A system dynamics model for predicting the effects of policy actions on circular economy business models for composite materials

Fighting climate change is one of humanity’s greatest challenges, and requires a new type of organization of the world’s economy. Currently, Circular Economy is a paradigm guiding the transition towards more sustainable, circular business models, characterized by closed-loops in the utilization of resources. However, composites represent one material category whose industry is lagging to embrace the principles advocated by the approach, thus still largely reproducing the current linear model in their utilization. This thesis aims to assist the definition of policies encouraging the establishment of Circular Economy business models for composite materials. It seeks to develop a model, grounded on the theory of System Dynamics, to evaluate the effects of different policies in the adoption of composites produced by de-manufacturing processes. For this purpose, it explores the topics relevant to the context, presenting Circular Economy and the concepts it involves, with special attention to de-manufacturing; characterizing composites and their uses; and revising System Dynamics theory. It also investigates the current scenario of the specific industry, providing an overview of the environment related to composites’ fabrication. The model generated hosted the simulation of different regulatory scenarios, each containing experiments reproducing the variety of effects that policies can produce. The work shows it is possible to decouple the technical system from the regulatory scenario by using an innovative model environment, and that the effects from policies can be translated into technical elements of the model. The results suggest policies directed to the development of de-manufacturing and collection activities are more successful in the promotion of the employment of composites arising from de-manufacturing processes, and that those focusing on the increase of the demand for these materials have limited benefits for their adoption under present circumstances. The outcomes indicate, therefore, policies such as incentives to the development of de-manufacturing technology and promotion of actions increasing producers’ awareness about this pathway should be a priority in policymakers’ agenda. Studies further detailing the industry and decreasing the level of aggregation used for its representation can contribute to increase the precision of the recommendations and validate findings connected to the simulations. In addition, the model can be generalized to other sectors and help the implementation of new Circular Economy business models, supporting the transition towards the circular model and assisting in the battle against climate change.

La lotta al cambiamento climatico è una delle più grandi sfide dell'umanità e richiede un nuovo tipo di organizzazione dell'economia mondiale. Attualmente, l'Economia Circolare è un paradigma che guida la transizione verso modelli di business circolari, più sostenibili e caratterizzati da cicli chiusi nell'utilizzo delle risorse. Tuttavia, i compositi rappresentano una categoria di materiali la cui industria è in ritardo per adottare i principi propugnati dall'approccio, riproducendo così ancora in larga misura il modello lineare nel loro utilizzo. Questa tesi mira ad assistere la definizione di politiche che incoraggino la creazione di modelli di business dell'economia circolare per i materiali compositi. Essa cerca di sviluppare un modello, fondato sulla teoria di System Dynamics, per valutare gli effetti delle diverse politiche nell'adozione dei compositi prodotti dai processi di de-manufacturing. A tal fine, esplora i temi rilevanti per il contesto, presentando l'Economia Circolare e i concetti che essa comporta, con particolare attenzione alla de-manufacturing; caratterizzando i compositi e il loro utilizo; e rivedendo la teoria di System Dynamics. Indaga inoltre lo scenario attuale dell'industria, fornendo una panoramica dell'ambiente legato alla fabbricazione dei compositi. Il modello generato ha ospitato la simulazione di diversi scenari normativi, ognuno dei quali contiene esperimenti che riproducono la varietà di effetti che le politiche possono produrre. La tesi mostra che è possibile disaccoppiare il sistema tecnico dallo scenario normativo utilizzando un ambiente di modello innovativo e che gli effetti delle politiche possono essere tradotti in elementi tecnici del sistema. I risultati suggeriscono che le politiche dirette allo sviluppo delle attività di de-manufacturing e raccolta hanno più successo nella promozione dell'impiego di compositi derivanti dai processi di de-manufacturing, e che coloro che si concentrano sull'aumento della domanda di questi materiali hanno limitati benefici per la loro adozione. I risultati indicano che politiche come gli incentivi allo sviluppo della tecnologia di de-manufacturing e la promozione di azioni che aumentino la sua conoscenza tra i produttori dovrebbero essere una priorità nell'agenda dei decisori. Studi descrivendo in più dettaglio l'industria e che riducono il livello di aggregazione utilizzato per la sua rappresentazione possono contribuire ad aumentare la precisione delle raccomandazioni e a convalidare i risultati connessi alle simulazioni. Inoltre, il modello può essere generalizzato ad altri settori e aiutare l'implementazione di nuovi modelli di business dell'economia circolare, sostenendo la transizione verso il paradigma e aiutando nella battaglia contro il cambiamento climatico.