Modelling the total cost of ownership of flow packaging : paper vs. plastic

Abstract

This thesis investigates the total cost of ownership (TCO) of paper- and plastic-based flow packaging in a comparative manner. Consumer preferences, changes in regulation, and the ambition of plastic reduction are driving an increased interest of plastic to fibre substitution. To assess where this substitution could occur, the understanding of total costs is critical.

The objective of this thesis is to understand the total costs and cost structures of paper- and plastic-based flow packaging. A constructive design science research (DSR) approach is adopted, combining a literature review with semi-structured interviews, and developing a TCO model. The literature review encompasses theory on cost management and modelling, as well as packaging material converting technologies. Additionally, it includes an overview of the relevant regulatory items affecting packaging costs. Interviews were conducted on industry experts to refine and benchmark the model, as well as provide its main inputs.

As a result, a modular TCO calculation model rooted in theory and refined by expert opinions was developed. The modelling encompasses complete flow packaging value chains, including material costs, printing and packaging operations, logistics, shelf-life, and disposal costs. The model provides the total costs and cost structures with detailed breakdowns, based on chosen input parameters by the user. The modelling results reveal packaging as the value chain phase incurring the highest costs, with packaging speed identified as the main driver. Paper-based packaging is found to be approximately 19 % more expensive than traditional plastic due mainly to its increased weight and slower packaging speeds.

The thesis contributes to the limited knowledge bases of packaging costs and value chain TCO modelling. For practitioners, it provides a comprehensive, customisable, and collaborative tool for data-driven decision making.

Tämä diplomityö tutkii paperi- ja muovipohjaisten flow-pakkausten kokonaiskustannuksia (TCO). Kuluttajien mieltymykset, muuttuva lainsäädäntö ja halu vähentää muovinkäyttöä kasvattavat kiinnostusta muovin korvaamiseen kuitupohjaisilla ratkaisuilla. Tunnistaakseen soveltuvat tilanteet korvaamiselle, on tärkeää ymmärtää pakkausten kokonaiskustannukset.

Työn tavoitteena on ymmärtää paperi- ja muovipohjaisten flow-pakkausten kokonaiskustannusrakenteet. Tutkimus hyödyntää suunnittelutieteellistä metodologiaa, yhdistäen kirjallisuuskatsauksen ja puolistrukturoidut haastattelut, ja kehittäen TCO-mallin. Kirjallisuuskatsaus kattaa teoriaa kustannusjohtamisesta ja mallinnuksesta, sekä pakkausmateriaalien konvertointiteknologioista. Lisäksi se sisältää katsauksen merkittävimpiin lainsäädännöllisiin tekijöihin, jotka vaikuttavat pakkauskustannuksiin. Alan asiantuntijoita haastateltiin mallin säätämistä ja vertailua, sekä syöttötietoja varten.

Tuloksena kehitettiin teoriaan perustuva modulaarinen TCO-laskentamalli, joka on säädetty asiantuntijoiden näkemysten mukaisesti. Mallinnus kattaa koko pakkausarvoketjun, sisältäen materiaalikustannukset, painatus ja pakkausoperaatiot, logistiikan, säilyvyyden ja hävityskulut. Malli tuottaa kokonaiskustannukset ja kustannusrakenteet yksityiskohtaisesti jaoteltuina, perustuen käyttäjän syöttämiin tietoihin. Mallinnustulokset paljastivat pakkausvaiheen aiheuttavan eniten kustannuksia, pakkausnopeuden ajamana. Paperipohjaiset pakkaukset ovat noin 19 % muovisia kalliimpia, johtuen ensisijaisesti paperin painavuudesta ja hitaammasta pakkausnopeudesta.

Työ osallistuu tällä hetkellä vähäiseen tieteelliseen keskusteluun pakkauskustannusten ja arvoketjujen kokonaiskustannusten mallintamisen aloilla. Käytännön toimijoille se tarjoaa kattavan, muokattavan ja yhteistyötä tukevan työkalun datavetoiseen päätöksentekoon.