Ontwerpen Voor De Circulaire Economie

Wat doe je met een broodrooster als je hem niet meer nodig hebt? Tot voor kort dacht niemand na over die vraag totdat de broodrooster rijp was voor de schroothoop. Tegenwoordig stellen voorstanders van de circulaire economie dat het beste moment om problemen aan het einde van de levensduur aan te pakken, is wanneer een product voor het eerst wordt ontworpen. Dan heeft het de grootste kans op circulariteit. Als de ontwerpers van je broodrooster hem niet als een wegwerpproduct hadden beschouwd, maar als een product waarvan de waarde behouden moet blijven, zouden je mogelijkheden aanzienlijk zijn vergroot.

Dat is in feite wat de ontwerpers van het in Londen gevestigde Agency of Design (AoD) deden. Als onderdeel van een project dat "keek naar het einde van de levensduur van elektrische producten en alternatieve manieren ontwierp om het materiaal dat ze belichamen optimaal te benutten", ging het ontwerpteam van AoD de uitdaging aan om de bescheiden broodrooster te heroverwegen. Ze kwamen met drie verschillende benaderingen, die elk, aldus het bedrijf, "een andere strategie belichamen om circulariteit vanaf het begin te ontwerpen."

Ontwerpen voor een lange levensduur

AoD begon met het aanpakken van de geplande veroudering die het productontwerp al zo lang domineert. Wetende dat aluminium recyclebaar is "zonder verlies van zijn materiaaleigenschappen" en dat het materiaal waarschijnlijk nog in de nabije toekomst waardevol zal blijven voor recyclers, werkte het ontwerpteam eraan om elk onderdeel van de eerste broodrooster, bekend als de Optimist, van aluminium te maken, "beginnend met 100% gerecycled materiaal en wetende dat het aan het einde van zijn levensduur oneindig gerecycled kan worden tot andere producten."

Om de levensduur van het product te maximaliseren, zochten de ontwerpers van AoD naar een ontwerp "zo eenvoudig dat er niets kapot kon gaan". De Optimist had uiteindelijk heel weinig bewegende onderdelen en verwarmingselementen – de onderdelen met de kortste levensduur in een broodrooster – die eenvoudig te verwijderen en te vervangen waren.

Het ontwerpteam hield ook rekening met de waarde die de broodrooster zou hebben voor eigenaren die ervan zouden genieten en er lang plezier van zouden hebben. De broodrooster kreeg een "ruwe oppervlaktetextuur, waardoor hij elegant oud kan worden" en de geboortedatum werd in het aluminium gegoten, zodat eigenaren er jaar na jaar van konden genieten. De Optimist was zelfs voorzien van een eenvoudige toastteller, zodat "wanneer je de broodrooster doorgeeft aan de volgende generaties, je kinderen zullen weten dat je 55.613 keer hebt geroosterd!"

De grootste uitdaging bij het ontwikkelen van zo'n duurzaam product is het bedenken van een werkbaar businessplan. Sinds de term 'geplande veroudering' werd bedacht tijdens de Grote Depressie, zijn de Amerikaanse en een groot deel van de wereldeconomieën afhankelijk van de afdanking en vervanging van producten met een vastgestelde levensduur. Zoals auteur Giles Slade opmerkt in Made to Break , is geplande veroudering "een toetssteen van het Amerikaanse bewustzijn" geworden.

De verlichtingsindustrie worstelt al met deze vraag sinds de langlevende ledlamp in 2008 voor het eerst op de markt voor huishoudelijk gebruik werd geïntroduceerd. Volgens J.B. MacKinnon in zijn artikel in The New Yorker , "The LED Quandary: Why There's No Such Thing as 'Built to Last'", waren de antwoorden tot nu toe weinig inspirerend. Sommige bedrijven keren terug naar geplande veroudering door steeds goedkopere gloeilampen met een steeds kortere levensduur te produceren, terwijl andere zich terugtrokken uit de markt voor huishoudelijke verlichting. In oktober 2015 merkte MacKinnon bijvoorbeeld op dat General Electric "GE Lighting opsplitste om een ​​restbedrijf achter te laten – in feite de gloeilampendivisie – dat gemakkelijk te verkopen zou zijn."

Hoewel er nog steeds markten overblijven voor verlichting met ingebouwde veroudering – met name de automobielsector – is de sector actief op zoek naar andere manieren om duurzaamheid te laten renderen. Er is al een verschuiving gaande, bijvoorbeeld bij Philips, van de verkoop van verlichting als product naar de verkoop van verlichting als dienst. Het is een groeiende trend, volgens het recente rapport "Third-Party Management of Lighting Systems in Commercial Buildings: Global Market Analysis and Forecasts" van Navigant Consulting.

Bedrijven willen ook slimme technologie inbouwen die hun ledproducten onderscheidt van andere en mogelijkheden biedt voor voortdurende updates. Op commercieel gebied ontwikkelt GE bijvoorbeeld straatverlichting die de autoriteiten waarschuwt wanneer een ingebouwde sensor geweerschoten in de omgeving detecteert. Wat de residentiële markt betreft, citeert MacKinnon Philip Smallwood, directeur LED- en verlichtingsonderzoek bij Strategies Unlimited in Silicon Valley: "Verlichting is het perfecte medium om andere connectiviteitsproducten in te plaatsen en het huis te vullen, omdat je overal licht gebruikt."

Regelgeving kan ook de weg vrijmaken voor bedrijfsmodellen gebaseerd op producten met een lange levensduur. Tim Cooper, hoogleraar design aan Nottingham Trent University en redacteur van het boek Longer-Lasting Products , ziet mogelijke oplossingen in overheidsregelgeving die veroudering bestraft of levensduur beloont. Maar zoals Cooper erkent, volgt regelgeving de cultuur, en de wegwerpcultuur is notoir traag in verandering.

Modulair ontwerp: onderdelen vervangen, geen producten

Een andere manier om de levensduur van een product te verlengen, is door een modulaire aanpak te gebruiken. Hierdoor kunnen eigenaren onderdelen vervangen zonder het hele apparaat te hoeven vervangen. Dit was de tweede strategie die AoD hanteerde bij het heroverwegen van de broodrooster. Het Pragmatist-model was ontworpen met modulaire roostersleuven die aan elkaar gekoppeld konden worden om elk gewenst formaat broodrooster te maken. Het modulaire ontwerp maakte het ook mogelijk om een ​​defect rooster los te klikken, zodat het vervangen kon worden zonder dat de eigenaar zijn brood kon blijven bakken. AoD ontwierp deze modules bovendien zo dat ze "dun genoeg zijn om door de brievenbus te passen, waardoor het retourproces voor de consument zo eenvoudig mogelijk is."

De Ellen MacArthur Foundation belicht een ander voorbeeld van modulair ontwerp waarbij prestaties veel belangrijker zijn. DLL, een wereldwijde aanbieder van activa-gebaseerde financiële oplossingen, merkte op dat ambulances al na een paar jaar op een veiling werden verkocht en onderzocht. Hieruit bleek dat het de hoge onderhoudskosten van chassiscomponenten, zoals de motor en versnellingsbak, waren die eigenaren ertoe aanzetten hun voertuigen terug te sturen.

Het meest waardevolle onderdeel van de ambulance, de grote kist waarin alle medische apparatuur was ondergebracht en waarin de patiënt werd vervoerd, verkeerde over het algemeen in goede staat. DLL verlaagde de kosten voor de klant met 20% en verdubbelde de levensduur van de voertuigen door een patiëntenzorgmodule te ontwerpen die eenvoudig te verwijderen en op een nieuw chassis te monteren was.

Ontwerp voor demontage

Modulaire constructie maakt demontage door de gebruiker mogelijk, maar is van weinig nut voor een bedrijf dat waarde wil halen uit producten in grote aantallen. Voor hun derde broodroosterontwerp wilden de ontwerpers van AoD een goedkope broodrooster creëren die snel en eenvoudig te demonteren was zonder de onderdelen te beschadigen of de materialen te vermengen. De oplossing was een broodrooster met klikverbindingen die kleine pellets bevatten. Wanneer de pellets in een vacuümkamer worden geplaatst ("een goedkoop stuk kapitaalgoed", aldus AoD), zetten ze uit, springen alle verbindingen open en blijft er een gedemonteerd product over.

De AoD-strategie is vergelijkbaar met een concept dat bekend staat als Active Disassembly using Smart Materials (ADSM), ontwikkeld door Joseph Chiodo van Active Disassembly Research. Met behulp van "geheugenmaterialen", die hun vorm behouden totdat ze een triggertemperatuur bereiken (hetzij warmer of kouder dan normaal), creëerde Chiodo schroeven en andere soorten connectoren.

Zodra het product is verwarmd of afgekoeld tot de triggertemperatuur, verliezen alle schroeven hun schroefdraad en valt het product uit elkaar zonder dat de onderdelen beschadigd raken. Temperatuur is niet de enige manier om de verandering teweeg te brengen. Net als bij de broodrooster kan een drukverandering werken, of kan demontage worden geactiveerd door "magnetron, infrarood, geluid, computer- en robotbesturing, elektrische stroom of magnetische velden", aldus de website van Active Disassembly.

Kunststoffen voor een circulaire economie

Plastic vormt een van de grootste uitdagingen voor de circulaire economie. Het is alomtegenwoordig, wordt gemaakt van aardolie en heeft honderden jaren nodig om af te breken. Volgens een rapport uit 2016 van het World Economic Forum, "The New Plastics Economy: Rethinking the Future of Plastics", baart plastic verpakkingen ons zorgen. "Na een korte eerste gebruikscyclus gaat 95% van de waarde van plastic verpakkingsmateriaal, oftewel $ 80 miljard tot $ 120 miljard per jaar, verloren voor de economie. Maar liefst 32% van de plastic verpakkingen ontsnapt aan inzamelsystemen, wat aanzienlijke economische kosten met zich meebrengt." Sterker nog, aldus het rapport: "De kosten van dergelijke externe effecten na gebruik van plastic verpakkingen, plus de kosten die gepaard gaan met de uitstoot van broeikasgassen tijdens de productie, worden conservatief geschat op $ 40 miljard per jaar – meer dan de totale winst van de plastic verpakkingsindustrie."

Een van de redenen waarom de recyclingpercentages van plastic zo laag zijn, is dat twee of meer onverenigbare materiaalsoorten vaak worden gecombineerd om de gewenste eigenschappen voor specifieke verpakkingen te bereiken. Volgens Jeff Wooster, wereldwijd directeur duurzaamheid bij Dow, zijn de plastic zakjes die gebruikt worden voor alles van diepvriesproducten tot wasmiddelcapsules, een goed voorbeeld.

Ze worden traditioneel gemaakt van polyethyleentereftalaat (PET), gelamineerd op een polyethyleenfolie. Door deze twee verschillende kunststoffen te gebruiken, krijgen de zakken "een mooie glanzende uitstraling en stevigheid waardoor ze rechtop in het schap staan", aldus Wooster, en "kunnen ze op hoge snelheid op verpakkingsmachines draaien". Het maakt de zakken ook onmogelijk om te recyclen.

Om dit probleem op te lossen, bedachten wetenschappers van Dow een nieuwe verpakkingsstructuur die aan alle productontwerpspecificaties voldoet, maar niet van PET is gemaakt, maar van twee soorten polyethyleen. "Door verschillende soorten polyethyleen te combineren die compatibel zijn met elkaar", legt Wooster uit, creëerde Dow een stazak die samen met plastic boodschappentassen in de vuilnisbak van de supermarkt kan worden gerecycled. Een van de eerste toepassingen van het innovatieve materiaal was als zak voor de vaatwastabletten van Seventh Generation. De belangrijkste toepassingen voor het gerecyclede polyethyleen zijn nieuwe boodschappentassen, die veel van de oorspronkelijke waarde van het product behouden, en hout-kunststofcomposiethout, waardoor het plastic minstens 50 jaar lang opnieuw kan worden gebruikt.

De stazak is lang niet Dows enige bijdrage aan de circulaire economie. Een andere innovatie die in het najaar van 2016 werd aangekondigd, is een product gemaakt van olefineblokcopolymeren op basis van polypropyleen. In het verleden waren post-consumerstromen met polypropyleen en polyethyleen moeilijk te recyclen. Dows innovatie maakt het mogelijk om deze twee veelgebruikte harsen te combineren tot een scala aan producten – waaronder starre verpakkingen en vaten, huishoudelijke verpakkingen, industriële tanks, kajaks en flexibele verpakkingen – die allemaal "upcyclingmogelijkheden bieden voor recyclebedrijven en merkeigenaren", aldus het bedrijf.

Producten die zichzelf volgen

Een verrassend eenvoudig idee stimuleert nog meer innovatie die de circulaire economie ondersteunt: bijhouden wat je bezit. Digitale technologie, waaronder het 'internet der dingen', maakt het voor bedrijven mogelijk om 'intelligente activa' te ontwerpen die hun locatie, beschikbaarheid en conditie kunnen rapporteren. De mogelijkheid om deze informatie te kanaliseren, te verzamelen en te verwerken als 'big data' stelt bedrijven in staat om de waarde van deze activa in de loop der tijd te maximaliseren.

Caterpillar gebruikt bijvoorbeeld sensoren aan boord die de apparatuur in het veld monitoren, in combinatie met voorspellende diagnostiek, om de levensduur van zijn producten te verlengen. Deze technologie stelt het bedrijf in staat om van reparatie na een storing over te gaan naar reparatie vóór een storing en het onderhoud te verbeteren op basis van hoe een machine wordt gebruikt – wat klanten downtime en kosten bespaart.

IBM heeft vergelijkbare technologie gebruikt om een ​​uitgebreide analysetool te ontwikkelen, de Reuse Selection Tool, om productmanagers te helpen bij het kiezen van het optimale gebruik van een product. De tool, nu nog in prototype, verwerkt een breed scala aan gedetailleerde data – waaronder informatie over de modulariteit en het hergebruikpotentieel van de apparatuur, regelgeving, marktprijs, revisiekosten en vraag en aanbod – waardoor de productmanager per eenheid kan beslissen of hij de apparatuur wil refabriceren, recyclen of weggooien. IBM onderzoekt ook de mogelijkheid om cognitieve computing, ontwikkeld door het Watson-systeem, te gebruiken om de data te interpreteren.

Een nieuw business-to-business deelplatform, FLOOW2, hanteert een eenvoudigere aanpak. In plaats van te vertrouwen op intelligente activa die zichzelf bijhouden, heeft het een marktplaats gecreëerd, vergelijkbaar met Craigslist, waar bedrijven apparatuur en faciliteiten kunnen adverteren en deze te huur in plaats van te kopen kunnen aanbieden. Deze vorm van collaboratieve consumptie stimuleert de deeleconomie al op consumentenniveau. De innovatie van FLOOW2 is om dit idee uit te breiden naar de zakenwereld.

Producten ontwerpen die CO² gebruiken

Een van de belangrijkste doelen van de circulaire economie is voorkomen dat de gemiddelde wereldwijde temperatuur 2°C boven het pre-industriële niveau stijgt. Volgens het Internationaal Energieagentschap is voor het bereiken van dit doel een investering van $ 1 biljoen per jaar in hernieuwbare energie en energie-efficiëntie nodig voor de komende 34 jaar, een verdrievoudiging van het huidige investeringsniveau. "Dat gebeurt niet", zegt Bernard David, senior fellow bij IGEL en voorzitter van CO² Sciences, Inc. Zelfs met alle activiteiten die eraan komen, zal de hoeveelheid koolstofdioxide die in de atmosfeer blijft, een onaanvaardbare toename van de opwarming van de aarde betekenen.

Een mogelijke oplossing voor dit probleem is koolstofafvang en -opslag (CCS), waarbij het broeikasgas ondergronds wordt opgeslagen. Maar deze strategie is technisch nog niet haalbaar. "De meeste huidige CCS-technieken zijn oneconomisch omdat ze te veel energie verbruiken om de koolstof op te slaan, waardoor ze nog niet op grote schaal kunnen worden toegepast", meldt een recent artikel van GreenBiz, "Zeven bedrijven om in de gaten te houden in koolstofafvang en -opslag".

Het Global CO² Initiative, eveneens een geesteskind van Bernard David, hanteert een andere aanpak. In plaats van het gas simpelweg te begraven als een destructief afvalproduct, streeft het initiatief ernaar de wereldeconomie te transformeren door middel van nieuwe uitvindingen en investeringen om maar liefst 10% van de wereldwijde CO² te gebruiken voor de productie van nuttige, winstgevende producten op grote schaal. Een marktanalyse door McKinsey & Co. identificeerde 25 potentiële producten, die een markt vertegenwoordigen die in 2030 een waarde van $ 1 biljoen zou kunnen bereiken. Elk van deze producten bevindt zich op een ander niveau van gereedheid, dat het initiatief beoordeelt op een schaal van negen punten. "Om een ​​betekenisvolle impact te hebben", zegt David, "moet je al deze dingen op niveau 9 brengen."

Cement is het laaghangende fruit. Eén proces, dat al in gebruik is, belooft de CO²-uitstoot van de industrie met 70% te verminderen, zowel door het gas in het cement af te vangen als door de uitstoot tijdens het uitharden drastisch te verminderen. Aangezien de cementproductie verantwoordelijk is voor 7% van de CO², zegt David: "Potentieel kunnen we met die ene industrie de CO²-uitstoot met 5% per jaar verminderen."

Het initiatief, dat in januari 2016 werd gelanceerd, werkt aan de opbouw van "een compleet ecosysteem om op grote schaal CO²-gebaseerde producten te creëren", legt David uit. Het is een monumentale taak, maar in oktober 2017, minder dan een jaar na de start, publiceerde het initiatief een concept "Routekaart voor het wereldwijde commercialiseringspotentieel van technologieën voor koolstofafvang en -gebruik tot 2030". Een volledige routekaart werd in november 2016 in Marrakesh, Marokko, gepresenteerd tijdens de Conferentie van Partijen ter bevordering van het Klimaatakkoord van Parijs.

Zoals de routekaart van het initiatief suggereert, is de weg vooruit geplaveid met mogelijkheden. Er zullen ongetwijfeld valkuilen en omwegen zijn wanneer bedrijven hun productontwerp heroverwegen met circulariteit in gedachten. Maar dankzij de hierboven genoemde ontwerpstrategieën, en andere die nog niet zijn bedacht, is de weg naar een circulaire economie goed van start gegaan.