Integrating environmental and economic tools into product development

Abstract

Specifications of new products have become increasingly more demanding in terms of price, performance, reliability, and consumer safety. Additionafly, environmental legislation has become a powerful driver for industry. As a consequence, over the past decades the plastic industry has strived to ensure adequate environmental and economic planning and optimization of its products. This particularly applies to the composites industry, due, for instance, to limitations in mechanical recycling of post-used composite parts. Sustainabie development requires quantitative methods to measure and compare the environmental, economic and social impacts of human activities for the provision of products. Life cycle thinking originated from the awareness that any product, process or activity has an effect on those impacts, from the moment raw materiais are extracted from nature until they end their service life, and return to nature. Life Cycie Assessment (LCA) and Life Cycle Costing (LCC) are sustainable tools that consider the fulI life cycle (LC) of a product. jOA evaluates the environmental impacts attributable to the LC of a product. On the other hand, LCC is the equivalent of LCA from an economic perspective. This thesis is focused on the integration of environmentai and economic tools into the product development cycle. Specifically, its main goal was to employ adequate environmental and economic methodologies in the product development process of fibre reinforced polymer (FRP) composite non-mobile structures, with particular emphasis given to the integration of LCA and LCC tools. An additional goal was to analyse alternative material and end-of-life (E0L) treatment scenarios, as well as the effect of externai conditions, such as fluctuations in crude oil price. In this context, an exhaustive literature review was conducted in order to define the LCNLCC integrated framework to be used in this work. The adopted LCA/LCC integrated model was then applied in three different non-mobile structure FRP composite case studies: Iighting columns, anti-glare Iamellae and storage tanks. A benchmark study comparing the use FRP composites with alternative conventional materiais was also done. Finally, alternative material and EoL treatment scenarios, as well as the effect of fluctuations in the crude oil price, were considered, in order to analyse the sensitivity of the results to external conditions. A deeper understanding of the incorporation of the LCA/LCC integrated model into the product development process was accomplished with this work. It was possible to recognize that the overali goal of a LCA/LCC integrated model study is to identify environmental and economic win-win and trade-off situations related to the fuli LC of a given product system. Undoubtediy, some uncertainties are associated to this study (such as parameter, scenario and modei uncertainties); however, the results can stiil be used as guidelines in product development, namely in material selection, processing technology selection, E0L management, strategic planning, and marketing.

As especificações de novos produtos têm vindo a tornar-se cada vez mais exigentes em termos de preço, desempenho, confiança e segurança dos consumidores. Além disso, a legislação ambiental tornou-se um vector determinante para a indústria. Como consequência, nas últimas décadas, a indústria de plásticos tem-se esforçado para garantir um planeamento e otimização ambiental e económico adequado dos seus produtos. Isto aplica-se, em particular, à indústria de compósitos, devido, por exemplo, às limitações na reciclagem mecânica de peças em materiais compósitos em fim-de-vida. O desenvolvimento sustentável exige métodos quantitativos para medir e comparar os impactos ambientais, económicos e sociais das atividades humanas envolvidas no fornecimento de produtos. O conceito de ciclo de vida fortalece a consciência que qualquer produto, processo ou atividade tem um efeito sobre esses impactos, desde que suas matérias-primas são extraídas da natureza até o fim de sua vida útil, quando são devolvidos à natureza Avaliação do Ciclo de Vida (ACV) e Avaliação de Custos do Ciclo de Vida (ACCV) são ferramentas sustentáveis que consideram o ciclo de vida (CV) completo de um produto. A ACV avalia os impactos ambientais atribuíveis ao CV de um produto. Por outro lado, a ACCV é o equivalente da ACV numa perspetiva económica. Esta tese foca-se na integração de ferramentas ambientais e económicas no ciclo de desenvolvimento do produto. O principal objectivo foi integrar metodologias ambientais e económicas adequadas no desenvolvimento de estruturas não-móveis de compósitos políméricos reforçados com fibra (PRF), com particular ênfase na integração das ferramentas de ACV e ACCV. Um objetivo adicional deste estudo foi analisar cenários alternativos de material e tratamento de fim-de-vida, assim como o efeito de condições externas tais como flutuações do preço do petróleo. Neste contexto, fez-se uma revisão exaustiva da literatura a fim de definir o âmbito da integração ACV/ACCV a utilizar neste trabalho. O modelo integrado ACV/ACCV adotado foi aplicado em três estruturas não-móveis de compósitos PRF: colunas de iluminação, lamelas anti-encadeamento e tanques de armazenamento. Foi também feito um estudo de "benchmark" comparando a utilização deste material e de materiais convencionais alternativos. Finalmente foram estudados cenários alternativos de materiais e tratamentos de fim-de-vida, bem como o efeito das flutuações do preço do petróleo, a fim de analisar a sensibilidade dos resultados a condições externas. O trabalho realizado permitiu adquirir uma mais profunda compreensão das vantagens do modelo integrado ACV/ACCV no processo de desenvolvimento do produto. Também permitiu reconhecer que o objetivo global de um estudo integrado ACV/ACCV é identificar, numa visão ambiental e económica, as situações "completamente preferíveis" ("win-win") e "de compromisso" ('trade-off) relacionadas com o CV completo de um determinado sistema de produto. Este estudo incorpora incertezas (por exemplo, as correspondentes a parâmetros, cenários e modelos); no entanto, os resultados podem ser usados como linhas orientadoras no desenvolvimento de produtos, ou seja, na seleção de materiais, na seleção de tecnologias de fabrico, no planeamento do destino final, na definição de estratégias, e em marketing.