Fiber reinforced plastics are composite materials that offer a lower weight, while still mechanically perform at least as good as conventional materials such as steel. This makes them attractive for the automotive industry since the implementation of them in e.g. a car frame would enable the manufacturers to sell a more fuel efficient vehicle to the customer. The manufacturing of composites is however more energy intense than for steel and the recycling capabilities are limited. This encourages the car designer to regard the product from a macro-perspective, spanning from the extraction of the resources needed to produce the material, to the phase where the product which the material constitutes is disposed. By analyzing such a macro-perspective, the life cycle energy of a product system can be estimated. Since the life cycle energy is correlated to the component design, an optimization problem can be established where the objective function to be minimized is the total life cycle energy. The component design can be expressed in terms of optimization design variables, yielding that the minimum energy is achieved by the optimal design. This methodology is called life cycle energy optimization (LCEO). The aim of this thesis is to apply this method and present a comparison between different materials and recycling strategies for a load carrying frame component provided by Volvo Cars. The materials studied are carbon fiber reinforced plastics (CFRP), glass fiber sheet moulding compound (GF-SMC) and conventional steel. A Python model consisting of five life cycle phases where each phase was described by a function was implemented. Each function uses the component geometry and material properties as an input and gives the energy of the phase as an output. By summing the outputted energies, the life cycle energy is obtained. The distribution of the results is visualized with bar plots. The results show that the least energy demanding option is to manufacture the component in GF-SMC and process the end-of-life product mechanically. If the fiber degradation is taken into account, the most efficient strategy is to manufacture the component in CFRP and recycle it using solvolysis. This thesis shows that the LCEO methodology can be used as a tool for designers to include the recyclability in an early phase of the product development. Future challenges concern the development of industrial recycling of fiber reinforced plastics where the fiber degradation is minimized. / Fiberförstärkta polymerplaster är kompositmaterial som erbjuder en lägre vikt än konventionella material som stål, samtidigt som de bibehåller den mekaniska prestandan. Detta gör dem intressanta för fordonsindustrin då nyttjandet av dem skulle möjliggöra tillverkare att sälja bränsleeffektivare bilar. Tillverkningen av sådana kompositer är dock mer energikrävande än den för stål och deras återvinningsmöjligheter är begränsade. Detta skapar för fordonsformgivaren ett incitament att beakta produkten i ett makroperspektiv som sträcker sig från utvinningen av naturresurserna för att skapa materialet, till slutskedet av produktens avsedda användning. Genom att bestämma hur den ackumulerade energin är fördelad i ett sådant makroperspektiv kan den total livscykelenergin beräknas. Eftersom livscykelenergin är kopplad till komponentens formgivning, kan ett optimeringsproblem med livscykelenergin som målfunktion att minimeras ställas upp. Komponentens formgivning kan uttryckas som optimeringsproblemets designvariabler. Den design som ger den lägsta livscykelenergin blir därmed den optimala formgivningen. Denna metod kallas livscykelenergioptimering (LCEO). Målet med detta examensarbete är att tillämpa denna metod på en lastbärande bilkomponent tillhandahållen av Volvo Cars och genomföra en jämförelseanalys mellan olika material samt återvinningsstrategier. Materialen som undersöks är kolfiberförstärkt härdplastkompist (CFRP), sheet moulding compound med glasfiber (GF-SMC) och konventionellt stål. Den Pythonimplementerade modellen består av fem livscykelfaser där varje fas uttrycks om en funktion med komponentgeomterin samt materialegenskaperna som indata och ger energiåtgången för fasen som utdata. Genom att summera energierna erhålls livscykelenergin och genom att presentera resultaten i ett stapeldiagram kan livscykelenergidistributionen visualiseras. Resultaten visar att det minst energikrävande alternativet är att tillverka komponenten i GF-SMC och återvinna produkten genom mekanisk bearbetning. Om hänsyn tas till fiberslitage blir den optimala lösningen att tillverka komponenten i CFRP och återvinna den genom solvolys. Detta arbete visar att LCEO- metoden, i ett tidigt skede, kan användas som ett verktyg av formgivare för att inkludera hur väl en produkt kan återvinnas. Framtida utmaningar består av att utveckla återvinningen av fiberförstärkta härdplaster industriellt, så att fiberslitaget minimeras.

The Life Cycle Energy Optimisation (LCEO) methodology aims at finding a design solution that uses a minimum amount of cumulative energy demand over the different phases of the vehicle's life cycle, while complying with a set of functional constraints. This effectively balances trade-offs, and therewith avoids sub-optimal shifting between the energy demand for the cradle-to-production of materials, operation of the vehicle, and end-of-life phases. This work further develops the LCEO methodology and expands its scope through three main methodological contributions which, for illustrative purposes, were applied to a vehicle sub-system design case study. An End-Of-Life (EOL) model, based on the substitution with a correction factor method, is included to estimate the energy credits and burdens that originate from EOL vehicle processing. Multiple recycling scenarios with different levels of assumed induced recyclate material property degradation were built, and their impact on the LCEO methodology's outcomes was compared to that of scenarios based on landfilling and incineration with energy recovery. The results show that the inclusion of EOL modelling in the LCEO methodology can alter material use patterns and significantly effect the life cycle energy of the optimal designs. Furthermore, the previous model is expanded to enable holistic vehicle product system design with the LCEO methodology. The constrained optimisation of a vehicle sub-system, and the design of a subset of the processes which are applied to it during its life cycle, are simultaneously optimised for a minimal product system life cycle energy. In particular, a subset of the EOL processes' parameters are considered as continuous design variables with associated barrier functions that control their feasibility. The results show that the LCEO methodology can be used to find an optimal design along with its associated ideal synthetic EOL scenario. Moreover, the ability of the method to identify the underlying mechanisms enabling the optimal solution's trade-offs is further demonstrated. Finally, the functional scope of the methodology is expanded through the inclusion of shape-related variables and aerodynamic drag estimations. Here, vehicle curvature is taken into account in the LCEO methodology through its impact on the aerodynamic drag and therewith its related operational energy demand. In turn, aerodynamic drag is considered through the estimation of the drag coefficient of a vehicle body shape using computational fluid dynamics simulations. The aforementioned coefficient is further used to estimate the energy required by the vehicle to overcome aerodynamic drag. The results demonstrate the ability of the LCEO methodology to capitalise on the underlying functional alignment of the structural and aerodynamic requirements, as well as the need for an allocation strategy for the aerodynamic drag energy within the context of vehicle sub-system redesign. Overall, these methodological developments contributed to the exploration of the ability of the LCEO methodology to handle life cycle and functional trade-offs to achieve life cycle energy optimal vehicle designs. / Livscykelenergioptimerings-metodologin (LCEO) syftar till att hitta en designlösning som använder en minimal mängd av energi ackumulerat över de olika faserna av en produkts (i detta arbete i formen av ett fordon) livscykel, samtidigt som den uppfyller en förutbestämd uppsättning funktionella begränsningar. Genom detta kan avvägningar balanseras effektivt, och därmed undviks suboptimala förskjutningar mellan energibehovet för vagga-till-produktion av material, fordonets användningsfas samt hantering av det uttjänta fordonet, på engelska kallad End-Of-Life (EOL). Detta arbete vidareutvecklar LCEO-metodologin och utvidgar dess omfattning genom tre huvudsakliga metodologiska bidrag, som, för illustrativa syften, har applicerats på en fallstudie av ett fordons sub-systemdesign. En EOL-modell baserad på substitution med korrigeringsfaktorer, är inkluderad för att uppskatta energikrediter och bördor som härrör från hanteringen av det uttjänta fordonet. Flera olika scenarier som beskriver återvinning med olika nivåer av antagen degradering av egenskaper hos de återvunna materialen har definierats, och deras respektive LCEO utfall har jämförts med motsvarande resultat för scenarier baserade på deponering och förbränning med energiåtervinning. Resultaten visar att införandet av en EOL-modell i LCEO-metodologin kan ändra flöden och mönster kring materialanvändning och har en signifikant påverkan på den totala livscykelenergin i de optimala fordonsdesignen Då valet av EOL-modell har signifikans för LCEO utfallet, har de föregående, statiska modellerna kompletterats med en utvidgning mot en mer holistisk systemstudie utifrån LCEO. I denna utvidgning studeras frågor kring optimerade produktsystem, framförallt avseende en delmängd av EOL processernas parametrar som har inkluderats i form av kontinuerliga designvariabler med antagna barriärfunktioner som modellerar deras genomförbarhet. Resultaten visar att LCEO kan användas för att finna den optimala designen av en fordonskomponent tillsammans med dess associerade, ideala, syntetiska EOL-scenario. Dessutom demonstreras metodens förmåga att identifiera de underliggande mekanismer som möjliggör den optimala lösningens avvägningar. För att utöka komplexiteten i de ansatta funktionella begränsningarna har även form-relaterade variabler och aerodynamiska motståndsberäkningar tagits med. I det här fallet används krökningen på den studerade fordonskomponenten som ytterligare en variabel i LCEO analyser, med dess inverkan på det aerodynamiska motståndet och i och med detta variationer i användningsfasens energibehov. I detta fallet har det aerodynamiska motståndet tagits med i analysen genom uppskattning av motståndskoefficienten av en fordonskomponent framtagen genom strömningsmekaniska beräkningar. Denna uppskattning används sedan för att modellera den energi som krävs av fordonet för att övervinna det aerodynamiska luftmotståndet. I detta sammanhang visas också på behovet av en strategi för allokering av den aerodynamiska motståndsenergin hos en sub-komponent i relation till helheten, när fokus ligger på design av ett sub-system hos ett fordon. Resultaten visar att LCEO beskriver den underliggande funktionella synergin mellan de ansatta strukturella och de aerodynamiska kraven. Detta arbete bidrar till att LCEO utvecklas i flera olika avseenden som utgör väsentliga steg mot en pro-aktiv metod som kan hantera livscykel- och funktionella avvägningar i en optimal fordonsdesign ur ett livscykelenergiperspektiv.