Design för Den cirkulära Ekonomin

Vad gör man med en brödrost när man inte längre vill ha den? Fram tills nyligen tänkte ingen på den frågan förrän brödrosten var redo för skrothögen. Idag menar förespråkare för den cirkulära ekonomin att den bästa tiden att ta itu med problem kring uttjänt livscykel är när en produkt först designas. Det är vid den tidpunkten som den har störst potential för cirkularitet. Om konstruktörerna av din brödrost hade tänkt på den inte som en engångsapparat utan som en produkt med ett värde värt att bevara, skulle dina alternativ vara avsevärt förbättrade.

Det är faktiskt vad designerna på Londonbaserade Agency of Design (AoD) gjorde. Som en del av ett projekt som ”tittade på slutet av elektriska produkters livscykel och utformade alternativa sätt att få ut det mesta av det material de innehåller”, tog sig AoD:s designteam an utmaningen att ompröva den enkla brödrosten. De kom fram till tre olika tillvägagångssätt, som var och en, enligt företaget, ”förkroppsligar en annan strategi för att designa cirkularitet från början.”

Design för lång livslängd

AoD började med att attackera den planerade föråldring som har dominerat produktdesign så länge. Medvetna om att aluminium kan återvinnas "utan att dess materialegenskaper förloras" och att materialet sannolikt kommer att förbli värdefullt för återvinningsföretag under överskådlig framtid, arbetade designteamet för att tillverka varje del av den första brödrosten, känd som Optimist, av aluminium, "med början i 100 % återvunnet material och med vetskapen om att det kan återvinnas oändligt till andra produkter i slutet av sin livscykel".

För att maximera produktens livslängd letade AoD-designers efter en design som var ”så enkel att ingenting kunde gå sönder”. Optimisten hade slutligen väldigt få rörliga delar och värmeelement – ​​de kortast livslängda komponenterna i en brödrost – som var enkla att ta bort och byta ut.

Designteamet beaktade också brödrostens upplevda värde för ägarna som skulle uppskatta dess långa livslängd. Brödrosten fick en "grov ytstruktur, vilket gör att den kan åldras graciöst" och dess födelsedatum gjöts in i aluminiumet så att ägarna kunde fira dess tjänstgöring år efter år. Optimisten inkluderade till och med en enkel rostdisk så att "när du lämnar över brödrosten genom generationerna kommer dina barn att veta att du har njutit av 55 613 rundlar rostat bröd!"

Den största utmaningen med att skapa en så långlivad produkt är att komma på en fungerande affärsplan. Ända sedan termen "planerad föråldring" myntades under den stora depressionen har USA och en stor del av världens ekonomier förlitat sig på att kassera och ersätta produkter med definierade livslängder. Som författaren Giles Slade noterar i Made to Break har planerad föråldring blivit "en prövosten i det amerikanska medvetandet".

Belysningsbranschen har brottats med denna fråga sedan LED-lampor med lång livslängd först introducerades på bostadsmarknaden 2008. Enligt JB MacKinnon i sin artikel i New Yorker , ”The LED Quandary: Why There’s No Such Thing as 'Built to Last'”, har svaren hittills varit mindre än inspirerande. Vissa företag återgår till planerad föråldring genom att skapa allt billigare glödlampor med allt kortare livslängder, medan andra lämnade bostadsbelysningsbranschen. I oktober 2015 noterar MacKinnon till exempel att General Electric ”avvecklade GE Lighting för att lämna efter sig ett mindre företag – i huvudsak glödlampsdivisionen – som skulle vara lätt att sälja av.”

Även om det fortfarande finns några marknader kvar för belysning med inbyggd föråldring – framför allt fordonssektorn – söker branschen aktivt andra sätt att få livslängden att löna sig. En övergång pågår redan, till exempel hos Phillips, från att sälja lampor som en produkt till att sälja belysning som en tjänst. Det är en växande trend, enligt Navigant Consultings senaste rapport "Third-Party Management of Lighting Systems in Commercial Buildings: Global Market Analysis and Forecasts".

Företag vill också bygga in smart teknik som skiljer deras LED-produkter från andra och erbjuder möjligheter till kontinuerliga uppdateringar. Inom den kommersiella världen utvecklar GE till exempel gatubelysning som varnar myndigheterna när en inbyggd sensor detekterar skottlossning i området. När det gäller bostadsmarknaden citerar MacKinnon Philip Smallwood, chef för LED- och belysningsforskning på Silicon Valley-baserade Strategies Unlimited: ”Belysning är det perfekta mediet för att infoga andra anslutningsprodukter för att fylla huset, eftersom du använder ljus överallt.”

Reglering kan också bidra till att bana väg för affärsmodeller baserade på produkter med lång livslängd. Tim Cooper, designprofessor vid Nottingham Trent University och redaktör för boken Longer-Lasting Products , ser möjliga lösningar i statliga regleringar som bestraffar föråldring eller belönar lång livslängd. Men som Cooper inser följer regleringar kultur, och slit-och-släng-kulturen har varit notoriskt långsam att förändras.

Modulär design: Ersättning av delar, inte produkter

Ett annat sätt att förlänga produktens livslängd är att använda en modulär metod som gör det möjligt för ägare att byta ut delar utan att behöva byta ut hela enheten. Detta var den andra strategin som AoD tog för att ompröva brödrosten. Pragmatist-modellen designades med modulära rostningsfacks som kunde sammanfogas för att skapa vilken storlek som helst för brödrosten en kund önskade. Den modulära designen gjorde det också möjligt att lossa en trasig rostningsfacks så att den kunde bytas ut utan att avbryta ägarens möjlighet att fortsätta rosta. Och AoD designade dessa moduler för att vara "tillräckligt tunna för att passa genom en brevlåda, vilket gör returprocessen så enkel som möjligt för konsumenten".

Ellen MacArthur Foundation lyfter fram ett annat exempel på modulär design där prestanda är mycket viktigare. DLL, en global leverantör av tillgångsbaserade finansiella lösningar, noterade att ambulanser såldes på auktion efter bara några år och undersökte det och fann att det var den höga kostnaden för att underhålla chassikomponenter, såsom motor och växellåda, som ledde till att ägarna återlämnade fordonen.

Den mest värdefulla delen av ambulansen, den stora lådan som inrymde all medicinsk utrustning och bar patienten, var generellt sett i gott skick. DLL minskade kundernas kostnader med 20 % och fördubblade fordonens livslängd genom att designa en patientvårdsmodul som enkelt kunde tas bort och monteras tillbaka på ett nytt chassi.

Design för demontering

Modulär konstruktion möjliggör demontering av individen, men är av liten nytta för ett företag som vill utvinna värde från produkter i volym. För sin tredje brödrostdesign satte sig AoD-designerna in för att skapa en billig brödrost som snabbt och enkelt kunde demonteras utan att komponentdelarna förstördes eller deras material blandades. Lösningen var en brödrost som sattes ihop med snäppfästen som innehöll små pellets. Placerade i en vakuumkammare ("en billig utrustningsdel", säger AoD), expanderar pelletsen, spränger upp alla leder och lämnar en demonterad produkt.

AoD-strategin liknar ett koncept som kallas Active Disassembly using Smart Materials (ADSM), ett koncept som var pionjär för Joseph Chiodo från Active Disassembly Research. Med hjälp av "minnesmaterial", som håller en form tills de når en viss utlösande temperatur (antingen varmare eller kallare än normalt), skapade Chiodo skruvar och andra typer av kontakter.

När produkten har värmts eller kylts ner till utlösningstemperaturen förlorar alla skruvar sina gängor och produkten faller isär utan att komponentdelarna skadas. Temperaturen är inte det enda sättet att utlösa förändringen. Precis som med brödrosten kan en tryckförändring fungera, eller så kan demontering utlösas av "mikrovågsugn, infraröd, ljud, dator- och robotstyrning, elektrisk ström eller magnetfält", enligt Active Disassembly-webbplatsen.

Plast för en cirkulär ekonomi

Plast utgör en av de största utmaningarna för den cirkulära ekonomin. Den är allestädes närvarande, tillverkad av petroleum och tar hundratals år att brytas ner. Enligt en rapport från World Economic Forum från 2016, "The New Plastics Economy: Rethinking the Future of Plastics", är plastförpackningar särskilt oroande. "Efter en kort första användningscykel går 95 % av plastförpackningsmaterialets värde, eller 80 till 120 miljarder dollar årligen, förlorat för ekonomin. Hela 32 % av plastförpackningarna slipper ut ur insamlingssystemen, vilket genererar betydande ekonomiska kostnader." Faktum är att rapporten säger att "Kostnaden för sådana efteranvändningsexternaliteter för plastförpackningar, plus kostnaden för växthusgasutsläpp från dess produktion, konservativt uppskattas till 40 miljarder dollar årligen – vilket överstiger plastförpackningsindustrins totala vinster."

En av anledningarna till att återvinningsgraden för plast är så låg är att två eller flera inkompatibla materialtyper ofta kombineras för att uppnå de egenskaper som behövs för specifika förpackningar. Enligt Jeff Wooster, global hållbarhetsdirektör på Dow, är plastpåsarna som används för allt från fryst mat till tvättmedelskapslar ett bra exempel.

De tillverkas traditionellt av polyetylentereftalat (PET), laminerad till en film gjord av polyeten. Genom att använda dessa två olika plaster får påsarna både "ett snyggt glansigt utseende och en styvhet som gör att de kan stå uppe på hyllan", säger Wooster, och "förmågan att köras i höga hastigheter på förpackningsmaskiner". Det gör också påsarna omöjliga att återvinna.

För att lösa detta problem kom Dow-forskare fram till en ny förpackningsstruktur som uppfyller alla produktdesignspecifikationer men som inte är tillverkad av PET utan istället av två typer av polyeten. ”Genom att kombinera olika typer av polyeten som är kompatibla med varandra”, förklarar Wooster, skapade Dow en stående påse som kan återvinnas i stormarknadens soptunnor tillsammans med plastpåsar. En av de första tillämpningarna av det innovativa materialet var som påse för sjunde generationens diskmaskinskapslar. De primära användningsområdena för den återvunna polyetenen är nya påsar, som behåller mycket av produktens ursprungliga värde, och träplastkompositvirke, vilket effektivt återanvänder plasten i minst 50 år.

Ståpåsen är långt ifrån Dows enda bidrag till den cirkulära ekonomin. En annan innovation som tillkännagavs hösten 2016 är en produkt tillverkad av polypropenbaserade olefinblocksampolymerer. Tidigare var det svårt att återvinna återvinningsbara materialflöden som inkluderade polypropen och polyeten. Dows innovation gör det möjligt att kombinera dessa två vanligt förekommande hartser till en mängd olika produkter – inklusive styva behållare och fat, hushållsbehållare, industritankar, kajaker och flexibla förpackningar – som alla "erbjuder möjligheter till uppcykling för återvinningsföretag och varumärkesägare", enligt företaget.

Produkter som spårar sig själva

En förvånansvärt enkel idé driver ännu mer innovation som stöder den cirkulära ekonomin: att hålla reda på vad man äger. Digital teknik, inklusive "sakernas internet", gör det möjligt för företag att designa "intelligenta tillgångar" som kan rapportera tillbaka sin plats, tillgänglighet och skick. Möjligheten att kanalisera, ackumulera och bearbeta denna information som "big data" gör det möjligt för företag att maximera värdet av dessa tillgångar över tid.

Caterpillar använder till exempel inbyggda sensorer som övervakar sin utrustning ute i fält, i kombination med prediktiv diagnostik, för att förlänga produkternas livslängd. Tekniken gör det möjligt för företaget att gå från reparation efter fel till reparation före fel och förbättra underhållet baserat på hur en maskin används – allt detta sparar kunderna driftstopp och kostnader.

IBM har använt liknande teknik för att utveckla en omfattande analysresurs som kallas Reuse Selection Tool, för att hjälpa produktchefer att välja nästa optimala användningsområde för en produkt. Nu i prototypform tar verktyget in en mängd detaljerad data – inklusive information om utrustningens modularitet och återanvändningspotential, regleringar, marknadspris, kostnad för återtillverkning samt utbud och efterfrågan – vilket gör det möjligt för produktchefen att per enhet besluta om de ska återtillverka, återvinna eller skrota. Man undersöker också möjligheten att använda kognitiv databehandling, som banades väg för Watson-systemet, för att hjälpa till att tolka data.

En ny företagsbaserad delningsplattform, FLOOW2, har ett enklare tillvägagångssätt. Istället för att förlita sig på intelligenta tillgångar som håller koll på sig själva har de skapat en Craigslist-liknande marknadsplats där företag kan annonsera utrustning och anläggningar och göra dem tillgängliga för uthyrning istället för köp. Sådan gemensam konsumtion driver redan delningsekonomin på konsumentnivå. FLOOW2:s innovation är att utvidga idén till näringslivet.

Designa produkter som använder CO²

Ett av de primära målen för den cirkulära ekonomin är att förhindra att den genomsnittliga globala temperaturen stiger med 2 °C över förindustriella nivåer. Enligt Internationella energiorganet (IAEA) kommer det att krävas en investering i förnybar energi och energieffektivitet på 1 biljon dollar per år under de kommande 34 åren för att uppnå detta mål, en trefaldig ökning av den nuvarande investeringsnivån. ”Det händer inte”, säger Bernard David, senior fellow vid IGEL och ordförande för CO² Sciences, Inc. Även med alla aktiviteter som är i sikte kommer mängden koldioxid som stannar kvar i atmosfären att innebära en oacceptabel ökning av den globala uppvärmningen.

En potentiell lösning på detta problem är koldioxidavskiljning och -lagring (CCS), vilket innebär att växthusgasen begraves under jord. Men strategin är ännu inte tekniskt genomförbar. ”De flesta nuvarande CCS-tekniker är oekonomiska eftersom de förbrukar för mycket energi för att binda kolet, så de har ännu inte använts i stor skala”, rapporterar en nyligen publicerad GreenBiz-artikel, ”Sju företag att hålla koll på inom koldioxidavskiljning och -lagring”.

Global CO²-initiativet, också ett påhitt av Bernard David, har en annan strategi. Istället för att bara begrava gasen som en destruktiv avfallsprodukt, syftar initiativet till att omvandla den globala ekonomin genom nya uppfinningar och investeringar för att använda så mycket som 10 % av den globala koldioxidutsläppen för att tillverka användbara, lönsamma produkter i stor skala. En marknadsbedömning av McKinsey & Co. identifierade 25 potentiella produkter, vilket representerar en marknad som skulle kunna nå 1 biljon dollar år 2030. Var och en av dessa produkter befinner sig på en annan beredskapsnivå, vilket initiativet graderar på en niogradig skala. ”För att ha en meningsfull inverkan”, säger David, ”måste man få alla dessa saker till nivå 9.”

Cement är den lägst hängande frukten. En process, som redan används, lovar att minska industrins koldioxidutsläpp med 70 %, både genom att fånga gasen i cementen och genom att dramatiskt minska utsläppen under härdning. Eftersom cementtillverkning står för 7 % av koldioxidutsläppen säger David: ”Potentiellt kan vi med just den industrin minska koldioxidutsläppen med 5 % årligen.”

Initiativet, som lanserades i januari 2016, arbetar för att bygga ”ett helt ekosystem för att skapa skalbara koldioxidbaserade produkter”, förklarar David. Det är en monumental uppgift, men i oktober 2017, mindre än ett år efter att det startade, släppte initiativet ett utkast till ”Färdplan för den globala kommersialiseringspotentialen för koldioxidavskiljnings- och utnyttjandetekniker fram till 2030”. En fullständig färdplan släpptes i Marrakech, Marocko, i november 2016 vid partskonferensen som hölls för att främja Parisavtalet om klimatförändringar.

Som initiativets färdplan antyder är vägen framåt kantad av möjligheter. Det kommer utan tvekan att finnas gropar och omvägar när företag omprövar produktdesign med cirkularitet i åtanke. Men tack vare de designstrategier som nämnts ovan, och andra som ännu inte kunnat föreställas, har resan mot en cirkulär ekonomi fått en stark start.