Transition to circular economy for the construction sector in Africa. Design approaches, technologies and stakeholder networks for development opportunities in Kenya

The emerging countries of Africa are experiencing rapid urbanisation and population growth, accompanied by increasing poverty levels and environmental degradation. According to the report by Guy & Patrick (2021) in Kenya, declining natural resources due to drought, erosion, and flooding have undermined agricultural livelihoods, driving rural-urban migration into cities that lack adequate housing and employment opportunities. Concurrently, according to the report by Climate-KIC (2024), the increase in construction activities in urban areas generates large volumes of construction and demolition waste that remain largely unaccounted for. This research project explores the potential of the circular economy as an alternative for development opportunities for the Kenyan construction sector, with particular emphasis on low-income housing in informal settlements. The research is theoretically underpinned by circular economy theory, which conceptualises circular economy as a socio-technical system, recognising the interdependence of technologies, material flows, institutional structures, stakeholder relationships, and market structures. It further draws on theories of formal-informal integration in emerging economies and circular design theory, particularly design for disassembly and incremental housing, to address affordability and resource constraints in the Kenyan context. In particular, the research is structured into three phases: i. knowledge phase, which establishes the state of the art and local context; ii. Proposal development phase, which formulates circular design approaches, tools, and material supply-chain models tailored to Kenya and proposes a new design model for low-income classes: the Disassembling Incremental Circular Modular House (DICMH); iii. application phase, which applies the proposed approach and the DICMH to the pilot case of Kibera informal settlement in Nairobi. The proposed DICMH consists of the design of a modular housing unit able to integrate conventional load-bearing structures with circular, non-load-bearing components, providing an affordability leverage for low-income households. According to the specificity of the local context of application, the circular non-load-bearing components can be sourced locally from second-hand building material sellers in the informal market. On a process level, the proposed DICMH can contribute to supporting the closed-loop flow of local circular materials through the connection of informal and formal practitioners, enabling the reuse of recovered building products from construction sites (formal) to be then re-sold in local second-hand markets (informal). Hence, the development of DICMH intends to promote the integration of circular design approaches into low-income housing developments by opting for circular non-load-bearing elements obtainable at lower prices with respect to the new ones, thereby lowering the overall material cost. Findings demonstrate that circular construction practices can generate environmental benefits through waste reduction and material reuse, economic benefits by strengthening local circularity practitioners and reduced dependence on imported materials, as well as social benefits by improving access to affordable housing.

I Paesi africani in via di sviluppo stanno vivendo una rapida urbanizzazione e una forte crescita demografica, accompagnate da crescenti livelli di povertà e degrado ambientale. Secondo il rapporto di Guy & Patrick (2021) relativo al Kenya, la riduzione delle risorse naturali dovuta a siccità, erosione e inondazioni ha compromesso i mezzi di sussistenza agricoli, alimentando la migrazione dalle aree rurali verso città prive di alloggi adeguati e di sufficienti opportunità di lavoro. Parallelamente, secondo il rapporto di Climate-KIC (2024), l'aumento delle attività edilizie nelle aree urbane genera ingenti volumi di rifiuti da costruzione e demolizione che, in gran parte, sfuggono a qualsiasi sistema di gestione o tracciamento. Questa tesi di ricerca esplora il potenziale dell'economia circolare come alternativa per lo sviluppo del settore edile keniota, con particolare riferimento agli alloggi a prezzi accessibili destinati agli insediamenti informali. La ricerca si fonda sui principi dell'economia circolare, intesa come sistema socio-tecnico che riconosce l'interdipendenza tra tecnologie, flussi di materiali, strutture istituzionali, relazioni tra stakeholder e dinamiche di mercato. Si avvale inoltre delle teorie sull'integrazione tra settore formale e informale nelle economie emergenti e della teoria del *circular design* — in particolare dei concetti di progettazione per lo smontaggio (*design for disassembly*) e di edilizia incrementale — per affrontare le sfide legate all'accessibilità economica e alla scarsità di risorse nel contesto keniota. Nello specifico, la ricerca si articola in tre fasi: i. fase conoscitiva, volta a definire lo stato dell'arte e il contesto locale; ii. fase di sviluppo della proposta, che elabora approcci di progettazione circolare, strumenti e modelli di filiera dei materiali adattati al contesto keniota, proponendo un nuovo modello abitativo per le fasce a basso reddito: la *Disassembling Incremental Circular Modular House* (DICMH); iii. fase applicativa, che prevede l'applicazione dell'approccio proposto e del modello DICMH al caso pilota dell'insediamento informale di Kibera, a Nairobi. Il modello DICMH proposto consiste in un'unità abitativa modulare capace di integrare strutture portanti convenzionali con componenti circolari non portanti, offrendo così una soluzione economicamente accessibile per le famiglie a basso reddito. In funzione delle specificità del contesto locale, i componenti circolari non portanti possono essere reperiti direttamente presso i rivenditori di materiali edili usati operanti nel mercato informale. Sul piano procedurale, il modello DICMH può favorire la creazione di un ciclo chiuso per i materiali circolari locali, mettendo in connessione gli operatori del settore informale con quelli del formale; ciò consente il riutilizzo di prodotti edili recuperati dai cantieri (settore formale) per la loro successiva rivendita sui mercati locali dell'usato (settore informale). Di conseguenza, lo sviluppo del DICMH mira a promuovere l'integrazione di approcci di progettazione circolare nell'edilizia residenziale a basso costo, optando per elementi circolari non portanti reperibili a prezzi inferiori rispetto a quelli nuovi, riducendo così il costo complessivo dei materiali. I risultati dimostrano che le pratiche costruttive circolari possono generare benefici ambientali, grazie alla riduzione dei rifiuti e al riutilizzo dei materiali; benefici economici, rafforzando gli attori locali della circolarità e riducendo la dipendenza da materiali importati; nonché benefici sociali, migliorando l'accesso ad alloggi a prezzi accessibili.