Relativity of time, circularity and recycled material quality in LCA for fast-moving products
Uloženo v:
| Název: | Relativity of time, circularity and recycled material quality in LCA for fast-moving products |
|---|---|
| Autoři: | Sazdovski, Ilija |
| Přispěvatelé: | University/Department: Universitat Politècnica de Catalunya. Departament d'Enginyeria Civil i Ambiental |
| Thesis Advisors: | Fullana Palmer, Pere, Pérez Foguet, Agustí |
| Zdroj: | TDX (Tesis Doctorals en Xarxa) |
| Informace o vydavateli: | Universitat Politècnica de Catalunya, 2025. |
| Rok vydání: | 2025 |
| Fyzický popis: | 169 p. |
| Témata: | LCA, Circularity of Materials, Multiple recycling, Circularity Indicators, Polymer physical properties, ACV, Circularidad de materiales, Reciclaje múltiple, Indicadores de circularidad, Propiedades físicas de polímeros, Àrees temàtiques de la UPC::Economia i organització d'empreses, Àrees temàtiques de la UPC::Desenvolupament humà i sostenible, Àrees temàtiques de la UPC::Enginyeria dels materials, 502 - Natura. Estudi, conservació i protecció de la natura, 620 - Assaig de materials. Material comercials. Economia de l'energia, 65 - Gestió i organització. Administració i direcció d'empreses. Publicitat. Relacions públiques. Mitjans de comunicació de masses |
| Popis: | Tesi en modalitat de compendi de publicacions |
| Description (Translated): | (English) Life Cycle Assessment (LCA) is the preferred methodology for quantifying the environmental impact of systems along value chains. The LCA’s most important methodological feature is the use of the Functional Unit (FU) and focusing on the services that the system delivers. Circular Economy (CEc) has more recently proposed overarching principles to move towards sustainability. This new concept is introduced to overcome the limitations of the traditional linear economy model. The Product Environmental Footprint (PEF) is a common LCA science-based methodology developed by the European Commission. It aims at making LCA more suitable for comparing products. PEF’s most important methodological feature is the Circular Footprint Formula (CFF). CFF offers circularity-driven insights and defines a method to allocate emissions and avoided emissions of use and recycling materials and energy between upstream and downstream production systems, as well to include the influence of the materials' quality. A growing body of scientific literature aims at providing adequate metrics to improve the comparison between the two economic paradigms (linear vs circular), or among systems serving the same function primarily through LCA. To develop more comprehensive LCA research, by the principles of the circular economy, the definitions of the FU need to be changed by including multiple-loop recycling of the materials. Firstly, this Ph.D. thesis aims to improve the framework for usage of LCA methodology by involving circularity principles for fast-moving goods, through the involvement of additional variables such as time. The proposed theoretical contribution is focused on packaging, which is a special case of fast-moving products. The proposed method can be replicated for all other fast-moving goods circulating in the technical cycles. The need to include the time variable is particularly obvious for fast-moving goods, such as packaging. The introduction of time as a variable offered a possibility for the development of circularity indicators using mathematical representation and the development of a formula for production of an “n+1” product. Involving time in LCA exposes the slow recycling process of the secondary materials, extended shelf-life, and some methodological circumstances, like the calculation of the biogenic carbon. These aspects are not covered if the environmental assessments only consider the life cycle perspective along the value chain and not along time. The importance of involving the time variable in environmental assessments is proven as well with the practical examples. Secondly, the thesis highlights the importance of accurate values for the quality of the material in multiple recycling, which prolongs the presence of the material in the technosphere. Our literature review showed that quality degradation has mostly been neglected. Understanding the quality changes of the material over time, together with knowledge of the number of loops a material can be recycled, is key to improving the assessments. A laboratory testing of the quality changes is conducted utilizing fossil-based and bio-based plastic materials in closed-loop recycling based on the “cradle to cradle principles”. The tests consider the mechanical, optical and processing changes, and the maximal recycling cycles that a material can undergo in the extrusion process. These test-based indicators of quality can be used by the PEF method as the maximal value for quality degradation at the point of substitution. The LCA practice has been changed previously. The oil crisis prompted the calculation of cumulative energy demand, while the climate crisis forced the development of the Global Warming Potential. Based on the problem of depletion of materials and the linear practices, the science needs to involve the circularity paradigm in environmental assessment studies. (Català) L'Anàlisi del Cicle de Vida (ACV) és la metodologia preferida per quantificar l'impacte ambiental dels sistemes al llarg de les cadenes de valor. La característica metodològica més important de l'ACV és l'ús de la Unitat Funcional (UF) i centrar-se en els serveis que ofereix el sistema. L'Economia Circular (EC) ha proposat més recentment principis generals per avançar cap a la sostenibilitat. Aquest nou concepte s'introdueix per superar les limitacions del model tradicional d'economia lineal. La Petjada Ambiental del Producte (PEF) és una metodologia comuna d'ACV basada en la ciència desenvolupada per la Comissió Europea. El seu objectiu és fer que l'ACV sigui més adequada per comparar productes. La característica metodològica més important de la PEF és la Fórmula de la Petjada Circular (FPC). La FPC ofereix informació basada en la circularitat i defineix un mètode per assignar emissions i emissions evitades d'ús i reciclatge de materials i energia entre els sistemes de producció aigües amunt i aigües avall, així com incloure la influència de la qualitat dels materials. Un nombre creixent de literatura científica té com a objectiu proporcionar mètriques adequades per millorar la comparació entre els dos paradigmes econòmics (lineal vs circular), o entre sistemes que compleixen la mateixa funció principalment a través de l'ACV. Per desenvolupar una investigació LCA més completa, segons els principis de l'economia circular, cal canviar les definicions de l'UCF incloent-hi el reciclatge de múltiples bucles dels materials. En primer lloc, aquesta tesi doctoral pretén millorar el marc per a l'ús de la metodologia LCA mitjançant la implicació de principis de circularitat per a béns de rotació ràpida, mitjançant la participació de variables addicionals com el temps. La contribució teòrica proposada se centra en els envasos, que són un cas especial de productes de rotació ràpida. El mètode proposat es pot replicar per a tots els altres béns de rotació ràpida que circulen en els cicles tècnics. La necessitat d'incloure la variable de temps és particularment òbvia per a béns de rotació ràpida, com ara els envasos. La introducció del temps com a variable va oferir la possibilitat de desenvolupar indicadors de circularitat mitjançant la representació matemàtica i el desenvolupament d'una fórmula per a la producció d'un producte "n+1". La participació del temps en l'ACV exposa el lent procés de reciclatge dels materials secundaris, la vida útil prolongada i algunes circumstàncies metodològiques, com el càlcul del carboni biogènic. Aquests aspectes no es cobreixen si les avaluacions ambientals només consideren la perspectiva del cicle de vida al llarg de la cadena de valor i no al llarg del temps. La importància d'incloure la variable de temps en les avaluacions ambientals també es demostra amb els exemples. En segon lloc, la tesi destaca la importància de valors precisos per a la qualitat del material en el reciclatge múltiple, cosa que prolonga la presència del material a la tecnosfera. La nostra revisió bibliogràfica va mostrar que la degradació de la qualitat s'ha negligit majoritàriament. Comprendre els canvis de qualitat del material al llarg del temps, juntament amb el coneixement del nombre de bucles que un material es pot reciclar, és clau per millorar les avaluacions. Es duen a terme proves de laboratori dels canvis de qualitat utilitzant materials plàstics d'origen fòssil i biològic en reciclatge de circuit tancat basat en els "principis de la bressola a la bressola". Les proves consideren els canvis mecànics, òptics i de processament, i els cicles màxims de reciclatge que un material pot dur a terme en el procés d'extrusió. Aquests indicadors de qualitat basats en proves poden ser utilitzats pel mètode PEF com a valor màxim per a la degradació de la qualitat en el punt de substitució. (Español) El Análisis del Ciclo de Vida (ACV) es la metodología preferida para cuantificar el impacto ambiental de los sistemas a lo largo de las cadenas de valor. Su principal característica metodológica es el uso de la Unidad Funcional (UF) y su enfoque en los servicios que presta el sistema. La Economía Circular (ECC) ha propuesto recientemente principios generales para avanzar hacia la sostenibilidad. Este nuevo concepto se introduce para superar las limitaciones del modelo tradicional de economía lineal. La Huella Ambiental del Producto (HCP) es una metodología común de ACV basada en la ciencia, desarrollada por la Comisión Europea. Su objetivo es que el ACV sea más adecuado para la comparación de productos. Su principal característica metodológica es la Fórmula de la Huella Circular (FHC). La FHC ofrece perspectivas basadas en la circularidad y define un método para asignar las emisiones y las emisiones evitadas derivadas del uso y reciclaje de materiales y energía entre los sistemas de producción anteriores y posteriores, incluyendo además la influencia de la calidad de los materiales. Un creciente volumen de literatura científica busca proporcionar métricas adecuadas para mejorar la comparación entre los dos paradigmas económicos (lineal vs. circular), o entre sistemas que cumplen la misma función principalmente mediante el ACV. Para desarrollar una investigación más completa sobre el ACV, según los principios de la economía circular, es necesario modificar las definiciones de las unidades de reciclaje (UF) incluyendo el reciclaje de materiales en múltiples ciclos. En primer lugar, esta tesis doctoral busca mejorar el marco para el uso de la metodología del ACV mediante la incorporación de los principios de circularidad para bienes de alta rotación, mediante la inclusión de variables adicionales como el tiempo. La contribución teórica propuesta se centra en el embalaje, un caso especial de productos de alta rotación. El método propuesto puede replicarse para todos los demás bienes de alta rotación que circulan en los ciclos técnicos. La necesidad de incluir la variable tiempo es particularmente evidente para bienes de alta rotación, como el embalaje. La introducción del tiempo como variable ofreció la posibilidad de desarrollar indicadores de circularidad mediante la representación matemática y el desarrollo de una fórmula para la producción de un producto “n+1”. La inclusión del tiempo en el ACV expone el lento proceso de reciclaje de los materiales secundarios, su prolongada vida útil y algunas circunstancias metodológicas, como el cálculo del carbono biogénico. Estos aspectos no se abordan si las evaluaciones ambientales solo consideran la perspectiva del ciclo de vida a lo largo de la cadena de valor y no a lo largo del tiempo. La importancia de incluir la variable tiempo en las evaluaciones ambientales también se demuestra con ejemplos. En segundo lugar, la tesis destaca la importancia de contar con valores precisos para la calidad del material en el reciclaje múltiple, lo que prolonga su presencia en la tecnosfera. Nuestra revisión bibliográfica mostró que la degradación de la calidad se ha descuidado en gran medida. Comprender los cambios de calidad del material a lo largo del tiempo, junto con el conocimiento del número de ciclos que puede reciclar, es clave para mejorar las evaluaciones. Se realizan pruebas de laboratorio para evaluar los cambios de calidad utilizando materiales plásticos de origen fósil y biológico en un reciclaje de ciclo cerrado basado en el principio "de la cuna a la cuna". Las pruebas consideran los cambios mecánicos, ópticos y de procesamiento, así como los ciclos máximos de reciclaje que un material puede soportar en el proceso de extrusión. Estos indicadores de calidad basados en pruebas pueden utilizarse mediante el método PEF como el valor máximo de degradación de la calidad en el punto de sustitución. DOCTORAT EN ENGINYERIA AMBIENTAL (Pla 2012) |
| Druh dokumentu: | Dissertation/Thesis |
| Popis souboru: | application/pdf |
| Jazyk: | English |
| DOI: | 10.5821/dissertation-2117-442939 |
| Přístupová URL adresa: | http://hdl.handle.net/10803/695363 https://dx.doi.org/10.5821/dissertation-2117-442939 |
| Rights: | L'accés als continguts d'aquesta tesi queda condicionat a l'acceptació de les condicions d'ús establertes per la següent llicència Creative Commons: http://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/ |
| Přístupové číslo: | edstdx.10803.695363 |
| Databáze: | TDX |
| Abstrakt: | Tesi en modalitat de compendi de publicacions |
|---|---|
| DOI: | 10.5821/dissertation-2117-442939 |