Biosfärens regler

Biosfärreglerna är ett ramverk för att implementera sluten kretsproduktion i näringslivet. De kom från ett forskningsprojekt 2005 vid IE Business School som identifierade principerna som underlättar cirkulära processer i naturen men som tolkades för – och översattes till – industriella produktionssystem. Forskningen visade att antagandet av principerna gjorde det möjligt för företag att etablera ekonomiskt och miljömässigt hållbara tillverkningssystem med slutna kretslopp .

De fem principerna som utgör biosfärreglerna är kortfattat:

1. Material sparsamhet.

Minimera de typer av material som används i produkter med fokus på material som är livsvänliga och ekonomiskt återvinningsbara.

2. Värdecykel.

Återvinn och reinkarnera material från slutprodukter till nya förädlade produkter.

3. Maktautonomi.

Maximera kraftautonomi för produkter och processer så att de kan fungera på förnybar energi .

4. Hållbara produktplattformar.

Utnyttja värdecykler som produktplattformar för lönsamma skal-, räckvidds- och kunskapsekonomier.

5. Funktion framför form.

Tillgodose kundernas funktionella behov på ett sätt som upprätthåller värdecykeln.

Detta biomimetiska ramverk hävdar att dessa principer underlättar övergången av mänskliga tillverkningssystemsaffärer mot en fungerande cirkulär ekonomi.

Ursprung

Biosfärreglerna kom från ett forskningsprogram som etablerats vid Centre for Eco-Intelligent Management vid IE Business School , ett topprankat europeiskt managementinstitut. Under ledning av Dr. Gregory Unruh identifierade programmet attributen hos naturliga system som möjliggjorde produktion av organismer i biosfären i slutet kretslopp. Dessa attribut användes sedan som ett ramverk för att analysera konkreta företagsexempel i programmets andra fas. Fallstudier av företag som anammat en sluten slinga eller vagga-till-vagga-design för produktutveckling fann gemensamma element som gjorde slutna system genomförbara i affärssammanhang. Viktigt är att de identifierade elementen liknade principerna i naturliga system, kartlagda på mänskliga tillverkningsmetoder.

Principerna publicerades först i februarinumret 2008, Harvard Business Review, i en artikel med titeln "The Biosphere Rules." De utökades senare i en bok med titeln "Earth, Inc.: Using Nature's Rules to Build Sustainable Profits" publicerad 2010 av Harvard Business School Press.

De fem biosfärreglerna

Regel #1: Materialsparsimony

Materialparsimony-regeln handlar om att begränsa antalet typer av material som används i produktdesign och tillverkning. Detta ska inte förväxlas med den hållbara affärsstrategin med ekoeffektivitet som syftar till att minska mängden material som används i produktionen.

Sparsamhetsregeln kommer istället från att tillämpa ett biomimikperspektiv på material i biosfären. Grundämnenas periodiska system omfattar de 88 naturligt förekommande grundämnena från arsenik till xenon. Men trots denna mångfald av alternativ förlitar sig biosfären på fyra grundämnen – kol, väte, syre och kväve ( CHON ) – som grunden för allt levande på jorden. Genom att lägga till spårmängder av svavel, fosfor och kalcium kan vi stå för vikten av 99 procent av alla levande varelser på planeten. Snålhet i biosfären gör det möjligt att bryta ner en organism som en kanin lokalt och återmontera dess beståndsdelar till ett träd, svamp eller till och med en annan kanin.

Den funktionella fördelen med materialbesparing för cirkulär ekonomi är att den dramatiskt förenklar logistik- och transaktionskostnaderna för återvinning, samtidigt som det ger skalfördelar genom koncentration av utbudet. Att tillämpa materialparsimonyregeln på industrin kräver att antalet och typerna av material som används i produkter förenklas. Även om det för närvarande inte är praktiskt att förvänta sig att företag ska använda samma fyra element som naturen, kan företag drastiskt minska antalet material som används vid tillverkningen, med ett litet antal som gör den yeomans arbete. För speciella isolerade applikationer kan en mindre uppsättning utvalda material reserveras och utformas för att enkelt separeras från huvuddelen av produkten. Genom att göra dessa val kunde företag absorbera en stor procent av produktionen inom en cirkulär materialekonomi .

Ett första steg mot materialsparsamhet som vissa företag använder är materialinköpsstrategin känd som "grön screening", som syftar till att utesluta potentiellt farliga material från produkter. Att begränsa "materialpaletten" till miljövänliga insatser vid designstadiet gör det mycket lättare att hantera produkt- och processavfall. Det kan också ha effekten att dramatiskt minska antalet material i produktdesignerns pall. Utöver grön screening tar den framväxande strategin med uni-materialisering eller monomaterialitet den materiella sparsamhetsstrategin till sin logiska ytterlighet genom att försöka designa produkter från ett enda material.

Regel #2: Value Cycling

Den andra principen - Value Cycling - hänvisar till den faktiska cykliska återanvändningen av material från en högvärdig användning till en annan. Det kallas en "värdecykel" för att skilja från " värdekedjan "-modellen som är typisk för nuvarande produktionsmetoder, där råvaror omvandlas till produkter och sedan till avfall i en linjär stegvis process.

I biosfären sker värdecykling på atomär och molekylär nivå. Samma material som utgör ett löv kan sönderdelas och införlivas i ett nytt träd, en mask eller andra organismer. Tekniska begränsningar begränsar i allmänhet mänskliga tillverkningssystems förmåga att efterlikna naturlig molekylär cykling, men tillvägagångssättet kan tillämpas analogt på olika nivåer. Material i produkter kan värdecyklas i "grunda loopar" eller "djupa loopar".

Med "shallow loop"-cykling antar tillverkare återvinning på "komponentnivå" genom återtillverkning, renovering eller återanvändning av produktdelar och komponenter. Däremot avser "deep-loop"-återvinning regenerering på materialnivå. För närvarande kan ett begränsat antal material genomgå djupslingor, såsom metaller, glas och vissa plaster. Eftersom om grön kemi resulterar i nya polymerer som kan återvinnas på materialnivå, kan ett större tillvägagångssätt för värdecykling med djupa loopar implementeras.

Regel #3: Maktautonomi

Varje omvandling av material i naturen - från sköldpadda till träd - kräver energi. I naturen är energikällan solenergi som fångas biologiskt genom fotosyntes . Ett träds fångade energi kan sedan överföras genom hela ekosystemen genom den trofiska pyramiden till växtätare och köttätare. Växter och djur har också inneboende biologiska processer som absorberar energi och lagrar den i kemisk form för senare användning. Solenergi fungerar därför som grunden för biosfärens omvandlingar av material.

Mänsklig tillverkning, däremot, har förlitat sig främst på fossila bränslen som olja, gas och kol för att utvinna och omvandla material. Fossila bränslen kan inte betraktas som en hållbar energilösning av många skäl, inklusive det faktum att de är ändliga och att deras utnyttjande vänder på viktiga planetära biogeokemiska processer som ger oönskade klimat- och ekosystempåverkan. Kraftautonomiregeln som tillämpas på mänsklig tillverkning kräver att produkter och produktionsprocesser körs på solcellsmotiverade förnybara energikällor som i biosfären.

Maktautonominsynen ser att detta sker i en tvåstegsprocess. Det första steget är att öka energieffektiva produkter och produktionsprocesser. När energieffektiviteten ökar öppnas nya alternativ för produktion och energilagring eftersom mindre total energi behövs. Teknikerna för förnybar energi och energilagringstekniker kan användas som flyttar verksamheten mot ett tillstånd av autonom kraftgenerering.

Maktautonomi kan ses ur ett fraktalt perspektiv genom att det kan förekomma på många nivåer. Effektautonomi på produktnivå skulle implementeras genom att designa produkter som kan fånga och lagra sin egen energi. På företagsnivå kan ett självständigt kraftbolag vara ett som genererar all sin energianvändning från förnybara källor. Och maktautonomi kan betraktas på stads- eller delstatsnivå som i begreppet energioberoende .

Regel #4: Hållbara produktplattformar

Det uppskattas att det finns 8,7 miljoner arter på planeten, men all denna mångfald bygger på en enda material- och energiplattform bestående av en soldriven värdecykel och en sparsam materialpall (CHON). Naturens plattform tillåter skalfördelar, räckvidd och kunskap som driver spridningen av arter in i alla beboeliga nischar på planeten. Skalekonomi uppstår genom reproduktion och dubblering av artpopulationen. Omfattningsekonomier , å andra sidan, kommer genom artbildning, den evolutionära uppkomsten av nya arter, baserat på samma plattform som enskilda arter. Slutligen uppstår kunskapsekonomier genom ackumulerande kodning, förfining och delning av överlevnadsinformation genetiskt övertid i DNA.

Principen om hållbar produktionsplattform tillåter företag att efterlikna naturens plattformsstrategi i tillverkning och generera liknande ekonomi. En hållbar produktplattform består av en sparsam materialpalett och tillhörande bearbetningsteknologier som är sammansatta till en kraftautonom värdecykel som är tillräckligt flexibel för att producera en mängd olika produkter. Om chefer bara använder detta system för att producera en enda produkt, skulle den realiserade ökande avkastningen enbart komma från skalfördelar (fördelning av de fasta kostnaderna över en ökande enhetsproduktion). Henry Ford utnyttjade stordriftsfördelar genom att effektivt masstillverka en enda bil, Model-T. Men genom att behandla material-process-kombinationen som en grundläggande designplattform och utnyttja den över en hel produktfamilj, kan chefer främja skala, omfattning och kunskapsekonomier som ständigt kommer att optimera värdecykeln och skapa större och mer hållbar avkastning för deras näringslivet och samhället. På 1920-talet började General Motors utnyttja en ekonomi av räckvidd genom att erbjuda en mängd olika fordonsdesigner och märken byggda på en enda bildesignplattform.

Hållbara produktplattformar kan byggas över ett spektrum av styrningsalternativ. I ena änden kan tillverkare vertikalt integrera alla stadier av värdecykeln och behålla full äganderätt till sina material och produktkomponenter. I den andra ytterligheten kan värdecykler vara helt öppen källkod där material värdecirkuleras genom marknadskrafterna. Detta är fallet för de flesta råvaruåtervinning idag, såsom stål och aluminium.

Regel #5: Funktion över form

Genom hela den geologiska historien finns det bevis på naturens ständiga evolutionära experiment med livsformer. Under miljarder år har naturen producerat otaliga arter i ett försök att dra nytta av alla ekologiska möjligheter. Men trots denna uppenbara mångfald av former finns det tydliga mönster i de ekologiska funktioner som organismer fyller. Klasser av organismer – producenter, rovdjur, pollinatörer, parasiter – tjänar specifika ekosystemfunktioner. Formen och dess funktion är kodad i arternas gener, vilket möjliggör distribuerad lokal tillverkning av organismer som är nödvändiga för att uppfylla nödvändiga ekosystemfunktioner inom ramen för ett globalt integrerat system.

Däremot har mänsklig tillverkning tenderat att betona kommersialiseringen av en specifik produktform snarare än den underliggande funktion som produkten är avsedd att tjäna. Implementering av biosfärreglerna kräver att ingenjörer förändrar designtänkandet mot att tillhandahålla en önskad funktion, genom att använda kapaciteten hos den hållbara produktplattformen som en designrestriktion för formen. Detta tillvägagångssätt leder logiskt till service- och produkt-av-service-strategier.

Genomförande

Att implementera biosfärreglerna på ett etablerat företag kräver långsiktiga strategiska åtaganden och investeringar och det finns många organisatoriska och andra hinder för att anta cirkulär ekonomi. Biosfärreglerna utformades dock på ett modulärt sätt som möjliggör stegvis implementering. Ett företag kan vidta åtgärder för att se över sina inköpsbeslut och gå mot större materialsparsamhet utan att behöva implementera alla andra regler samtidigt. Andra regler kan implementeras på ett liknande sekventiellt sätt vilket underlättar störningen av befintliga system och hjälper till att underlätta en smidig övergång till en cirkulär affärsmodell. Det yttersta målet är dock ett integrerat hållbart affärssystem.