Simulation Modelling of a Shift to Service-Based Offerings : Resource efficiency and operational implications in the context of the circular economy

The unsustainable levels of resource use and emissions of our economies and their threat to future generations are core issues of our time. The circular economy (CE) conceptualises a different type of economy that is restorative and regenerative by design and aims to keep products, components and materials at their highest utility and value at all times, distinguishing between technical and biological cycles. The novelty of the CE requires the development of new analytical tools and methods as well as ways of thinking to understand its consequences. This research summarises four years of research on the topic of systems analysis and simulation modelling in the domain of the CE. Three topics were of major interest: First, what are the resource efficiency implications of a shift toward a CE? Second, what are the operational implications of a shift to a CE? And finally, how can systemic changes towards a CE be understood and planned? Four studies were conducted addressing the three research questions. The first study applies material flow analysis to a washing machine manufacturer case and looks at how different business models affect the resource flows of critical resources. It finds that service-based offerings lead to higher overall resource efficiency. The second study focuses on the implications of CE initiatives on the maintenance activities of a heat-as-a-service provider. It shows that the shift to service-based offerings requires service providers to face worse-before-better situations where long-term benefits offset short-term disadvantages. The third study is a simulation-based case study of laundry practices in Sweden. It compares a sharing economy scenario where a population shares washing machines with a scenario where the majority of people own the washing machines they are using. The results indicate that in Sweden and Europe in general, sharing has significant resource savings potential in the domestic laundry sector. The fourth study is a conceptuali
De ohållbara nivåerna av resursutnyttjande och utsläpp av våra ekonomier och deras hot mot framtida generationer är en av dagens nyckelutmaningar. Cirkulär ekonomi (CE) är en konceptualisering av en ny typ av ekonomi som är baserad på återställande och regenerativ design, som siktar på att behålla nyttan och värdet så högt som möjligt i produkter, komponenter och material, indelad i deras teknologiska och biologiska cykler. Nymodigheten av CE erfordrar utvecklingen av nya analytiska verktyg och metoder så väl som annorlunda sätt att tänka för att förstå dess konsekvenser. Den här rapporten summerar fyra år av forskning på ämnet systemanalys och simulationsmodellering i domänen av CE. Tre ämnen var av högt intresse. Vilka är de miljömässiga konsekvenserna av ett skifte till CE? Vilka är de operationella konsekvenserna av ett skifte till CE? Hur kan den systematiska förändringen till en CE bli planerad och förstådd? Vi utförde fyra studier för att undersöka de tre frågorna. Första artikeln använder materialflödesanalys i en fallstudie på en tvättmaskinstillverkare, och undersöker hur olika affärsmodeller påverkar flödet av kritiska resurser. Den visar att erbjudande baserade på service leder till en högre övergripande resurseffektivitet. Den andra artikeln fokuserar på implikationerna av CE initiativ på underhållsaktiviteter för en värme-som-tjänst-distributör. Den visar att skiftet till en CE kräver att möta sämre-innan-bättre-situationer där långsiktiga fördelar kompenserar för kortsiktiga nackdelar. Tredje artikeln är en simulationsbaserad fallstudie på tvättvanor i Sverige. Det jämför ett delningsekonomiscenario där en population delar tvättmaskiner mot ett scenario där majoriteten av population är ägare av egna tvättmaskiner. Resultaten indikerar att det finns en signifikant besparingspotential av resurser både i Sverige och i Europa generellt. Fjärde artikeln är en konceptualisering av design fixation till högre analytiska nivåer. Den identifierar exempel på fix
Der hohe Ressourcenverbrauch und das hohe Emissionsniveau, die mit der westlichen Lebensweise einhergehen sind ein Hauptproblem unserer Zeit. Die Kreislaufwirtschaft (zu englisch „circular economy“) ist ein alternatives Wirtschaftsmodel, das darauf abzielt, den Wert von Produkten, Komponenten und Materialien über deren Lebenszeit zu erhalten. Die relative Neuheit dieses Wirtschaftsmodels erfordert es, neue analytische Methoden, Werkzeuge und Denkweisen zu entwickeln. Diese Doktorarbeit umfasst vier Jahre Forschung an den Themen Systemanalyse und Simulationsmodellierung im Bereich der Kreislaufwirtschaft. Drei Fragen standen im Zentrum: Erstens, welche Auswirkungen hat ein Wechsel zur Kreislaufwirtschaft auf die Ressourceneffizienz? Zweitens, welche Auswirkungen hat ein Wechsel von produzierenden Unternehmen zur Kreislaufwirtschaft auf deren Betriebsführung? Drittens, wie können die notwendigen systemischen Veränderungen verstanden und geplant werden. Diese Dissertation basiert auf vier Studien, die unterschiedliche Aspekte eines gesellschaftlichen Wandels zur Kreislaufwirtschaft beleuchten. Die erste Studie ist eine Materialflussanalyse, die die Ressourceneffizienz unterschiedlicher Geschäftsmodelle eines Waschmaschinenherstellers vergleicht. Dabei stellt sich heraus, dass servicebasierte Angebote zu einer erhöhten Ressourceneffizienz führen können. Die zweite Studie untersucht die Auswirkungen einer Umstellung auf Heat-as-a-Service-Angebote aus der Sicht eines Heizgeräteherstellers und dessen Betriebsführung. Die Studie zeigt, dass der Hersteller in Situation gerät, in der kurzfristige erhöhte Kosten mit langfristigen Prozessverbesserungen und geringeren Instandhaltungskosten abgewogen werden müssen. Als drittes wird eine Simulationsstudie präsentiert, in der die Wäschepraxis in Schweden im Fokus steht. Mehrere Szenarien werden verglichen, in denen die Bevölkerung dazu übergeht, Gemeinschaftswaschküchen anstatt eigener Haushaltwaschmaschinen zu verwenden. Die Simul