Coin Infrastructure B.V. i.o.  IFC Nordic Opportunities C.V.  Balard Milon  IFC Option Investments C.V.  Temmurgal Coöperatief UA  Van Kleef Holding & Management  B.V.  IFC Global Arbitrage C.V.  Balard B.V.  Exbula Financial Trading B.V.  P.D.M. Consultants  Residence Communications B.V.  Vereniging Coin  Coöperatie Bedrijvenpark Ruyven UA  Raad v. Hdl., Ind. en Dienstverlening  Gouda  Belangenvereniging Goudse Poort  Vereniging van Eigenaren "Gouwe  Park"  Cadac Group Gouda  Silverside B.V.  eBenefits B.V.  Meva  Every Angle Software Solutions B.V.  Every Angle Software International  B.V.  Stichting Administratiekantoor EASS  Eur. Assoc. for Ment. Health in Ment.  Retard.  Stg. Coörd.punt Nietaangeboren  Hersenletsel  Garage Kempenaar Gouda B.V.  Mul Beheer B.V.  Mul B.V.  Bokhoven Bouw B.V.  Eclipse Combustion B.V.  Micro Weert B.V.  Iscar Nederland B.V.  IMC International Metalworking  Companies B.V. 


Financiële holdings  Projectontwikkeling 

A A 

Arbobegeleiding en reïntegratie 









Projectontwikkeling GH computers, randapparatuur en software  Ontw./prod./uitgeven standaardsoftware  Ontwikkelen/produceren maatwerksoftware  Software consultancy  Financiële holdings  Financiële holdings  Financiële holdings  Financiële holdings 

A R  A  A  A  A  A  A  A 

Financiële holdings 



Beleggingsinstell. in financiële activa  Beleggingsinst. met beperkte toetreding  Commissionairs/makelaars in effecten ed  Verh. onroerend goed (niet v woonruimte)  TO/adv. elek.‐/inst.techniek/telematica  TO/adv. elek.‐/inst.techniek/telematica  Overige special. zakelijke dienstverl. 

A A  A  A  A  A  A 

Bedrijfs‐ en werkgeversorganisaties 


Overige belangenbehartiging n.e.g. 


Overige belangenbehartiging n.e.g. 


Yes     Yes   

Verv. computers en randapparatuur  Ontw./prod./uitgeven standaardsoftware  Ontw./prod./uitgeven standaardsoftware  Groothandel in hout en plaatmateriaal  Ontw./prod./uitgeven standaardsoftware 

I A  A  R  A 

Ontwikkelen/produceren maatwerksoftware 


Commissionairs/makelaars in effecten ed 


Organiseren van congressen en beurzen 


Ov. gez.zorgondersteunende diensten neg 



Handel/rep. personen‐/lichte's  Financiële holdings  TO/adv. elek.‐/inst.techniek/telematica  Algemene burgerlijke en utiliteitsbouw  Verv. industriële ovens en branders  Verv. scharen, messen en bestek  Groothandel in gereedschapswerktuigen 

R A  A  C  I  I  R 

Financiële holdings 




Appendix C1. Data and assumptions: Goudse Poort   In  this  appendix  the  data  and  assumptions  used  for  the  calculations  of  the  current  metabolism  and  the  metabolism  in  2030  will  be  presented.  The  data  and  assumptions  are  organised  per  cyclifier  or  block  element  in  the  system  and  split  up  per  stream  types  (sometimes two streams are bundled for easy representation). 

Goudse Poort in 2009   The block scheme below shows the streams going into and out of the offices and companies  inside the Goudse Poort. The size of all these streams was calculated, except for two black  streams, namely ‘resources’ and ‘inorganic waste, chemical waste’.    

For energy and water use of the companies and households the data in Table  A  below  was  used.  In  Table  B  the  different  types  of  companies  that  can  be  found in the Goudse Poort and assumptions about amount of employees and  energy use are shown.   

Table A Material and energy use of different types of companies3. Gaseq stands for natural gas  equivalents.  

Type of use 



Electricity use per m2 office  Electricity use per employee   Electricity use per person in  household  Heating & fuels per m3 office  

kWh/(m2*year) kWh/(fte*year)  kWh  /(person*year)  m3 gaseq  /(m3*year)  Heating & fuels per  m3 gaseq  employee   /(fte*year)  Heating & fuels per person in  m3 gaseq  household  /(person*year)  Water use per employee   m3/(fte*year)  Water use per person in  m3  household  /(person*year)  Area per employee   m2/fte 




Retail company  45.1     

100 3289   















Table B Types of companies found in the Goudse Poort and assumptions of amount of employees per  4 sector and for using data of the previous table . 

Company Percentage  of  Amount  of  types  in  net  area  (47  companies  in  Goudse Poort  ha)  covered  Goudse Poort  with  company  type  Industry  45%  8 

Assumption Energy  and  water  of amount of  consumption  based  employees in  on building type  2009 

Construction sector 












Office Total 



3700 5000 


Same energy  consumption  as  garage  Same  energy  consumption  as  garage  Half  the  energy  consumption of retail  company  Same  energy  consumption  as  office   Office   

For  some  types  of  companies  where  the  energy  use  was  only  given  per  square  meter  or  cubic  meter,  it  was  assumed  that  the  buildings  were  6  m  high,  based  on  the  visit  to  the  Goudse Poort. Furthermore, it was assumed that all wastewater goes through the sewage.    The  following  basic  facts  about  food  consumption  were  used  in  the  calculations.     Table C Facts and assumptions of the food consumption5. 

Type of food consumption  Amount  Total  average  food  2.6   consumption per person    Average  solid  food  1  consumption per person  Average  liquid  food  1.6  consumption per person 

Unit Assumptions   kg/(person*day)  Employees:  40%  of  daily  intake on‐site  Residents: 70% of daily intake  on‐site  kg/(person*day)    kg/(person*day)   

  The data and assumptions about the organic waste production at the Goudse  Poort can be found below (biogas plant, data of Goudse Poort in 2030), to be  able to present the information in a bundled and consistent way.  

                                                            4 5

Source:   Source:‐1/Start_Tekst.htm#3 


Goudse Poort in 2030  For the Goudse Poort in 2030 it was assumed that the amount of employees would be the  same as in 2009 (5000) but that in addition 1000 residents would live there.  

Biogas plant 

The biogas plant has several types of organic waste as input. The  data and assumptions that were made about the amount of the  waste input are shown in Table D below.     Table D Facts and assumptions for the production of organic waste. 

Type of  organic  waste  production  Average daily excretion  of  human  being6  (sewage sludge)  Food  thrown  away  in  canteens  (still  fresh)  7  (organic waste)  Organic  waste  from  Cyclus8  Crop residue8 

Amount Unit  0.250 

kg solids  Employees: 0.150 kg/day on‐site  /(person*day)  Residents: 0.200 kg/day on‐site 




kg waste/day 



Helophyte filter  ‐  cuttings (Plant residue)   


Food waste  (that  cannot  be  eaten):  another  5  wt%.  Thus  in  total  11  wt%  of the food becomes organic waste   40 trucks per day with 500 kg organic  waste each  10wt% of total food produced is crop  residue from farms  No  estimates  made;  only  small  as  compared to rest of organic waste 

For the calculation of the biogas production, the data and assumptions in the  following tables were made.   

Table E Composition of the biogas produced in a digester9  

Compound Methane  Carbon dioxide  Hydrogen 

Formula CH4  CO2  H2  

Vol% of biogas  40‐70  30‐60  1 

Assumptions – Vol% of biogas  60  40   


Sources:,  7  Source: ‘Voedselverliezen, verspilde moeite?’, LNV consumentenplatform, june 2006  8  Based on assumptions  9  ‘Anaerobic digestion and biogas’, factsheet, Farming and Countryside Education, 2007, accessed via  http://www.face‐, October 2009  


Nitrogen Carbon monoxide  Oxygen  Hydrogen sulphide 

N2  CO  O2   H2S 

0.5 0.1  0.1  0.1 



Table F Biogas yield per tonne substrate for different types of bio waste types  and assumptions for  calculations of the biogas production.   

Bio waste type  Residual fats  Rapeseed cake  Flotated fats 

Biogas production  (m3/  tonne substrate)  600  550  400 

Food waste  Corn silage  Grass silage (first cutting)  Corn silage (pasty)  Brewers' grain  Bio waste bio‐bin 

220 202  195  170  129  120 

Green waste  Grass (first cutting)  Sugar beet silage  Vinasse (sugar industry leftover)  Beets  Fooder Beets  Whey  Poultry manure  Swine manure 

110 102  90  80  75  70  55  50  36 

Assumptions       Organic  waste  from  households  and offices is similar to food waste.  Cyclus  waste  is  50/50  mix  of  food  waste and green waste             Crop  residue  farms  and  helophyte  filter  cuttings  are  similar  to  green  waste                  Sewage  sludge  is  similar  to  cattle  manure  

Cattle manure  25    It was assumed that all wastewater produced by the households and  companies would go to the biogas plant via the sewer.   

For the fertiliser production, it was assumed that the organic waste contains  on average 0.45wt% Nitrogen (N)11, and ten times less phosphorus (P), i.e.  0.045wt%.      Assumptions and data for the spatial implications of the biogas plant can be found below.                                                                 10

Source: ‘Why mix feedstocks?’, accessed via  11   Source:  Based  on  nitrogen  content  in  biomass  from  Bastiaans,  R.J.M.,  ‘Energy  from  biomass’,  Reader for the course SET 3041 Energy from Biomass at the TU Delft, Eindhoven, 2005 



Food production: urban farms and greenhouses 

The  food  production  of  the  greenhouses  and  urban  farms  depends  on  two  variables,  namely  the  amount  of  land  available  for  food  production,  and  the  yield of this production per ha of land. The amount of land available is shown below.  The crop yield was assumed to be 25,000 kg/(ha*year)12     Table G Data and assumptions of the available land inside and outside the Goudse Poort13.  

Type of  food  Location  production  Greenhouses  Inside Goudse Poort  Urban farms  Greenhouses  Farmland  Pastures 

Area available 



Greenhouses on  top  of  parking transferia  Farms on top of flat roofs    

Inside Goudse Poort  2  Outside  Goudse  Poort  10.8  (to the north)   or  Outside  Goudse  Poort  60  (to the north)  

To  be  able  to  estimate  the  water  consumption  in  agriculture,  a  water  productivity  of  1  kg  per  m3  water  was  assumed,  based  on  data  for  wheat14.  This means that 25,000 m3/(ha*year) is needed.     To be able to estimate the amount of fertiliser that is needed per ha the total  fertiliser use (N and P) in the Netherlands per year was divided with the total  farmland area in the Netherlands. The data is shown in the table below.    Table H Data and assumptions for the fertiliser use in agriculture15. 

Fertiliser type   Animal manure  Artificial fertiliser  Other  organic  fertilisers    Total farmland area  in the Netherlands 

Amount N  326  277  11 

Amount P  61  21  4 

Unit   Million kg/ total ha farmland area  Million kg/ total ha farmland area  Million kg/ total ha farmland area 





Source: based on a quick scan of yields of different vegetables,   Source: estimations of area made with the help of Google maps,  14  Source: Raes, D. and S. Geerts, ‘ Meer voedsel met minder water’, Karakter. Tijdschrift van  wetenschap, number 10, 2005  15  Source:  13


For the amount of carbon dioxide that would be needed in the greenhouses,  the uptake of CO2 per day for an average was estimated. It was assumed that  the uptake would be 0.06 kg/(m2*day), 10 times as much as in slow growing  woody biomass16.  

Combined heat and power (CHP) 

  For  the  CHP  unit,  it  was  assumed  that  all  carbon  dioxide  produced  by  burning  the  biogas  would be available for greenhouses. Furthermore, it was assumed that CHP has an electrical  efficiency of 30% and heat efficiency of 50%17. 

Underground seasonal thermal storage  The flows in and out of the underground thermal storage are warm and cold  water.  No  exact  numbers  for  losses  of  this  storage  medium  were  assumed,  only  that  40%  of  the  primary  heat  use  for  space  heating  could  be  satisfied  with heat from this source, based on the literature18. 

Spatial implications  To be able to calculate the size of the biogas digester and biogas storage, the assumptions  that are shown in the table below were made.    Table  I Assumptions for the space needed for the biogas digester and biogas storage. 


Biogas storage 

Variable Solids content  Geometry of tank  Volume  Pressure  Geometry of tank  Storage volume  Safety distance 

Assumption 12 wt%19  Cylinder, radius and height are equal  10 days solids volume + 0.1 day biogas volume  14 bar20   Cylinder, radius and height are equal, (aboveground)  10  days  biogas  production  (buffer  for  smooth  CHP  running)  10 m20  


Source: Samudro, G., and S. Magkoedihardjo, ‘Water equivalent method for city phytostructure of  Indonesia’,  International  Journal  of  Enviornmental  Science  and  Technology,  Vol.  3,  No.  3,  Summer  2006, pp. 261‐267  17   Source:  Verstraete,  W.,  et  al.,  ‘Maximum  use  of  resources  present  in  domestic  “used  water”’.  Bioresource Technology, article in press; doi:10.1016/j.biortech.2009.05.047, 2009   18   Source:  Van  Doorn,  R.,  and  P.  Zwart,  ‘Onderzoek  interimbeleid  warmte‐  en  koudeopslag  Zuidas  Amsterdam’, Ingenieursbureau Amsterdam, 2004  19   Source:  based  on  data  of  the  solids  content  of  cattle  slurry,   20   Based  on  data  from  Marangon,  A.,  et  al.,  ‘Safety  distances:  definition  and  values’,  International  journal of hydrogen energy, Vol 32, pp. 2192‐2197, 2007 


Appendix C2. Metabolic calculations: Goudse Poort  In the following text the basic calculations that were done for the Goudse Poort of 2009 and  2030 are presented. The results of the calculations are shown in the case study chapter.    Energy consumption offices and households: 

Eel (MWh) = ∑ Ai ⋅ eel,i + ∑ ftei ⋅ ε el,i

i i Where  Eel(MWh)  is  the  total  energy  consumption  of  the  offices  and  households.  The  first  sum is for the data of company type electricity consumption in MWh/m2, with Ai the area of  company  type  i,  which  was  based  on  the  area  that  the  different  company  types  occupy  in  the Goudse Poort. The second sum is for the data of office and household consumption in  MWh/fte, with ftei the amount of people working in offices or the number of residents    Water consumption offices and households: 

H 2O(m 3 /year) = ∑ ftei ⋅ i

m3 fte ⋅ year

The total water consumption in the goudse poort is the sum of the products of the number  of  people  per  company  sector  and  total  residents  (ftei)  and  the  water  consumption  (m3/(fte*year))    Food consumption offices and households: 

FT =

kg food days ⋅ ⋅ f ⋅ fte day year c

Where FT is the total food consumption, fc the fraction of consumption taking place at the  office  or  at  home  and  fte  is  the  amount  of  people  (employees  of  the  companies,  or  residents) 

Biogas plant  Digestable waste per year: 

OW = FT ⋅ f ow + FP ⋅ f cr +

# trucks kg days ⋅ ⋅ day truck year

Where OW is the total organic waste produced per year, fow is fraction organic waste from  food (11%), fcr fraction crop residue (10%).    Energy from biogas: 

E(MWh) = OW ⋅

E(MWh)CH m 3 biogas 4 ⋅ fCH ⋅ ⋅ ηi 3 4 1000 kg substrate m CH 4

  Where fCH4 is the fraction methane in the biogas, E(MWh)CH4/m3 CH4 is the energy content of  the  methane  in  the  biogas,  and  ηi  is  either  the  electric  efficiency  or  thermal  efficiency  of  CHP. The energy content of the methane in the biogas is21: 30 MJ/m3, which is 8.33 kWh/m3.    Fertiliser production:  

FF = f N ⋅ OW

Where FF is the fertiliser production, and fN is the fraction nitrogen per kg of substrate                                                               21

Source: Wikipaedia online encyclopaedia,  


CO2 production:  

CO 2 (CHP) = n(biogas/year) ⋅ M (CO2 ) pV 1⋅105 ⋅ (m 3 biogas/year) n(biogas/year) = = RT 8.314 ⋅ 293

Where CO2(CHP) is the number of kg CO2 produced by the CHP unit per year, n(biogas/year)  is the number of moles of CO2 produced, and M(CO2) is the molar mass. The moles of CO2  can be calculated with the ideal gas law, at a pressure of 105 Pa (1 bar) and temperature of  293 K (20°C). 

Food production: urban farms and greenhouses  Food production: 

FP = YF ⋅ AF

Where FP is the total food production, YF is the crop yield per hectare and AF is the area of  farmland in hectares.    Crop residue production: 

CR = FP ⋅ f cr

Where CR is the production of crop residue, and fcr is the fraction crop residue.    Used water: 

H 2O(farms) = # ha ⋅

m3 ha ⋅ year

Where H2O(farms) is the water use of the farms, #ha the area of farmland and greenhouses  in the Goudse Poort, and m3/(ha*year) the water use per hectare farmland per year     Needed CO2: 

CO 2 (farms)= # ha ⋅

kg CO 2 days ⋅ m 2 ⋅ day year

Where CO2(farms)  is  the  needed  carbon  dioxide  for  the  greenhouses,  and  #ha  the  area  of  greenhouses in the Goudse Poort.    Needed fertiliser: 

N(farms)= P(farms)=

m N,total #ha total ⋅ year m P,total #ha total ⋅ year

⋅ # ha ⋅ # ha

Where  N(farms)  is  the  needed  amount  of  nitrogen,  P(farms)  the  needed  amount  of  phosphorus (thus the C accompanied with the fertiliser is excluded, because the C/N ratio is  unknown), mtotal/(#hatotal*year) is the total amount of N and P used in the Netherlands per  year  divided  by  the  total  area  of  farmland  in  the  Netherlands,  and  #ha  is  the  area  of  farmland and greenhouses in the Goudse Poort  


Spatial implications  Total energy production (for determining size CHP unit): 

 kWh  days E(kW) = E  ⋅  day  hour

Where E(kW) is the total energy production (heat plus electricity) by the CHP unit in kW, and  E(kWh/day) the total energy production by the CHP in kWh.  The total energy production by the CHP unit is 600 kW, which implies that a container unit  with the dimensions of 6*2.5*2.6 m (L*W*H) is needed.     Size of the biogas digester: 

Vdigester = 10 ⋅

OW ⋅ ρOW + VH O + 0.1⋅ (m 3 biogas/day) 2 day

 OW 88  VH O =  10 ⋅ ⋅ ⋅ρ 2 day 12  H2 O 

Where Vdigester  is the digester volume, OW/day the organic waste that is fed to the digester  per  day,  ρOW  the  density  of  the  organic  waste  (assumed  to  be  3  kg/m3),  VH2O  the  water  volume in the biogas digester, and m3 biogas/day the daily volume of biogas production. The  water  volume  in  the  digester  was  assumed  to  be  88wt%,  and  with  the  density  ρH2O  and  known amount of organic waste it can be calculated.  The area occupied by the tank can be found with: 

Vdigester = π ⋅ r 2 ⋅ h = π ⋅ x 3

Where  r  is  the  radius  and  h  the  height,  assuming  a  cylindrical  tank  and  equal  radius  and  height.    Size of the biogas storage tank: 

Vstorage =

P1 V P14 1

Where Vstorage  is the volume of the storage tank with a pressure of 14 bar, P1 is a pressure of  1 bar, P14 is a pressure of 14 bar, and V1 the volume of the biogas at 1 bar, again assuming  the ideal gas law and equal temperatures (T=293 K)    The area can again be found with:  

Vstorage = π ⋅ r 2 ⋅ h = π ⋅ x 3


Appendix D. Metabolic scheme Goudse Poort 2030  Below the metabolic scheme of the future vision of the Goudse Poort in 2030 is presented.  The dark blue boxes are existing actors, while the light blue boxes are cyclifiers to be added  to  the  system.  The  dashed  arrows  are  streams  that  are  optional,  i.e.  possible  connections  that could be made between the different boxes. 


Appendix E. Companies in MSP Heerlen  The following table is a selection of the different companies that can be found at MSP  Heerlen.    Company name  Dierenpension Palemig‐annex Kennel  Hondenkapsalon Wubble  Mayfair  Katja  Amazing Nails  Pedicure/manicure Esther  Passion 4 Beauty  Pedicure "LA LUNA"  Coiffure Jos  H.G.J. Weyts  Kapsalon Sedat  Kapsalon Pakbiers  Yeno V.O.F.  La belle image  Kim's Hairline Creations  Heren Coiffeur Ömer  Bobby's Hairstyle  M.Y. PC  CorioDesign  Stichting Renovatie Kerkgebouw Laanderstraat  Vereniging Schildersplein  Stichting Islamitisch Centrum Heerlen  Oudervereniging Herlecollege  Stichting Promotion Schaesbergerveld  Stg. Bel.groepering Leefgem. Schaesbergerweg  IVN, Ver. Milieueduc., Afd. De Oude Landgraaf  Stichting Flevo Green Tactics  WiSE Tuning Team  Stichting Leerlingenvervoer Zuid‐Limburg  Stichting Islamitisch Godsdienstonderwijs  Stichting Berea Heerlen en omstreken  Spaarvereniging D'r Zeute Inval  Spaarclub de Fontein  Politiehondver. de Trouwe Vriend Nieuwenhagen  Sjoelclub "De Doordouwers"  Vereniging van Computergebruikers Landgraaf  Personeelsvereniging UWV Heerlen  C.V.De Lichtvegers  Vrienden Groep de Zoete Inval  C.V. d'r Parkstad zeute  Rotary Club Landgraaf  Personeelsver. Biologische School Heerlen  Sociëteit Ouderen Schaesbergerveld  Prinsengarde Coriovallum  Personeelsvereniging T. C.H.  Personeelsvereniging "De Hop"  Winkeliersver. "Het Pleintje en omgeving"  Winkeliersvereniging Brunssum Noord 


Activity Overige dienstverlening n.e.g.  Overige dienstverlening n.e.g.  Overige dienstverlening n.e.g.  Sauna's, solaria, baden e.d.  Schoonheidsverzorging/pedi‐/manicures  Schoonheidsverzorging/pedi‐/manicures  Schoonheidsverzorging/pedi‐/manicures  Schoonheidsverzorging/pedi‐/manicures  Haarverzorging  Haarverzorging  Haarverzorging  Haarverzorging  Haarverzorging  Haarverzorging  Haarverzorging  Haarverzorging  Haarverzorging  Reparatie van computers/randapparatuur  Reparatie van computers/randapparatuur  Overige belangenbehartiging n.e.g.  Overige belangenbehartiging n.e.g.  Overige belangenbehartiging n.e.g.  Overige belangenbehartiging n.e.g.  Overige belangenbehartiging n.e.g.  Overige belangenbehartiging n.e.g.  Overige ideële organisaties n.e.g.  Overk. organen (niet ohgv welzijn/sport)  Vriendenkringen ohgv cultuur / fanclubs  Steunfondsen (niet ohgv welzijnszorg)  Steunfondsen (niet ohgv welzijnszorg)  Steunfondsen (niet ohgv welzijnszorg)  Hobbyclubs  Hobbyclubs  Hobbyclubs  Hobbyclubs  Hobbyclubs  Gezelligheidsverenigingen  Gezelligheidsverenigingen  Gezelligheidsverenigingen  Gezelligheidsverenigingen  Gezelligheidsverenigingen  Gezelligheidsverenigingen  Gezelligheidsverenigingen  Gezelligheidsverenigingen  Gezelligheidsverenigingen  Gezelligheidsverenigingen  Bedrijfs‐ en werkgeversorganisaties  Bedrijfs‐ en werkgeversorganisaties 

The Fire Within  Tarici W.M. A.  H.S.V. Heksenberg  Ghost Darts  Dart Vereniging Darts  DC de Fontein  Schietsportvereniging De Vaste Hand  Sportvereniging J.C. "Kodokan"  Budo Sport Heerlerbaan  Volleybal‐Club Zet‐op  Zaalvoetbal Vereniging Groen Wit  Futsalclub Sittard‐Geleen  Badminton Club Palemig  Wandelsportvereniging Voorwaarts  Scherpschuttersvereniging "Goed Geraakt"  Stichting "Arcus Racing"  S.V. MSP'03  ZVV Bererode  Teken‐ en Schilderatelier Sills  Beeldtaal  Glasatelier Heerlen  Fotografie Henry Witpeerd  AB Laserworks  Stg. Limburgse Cultuur Org. "De Troubadour"  Stg. Bev. der Dram. Kunst in de Prov. Limburg  Parkstad Events  Dans‐ en Showgroep Extremity  Zangkoor Kadans  Limb. Org.‐ & "Samen Musiceren"  Stichting Toneelvereniging Mens Mise en Scene  Federatie Gemeenschapshuizen Heerlen  Stichting Gemeenschapshuis Schaesbergerveld  Stg. van de Heil. Geestpar. te Heerl.  Stg. Hartrevalidatie Zuid‐Oostelijk Limburg  Stichting Scouting Baden‐Powell  Stichting Ararat‐Masis  Stichting Jongeren Centrum Limburg  Bew. Belangenvereniging Sint Barbara Palemig  Scouting St. Jan Baptist  Speeltuin‐Vereniging Meezenbroek  Wijkraad Palemig  Stichting De Spelewei  Stichting Smsp  Stichting Regio Scouting Parkstad Limburg  Stichting De Witte Neushoorn  Tanja Vervoort Personal Coaching  Jerôme Slaats Life coach  Kinderopvang Rozerood  Kidscare Kinderopvang  Reflexe Opleidingen  De Wijkpraktijk B.V.  Mondhygiënepraktijk G.G.W. Frings  Effleur Massage  Praktijk voor Natuurgeneeskunde Dina Spierts 

Ov. recreatie n.e.g.(geen jachthavens)  Kermisattracties  Hengelsport  Overige binnensport en omnisport  Overige binnensport en omnisport  Overige binnensport en omnisport  Overige binnensport en omnisport  Kracht‐ en vechtsport  Kracht‐ en vechtsport  Zaalsport in teamverband  Zaalsport in teamverband  Zaalsport in teamverband  Individuele zaalsport  Overige buitensport  Overige buitensport  Auto‐ en motorsport  Veldvoetbal  Veldvoetbal  Scheppende kunst/documentaire schrijvers  Scheppende kunst/documentaire schrijvers  Scheppende kunst/documentaire schrijvers  Journalistiek  Dienstverlening voor uitvoerende kunst  Dienstverlening voor uitvoerende kunst  Dienstverlening voor uitvoerende kunst  Circus en variété  Beoefening van podiumkunst  Beoefening van podiumkunst  Beoefening van podiumkunst  Beoefening van podiumkunst  Exploitatie van gemeenschapshuizen  Exploitatie van gemeenschapshuizen  Exploitatie van gemeenschapshuizen  Zelfhulpgroepen /onderlinge begeleiding  Sociaal‐cultureel werk  Sociaal‐cultureel werk  Sociaal‐cultureel werk  Sociaal‐cultureel werk  Sociaal‐cultureel werk  Sociaal‐cultureel werk  Sociaal‐cultureel werk  Sociaal‐cultureel werk  Sociaal‐cultureel werk  Sociaal‐cultureel werk  Sociaal‐cultureel werk  Algemeen maatschappelijk werk  Algemeen maatschappelijk werk  Kinderopvang  Kinderopvang  Arbobegeleiding en reïntegratie  Gezondheidscentra  Overige paramedische praktijken  Overige paramedische praktijken  Overige paramedische praktijken 


Praktijk voor Natuurgeneeskunde Cicaro  Prakt. voor natuurgeneeskunde Antonia Mennink  Angelic Embrace  PERSPEKTIEF, begeleiding rondom levensvragen  Lionarons GGZ B.V.  Runningtherapie Limburg  Fysiother. Maatsch. Lahaye, Schmetz, Ten Kate  Stichting Wederik  Poeth Anesthesie  OLB Heerlen  Centrum voor Transformationele Coaching B.V.  Stichting Kweekvijver Mediatalent  Meex PCT  Autorijschool M. Janssen  Rijschool Ozzi  Algemene Bomendienst Limburg B.V.  Robeerts Aanleg en Onderhoud  T.G. van Nes  Absoluut  PN Clean  Gebouwenservice Dassen  White Fang  Selective Personeelsdiensten  G. Willemsen  AAB Altijd Auto Beschikbaar  Stichting Dierenambulance Parkstad Limburg  Alfons Houben Fotografie  RAM Fotografie  Janbroers C.A.M. Interieur Architect  deWebanalist  Jos Mertens Etalages  J2  Den Bol Advertising  Instituut voor Taalleerproblemen  Paaschen Mediatechniek  BuCoSe (Business Continuity Services)  Advies‐ en Handelsburo Krijnen  G.H. Design  Schaal, bureau voor stedenbouw  Weerts Engineering  MDS Ondersteuning  W. Vondenhoff  Bouwkundig Adviesburo A. Bloemen  Eijkenboom Bouwadvies  Communication Builders  2‐Approach B.V.  F.J. Franssen Projectmanagement B.V.  Laumen Project Support  Redo Management  Advies‐ en Servicebureau P. van Zundert  Fed‐International  Kempener Management B.V.  Balt Beheer B.V.  PEBE B.V. 


Overige paramedische praktijken  Overige paramedische praktijken  Overige paramedische praktijken  Overige paramedische praktijken  Praktijken van psychotherapeuten/‐logen  Praktijken van psychotherapeuten/‐logen  Praktijken van fysiotherapeuten  Dagbehandelcentra geestelijke gez.zorg  Praktijken van medisch specialisten  Bedrijfsopleiding en ‐training  Bedrijfsopleiding en ‐training  Bedrijfsopleiding en ‐training  Bedrijfsopleiding en ‐training  Auto‐ en motorrijscholen  Auto‐ en motorrijscholen  Landschapsverzorging  Landschapsverzorging  Gespecialiseerde reiniging van gebouwen  Gespecialiseerde reiniging van gebouwen  Gespecialiseerde reiniging van gebouwen  Gespecialiseerde reiniging van gebouwen  Particuliere beveiliging  Arbeidsbemiddeling  Verh./lease overige machines e.d.  Verh. personen‐/lichte bedrijfsauto's  Veterinaire dienstverlening  Fotografie (geen persfotografie)  Fotografie (geen persfotografie)  Industrieel ontwerp en vormgeving  Markt‐ en opinieonderzoekbureaus  Overige reclamediensten  Reclame‐ontwerp‐ en ‐adviesbureaus  Reclame‐ontwerp‐ en ‐adviesbureaus  Speur‐/ontw.werk ogv maats./geesteswet.  Techn.ontw./adv. niet gespecialiseerd  TO/adv. elek.‐/inst.techniek/telematica  TO/adv. elek.‐/inst.techniek/telematica  Techn.ontw./advies stedenbouw/ruimt.ord.  Techn.ontw./advies stedenbouw/ruimt.ord.  Techn. ontw.‐/adv.bureaus burg/  Techn. ontw.‐/adv.bureaus burg/  Techn. ontw.‐/adv.bureaus burg/  Techn. ontw.‐/adv.bureaus burg/  Techn. ontw.‐/adv.bureaus burg/  Organisatie‐adviesbureaus  Organisatie‐adviesbureaus  Organisatie‐adviesbureaus  Organisatie‐adviesbureaus  Organisatie‐adviesbureaus  Organisatie‐adviesbureaus  Organisatie‐adviesbureaus  Organisatie‐adviesbureaus  Holdings (geen financiële)  Holdings (geen financiële) 

Dursun Holding International B.V.  M.A.M.G. Vrouenraets B.V.  Van Dinther Advies B.V.  Flizzy Holding  Maatschap Tilger Benelux Administratie  Administratiekantoor J.F.M. Vroemen  C.A. Pennings V.O.F.  Grevo Administraties  Brauer Advocaten  Hurda Real Estate B.V.  Horbach Taxaties en Makelaardij o.z.  B. Verboom Verhuur  KVB  Tracom Nederland B.V.  Assurantiekantoor Limburg B.V.  Assurantiekantoor Kragting & Vallinga  Hurda B.V.  Stichting Administratiekantoor Keybek  Stichting Administratiekantoor H.A.T. Holding  Keybek Holding B.V.  Jac. Eyck Stichting  TMJ Hork Holding B.V.  Coriovallum Stareb B.V.  Masabe B.V.  VOS Paulussen  Degen Beheer B.V.  ANCO B.V.  Verboom Vastgoed B.V.  Verboom Vastgoed II B.V.  Stg. mr. Brauer, mr. De Wit en mr. Ferwerda  M. de W. Holding B.V.  F.J. Franssen Beheer B.V.  Mercato Holding B.V.  H.H.C. Gastens B.V.  H.A.T. Holding B.V.  Denk 2 Management B.V.  Liquid Stones B.V.  Ressel Trading B.V.  TreeCare Holding B.V.  Direct Energy Save Holding  Muyzers Holding B.V.  E.M.J. de Ras Holding  B & R (Brands & De Ras) Holding Maastricht  Mhbk Automatisering  Weenink Software  Corio Care  K0‐Ware  Siteonline Wizard Design  Hahn Internet Producties  Parkstadmedia  Morgen32  AudioGarden 

Holdings (geen financiële)  Holdings (geen financiële)  Holdings (geen financiële)  Concerndiensten binnen eigen concern  Boekhoudkantoren  Boekhoudkantoren  Boekhoudkantoren  Boekhoudkantoren  Advocatenkantoren  Bemidd. bij handel/huur/verhuur onr.goed  Bemidd. bij handel/huur/verhuur onr.goed  Verh. onroerend goed (niet v woonruimte)  Verhuur van overige woonruimte  Handel in eigen onroerend goed  Assurantietussenpersonen  Assurantietussenpersonen  Hypotheek‐/kredietbem./bankagentschappen  Admin.kantoren voor aandelen/obligaties  Admin.kantoren voor aandelen/obligaties  Commissionairs/makelaars in effecten ed  Ondernemingspensioen‐/spaarfondsen  Beleggingsinst. met beperkte toetreding  Beleggingsinst. met beperkte toetreding  Beleggingsinst. met beperkte toetreding  Beleggingsinstellingen in vaste activa  Financiële holdings  Financiële holdings  Financiële holdings  Financiële holdings  Financiële holdings  Financiële holdings  Financiële holdings  Financiële holdings  Financiële holdings  Financiële holdings  Financiële holdings  Financiële holdings  Financiële holdings  Financiële holdings  Financiële holdings  Financiële holdings  Financiële holdings  Financiële holdings  Ov. dienstv. act. ohgv neg  Software consultancy  Ontwikkelen/produceren maatwerksoftware  Ontwikkelen/produceren maatwerksoftware  Ontwikkelen/produceren maatwerksoftware  Ontwikkelen/produceren maatwerksoftware  Ontwikkelen/produceren maatwerksoftware  Ontwikkelen/produceren maatwerksoftware  Ontwikkelen/produceren maatwerksoftware  Ontwikkelen/produceren maatwerksoftware  Productie van radioprogramma's 


Totaalbeeld Audiovisuele Communicatie  H.L.J.C. Hermans  Harmoniezaal Schaesbergerveld  Café "Boereslot"  Café Zalencentrum 't Leiehoes  D'r Zeute Inval  De Fontein  M.S.P. Aktiviteitenvereniging  Café zaal Coriovallum  America  J.W.K. (Jeffrey's wafelkraam)  Friture Ilona  RC Food Product  Friture 't Heuveltje  Friture Limburgia V.O.F.  Broodjes express Pani  Grillroom Pizzeria Sphinx  Marmi  J & J Distributie Pakket Service  Arte Services  Ayto Trans V.O.F.  Transportbedrijf Luc Leers  A. Clark Transport  't ijstijgertje  mtbgigant  Something Old Something New  Luca Galerie & Webdesign  Elrajeh  Jomar Trading Company  P. Snel  Van Delfts Bloemenhandel Cor en Karel  A.P. Peeters  Kids & Zo  Stamps and Coins  Hapotel  Coöp. Aan‐/Verkoopvereniging Ubach over Worms  Bloemenboetiek Helga  Etos Meezenbroek  Theriak Apotheek Meezenbroek  Video Thuis  JP Stingray Guitars  DV Computers  Ali Baba Mini‐Super Heerlen  Sigarenmagazijn Spiertz  Slijterij van Wersch  Rita's Little Gift's  V.O.F. Bakkerij Voncken‐Caubo  V.O.F. Kwaliteitsslagerij Hermans  W.P.J. Gubbels  Jola  PLUS van der Zwaag  RF Business Solutions  Aquagrizon  Parkstad e.o. Security 


Prod. films (geen televisiefilms)  Cafés  Cafés  Cafés  Cafés  Cafés  Cafés  Cafés  Cafés  Kantines en contractcatering  Cafetaria's, lunchrooms, snackbars e.d.  Cafetaria's, lunchrooms, snackbars e.d.  Cafetaria's, lunchrooms, snackbars e.d.  Cafetaria's, lunchrooms, snackbars e.d.  Cafetaria's, lunchrooms, snackbars e.d.  Cafetaria's, lunchrooms, snackbars e.d.  Restaurants  Hotels (geen hotel‐rest.)/pens./conf.o.  Koeriers  Expediteurs/cargadoors/bevrachters e.d.  Goederenvervoer over weg (geen verhuiz.)  Goederenvervoer over weg (geen verhuiz.)  Goederenvervoer over weg (geen verhuiz.)  Straathandel  Detailhandel via postorder en internet  Detailhandel via postorder en internet  Detailhandel via postorder en internet  Markthandel in overige goederen  Markthandel in overige goederen  Markthandel bloemen/planten/zaden/tuinb.  Markthandel bloemen/planten/zaden/tuinb.  Markthandel overige voedings‐ en genotm.  Winkels in tweedehands kleding  Winkels gespec. in overige art. n.e.g.  Winkels gespec. in overige art. n.e.g.  Winkels bloemen/planten/zaden/tuinbenod.  Winkels bloemen/planten/zaden/tuinbenod.  Winkels in drogisterij‐artikelen  Apotheken  Winkels in audio‐ en video‐opnamen  Winkels in muziekinstrumenten  Winkels in computers/randapp./software  Winkels in buitenlandse voedingsmiddelen  Winkels in tabaksproducten  Winkels in dranken  Winkels in chocolade en suikerwerk  Winkels in brood en banket  Winkels in vlees en vleeswaren  Winkels in aardappelen/groenten/fruit  Supermarkten e.d. winkels alg.ass.v‐gm  Supermarkten e.d. winkels alg.ass.v‐gm  Niet‐gespec. GH in consumentenartikelen  GH sanitaire art./sanitair install.mat.  GH ov.benodigd.ind./handel neg 

SoCap Nederland B.V.  Osmose Water Techniek  Direct Energy Save  A.I.C. Europe  Toys & Promotions  F & S  Essed International Fair Trade  Firma G. Visser & Zoon  Oostwegel en Kowollik B.V.  NL Scooters  Lemmens Im‐ en Export  WiSE Tuning  Fa. Pignar  J.G. Meulenberg B.V.  Automobielbedrijf Balt B.V.  Autohandel Marxer  Doe‐Het‐Zelf‐Garage Van de Ven  Garage Aretz & Zn.V.O.F.  Schadeautohandel C. Verboom jr.  Snijders Autoschadeherstel  Verboom Autorecycling Heerlen V.O.F.  PRM Cars  ARB Auto´s  Evers Auto´s  H. Borghans  Bouwbedrijf Bremen  Voegbedrijf Carlitz  Bosina Metselwerken  H. en L. Rolluiken en Zonwering B.V.  Siebremo Spuitwerken  Living Floor  ERAN Floor  Smits Tegelwerken  Reiner Jansen Timmerwerk.  Désirée Houttechniek  Edis Bouw  Romobo  Stucadoorsbedrijf Jungblut  Getano  Vonderbank Montage  S.I. Montage  V.O.F. H. Wante Installatiebedrijf  Klusbedrijf M. Wolters  ParkstadBouwserive  Ambro S  Fierstra bestrating  Bouwservice Mija  Huntjens Bouw B.V.  Hanssen Bouwbiologisch Aann.bedr. V.O.F.  M. de W. Woningonderhoud B.V.  Timmerfabriek Crapels  Bindels Bouwservice  Klussenbedrijf Marwa  Klussenbedrijf De Jong 

Groothandel in vakbenodigdheden n.e.g.  GH ov. mach./app. voor ind./handel neg.  GH elektronische/telecommunicatieapp.  GH computers, randapparatuur en software  Groothandel in speelgoed  Groothandel in huismeubilair  GH med./tandheelk.instr./ e.d.  Groothandel in bloemen en planten  Niet‐gespecialiseerde handelsbemiddeling  DH en reparatie motorfiets(onderdel)en  GH en HB in motorfiets(onderdel)en  DH in auto‐onderdelen en ‐accessoires  Carrosserieherstel  Handel/rep. personen‐/lichte's  Handel/rep. personen‐/lichte's  Handel/rep. personen‐/lichte's  Handel/rep. personen‐/lichte's  Handel/rep. personen‐/lichte's  Handel/rep. personen‐/lichte's  Handel/rep. personen‐/lichte's  Handel/rep. personen‐/lichte's  Handel/rep. personen‐/lichte's  Handel/rep. personen‐/lichte's  Handel/rep. personen‐/lichte's  Handel/rep. personen‐/lichte's  Metselen en voegen  Metselen en voegen  Metselen en voegen  Overige afwerking van gebouwen  Overige afwerking van gebouwen  Afwerking van vloeren en wanden  Afwerking van vloeren en wanden  Afwerking van vloeren en wanden  Bouwtimmeren  Bouwtimmeren  Bouwtimmeren  Bouwtimmeren  Stukadoren  Stukadoren  Isolatiewerkzaamheden  Inst. verwarmings‐/luchtbehandelingsapp.  Loodg.‐ en fitterswerk; inst. sanitair  Loodg.‐ en fitterswerk; inst. sanitair  Inst. verlichting/telecom/alarm in geb.  Stratenmaken  Stratenmaken  Algemene burgerlijke en utiliteitsbouw  Algemene burgerlijke en utiliteitsbouw  Algemene burgerlijke en utiliteitsbouw  Algemene burgerlijke en utiliteitsbouw  Algemene burgerlijke en utiliteitsbouw  Algemene burgerlijke en utiliteitsbouw  Algemene burgerlijke en utiliteitsbouw  Algemene burgerlijke en utiliteitsbouw 


Bluez Brotherz Renovatie en advies  J. Danihel Klussen‐ & Schoonmaakbedrijf  Willy Ouwerkerk  Sebil  Dust Clean  Klussenbedrijf Pluijmen  Bouwservice van Tilborg  Cauboom Euregio B.V.  Smederij Erkens  T.P.P. Heerlen B.V.  Linnartz Houten Botenbouw  Performance Engineering  Stichting Wijkblad MSP  M.K. Bakkerij en Patisserie  Langendoen  Erkens Agro B.V. 

Algemene burgerlijke en utiliteitsbouw  Algemene burgerlijke en utiliteitsbouw  Algemene burgerlijke en utiliteitsbouw  Algemene burgerlijke en utiliteitsbouw  Algemene burgerlijke en utiliteitsbouw  Algemene burgerlijke en utiliteitsbouw  Algemene burgerlijke en utiliteitsbouw  Projectontwikkeling  Rep./onderh.mach./werkt. land‐/bosbouw  Tandtechnische bedrijven  Bouw van sport‐ en recreatievaartuigen  Algemene metaalbewerking  Drukkerijen van dagbladen  Verv. brood en vers banketbakkerswerk  Bosbouw  Teelt granen/peulvruchten/olieh. zaden 


Appendix F1. Data and assumptions: MSP Heerlen  In  this  appendix  the  data  and  assumptions  used  for  the  calculations  of  the  metabolism  in  2010 and 2040 will be presented. Some of the data and assumptions are similar to the ones  of the Goudse Poort, and therefore only different or additional data and assumptions will be  presented below.  

MSP in 2010   The data and assumptions for MSP in 2010 were refined and values were double‐checked. In  the  table  below  the  types  of  buildings  and  companies  and  assumptions  about  number  of  people are given.    Table  J Types of companies and buildings found in MSP and assumptions about number of employees  or people.  

Company or  Amount  of  Energy and water consumption based on building type  building type   people  Office  405  Office  Garage  12  Garage, omitted in the calculations  Retail  15  Retail company, omitted in the calculations  company  School  3193  Same consumption as office   22 Housing  6900   Household (average household size of 2)    For the food consumption, more detailed data was used in the calculations, as  is shown in the table below.  

Table  K Facts and assumptions about the average food consumption and menu23. 

Product type  Potatoes  Bread  Miscellaneous  Alcoholic drinks  Non‐alcoholic drinks  Fruit  Pastry products and cake  Wheat products and binders   Vegetables  Non‐sweet sandwich topping   Cheese  Milk and dairy products  Nuts, seeds, and snacks   Legumes, pods  Vitamin pills and others  Dishes (ready‐made)   Soups  Soy products 

kg/day 0.114  0.135  0.003  0.159  1.194  0.105  0.041  0.044  0.123  0.003  0.027  0.383  0.029  0.005  0.003  0.028  0.067  0.002 

                                                            22 23

Assumptions for calculation yield  farms    100% wheat  Not taken into account  100% wheat  100% water    100% wheat  100% wheat    Added to meat consumption      Added to Legumes    Not taken into account  100% wheat  Not taken into account   

Source: gemeentelijke basisadministratie Heerlen,    Source:‐1/Start_Tekst.htm#3 


Sweets, candy, sugar, sweet sandwich  topping, sweet sauces  Fats, oils, fatty sauces   Eggs  Fish  Meat, and poultry  Total fluids  Total  Consumption indoors 

100% sugar beet  0.041  0.048  0.014  0.01  0.109  1.6  2.7  26% of total 


24 Table  L Different food types with fraction of consumption per food type.  

Type of food  Vegetables  Greens (Leaf vegetables excluding cabbage)  Fruit vegetables (Tomato, Aubergine etcetera)   Tuberous plants (Knolgroenten)  Cabbage  Mushrooms  Pea, maize, broad bean  Onions, garlic  Stem vegetables and sprouts   Mixed salads/vegetables  Legumes (Peulvruchten)  Milk products  Milk  Milk drinks  Yoghurt  Quark, fresh cheese  Cheese  Pudding based on milk/cream/mousse   Cream  Coffee creamers   Meat and meat products (excluding fish)  Pig  Beef  Chicken  Other  Fruit  Strawberries  Pears  Apples  Other fruit 


Fraction 1  0.145631068  0.27184466  0.067961165  0.223300971  0.019417476  0.029126214  0.097087379  0.029126214  0.087378641  0.029126214  1  0.503836317  0.081841432  0.21483376  0.012787724  0.081841432  0.084398977  0.00511509  0.015345269  1  0.461038961  0.301136364  0.153409091  0.084415584  1  0.002  0.058  0.37  0.57 

Source: Hulshof, K., et al.,‘Resultaten van de voedselconsumptiepeiling 2003’, RIVM rapport  350030002/2004. 



Table  M Yield of different crop types cultivated in the Netherlands  

Crop type  Total leaf and stem vegetables   Total tuberous and carrot vegetables  Total cabbage   Sprouts  Total legumes  Peas  French beans (Sperziebonen)  Broad bean  Total fruit vegetables  Total wheat  Total potatoes  Maize   Sugar beets  Onions  Mushrooms (Champignons)  Total strawberries   Total apples  Total pears 

Yield kg/(ha*year)  22466  49808  30994  22985  7538  5827  9143  6897  412437  8729  46045  11400  72248  47359  3311688  26065  40314  23007 

MSP Heerlen in 2040  For 2040 it was assumed the instead of 6900 only 6000 people would live there, while the  amount  of  people  going  to  school  was  assumed  to  decline  from  3193  to  2777  in  similar  proportions with the decline in residents. 

Water system  For the water system, the new elements taken up into the calculations were  the water use per crop type and per animal type, which are listed in the two  tables below. Furthermore, assumptions and data on rainwater and its capture and storage  are presented.     Table N Water use per crop type.26 

Average water use  (L/kg produce)  97.7  21.7  63.4  3.3  3.3  1.3  55  0.3  1.1 

Crop type  Leaf vegetables  Fruit vegetables  Cabbage – Cauliflower  Legumes  Other vegetables   Potatoes, maize, wheat   Strawberry  Apple  Pear                                                               25

Source: Central Bureau of Statistics (CBS), Statline, accessed via, data of 2008    Source: based on D’Hooghe, J., et al.,‘Inschatting van het watergebruik in de landbouw op basis van  nieuwe en geactualiseerde kengetallen per landbouwactiviteit’, instituut voor landbouw‐ en  visserijonderzoek, 2007  26


Table O Water use per type of animal 

Type of animal  Broiler chicken   Meat chicken (Less than a year old)  Meat chicken   Pigs from 7 to 20 kg  Pigs from 20 to 110 kg  Pigs of more than 110 kg  Dairy cows  Meat cows   Meat calfs  Horses  Goats  Sheep 

Water use  m3/(animal*year)  0.09  0.07  0.12  0.55  1.6  4.55  22.29  11.66  5.51  14.09  1.91  1.23 

Table  P Data and assumptions about rain and rainwater storage in MSP27. 

Year 2010  2020  2030  2040 

Rain (mm/  year)   850  860  870  880 

Evaporation Infiltration  18.8%  30.9%  31.7%  47.0% 

5.0% 9.9%  13.4%  10.8% 

water via  creeks  25.0%  45.7%  54.9%  42.2% 

rain via  sewage  51.3%  13.6%  0.0%  0.0% 

% of  rainwater  buffered  0  12  15  21 

Area of  fishponds  1.2  6.2  8.3  12.4 

The  evaporation  and  flow  of  the  rain  and  surface  water  through  the  creeks  are  the  main  sources  of  water  loss.  The  evaporation  increases  because  of  the  larger  area  of  productive  green  that  is  introduced  in  MSP.  The  infiltration  also  increases  because  of  a  lower  percentage  covering  of  pavement  and  roads.  Furthermore,  it  was  assumed  that  all  the  storage of rainwater would be realised by an additional 30 cm on top of surface water. 

Biogas plant  For  the  MSP  system  in  2040  the  data  below  on  manure  production  of  the  animals  and  nitrogen  content  was  used.  For  the  sewage  sludge  the  same  assumptions as before were used. For the production of organic waste from  the helophyte filter cuttings it was assumed that a yearly 10,000 kg/ha would be produced.    Table  Q Manure production and characteristics for different types of animals28.  

Dairy cow  Beef  Swine 

manure production  per  1000  kg  live  animal mass per day  (kg/(1000kg*day))  86  58  84 

Total kjeldahl  nitrogen per 1000 kg  live  animal  mass  per  day  (kg/(1000kg*day))  0.45  0.34  0.52 

Total phosphorus  per  1000  kg  live  animal mass per day  (kg/(1000kg*day))  0.094  0.092  0.18 


Source: based on estimations made by Paul de Graaff. The increase in rainfall is based on  estimations of effects of climate change in the Netherlands.  28  Source: based on ‘Manure production and characteristics’, American Society of Agricultural  Engineers, ASAE standard 


Meat chicken  Broiler chicken 

85 85 

1.1 1.1 

0.3 0.3 

Food production: urban farms and greenhouses  For  the  food  production,  data  on  the  yield  of  different  types  of  food  was  added  to  the  calculations.  Above  (2010  system)  already  the  crop  yield  per  hectare was shown, while below data on  the production of meat and milk is  shown, as well as assumptions about import of food.      29

Table  R Ratio of kg food consumed per kg meat or milk products produced . For the calculations of  the total food consumption of the cattle it was assumed that they eat a mix of corn and grass (50/50).  The feed ratios mentioned for the cattle are excluding pasture grazing; instead this is mentioned  separately. 

Type of meat or milk product  Pig ‐ meat  Cattle ‐ meat  Chicken ‐ meat  Eggs  Grass for meat production  Grass for milk production  Butter  Cheese   Other milk products  

Feed ratio (kg food consumed  per kg product produced)  8.4  6.2  3.4  3.8  0.4  3.7  7.9  7.9  6 (estimate) 

Table S Data on the production of milk, eggs, and meat.  

Type of product  Milk    Pig  Grown‐up cattle   Meat chicken     Eggs 

Production per cow (L per year)  780030  Average weight at slaughter  (kg)25  Fraction meat31   90  0.57  308  0.6 (estimate)  1.6  0.6 (estimate)  Fraction  edible  0.932 

Average weight (kg)  0.06532  

Number of eggs  per chicken per  year  25033 

Table  T Assumptions about import across national boundaries for different types of foods. 

Food type 


Import across  national  boundaries in  2010 (%)  15 

Assumptions for 2040 regarding import and  consumption  Food import of all types of foods declines 15%  Vegetable consumption increases 15% (closer to 


Source: Toronto vegetarian association,    Source: Wikipedia online encyclopaedia,   31  Source:‐vleesvarkens‐neemt‐toe.htm   32  Source:   33  Source:   30


Fruit Meat  Fish  Dairy products 


57 30  30  15 

advised values)  Fruit consumption increases 15%  Meat consumption declines 15%     

Solar cells  For the solar cells it was assumed that they are 15% efficient, which means that 15% of the  energy of the solar radiation is converted into electricity. The average yearly solar radiation  in Zuid‐Limburg per day is 9.79 MJ/(m2*day), which is equivalent to 2.72 kWh/(m2*day).34 


Source: Velds, C.A., et al., ‘Zonnestraling in Nederland’, Dutch meteorological institute KNMI, 1992  


Appendix F2. Metabolic calculations: MSP Heerlen  The calculations in the MSP system were similar to the ones used in the Goudse Poort, with  the  difference  that  some  additional  data  was  used  and  some  calculations  were  more  detailed. For example, for the yield of the food production it was assumed that the type of  crops  grown  represents  the  average  menu,  and  an  average  yield  of  production  was  calculated.  It is assumed that the principle of this type of calculation is clear, and therefore only a few  formulas will be shown that represent this type of calculations.  

Biogas plant  Fertiliser production:  

FF = ∑ ( f N ,i ⋅ OWi )

Where FF is the fertiliser production, fN,i  is the fraction nitrogen per kg of organic waste of  type  i,  and  OWi  is  the  amount  of  organic  waste  of  type  i  produced  per  year  (i  being  food  waste, sewage sludge, chicken manure, swine manure, etcetera).  i

Food production: urban farms and greenhouses  Food production: 

FP = AF ⋅ ∑ ( fC ,i ⋅ Yi )

i Where FP is the total food production, AF is the area of farmland in hectares, fc,i the fraction  of consumption of product type i (e.g. stem vegetables) and Yi is the crop yield per hectare  of product i.  The  yield  for  animal  products  (meat,  milk,  eggs)  was  calculated  in  a  similar  way  with  the  above formula, but this time the amount of animals per hectare was included.           


Appendix G. Metabolic scheme MSP Heerlen 2040  Below the metabolic scheme of the future vision of MSP Heerlen in 2040 is presented. The  dark blue boxes are existing actors, while the light blue boxes are cyclifiers to be added to  the system.        


Appendix H. Morphological chart cyclifiers  The  table  below  shows  an  example  of  a  morphological  chart.  In  the  first  column,  the  different  functions  that  are  needed  in  the  system  are  listed.  In  the  corresponding  row  of  these  functions,  several  options  for  the  realisation  of  the  function  are  listed.  To  help  the  intuitive  part  of  the  brain,  every  option  should  come  with  a  picture  or  drawing.  It  is  important to keep every option as basic and generic as possible: for example, a renewable  energy source can be the wind. Do not put a picture of a wind turbine as option, because  this  limits  the  design  too  much.  Instead,  show  a  true  picture  of  the  wind,  and  only  when  deciding what kind of cyclifier would be best, start thinking about a wind turbine, or other  machine.  In  this  way  a  systematic  way  of  listing  all  the  different  options  for  cyclifiers  or  a  part of them is shown.  The options can be combined in a million different ways, adapted to the local circumstances  of the system under study. It can also be used as a tool for coming up with new cyclifiers. For  example,  the  functions  can  be  combined  within  one  row,  but  also  across  rows,  combining  different functions in one cyclifier. In the Goudse Poort and MSP Heerlen case studies, the  biodigester  combined  biogas  as  energy  source,  anaerobic  digestion  as  water  purification,  and fertiliser production.   A new cyclifier could be a combination of car fuel (biodiesel) with fertilisation of the land.  This  could  be  done  with  the  use  of  algae  that  produce  oil.  This  oil  is  transformed  into  biodiesel  with  esterification.  Because  the  oil  is  in  the  algae,  they  have  to  be  destroyed  in  some way to get the oil out. The residue after extraction of the oil contains much nutrients  that can be used as fertiliser.   The table below is only partly filled in, but the idea is clear.     Table U Morphological chart for  

Type of function  Energy source ‐  conventional  Energy source ‐  renewable 


Solar PV (or  solar heat) 

Options Gas 




Energy production  PV/ solar heat 



Energy storage 

In green‐ houses  Water level  Aerobic  digestion  On top of  lake 

Thermal mass  buildings    Sand filter 


Batteries Water purification  Anaerobic  digestion  Water storage  Ditches  Fertilisation of the  land 

Animal dung 

Local food  Greenhouse  supply/production 

Sludge/   digested  Grey water  sludge  Pastureland  Stable with  with animals  animals 




Biodiesel  (from oils)   

CHP Generator  (gas or  diesel)  In water  In air    UV light   

Ion ex‐ change    Compost 

Organic  waste   Farmland 

Sea/Lake food 


research report on 'Industrial ecology applied in the urban environment'