Development and application of a methodology for the transition of manufacturing towards circular economy

Circular economy is nowadays a much-discussed topic. Every year an ever-increasing number of articles and papers concerning circular economy are published in scientific journals, and also among the non-experts it has become a much-debated topic. The growing interest in the circular economy is mainly due to the drawbacks of the actual linear economic model, that is proving to be unsustainable in the medium and long term. The starting point of this thesis is the description of the current linear economic system, of which circular economy is considered the natural substitute, and of its limitations. Circular economy does not have a univocal definition, because it has different meanings for different people and it is associated to a fragmented set of concepts coming from several fields and schools of thoughts. For this reason, starting from the several definitions of circular economy retrieved from the existing literature, we built a framework for the hierarchical classification of all the concepts linked with the circular economy, in order to achieve a better and easier understanding of the terminology. Moreover, we investigated the theoretical roots of the circular economy, thus the reference theories that have contribute to the birth of this paradigm. After this general overview about circular economy, we focused our attention on the implementation of its practices at product level in the manufacturing industry. Subsequently, Circular Product Assessment, a methodology used to quantify the circularity of all the resources that takes part in the whole life cycle of a product, is presented. We just summarized the steps of this methodology, developed in another work of thesis realized at Politecnico di Milano, because the results of the Circular Product Assessment are the starting point for the application of the Circular Economy Transition Methodology. The latter is the methodology developed in this thesis and its objective is to guide and support the manufacturing actors in the concrete transition towards circular economy, through the improvement of the circularity performances of products. The final output of this methodology is a set of levers, grouped according to the product life cycle stages, on which the several actors of the value chain can act in order to solve the issues that have generated the lack or the poor level in terms of circularity. Finally, we applied the Circular Economy Transition Methodology to the real case of the train Caravaggio, produced by the company Hitachi Rail Italy S.p.A.

L'economia circolare è attualmente un argomento molto discusso. Ogni anno un numero sempre crescente di articoli riguardanti l'economia circolare sono pubblicati su giornali e riviste scientifiche, e anche tra i non esperti questo tema è diventato molto dibattuto. Il crescente interesse per l'economia circolare è dovuto principalmente ai limiti del modello economico lineare attuale, che si sta dimostrando insostenibile nel medio e nel lungo termine. Il punto di partenza di questa tesi è la descrizione dell'attuale sistema economico lineare, di cui l'economia circolare è considerata il naturale sostituto, e dei suoi limiti. Non è stata ancora data una definizione univoca di economia circolare, in quanto questo concetto assume significati diversi al variare del contesto, ed è associato a un insieme frammentato di teorie provenienti da diverse scuole di pensiero. Per questo motivo, partendo dalle diverse definizioni di economia circolare ricavate dalla letteratura esistente, nella prima parte di questa tesi viene proposta una classificazione gerarchica di tutti i concetti legati all'economia circolare, con lo scopo di avere una migliore e più facile comprensione della terminologia. In seguito, vengono studiate le radici teoriche dell'economia circolare, cioè le teorie di riferimento che hanno contribuito alla nascita di questo paradigma. Dopo questa panoramica generale sull'economia circolare, l’attenzione si sposta sull'attuazione delle sue pratiche a livello di prodotto nell'industria manifatturiera. Successivamente, viene presentata la Circularity Product Assesment methodology, una metodologia utilizzata per quantificare la circolarità di tutte le risorse che prendono parte all'intero ciclo di vita di un prodotto. Questa metodologia, sviluppata in un altro lavoro di tesi realizzato al Politecnico di Milano, viene brevemente presentata in quanto i suoi risultati sono il punto di partenza per l'applicazione della Circular Economy Transition methodology. Quest'ultima è la metodologia sviluppata in questa tesi e il suo obiettivo è quello di guidare e supportare i vari attori che operano nell’industria manifatturieri nella transizione verso l'economia circolare, attraverso il miglioramento della circolarità a livello prodotto. L'output finale di questa metodologia è un insieme di leve, divise per fase di ciclo di vita del prodotto, su cui gli attori della value chain possono agire per migliorare le performance in termini di circolarità di prodotto. Infine, la Circular Economy Transition methodology viene applicata al caso studio del treno Caravaggio, prodotto dalla società Hitachi Rail Italy S.p.A.