A circular business model for frequency converters optimizing environmental impact and cost of materials

Abstract

This research investigated circular business models within the electrification and automation sector, focusing on a multinational technology company. The study employed a mixed-methods approach, combining qualitative insights from workshops and interviews with quantitative life cycle cost and environmental analysis. This iterative process informed the development of a two-stage circular business model. The initial Type 1 model, incorporating Product Service System components and reduced-design principles, achieved significant environmental and cost benefits, including a 40.9 kgCO2eq reduction in material emissions, an 18 kg reduction in material weight, and a 12% decrease in steel material cost. This model serves as a steppingstone towards the more comprehensive Type 3 strong sustainability model, which aims to close circular loops by integrating circular supply and reuse scenarios and transitioning the company towards an energy-as-a-service business model. Specifically, the Type 3 reuse scenario, incorporating a closed-loop supply chain network and a take-back system, yielded estimated future cost savings of 398 € per product and emission reductions of 1034 kgCO2eq. The research demonstrates the potential of circular business models to enhance profitability, mitigate inflation, and secure material availability while also reducing environmental impact. The Pareto frontier methodology developed in this thesis provides a framework for optimizing the trade-offs between cost and environ-mental performance, allowing companies to set and achieve specific targets. These findings highlight the importance of systemic changes across the value chain network, including collaboration and innovation among multiple actors, to successfully implement circular business models.

Tämän tutkimuksen tavoitteena oli kehittää kiertotalouden vaihtoehtoisia liiketoimintamalleja monikansalliselle sähkö- ja automaatiosektorilla toimivalle teknologiayritykselle. Tutkimus hyödynsi yhdistelmää kvalitatiivisia ja kvantitatiivisia menetelmiä, jossa laadulliset aineistot työpajoista ja haastatteluista yhdistettiin tuotteen elinkaarikustannus- ja elinkaaren aikaiseen hiilijalanjälkeen. Tämä iteratiivinen prosessi mahdollisti kaksivaiheisen kiertotalouden liiketoimintamallin kehittämisen. Ensimmäinen, tyypin 1 malli hyödyntää tuotepalvelujärjestelmän (PSS) komponentteja ja kiertotalouden suunnitteluperiaatteiden yhdistelmää, mikä johti merkittäviin ympäristö- ja kustannushyötyihin, kuten 40,9 kgCO2e vähennykseen materiaalipäästöissä, 18 kg materiaalin painon vähennykseen sekä 12 % laskuun teräsmateriaalikustannuksissa. Tämä liiketoimintamalli toimii ponnahduslautana kohti kiertotalouden vahvan kestävyyden tyypin 3 liiketoimintamallia, jonka tavoitteena on suljettu toimitusketju integroimalla materiaalin uudelleenkäyttö ja hyödyntämällä paluulogistiikkavirtoja. Mallin arvioiduksi tulevaisuuden hyödyiksi analysoitiin 398 € inflaatiokorjatut kustannussäästöt päästövähennyksien ollessa 1034 kgCO2e tuotetta kohden. Tutkimus osoittaa kiertotalouden liiketoimintamallin mahdollisuudet tuotekustannusten ja ympäristötehokkuuden parantamiseen kiertotalouden Pareto-optimin avulla, joka on muokattu kiertotalouden liiketoimintamallin kontekstiin. Havainnot korostavat systeemitasoisten muutosten ja innovaatioiden tärkeyttä verkottuneissa arvoketjuissa kiertotalouden liiketoimintamallien toteuttamiseksi.