Unfolding industrial ecosystems: Conceptualisation and analysis from a strategic niche management perspective.

This thesis confronts the challenge of sustainability problems in traditional industrial production systems which work under linear production routines. It focuses on the industrial ecology approach as one prominent way of addressing those problems. Industrial ecology theory argues for the need of realising circular production routines to overcome the unsustainable linear practices. The overarching principle of industrial ecology thinking is based on achieving the symbiotic resource exchanges among the actors of industrial production systems which can evolve into industrial ecosystems with an analogy to mimic the natural ecosystems. To achieve this, the established routines are subject to some substantial changes, and such changes are related to both technical and social aspects of industrial ecosystems. That also enforces the need to recognise and consider the systemic innovation nature of industrial ecology and calls for a socio-technical approach when studying industrial ecosystems. Industrial ecology literature provides comprehensive industrial ecosystem case studies distributed over different spaces. These cases mostly remain sustainable fringe experiences and cannot penetrate the mainstream industrial production system development. The existing knowledge in the industrial ecology literature does not explain how transitions into industrial ecosystems following industrial ecology principles can take place; neither establishes the cognitive grounds for understanding unfolding fringe industrial ecosystems. Industrial ecology as a systemic innovation model to drive for transitions of industrial production systems has not found enough attention in the literature, neither the co-evolution of the social and technical aspects of industrial ecosystems. The industrial ecology literature requires to be expanded in both conceptual and empirical accounts, considering those underexplored aspects. Thereby, this thesis aims to advance the understanding of industrial ecology-inspired transitions by conceptually framing and empirically analysing the unfolding industrial ecosystems. The focus is on two most-studied scales of industrial ecosystems: local and regional. This differentiation also enables a scale rendered approach which provides the grounds for conceptual pluralisation and a deeper understanding of the dynamics of potentially unfolding industrial ecosystems through different scale applications of industrial ecology. Particularly for conceptualisation ambitions, the thesis initially indicates a missing link between the industrial ecology domain and sustainability transitions field from innovation studies. It argues that middle-range theories of the sustainability transitions field which adopt a systemic view on socio-technical transitions can be insightful for conceptualising unfolding industrial ecosystems. The thesis chooses and engages with the strategic niche management framework from sustainability transitions research. In that sense, industrial ecology is approached as a systemic innovation model and industrial ecosystems as a socio-technical construct, more specifically, as prominent strategic niches for transitions of industrial production systems. The thesis embodies three research studies with inquiries on unfolding industrial ecosystems. Refined conceptualisations of unfolding industrial ecosystems are proposed taking the niche, experiment, and experimentation concepts as central to the analytical design on niche emergence. The niche-building processes, which are the articulation of expectations and visions, social network-building, and learning processes, are among the core contours of overall conceptualisation. Then, each research study proposes a different conceptual framework for the operationalisation and empirical assessment of unfolding industrial ecosystems. The thesis relies on methodological pluralisation constructed by employing different methods in the research studies. The first research study follows a case survey through a systematic literature review for analysis of already studied local industrial ecosystem cases (n=104) in the industrial ecology literature through reinterpretation building on the proposed conceptual framework. The second research study employs a multiple case study methodology for analysis of three unfolding local industrial ecosystem cases in the Italian context. Finally, the third research study adopts a single embedded case study methodology for the analysis of an unfolding regional industrial ecosystem in Spain. Conducted research studies show that the strategic niche management framework provides appropriate and fruitful insights and grounds for conceptualisation and analysis of unfolding industrial ecosystems. The findings suggest that three niche-building processes steer the industrial ecosystem experimentation journey. Moreover, the spatial context has a mediating influence on the interaction and functioning of those processes. Continuous experimentation with industrial ecology projects is vital to maintain the momentum going for unfolding industrial ecosystem niches. If a broad and deep industrial ecosystem niche network emerges, and if it designs and implements appropriate learning tools, then that niche can destabilise the regulatory, normative, and cognitive rules of the existing industrial production systems. Finally, the established linear production routines may experience a shift into circular production routines, and industrial ecology-inspired transitions may occur.

Questa tesi affronta la sfida dei problemi di sostenibilità nei tradizionali sistemi di produzione industriale che operano secondo una logica “lineare” di produzione e consumo. La tesi si concentra sull'approccio all'ecologia industriale come possibile soluzione per affrontare questi problemi. La teoria dell'ecologia industriale sostiene la necessità di adottare modelli di produzione circolari per superare pratiche lineari insostenibili. Il principio generale del pensiero ecologico industriale si basa sul raggiungimento di scambi di risorse simbiotiche tra gli attori dei sistemi di produzione industriale, che possono perciò evolversi in ecosistemi industriali con un'analogia degli ecosistemi naturali. Per raggiungere questo obiettivo, le logiche di funzionamento dei sistemi industriali devono modificarsi in maniera sostanziale e questi cambiamenti sono correlati agli aspetti tecnici e sociali degli ecosistemi industriali. Ciò impone anche la necessità di riconoscere e considerare la natura dell'innovazione sistemica dell'ecologia industriale, che richiede un approccio sociotecnico nello studio degli ecosistemi industriali. La letteratura sull'ecologia industriale fornisce casi di studio completi sugli ecosistemi industriali distribuiti in aree diverse. La maggior parte di questi casi rimane però a livello aneddotico e/o con un impatto marginale sull’ecosistema e non modifica quindi in maniera apprezzabile lo sviluppo del sistema di produzione industriale convenzionale. Le conoscenze esistenti nella letteratura sull'ecologia industriale non spiegano come le transizioni verso gli ecosistemi industriali possano avvenire seguendo i principi dell'ecologia industriale; nessuno stabilisce le basi cognitive per comprendere lo sviluppo degli ecosistemi industriali marginali. L'ecologia industriale come modello di innovazione sistemica per guidare le transizioni dei sistemi di produzione industriale non ha ricevuto sufficiente attenzione nella letteratura, né la coevoluzione degli aspetti sociali e tecnici degli ecosistemi industriali. La letteratura sull'ecologia industriale deve essere ampliata nelle basi concettuali ed empiriche, tenendo conto di questi aspetti poco esplorati. Pertanto, questa tesi mira a far progredire la comprensione delle transizioni ispirate all'ecologia industriale inquadrando concettualmente e analizzando empiricamente lo sviluppo di ecosistemi industriali sostenibili. L'attenzione si concentra sulle due “dimensioni” più studiate degli ecosistemi industriali: locale e regionale. Questa differenziazione consente anche un approccio che fornisce le basi per la generalizzazione concettuale e una comprensione più profonda della dinamica degli ecosistemi industriali potenzialmente dispiegati attraverso diverse applicazioni dell'ecologia industriale. Soprattutto per le ambizioni di costruzione di nuova teoria, la tesi inizialmente evidenzia come gap il legame mancante tra il dominio dell'ecologia industriale e il campo della transizione dello sviluppo sostenibile. La tesi affronta e interagisce la teoria della niche strategy sulla transizione di sostenibilità. In tal senso, l'ecologia industriale si basa su un modello di innovazione sistemica e sugli ecosistemi industriali come costruzione sociotecnica, più specificamente, come nicchie strategiche eccezionali per le transizioni dei sistemi di produzione industriale. La tesi è costituita da tre studi di ricerca che indagano lo sviluppo degli ecosistemi industriali. Questi studi rifiniscono la teoria per gli ecosistemi industriali in transizione, prendendo i concetti di nicchia, esperimento e sperimentazione come elementi centrali dell’analisi sull’emergenza delle nicchie. I processi di creazione delle nicchie, che sono l'articolazione di aspettative e visioni, la costruzione delle reti sociali e i processi di apprendimento delineano i contorni principali dell’eleborazione teorica generale. Inoltre, ogni studio propone un quadro concettuale diverso per l'operazionalizzazione e la valutazione empirica dello sviluppo degli ecosistemi industriali. La tesi si basa sulla pluralizzazione metodologica, costruita attraverso l'utilizzo di diversi metodi di ricerca per i diversi studi. Il primo studio realizza un’analisi sistematica dei casi empirici di ecosistemi industriali presenti in letteratura (n = 104), reinterpretati attraverso un nuovo framework concettuale. Il secondo studio adotta una metodologia multi-caso per analizzare la transizione di tre ecosistemi industriali locali inseriti nel contesto italiano. Infine, il terzo studio adotta una metodologia basata sull’analisi di un singolo studio di caso incorporato per analizzare la transizione di un ecosistema industriale regionale in Spagna. Gli studi condotti dimostrano come il framework per la gestione strategica di nicchia fornisca informazioni appropriate ed importanti, nonché le fondamenta per teorizzare e analizzare la transizione degli ecosistemi industriali. I risultati suggeriscono che tre processi di costruzione delle nicchie guidano il percorso di sperimentazione degli ecosistemi industriali. Inoltre, il contesto spaziale ha un'influenza mediatrice sull'interazione e sul funzionamento di questi processi. La sperimentazione continua con i progetti di ecologia industriale è vitale per mantenere lo slancio necessario ai fini dello sviluppo delle nicchie di ecosistemi industriali. Se una vasta e profonda rete di nicchie di ecosistemi industriali emerge, progettando e implementando degli strumenti di apprendimento adeguati, allora tali nicchie possono destabilizzare regolamentazioni, normative e regole cognitive dei sistemi di produzione industriale esistenti. Infine, le routine lineari di produzione consolidate possono subire uno spostamento verso routine di produzione circolari, portando ad una possibile transizione ispirata all'ecologia industriale.