De-manufacturing method and tool: the link between design and circular business models

The traditional business as usual exploits the supply of minerals, metals and fossil resources as if they were unlimited and replenishable, but they are not. This attitude is exacerbated by the recent population and economic growth of developing countries that gives rise to i) increasing demand for industrial and consumer goods worldwide, ii) permanently damaged quality of natural resources such as water, air and soil. This heightened consumption and unsustainable production have gradually increased the pressure to change production and consumption behavior, especially in the business sector, making it necessary to shift toward a circular economy. De-manufacturing is a critical solution for supporting this metamorphosis. It enables the implementation of environmentally sustainable End of Life strategies e.g. reuse of components, especially when it is introduced in the design stage, next to the traditional drivers. Starting from the de-manufacturing principles, the present work proposes and applies approaches intended to support the design phase in enabling valuable and creditable EoL strategies. Four tools are developed to overwrite existing goods' linear destiny and sketch circular loops for new products. A cross-sectioning approach is developed to have technical solutions taking off in the economic one. Results show promising effects from implementing the approaches and using the developed tools: the Durabot tool dynamically assesses the sustainability of durable products; PReSCoM finds new applications for composite materials' scraps, heavily lowering their environmental burden. The DfD tool introduces quantitative feedback to evaluate the goodness of design from the environmental perspective. The correlation matrix exploits hidden potentialities of the above-cited and digitalization tools for the sake of economically sustainable circularity. All the approaches, both reactive and proactive, are meant to subsume all the challenges of the present economy. When the Life Cycle Assessment methodology is involved, multiple indicators are available for analysis. This effort contrasts the more and more companies that pledge to become carbon neutral, net-zero or climate positive, overlooking the huge challenges the Earth and humankind are facing (resources scarcity and contamination above all). Future works should focus on extending the application of the tools to new products, validate them through a structured validation procedure, and define the indicators that would evaluate when an organization is ready to implement a new CMBs.

I modelli di business tradizionali sfruttano i giacimenti di minerali, metalli e risorse fossili come se fossero illimitate e reintegrabili, quali queste non sono. Questo atteggiamento è aggravato dalla recente crescita demografica ed economica dei Paesi in via di sviluppo, che ha portato i) all'aumento della domanda di beni industriali e di consumo in tutto il mondo, ii) al deterioramento permanente della qualità delle risorse naturali come acqua, aria e suolo. L'aumento dei consumi e la produzione insostenibile hanno gradualmente aumentato la pressione per modificare i comportamenti di produzione e consumo, soprattutto nel settore delle imprese, rendendo necessario il passaggio a un'economia circolare. Il de-manufacturing è una soluzione fondamentale per sostenere questa metamorfosi. Esso combina le strategie di fine vita di un prodotto introducento nella fase di progettazione considerazioni ad esse relative, accanto ai tradizionali driver di progettazione, quali sono quello economico, tecnico. Partendo dal de-manufacturing, il presente lavoro propone e applica approcci volti a supportare la fase di progettazione nel consentire strategie di fine vita valide e appropriate. Vengono sviluppati quattro strumenti per riscrivere il destino lineare dei prodotti esistenti e disegnare cicli circolari per i nuovi prodotti. Viene sviluppato un approccio trasversale per far creare un connubio tra le soluzioni tecniche e quelle economiche. I risultati dell'implementazione degli approcci e dell'utilizzo degli strumenti sviluppati mostrano effetti promettenti: lo strumento Durabot valuta dinamicamente la sostenibilità dei prodotti durevoli; PReSCoM trova nuove applicazioni per gli scarti dei materiali compositi, riducendo fortemente impatto ambientale di prodotto e di processo. Lo strumento DfD introduce feedback quantitativi per valutare la bontà della progettazione dal punto di vista ambientale. La matrice di correlazione sfrutta le potenzialità nascoste degli strumenti sopra citati e di quelli sviluppati per digitalizzare i processsi manufactturieri e i cicli vita dei prodotti, al fine di individuare come questi possano aprire nuove strade, verso una circolarità di prodotti e processi, che sia anche economicamente sostenibile. I quattro metodi sono distinti in reattivi, che si applicano ai prodotti già presenti nel mercato, e proattivi, che si concentrano sullo sviluppo di prodotti nati in ottica circolare. Talvolta si fa uso della metodologia del Life Cycle Assessment, e molteplici sono gli indicatori proposti nella fase di estrazione e interpretazione dei risultati dell'analisi. Questo mira ad ampliare la visione del mondo aziendale, che è sempre più incentrata unicamente sull'emissione di gas climalteranti: un numero crescente di aziende si impegnano a diventare carbon neutral, net-zero o climate positive, trascurando però le enormi sfide che la Terra e l'umanità stanno affrontando, la scarsità e la contaminazione di risorse in primis. I lavori futuri dovrebbero concentrarsi sull'estensione dell'applicazione degli strumenti a nuovi prodotti, nella loro validazione attraverso una procedura strutturata e sulla definizione di indicatori che valutino quando un'organizzazione è pronta a implementare un nuovo modello di business circolare.