Integration of resources valorization, costs, and reduced environmental impacts to apply circular indicators and strategies in buildings

Abstract

Current production and consumption patterns are inconsistent with the planet's regenerative capacity, and construction is considered a sector that consumes the most resources. One of the ways to change these standards is to adopt a Circular Economy (CE) model, which allows for the adaptation of resource management, the extension of the useful life of products, and the promotion of circularity. However, the reduction of impacts promoted by circular strategies (CS) is unclear. In this way, aligning them with other environmental management tools such as ecodesign can promote sustainable development. The main objective of this research is to integrate environmental performance, costs, and resource valorization, moving towards a CE in the built environment through the proposition of a multiattribute framework that uses ecodesign, circular strategies (CS), and indicators (CI). The thesis is based on Design Science Research, organized into three main phases (Understanding, Development, and Discussion), and comprises three articles. In the first Article, we carried out a systematic review of CS in the built environment and proposed a Framework based on ecodesign to assist in the process of choosing and monitoring the effects of CS on environmental and economic performance and increasing the value of resources. The results highlight that CE is recognized in the construction sector and many CSs can be applied to the sector. However, few studies have evaluated their combined use and demonstrated the benefits of applying them. Therefore, it is necessary to increase the number of case studies that apply CS and analyze the results found, favoring the reduction of impacts. In this sense, Article 2 investigates reuse and remanufacturing, recycling, and service life extension strategies for internal and external metallic modular systems for walls in two Brazilian case studies through Life Cycle Assessment (LCA), Life Cycle Costs (LCC), and Building Circularity Index (BCI). The case study contributes to the investigation of LCA modeling, considering more than one life cycle and providing data for decision-making on using CS and end-of-life scenarios. The results also emphasize that applying CS in the design phases favors other end-of-life scenarios but that an integrated assessment is important for the choice and that more CIs are demanded to communicate circularity. Thus, Article 3 investigates and evaluates CIs to measure circularity in construction products and incorporate them into the Framework proposed in Article 1. The results highlight that each CI is based on different CE data and principles. A combined analysis of environmental performance, circularity, and costs can contribute to the transition to CE. The Framework assists in the decision-making process and monitoring the effects of CE. The evaluated case study illustrated the Framework's potential and visual data communication capacity. Therefore, the main contributions of the research are: (i) identification of the potential of Ecodesign, CE, and sensitivity analysis in the transition to sustainable development; (ii) proposal of a framework for evaluating CE in construction systems; (iii) integration of environmental performance, costs and appreciation of resources in the built environment; (iv) evaluation of indicators to monitor the evolution of CE and assist in making CE decisions and reducing environmental impact.

Os padrões atuais de produção e consumo são inconsistentes com a capacidade regenerativa do planeta e a construção civil é considerada um dos setores que mais consomem recursos. Um dos meios de alterar esses padrões é adotar um modelo de Economia Circular (EC), que permite adequar a gestão de recursos, estendendo a vida útil dos produtos e promovendo a circularidade. Entretanto, a redução de impactos promovidos pelas estratégias circulares (ES) não é clara. Desta forma, alinhá-las com outras ferramentas de gestão ambiental como o ecodesign pode facilitar o alcance do desenvolvimento sustentável. O objetivo principal da presente pesquisa é integrar desempenho ambiental, custos e valorização de recursos, transitar para uma EC no ambiente construído, através de da proposição de um framework multiatributo que utiliza ecodesign, estratégias circulares (EC) e indicadores (IC). A tese é baseada no Design Science Research, organizada em três fases principais (Compreensão, Desenvolvimento e Discussão) e composta de três artigos. No primeiro Artigo, realizou-se uma revisão sistemática sobre ES no ambiente construído e foi proposto um Framework baseado no ecodesign para auxiliar no processo de escolha e acompanhamento dos efeitos das ES para o desempenho ambiental, econômico e aumento da valorização dos recursos. Os resultados destacam que há reconhecimento sobre a relevância da EC no setor da construção e que existem muitas ESs, mas poucos estudos avaliam seu uso combinado e demonstram os benefícios de aplicá-las. Dessa forma, é necessário ampliar o número de estudos de caso que aplicam ES e analisar os resultados encontrados também favorecendo a redução de impactos. Nesse sentido, o Artigo 2 investiga as estratégias de reutilização e remanufatura, reciclagem e extensão da vida útil para sistema modular metálico interno e externo para paredes em dois estudos de caso brasileiros, através da Avaliação do Ciclo de Vida (ACV), Custo do Ciclo de Vida (CCV) e Índice de Circularidade da Edificação (BCI). O estudo de caso contribui para a investigação da modelagem de ACV considerando mais de um ciclo de vida, fornecendo dados para a tomada de decisão sobre o uso de ES e cenários de fim de vida. Os resultados também enfatizam que a aplicação de ES nas fases de projeto favorece outros cenários de fim de vida, mas que uma avaliação integrada é importante para a escolha e que são necessários mais ICs para comunicar a circularidade. Dessa forma, o Artigo 3 investiga e avalia ICs para medir a circularidade nos produtos de construção e incorporá-los no Framework, proposto no Artigo 1. Os resultados destacam que cada IC é baseado em dados e princípios de EC diferentes. Uma análise combinada do desempenho ambiental, da circularidade e dos custos pode contribuir para a transição para a EC. O Framework auxilia no processo de tomada de decisão e monitoramento dos efeitos das EC. O estudo de caso avaliado ilustrou o potencial do Framework e a capacidade visual de comunicação de dados. Portanto, as principais contribuições da pesquisa são: (i) identificação do potencial do Ecodesign, circularidade e análise de sensibilidade na transição para o desenvolvimento sustentável; (ii) proposta de framework para avaliação da circularidade em sistemas construtivos; (iii) integração de desempenho ambiental, custos e valorização de recursos no ambiente construído; (iv) avaliação de indicadores para acompanhar a evolução da EC e auxiliar na tomada de decisões de circularidade com redução do impacto ambiental.