L’objectif de ce travail est de développer un cadre méthodologique et générique d’éco-conception de procédés chimiques couplant des outils de modélisation et de simulation traditionnels de procédés (HYSYS, COCO, ProSimPlus et Ariane), d’Analyse du Cycle de Vie (ACV), d’optimisation multiobjectif basée sur des Algorithmes Génétiques et enfin des outils d’aide à la décision multicritère (ELECTRE, PROMETHEE, M-TOPSIS). Il s’agit de généraliser, d’automatiser et d’optimiser l’évaluation des impacts environnementaux au stade préliminaire de la conception d’un procédé chimique. L’approche comprend trois étapes principales. Les deux premières correspondent d’une part aux phases d’analyse de l’inventaire par calcul des bilans de matière et d’énergie et d’autre part à l’évaluation environnementale par ACV. Le problème du manque d’information ou de l’imprécision dans les bases de données classiques en ACV pour la production d’énergie notamment sous forme de vapeur largement utilisée dans les procédés a reçu une attention particulière. Une solution proposée consiste à utiliser un simulateur de procédés de production d’utilités (Ariane, ProSim SA) pour contribuer à alimenter la base de données environnementale en tenant compte de variations sur les conditions opératoires ou sur les technologies utilisées. Des sous-modules « énergie » sont ainsi proposés pour calculer les émissions relatives aux impacts liés à l’utilisation de l’énergie dans les procédés. La troisième étape réalise l’interaction entre les deux premières phases et l’optimisation multi-objectif qui met en jeu des critères économiques et environnementaux. Elle conduit à des solutions de compromis le long du front de Pareto à partir desquelles les meilleures sont choisies à l’aide de méthodes d’aide à la décision. L’approche est appliquée à des procédés de production continus : production de benzène par hydrodéalkylation du toluène HDA et production de biodiesel à partir d’huiles végétales. Une stratégie à plusieurs niveaux est mise en oeuvre pour l'analyse de l'optimisation multi-objectif. Elle est utilisée dans les deux cas d'étude afin d'analyser les comportements antagonistes des critères. / The objective of this work is to propose an integrated and generic framework for eco-design coupling traditional modelling and flowsheeting simulation tools (HYSYS, COCO, ProSimPlus and Ariane), Life Cycle Assessment, multi-objective optimization based on Genetic Algorithms and multiple criteria decision-making methods MCDM (Multiple Choice Decision Making, such as ELECTRE, PROMETHEE, M-TOPSIS) that generalizes, automates and optimizes the evaluation of the environmental criteria at earlier design stage. The approach consists of three main stages. The first two steps correspond respectively to process inventory analysis based on mass and energy balances and impact assessment phases of LCA methodology. Specific attention is paid to the main issues that can be encountered with database and impact assessment i.e. incomplete or missing information, or approximate information that does not match exactly the real situation that may introduce a bias in the environmental impact estimation. A process simulation tool dedicated to production utilities, Ariane, ProSim SA is used to fill environmental database gap, by the design of specific energy sub modules, so that the life cycle energy related emissions for any given process can be computed. The third stage of the methodology is based on the interaction of the previous steps with process simulation for environmental impact assessment and cost estimation through a computational framework. The use of multi-objective optimization methods generally leads to a set of efficient solutions, the so-called Pareto front. The next step consists in identifying the best ones through MCDM methods. The approach is applied to two processes operating in continuous mode. The capabilities of the methodology are highlighted through these case studies (benzene production by HDA process and biodiesel production from vegetable oils). A multi-level assessment for multi-objective optimization is implemented for both cases, the explored pathways depending on the analysis and antagonist behaviour of the criteria.

Les demandes pour la préservation de l'environnement ainsi que les préoccupations pour un développement durable, ont augmenté considérablement ces dernières décennies à travers le monde. Ce souci environnemental est également présent dans l'industrie électrique et les approches d’éco-conception sont de plus en plus présentes dans la conception et la réalisation des composants et systèmes de transmission et de distribution (T & D) de l’énergie électrique. Cette étude est menée, dans le but d'analyser les impacts des systèmes de transmission de l’énergie électrique sur l’environnement, de localiser les principales sources de pollution environnementale. Les impacts environnementaux d'un cas réel du système de transmission à 765 kV AC du Venezuela sont étudies, à l'aide de l'Analyse du Cycle de Vie (ACV). Les principales sources de pollution de l'environnement du système de transmission sont localisées, qui sont les pertes d'énergie dans les lignes de transmission et les transformateurs de puissance ainsi que les émissions de SF6 des disjoncteurs. En outre, l’analyse des impacts environnementaux de l'Ultra Haute Tension (UHV) et Très Haute Tension (THT) de lignes de transmission est menée, concernant l'efficacité énergétique d'une série de lignes de transmission (500 kV AC, 765 kV AC, 1200 kV AC, ± 500 kV DC et ± 800 kV DC) et les émissions de CO2-équivalent en raison des pertes d'énergie dans les lignes de transmission ; et l’ACV d'une ligne de transmission à 1000 kV AC nouvellement construite en Chine. / The demand to preserve the environment and form a sustainable development is greatly increasing in the recent decades all over the world, and this environmental concern is also merged in electrical power industry, resulting in many eco-design approaches in Transmission & Distribution (T & D) industries. As a method of eco-design, Life Cycle Assessment (LCA) is a systematic tool that enables the assessment of the environmental impacts of a product or service throughout its entire life cycle, i.e. raw material production, manufacture, distribution, use and disposal including all intervening transportation steps necessary or caused by the product's existence. In T & D industries, LCA has been done for a lot of products individually, in order to see one product’s environmental impacts and to seek for ways of improving its environmental performance. This eco-design for product approach is a rather well-developed trend, however, as only a single electrical product cannot provide the electrical power to users, electrical system consists of a huge number of components, in order to investigate system’s environmental profile, the entire environmental profiles of different composing products has to be integrated systematically, that is to say, a system approach is needed. Under this philosophy, the study “Eco-design of Power Transmission Systems” is conducted in this thesis, with the purpose of analysing the transmission systems’environmental impacts, locating the major environmental burden sources of transmission systems, selecting and/or developing methodologies of reducing its environmental impacts.

Les systèmes photovoltaïques organiques sont des technologies émergentes présentant de forts potentiels d’économie de ressources et de réduction des impacts sur l'environnement et la santé humaine par rapport aux dispositifs photovoltaïques conventionnels. La méthode de l’analyse du cycle de vie est appliquée afin d'évaluer la façon dont les différents procédés de fabrication, les caractéristiques des dispositifs, la phase d’utilisation et les scénarios de fin de vie des cellules photovoltaïques organiques influent sur ces avantages potentiels. Les impacts de cette technologie émergente sont comparés aux technologies conventionnelles à base de silicium pour établir un référentiel de performance des technologies photovoltaïques.En outre, les effets potentiels sur la santé humaine de l'utilisation de nanomatériaux dans les cellules photovoltaïques organiques ont été spécifiquement étudiés ; et la pertinence de l’analyse du cycle de vie pour évaluer cette catégorie d’impact a été examinée. Ainsi, un nouveau modèle d'évaluation de l'impact sur le cycle de vie est présenté afin de quantifier les dangers potentiels posés par les nanomatériaux. Enfin,ces impacts potentiels sont comparés aux avantages des cellules photovoltaïques organiques sur les cellules à base de silicium. / Organic photovoltaics present an emerging technology with significant potential for increasing the resource efficiencies and reducing the environmental and human health hazards of photovoltaic devices. The discipline of life-cycle assessment is applied to assess how various prospective manufacturing routes, device characteristics, uses and disposal options of organic photovoltaics influences these potential advantages. The results of this assessment are further compared to silicon based photovoltaics as a benchmark for performance. A deeper look is given to the potential human health impacts of the use of engineered nanomaterials in organic photovoltaics and the appropriateness of life-cycle assessment to evaluate this impact criteria. A newly developed life-cycle impact assessment model is presented to demonstrate whether the use of and potential hazards posed by engineered nanomaterials outweighs any of the resource efficiencies and advantages organic photovoltaics possess over silicon photovoltaics.

<p>Denna rapport är resultatet av ett examensarbete utfört vid Institutionen för industriell och ekonomisk utveckling vid Linköpings universitet på uppdrag av konsultbolaget Sustainia AB. Lean produktion, ofta benämnt Lean, har det senaste decenniet blivit en allt mer attraktiv produktionsfilosofi för att minska kostnader och öka kundnöjdhet genom förbättrad leveransservice och effektivare flöde. Ett flertal författare har påpekat att införandet av Lean direkt kan förbättra ett företags miljöprestanda, främst till följd av det minskade slöseri som Lean avser ge upphov till. Vidare finns studier som visar att vissa möjligheter till förbättringar och kostnadsbesparingar riskerar att gå oupptäckta om verksamheten ses ur ett strikt Lean-perspektiv. Med ett miljösynsätt finns dock chans att dessa blir upptäckta. Detta indikerar att såväl kostnads- som miljömässiga fördelar kan nås genom en integration av arbetet med Lean och miljöaspekter.</p><p>Syftet med detta examensarbete har varit att undersöka hur ett företags arbete med Lean respektive miljöaspekter påverkar varandra för att ta reda på om och hur väl de båda arbetssätten skulle kunna fungera tillsammans. Om det visade sig att en integration av Lean och miljö vore möjlig och fördelaktig ur affärsmässig synvinkel skulle sedermera ett förslag tas fram på hur en sådan modell skulle kunna se ut. Arbetets syfte har uppfyllts genom en kombination av litteraturstudier och intervjuer. Fyra svenska företag som arbetar enligt Lean och även har ett uttalat aktivt miljöarbete intervjuades gällande sitt sätt att arbeta med Lean och miljöfrågor samt hur de såg på en eventuell integration av de två arbetssätten.</p><p>Utifrån resultaten från litteratur- och intervjustudien kan konstateras att flera av grundtankarna inom såväl Lean som miljöarbete stöder varandra. Inom båda arbetssätten ses kontinuerliga förbättringar och eliminering av slöseri som viktiga inslag, och båda främjar en organisationskultur där personalen uppmuntras att lösa problem och förbättra företagets prestation. Vissa enskilda verktyg inom Lean riskerar emellertid att ha en negativ inverkan på företagets miljöprestanda, något som i många fall dock kan avhjälpas genom god planering.</p><p>Till ett företags miljöarbete kan Lean bidra med ett proaktivt förhållningssätt och strukturerat arbetssätt och därmed få organisationen att arbeta mer förebyggande och långsiktigt med miljöfrågor. De intervjuade företagen ansåg att Lean generellt hade en positiv inverkan på deras miljöarbete, även om de inte hade gjort någon utvärdering av hur arbetet med Lean påverkat deras miljönyckeltal. De kvantitativa data som erhölls från litteraturstudien pekade på att arbete med Lean kan leda till en direkt minskning av företagets miljöpåverkan inom flera områden. Med utgångspunkt i dessa kvantitativa och kvalitativa data anser författarna således att det finns starka och tydliga tecken som visar på att Lean kan ha en positiv inverkan på miljörelaterade nyckeltal. Ett aktivt miljöarbete kan å sin sida bidra till arbetet med Lean genom att besparingsmöjligheter, som annars skulle riskerat att förbli oupptäckta, uppdagas.</p><p>Studien visade vidare att det inte bara är möjligt att integrera arbete med Lean och miljö, utan att en sådan integration dessutom har potential att vara fördelaktigt ur såväl ett ekonomiskt som ett miljömässigt perspektiv. En integrering kan minska risken för suboptimeringar, och synergieffekter kan erhållas som innebär att större framgångar kan uppnås än vad som skulle ha varit möjligt om arbetet med Lean och miljö hade bedrivits isolerat. Med vetskapen om att en integration är möjlig och har potential att vara fördelaktig ur företagsekonomisk och miljömässig synvinkel utarbetade författarna en modell för hur Lean och miljöarbete kan bedrivas integrerat. I samråd med Sustainia AB bestämdes att denna modell skulle kallas Green Lean, vilket således åsyftar en miljöanpassad, ”grön” form av Lean.</p> / <p>This report is the result of a master thesis written at the Department of Management and Engineering at Linköping University commissioned by the consultancy firm Sustainia AB.</p><p>Lean production, also known as Lean, has during the last decade increasingly become a more attractive production philosophy for decreasing costs and increasing customer satisfaction by improving customer service and obtaining more efficient production flows. Several authors have pointed out that Lean has the potential to directly improve the environmental performance of a company, mostly by decreasing waste generation. Further, there are studies showing that some possibilities for improvement and cost savings risk not being discovered if the operations are seen strictly from a Lean perspective. When an environmental perspective is included there is a chance that these improvements and cost savings are discovered. This indicates that both environmental and cost related advantages might be achieved by integrating the Lean approach with that of the environment.</p><p>The purpose of this master thesis was to investigate how the work with Lean and environmental aspects affect one another. If applying the two principles together was shown to be both possible and beneficial from a business point of view, the authors would propose how these two concepts could be integrated into a single model. A combination of literature studies and interviews were used to fulfill the purpose. Four Swedish enterprises, which work according to the Lean principles and also have an active environmental profile, were interviewed about their way of working with the two approaches, as well their views on an integration of these.</p><p>From the findings in this study the authors concluded that several of the fundamental concepts concerning Lean and environmental aspects support each other. Within both, continuous improvements and waste elimination are seen as important components, and they both support an organisational culture where the personnel are encouraged to solve problems and improve the performance of the company. Conversely the authors found that there is a risk that certain of the Lean tools risk having a negative influence on the company’s environmental performance. However, in many cases this can be avoided by proactive planning.</p><p>Lean can contribute to a company’s environmental work by its proactive approach, structured way of operating and long-term way of thinking. In general the interviewed companies regarded Lean as having a positive influence on their environmental work, even though none of them had carried out an evaluation on how their work with Lean affected their environmental key performance indicators. The quantitative data obtained from the literature study indicates that Lean can lead to a direct decrease of a company’s environmental impact within several areas. As a result of these qualitative and quantitative data the authors of this thesis have found clear indications showing that Lean might have a positive impact on environmental key performance indicators. An active environmental work can also contribute to the work with Lean. Potential cost saving, which might not have been discovered with the Lean perspective, can be revealed when the organisation is studied from an environmental point of view.</p><p>The study further showed that it not only is possible to integrate Lean and environmental work, but that it also has potential to be beneficial from both a business and an environmental standpoint. An integration of Lean and environmental issues can reduce the risk of sub optimisations, and synergies can be achieved, meaning that the two systems can accomplish more together than they would in isolation. With this knowledge, the authors composed a model for how Lean and environmental work can be practised and integrated. In consultation with Sustainia AB it was decided that this model should be called Green Lean, which hence refers to an environmentally favourable, “green”, version of Lean.</p>

Denna rapport är resultatet av ett examensarbete utfört vid Institutionen för industriell och ekonomisk utveckling vid Linköpings universitet på uppdrag av konsultbolaget Sustainia AB. Lean produktion, ofta benämnt Lean, har det senaste decenniet blivit en allt mer attraktiv produktionsfilosofi för att minska kostnader och öka kundnöjdhet genom förbättrad leveransservice och effektivare flöde. Ett flertal författare har påpekat att införandet av Lean direkt kan förbättra ett företags miljöprestanda, främst till följd av det minskade slöseri som Lean avser ge upphov till. Vidare finns studier som visar att vissa möjligheter till förbättringar och kostnadsbesparingar riskerar att gå oupptäckta om verksamheten ses ur ett strikt Lean-perspektiv. Med ett miljösynsätt finns dock chans att dessa blir upptäckta. Detta indikerar att såväl kostnads- som miljömässiga fördelar kan nås genom en integration av arbetet med Lean och miljöaspekter. Syftet med detta examensarbete har varit att undersöka hur ett företags arbete med Lean respektive miljöaspekter påverkar varandra för att ta reda på om och hur väl de båda arbetssätten skulle kunna fungera tillsammans. Om det visade sig att en integration av Lean och miljö vore möjlig och fördelaktig ur affärsmässig synvinkel skulle sedermera ett förslag tas fram på hur en sådan modell skulle kunna se ut. Arbetets syfte har uppfyllts genom en kombination av litteraturstudier och intervjuer. Fyra svenska företag som arbetar enligt Lean och även har ett uttalat aktivt miljöarbete intervjuades gällande sitt sätt att arbeta med Lean och miljöfrågor samt hur de såg på en eventuell integration av de två arbetssätten. Utifrån resultaten från litteratur- och intervjustudien kan konstateras att flera av grundtankarna inom såväl Lean som miljöarbete stöder varandra. Inom båda arbetssätten ses kontinuerliga förbättringar och eliminering av slöseri som viktiga inslag, och båda främjar en organisationskultur där personalen uppmuntras att lösa problem och förbättra företagets prestation. Vissa enskilda verktyg inom Lean riskerar emellertid att ha en negativ inverkan på företagets miljöprestanda, något som i många fall dock kan avhjälpas genom god planering. Till ett företags miljöarbete kan Lean bidra med ett proaktivt förhållningssätt och strukturerat arbetssätt och därmed få organisationen att arbeta mer förebyggande och långsiktigt med miljöfrågor. De intervjuade företagen ansåg att Lean generellt hade en positiv inverkan på deras miljöarbete, även om de inte hade gjort någon utvärdering av hur arbetet med Lean påverkat deras miljönyckeltal. De kvantitativa data som erhölls från litteraturstudien pekade på att arbete med Lean kan leda till en direkt minskning av företagets miljöpåverkan inom flera områden. Med utgångspunkt i dessa kvantitativa och kvalitativa data anser författarna således att det finns starka och tydliga tecken som visar på att Lean kan ha en positiv inverkan på miljörelaterade nyckeltal. Ett aktivt miljöarbete kan å sin sida bidra till arbetet med Lean genom att besparingsmöjligheter, som annars skulle riskerat att förbli oupptäckta, uppdagas. Studien visade vidare att det inte bara är möjligt att integrera arbete med Lean och miljö, utan att en sådan integration dessutom har potential att vara fördelaktigt ur såväl ett ekonomiskt som ett miljömässigt perspektiv. En integrering kan minska risken för suboptimeringar, och synergieffekter kan erhållas som innebär att större framgångar kan uppnås än vad som skulle ha varit möjligt om arbetet med Lean och miljö hade bedrivits isolerat. Med vetskapen om att en integration är möjlig och har potential att vara fördelaktig ur företagsekonomisk och miljömässig synvinkel utarbetade författarna en modell för hur Lean och miljöarbete kan bedrivas integrerat. I samråd med Sustainia AB bestämdes att denna modell skulle kallas Green Lean, vilket således åsyftar en miljöanpassad, ”grön” form av Lean. / This report is the result of a master thesis written at the Department of Management and Engineering at Linköping University commissioned by the consultancy firm Sustainia AB. Lean production, also known as Lean, has during the last decade increasingly become a more attractive production philosophy for decreasing costs and increasing customer satisfaction by improving customer service and obtaining more efficient production flows. Several authors have pointed out that Lean has the potential to directly improve the environmental performance of a company, mostly by decreasing waste generation. Further, there are studies showing that some possibilities for improvement and cost savings risk not being discovered if the operations are seen strictly from a Lean perspective. When an environmental perspective is included there is a chance that these improvements and cost savings are discovered. This indicates that both environmental and cost related advantages might be achieved by integrating the Lean approach with that of the environment. The purpose of this master thesis was to investigate how the work with Lean and environmental aspects affect one another. If applying the two principles together was shown to be both possible and beneficial from a business point of view, the authors would propose how these two concepts could be integrated into a single model. A combination of literature studies and interviews were used to fulfill the purpose. Four Swedish enterprises, which work according to the Lean principles and also have an active environmental profile, were interviewed about their way of working with the two approaches, as well their views on an integration of these. From the findings in this study the authors concluded that several of the fundamental concepts concerning Lean and environmental aspects support each other. Within both, continuous improvements and waste elimination are seen as important components, and they both support an organisational culture where the personnel are encouraged to solve problems and improve the performance of the company. Conversely the authors found that there is a risk that certain of the Lean tools risk having a negative influence on the company’s environmental performance. However, in many cases this can be avoided by proactive planning. Lean can contribute to a company’s environmental work by its proactive approach, structured way of operating and long-term way of thinking. In general the interviewed companies regarded Lean as having a positive influence on their environmental work, even though none of them had carried out an evaluation on how their work with Lean affected their environmental key performance indicators. The quantitative data obtained from the literature study indicates that Lean can lead to a direct decrease of a company’s environmental impact within several areas. As a result of these qualitative and quantitative data the authors of this thesis have found clear indications showing that Lean might have a positive impact on environmental key performance indicators. An active environmental work can also contribute to the work with Lean. Potential cost saving, which might not have been discovered with the Lean perspective, can be revealed when the organisation is studied from an environmental point of view. The study further showed that it not only is possible to integrate Lean and environmental work, but that it also has potential to be beneficial from both a business and an environmental standpoint. An integration of Lean and environmental issues can reduce the risk of sub optimisations, and synergies can be achieved, meaning that the two systems can accomplish more together than they would in isolation. With this knowledge, the authors composed a model for how Lean and environmental work can be practised and integrated. In consultation with Sustainia AB it was decided that this model should be called Green Lean, which hence refers to an environmentally favourable, “green”, version of Lean.

<p dir="ltr">In our daily lives, we rely on a multitude of discrete products to meet our needs. Traditional product design approaches have primarily focused on economic and technical aspects, often overlooking the pressing environmental and social challenges facing society. Recognizing the limitations of our ecological systems to cope with the waste generated by our current industrial processes, there is a growing need to anticipate the potential consequences of product design across technical, economic, environmental, and social dimensions to pave the way for a sustainable future. One promising strategy within this context is the integration of sustainability principles into optimization-based design models that consider a product's entire life cycle. While there have been previous efforts to optimize product life cycles, a comprehensive exploration of optimization-based design methods with a focus on multiple objectives for discrete products is essential. This dissertation explores the integration of sustainability principles with optimization-based design by taking the electric traction motor used in electric vehicles as a case study. This complex and environmentally significant technology is ideal for investigating the tradeoffs and benefits of incorporating sustainability objectives into the design process.</p><p dir="ltr">The key tasks undertaken in this study are as follows:</p><ul><li>Development of a parametric design and optimization framework for a surface-mounted permanent magnet synchronous motor. In this task, a special emphasis is placed on reducing reliance on materials with a high supply risk, such as rare earth elements.</li><li>Creation of a parametric life cycle assessment model that combines life cycle assessment and optimization-based design to minimize a single-score environmental impact. This model offers insights into the environmental performance of product design and underscores the importance of minimizing environmental impact throughout a product's life cycle.</li><li>Integration of a life cycle costing model, incorporating techno-economic assessment and total cost of ownership perspectives, into the parametric life cycle assessment and optimization-based design models. This model is used to minimize levelized production and driving costs, shedding light on the trade-offs within this family of cost metrics and the optimization of manufacturing systems for motor production.</li><li>Proposal of a circular economy model/algorithm to assess the advantages of integrating the circular economy paradigm during the early design phase. All the mentioned objective functions are considered to study the impacts of applying the circular economy paradigm.</li></ul><p dir="ltr">The contributions of this research can be summarized as follows:</p><ul><li>Utilized a diverse array of analytical methodologies to parameterize the design process of a motor, incorporating the integration of Life Cycle Assessment (LCA) and Techno-Economic Analysis (TEA) models, as well as the incorporation of disassembly planning for informed decision-making in the early stages of design.</li><li>Proposed a generalized objective function denoted as the Supply Risk-equivalent (SR-eq.), aimed at mitigating the risks associated with the dependency on critical materials in product manufacturing.</li><li>Introduced a novel approach for visualizing non-dominated solutions within a multi-objective framework, with experimentation conducted on up to six distinct objectives.</li><li>Substantiated the significance of decarbonizing the electric grid while maintaining competitive cost structures, the importance of advancing non-destructive evaluation (NDE) procedures for assessing the condition of end-of-life (EoL) subassemblies, and optimizing the collection rate of EoL motors.</li></ul><p dir="ltr">Demonstrated that the optimization of technical metrics as surrogate indicators for economic and environmental performance does not necessarily yield designs that are concurrently optimal in economic and environmental terms.</p>