DOI: https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2024.142512
تاريخ النشر: 2024-05-08
المؤلف: Gianmarco Bressanelli وآخرون
الموضوع الرئيسي: إدارة سلسلة التوريد المستدامة
نظرة عامة
تتناول ورقة البحث التحديات التي تواجه شركات التصنيع في تنفيذ ممارسات الاقتصاد الدائري (CE)، لا سيما في صناعة المعدات الكهربائية والإلكترونية. على الرغم من الفوائد المحتملة للاستدامة الناتجة عن تقديم الخدمات الرقمية، يبرز المؤلفون أن نماذج الأعمال الدائرية قد لا تؤدي دائمًا إلى نتائج إيجابية بسبب مشكلات مثل تحويل الأعباء والعواقب غير المتوقعة. تؤكد الدراسة على نقص النماذج الشاملة التي تقيم بشكل كمي آثار الاستدامة لتقديم الخدمات الرقمية ضمن إطار عمل ميكرو-ماكرو النظامي. لسد هذه الفجوة، طور المؤلفون نموذج محاكاة “ماذا لو” تم تنفيذه في أداة جدول بيانات، والتي تقيم الآثار الاقتصادية والبيئية والاجتماعية للسيناريوهات الدائرية والمقدمة كخدمات. تم تطبيق النموذج على دراسة حالة تتعلق بشركة تقدم غسالات عالية الكفاءة وطويلة الأمد كخدمة، مما يوضح أن تقديم الخدمات الرقمية يمكن أن يؤدي إلى آثار إيجابية صافية عبر جميع أبعاد الاستدامة.
تشير النتائج إلى أن دمج تقديم الخدمات الرقمية مع تصميم المنتجات واللوجستيات العكسية يمكن أن يخلق وضعًا مربحًا للجميع، مما يعود بالنفع على البيئة والمجتمع والاقتصاد. تدعو الورقة الممارسين وصانعي السياسات إلى استخدام النموذج لتقييمات مسبقة لمختلف سيناريوهات الاقتصاد الدائري، مما يدعم اتخاذ قرارات مستنيرة. ومع ذلك، يعترف المؤلفون بالقيود في نهجهم، بما في ذلك تركيز النموذج على صناعة واحدة وعدم قدرته على حساب آليات التغذية الراجعة الديناميكية وآثار الانتعاش. يتم اقتراح اتجاهات بحث مستقبلية، بما في ذلك استكشاف سيناريوهات الاقتصاد الدائري المختلفة وقياس آثار الانتعاش لتعزيز قابلية تطبيق النموذج ودقته في تقييم آثار الاستدامة.
مقدمة
تسلط مقدمة ورقة البحث هذه الضوء على الأهمية المتزايدة للاقتصاد الدائري (CE) في تعزيز الاستدامة، كما أكد عليه خطة العمل الأوروبية للاقتصاد الدائري، التي تقترح أن مبادرات الاقتصاد الدائري يمكن أن تعزز الناتج المحلي الإجمالي للاتحاد الأوروبي بنسبة 0.5% بحلول عام 2030، وتخلق وظائف، وتعزز ربحية الشركات من خلال تقليل تكاليف المواد. على الرغم من هذه الفوائد المحتملة، تواجه الشركات المصنعة تحديات في تنفيذ ممارسات الاقتصاد الدائري على المستويين الميكروي والماكروي. تم تحديد نماذج الأعمال المقدمة كخدمات، التي تحتفظ بملكية المنتج مع المزودين، كنهج واعد لتعزيز الاستدامة من خلال تمديد دورات حياة المنتجات وتحسين استهلاك الطاقة. يعزز دمج التقنيات الرقمية في هذه النماذج، والذي يُطلق عليه “تقديم الخدمات الرقمية”، من إمكانياتها في الاستدامة.
ومع ذلك، فإن عدم اليقين بشأن الفوائد المستدامة على المدى الطويل لانتقالات الاقتصاد الدائري يمثل حاجزًا كبيرًا أمام التنفيذ. تشير الورقة إلى أنه بينما استكشفت الدراسات الأخيرة آثار الاستدامة للاقتصاد الدائري في قطاع المعدات الكهربائية والإلكترونية (EEE)، لا يزال هناك نقص في التقييمات الكمية التي تأخذ في الاعتبار الأبعاد الثلاثة الأساسية – الاقتصادية والبيئية والاجتماعية. لمعالجة هذه الفجوات، يهدف المؤلفون إلى تطوير نموذج محاكاة “ماذا لو” لتقييم وقياس آثار الاستدامة لسيناريوهات الاقتصاد الدائري وتقديم الخدمات الرقمية. يركز البحث على صناعة تصنيع الغسالات (WM)، مستخدمًا دراسة حالة لنموذج اشتراك قائم على الدفع عند الاستخدام يعزز الاستخدام المسؤول وتجديد الغسالات. توضح الورقة هيكلها، موضحة المنطق والمنهجية وتطوير النموذج والنتائج والاستنتاجات في الأقسام التالية.
الطرق
في هذا القسم، يوضح المؤلفون المنهجية المستخدمة للتحقيق في إمكانيات نماذج الأعمال للاقتصاد الدائري (CE) من خلال نموذج محاكاة “ماذا لو”. تستند الطريقة إلى تقنيات المحاكاة المعتمدة التي تعيد إنتاج الأنظمة الواقعية، مما يسمح باستكشاف سيناريوهات مختلفة. يبدأ البحث بصياغة أسئلة البحث والأطر النظرية، تليها اختيار طريقة محاكاة جدول البيانات المصممة لتحليل الآثار الاقتصادية والبيئية والاجتماعية لنماذج الأعمال الخطية مقابل الدائرية في سياق الغسالات (WMs).
يشمل نموذج المحاكاة أربعة كتل تأثير قابلة للقياس: البيئية (I1)، الاقتصادية للمستخدم (I2)، الاقتصادية لسلسلة التوريد (I3)، والاجتماعية (I4). تسهل هذه الكتل تقييم الآثار المتعلقة بالبصمات الكربونية، وتكاليف المستخدم، وهوامش سلسلة التوريد، وفرص العمل، على التوالي. يتم استخدام كتل التصنيف (C1 وC2) لقياس المعلمات الوسيطة اللازمة لتقييمات الاستدامة، بينما يتم تصنيف محركات التكوين إلى خيارات المنتج والمستخدم وسلسلة التوريد. يلتزم النموذج بمعايير تقييم دورة الحياة (LCA) للوحدات الوظيفية وحدود النظام، مما يضمن قابلية المقارنة عبر السيناريوهات. تؤكد عمليات التحقق دقة النموذج وقوته، مع إجراء فحوصات على اتساق المتغيرات والقيم المتطرفة للمعلمات للتحقق من نتائج المحاكاة. النموذج الشامل متاح للتنزيل في المواد التكميلية.
النتائج
تشير نتائج تقييم آثار الاستدامة إلى تحسينات كبيرة في سيناريو الاقتصاد الدائري (CE) للغسالات (WMs). ينخفض العدد السنوي لدورات الغسيل لكل أسرة من 217 إلى 158، ويعزى ذلك إلى تحسين معدلات تحميل الغسالات وقدراتها. تزيد متوسط عمر الغسالات من 10.7 إلى 21.7 عامًا بسبب التصميم الأفضل، وتقليل الاستخدام، والصيانة والإصلاح الواسع النطاق، وممارسات التجديد. ونتيجة لذلك، يتم تقليص دخول الغسالات الجديدة إلى النظام سنويًا إلى النصف، من 18.6 مليون إلى 9.2 مليون، مع إعادة تدوير 6.9 مليون وإرسال 2.3 مليون إلى مكبات النفايات. يتم تقليل الأثر البيئي بشكل ملحوظ، حيث تنخفض انبعاثات غازات الدفيئة من 34.3 مليار كجم من مكافئ CO₂ إلى 23.2 مليار كجم من مكافئ CO₂ (-32.4%)، ويرجع ذلك أساسًا إلى انخفاض استهلاك الطاقة والمياه والمنظفات لكل غسلة.
اقتصاديًا، تنخفض التكاليف الإجمالية للغسيل لكل مستخدم بنسبة 16.5%، من 67.22 يورو إلى 56.14 يورو سنويًا، مدفوعة بانخفاض نفقات الطاقة والمياه والمنظفات. تزيد أرباح سلسلة التوريد بشكل كبير، من حوالي 1.0 مليار يورو إلى 3.2 مليار يورو سنويًا، حيث ترتفع الإيرادات بنسبة 40.9% بسبب رسوم الدفع عند الاستخدام للغسالات عالية الكفاءة، على الرغم من زيادة تكاليف الإنتاج والصيانة. كما يشهد التوظيف في سلسلة التوريد زيادة كبيرة بنسبة 65.8%، مع الحاجة إلى حوالي 61,500 وظيفة بدوام كامل (FTE) مقارنة بـ 37,170 وظيفة بدوام كامل سابقًا. بشكل عام، يقدم سيناريو الاقتصاد الدائري القائم على تقديم الخدمات الرقمية فائدة تآزرية للبيئة والمجتمع والاقتصاد، مما يظهر نتيجة شاملة مربحة للجميع.
المناقشة
تؤكد قسم المناقشة في ورقة البحث على أهمية المنظور النظامي في تصميم وتقييم سيناريوهات الاقتصاد الدائري (CE)، لا سيما ضمن صناعة المعدات الكهربائية والإلكترونية (WEEE). يتميز الاقتصاد الدائري بأنه مفهوم شامل يشمل استراتيجيات مثل استعادة المواد، وكفاءة الطاقة، والدورات المغلقة لإعادة الاستخدام، وإعادة التصنيع، وإعادة التدوير. لكي تتمكن شركات التصنيع من تنفيذ الاقتصاد الدائري بشكل فعال، يجب عليها إعادة تصميم المنتجات ونماذج الأعمال وسلاسل التوريد، مع دمج ممارسات مثل تمديد عمر المنتج والتصميم البيئي لتعظيم الفائدة والقيمة. يتم تسليط الضوء على دمج التقنيات الرقمية ونماذج الأعمال المقدمة كخدمات، مثل التأجير والدفع عند الاستخدام، كوسيلة لتعزيز كفاءة الموارد والاستدامة.
تحدد الورقة الفجوات في الأبحاث الحالية بشأن آثار الاستدامة لسيناريوهات الاقتصاد الدائري، مشيرة إلى أن العديد من الدراسات قد تناولت إجراءات الاقتصاد الدائري بشكل منفصل دون النظر في آثارها المترابطة على الاستدامة الاقتصادية والبيئية والاجتماعية – غالبًا ما يُشار إليها باسم الأبعاد الثلاثة الأساسية. يجادل المؤلفون بأن التقييم الشامل يجب أن يشمل مستويات التحليل الميكروية والميزانية والماكروية لضمان تحقيق فوائد الاستدامة عبر طبقات مختلفة من النظام. تختتم المناقشة بالتأكيد على الحاجة إلى نماذج تقيم بشكل كمي آثار نماذج الأعمال للاقتصاد الدائري، مما يوجه صانعي السياسات وقادة الصناعة نحو تحقيق نتائج مستدامة.
DOI: https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2024.142512
Publication Date: 2024-05-08
Author(s): Gianmarco Bressanelli et al.
Primary Topic: Sustainable Supply Chain Management
Overview
The research paper addresses the challenges manufacturing companies face in implementing Circular Economy (CE) practices, particularly in the Electrical and Electronics Equipment industry. Despite the potential sustainability benefits of digital servitization, the authors highlight that circular business models may not always yield positive outcomes due to issues like burden shifting and unforeseen consequences. The study emphasizes the lack of comprehensive models that quantitatively assess the sustainability impacts of digital servitization within a systemic micro-macro framework. To bridge this gap, the authors developed a what-if simulation model implemented in a spreadsheet tool, which evaluates the economic, environmental, and social impacts of circular and servitized scenarios. The model was applied to a case study involving a company offering long-lasting, high-efficiency washing machines as a service, demonstrating that digital servitization can lead to net positive effects across all sustainability dimensions.
The findings suggest that integrating digital servitization with product design and reverse logistics can create a win-win-win situation, benefiting the environment, society, and economy. The paper calls for practitioners and policymakers to utilize the model for ex-ante evaluations of various CE scenarios, thereby supporting informed decision-making. However, the authors acknowledge limitations in their approach, including the model’s focus on a single industry and its inability to account for dynamic feedback mechanisms and rebound effects. Future research directions are proposed, including the exploration of different CE scenarios and the quantification of rebound effects to enhance the model’s applicability and accuracy in assessing sustainability impacts.
Introduction
The introduction of this research paper highlights the growing significance of the Circular Economy (CE) in promoting sustainability, as emphasized by the European Circular Economy Action Plan, which suggests that CE initiatives could boost the EU GDP by 0.5% by 2030, create jobs, and enhance corporate profitability through reduced material costs. Despite these potential benefits, manufacturing firms face challenges in implementing CE practices at both micro and macro levels. Servitized business models, which retain product ownership with providers, are identified as a promising approach to enhance sustainability by extending product lifecycles and optimizing energy consumption. The integration of digital technologies into these models, termed ‘digital servitization,’ further enhances their sustainability potential.
However, uncertainty regarding the long-term sustainability benefits of CE transitions poses a significant barrier to implementation. The paper notes that while recent studies have explored the sustainability impacts of CE in the Electrical and Electronics Equipment (EEE) sector, there remains a lack of quantitative assessments that consider the triple bottom line—economic, environmental, and social dimensions. To address these gaps, the authors aim to develop a what-if simulation model to assess and quantify the sustainability impacts of circular and digital servitization scenarios. The research focuses on the Washing Machine (WM) manufacturing industry, utilizing a case study of a subscription-based pay-per-use model that promotes responsible usage and refurbishment of WMs. The paper outlines its structure, detailing the rationale, methodology, model development, results, and conclusions in subsequent sections.
Methods
In this section, the authors outline the methodology employed to investigate the potential of circular economy (CE) business models through a what-if simulation model. The approach is grounded in established simulation techniques that replicate real-world systems, allowing for the exploration of various scenarios. The research begins with the formulation of research questions and theoretical frameworks, followed by the selection of a spreadsheet simulation method tailored to analyze the economic, environmental, and social impacts of linear versus circular business models in the context of washing machines (WMs).
The simulation model encompasses four measurable impact blocks: environmental (I1), economic for the user (I2), economic for the supply chain (I3), and social (I4). These blocks facilitate the assessment of impacts related to carbon footprints, user costs, supply chain margins, and job opportunities, respectively. Characterization blocks (C1 and C2) are employed to quantify intermediary parameters necessary for sustainability assessments, while configuration drivers are categorized into product, user, and supply chain options. The model adheres to Life Cycle Assessment (LCA) standards for functional units and system boundaries, ensuring comparability across scenarios. Verification processes confirm the model’s accuracy and robustness, with checks performed on variable consistency and extreme parameter values to validate the simulation results. The comprehensive model is available for download in the supplementary materials.
Results
The results of the sustainability impact assessment indicate significant improvements in the circular economy (CE) scenario for washing machines (WMs). The annual number of washing cycles per household decreases from 217 to 158, attributed to enhanced WM loading rates and capacities. The average lifespan of WMs increases from 10.7 to 21.7 years due to better design, reduced usage, widespread maintenance and repair, and refurbishment practices. Consequently, the annual entry of new WMs into the system is halved, from 18.6 million to 9.2 million, with 6.9 million recycled and 2.3 million sent to landfill. The environmental impact is notably reduced, with greenhouse gas emissions dropping from 34.3 billion kg CO₂ equivalent to 23.2 billion kg CO₂ equivalent (-32.4%), primarily due to decreased energy, water, and detergent consumption per wash.
Economically, the total laundry costs per user decline by 16.5%, from €67.22 to €56.14 annually, driven by lower energy, water, and detergent expenses. The supply chain profit increases significantly, from approximately €1.0 billion to €3.2 billion per year, as revenues rise by 40.9% due to pay-per-use fees for high-efficiency WMs, despite an increase in production and maintenance costs. Employment in the supply chain also sees a substantial rise of 65.8%, with the need for about 61,500 full-time equivalent (FTE) jobs compared to 37,170 FTEs previously. Overall, the digital servitization-based CE scenario presents a synergistic benefit for the environment, society, and economy, showcasing a comprehensive win-win-win outcome.
Discussion
The discussion section of the research paper emphasizes the importance of a systemic perspective in designing and evaluating Circular Economy (CE) scenarios, particularly within the (Waste) Electrical and Electronic Equipment ((W)EEE) industry. CE is characterized as an umbrella concept that encompasses strategies such as material recovery, energy efficiency, and closed-loop cycles of reuse, remanufacturing, and recycling. For manufacturing companies to effectively implement CE, they must redesign products, business models, and supply chains, incorporating practices like product life extension and eco-design to maximize utility and value. The integration of digital technologies and servitized business models, such as leasing and pay-per-use, is highlighted as a means to enhance resource efficiency and sustainability.
The paper identifies gaps in existing research regarding the sustainability impacts of CE scenarios, noting that many studies have approached CE actions in isolation without considering their interconnected effects on economic, environmental, and social sustainability—often referred to as the triple bottom line. The authors argue that a comprehensive assessment should encompass micro, meso, and macro levels of analysis to ensure that sustainability benefits are realized across different layers of the system. The discussion concludes by stressing the need for models that quantitatively assess the impacts of CE business models, thereby guiding policymakers and industry leaders in achieving sustainable outcomes.