Budowanie cyrkularnego łańcucha dostaw

Klastry przemysłowe, będące filarami zatrudnienia i dobrobytu w Europie, stoją przed wyzwaniem integracji symbiozy przemysłowej (SP). Ta strategia biznesowa promuje współpracę między gałęziami przemysłu, które tradycyjnie funkcjonowały w izolacji, w celu optymalizacji wykorzystania zasobów takich jak energia, woda, produkty uboczne, infrastruktura i usługi. Jej nadrzędnym celem jest minimalizacja wpływu na środowisko przy jednoczesnym tworzeniu wartości ekonomicznej i społecznej, wzmacniając tym samym fundamenty gospodarki o obiegu zamkniętym.

Jednak, mimo że Unia Europejska traktuje regionalny zrównoważony rozwój jako priorytet, wiele obszarów uprzemysłowionych napotyka trudności we wdrażaniu symbiozy przemysłowej na szeroką skalę z powodu takich przeszkód jak:

• Współdzielenie technologii i infrastruktury.
• Efektywna integracja przepływu odpadów.
• Optymalizacja zarządzania energią i materiałami.
• Powiązanie z otaczającymi ekosystemami w celu maksymalizacji korzyści społecznych.

Poza barierami środowiskowymi i ekonomicznymi społeczności zamieszkujące okolice tych klastrów często odczuwają skutki zanieczyszczeń, co uwidacznia pilną potrzebę wdrażania bardziej zrównoważonych modeli rozwoju. Symbioza przemysłowa odgrywa kluczową rolę w ograniczaniu zużycia surowców pierwotnych, zmniejszaniu ilości odpadów oraz wspieraniu zrównoważonego rozwoju.

Gospodarka o obiegu zamkniętym: definicja i zasady

Według Kirchherra i współautorów (2017) gospodarka o obiegu zamkniętym (GOZ) zastępuje koncepcję „końca życia produktu” – charakterystyczną dla tradycyjnego modelu liniowego – podejściem skoncentrowanym na ponownym wykorzystaniu, recyklingu i odzysku materiałów w całym cyklu produkcji i konsumpcji. Model ten funkcjonuje na trzech poziomach: mikro (produkty i przedsiębiorstwa), mezo (parki ekoprzemysłowe), makro (miasta, regiony i inne jednostki terytorialne), a jego celem jest promowanie jakości środowiska, dobrobytu gospodarczego i sprawiedliwości społecznej dla obecnych oraz przyszłych pokoleń.

Znany diagram motyla ilustruje ciągły przepływ materiałów w gospodarce o obiegu zamkniętym, oparty na trzech podstawowych zasadach:

• Eliminacja odpadów i zanieczyszczeń.
• Utrzymywanie produktów i materiałów w użyciu jak najdłużej.
• Regeneracja systemów naturalnych.

Diagram gospodarki o obiegu zamkniętym w formie motyla opracowany przez Fundację Ellen MacArthur
Rysunek oparty na pracy Braungarta i McDonougha Cradle to Cradle (C2C)

Gospodarka o obiegu zamkniętym nie tylko wspiera zrównoważony rozwój, lecz także promuje przejście od gospodarek opartych na intensywnym wykorzystaniu materiałów do gospodarek bardziej zorientowanych na pracę ludzką. Stymuluje to lokalną aktywność gospodarczą poprzez regenerację produkcyjną i ponowne wykorzystanie produktów. Najważniejsze korzyści płynące z tego podejścia przedstawiono na poniższym schemacie.

Korzyści gospodarki o obiegu zamkniętym
Źródło: opracowanie Beatriz Royo i Alicia Martínez de Yuso

Logistyka zwrotna – klucz do cyrkularnego łańcucha dostaw

Logistyka zwrotna (LZ) odgrywa zasadniczą rolę w gospodarce o obiegu zamkniętym, ponieważ umożliwia efektywny przepływ materiałów, zapasów w toku produkcji i półproduktów od klientów z powrotem do miejsca pochodzenia, przyczyniając się do ich ponownego wykorzystania lub recyklingu.

Logistyka zwrotna wspiera zrównoważony rozwój poprzez ograniczenie zużycia energii i emisji, zwiększając tym samym konkurencyjność przedsiębiorstw w obliczu presji finansowych, społeczno-ekonomicznych, prawnych i politycznych. Jednocześnie włączenie odzyskanych produktów do istniejących sieci logistycznych wiąże się z wyzwaniami wymagającymi przeprojektowania infrastruktury oraz procesów logistycznych.

Zmiana paradygmatu: od systemów liniowych do cyrkularnych

Gospodarka o obiegu zamkniętym oznacza radykalną zmianę sposobu myślenia o ekonomii i ma na celu oddzielenie wzrostu gospodarczego od zużycia zasobów. Transformacja ta zakłada stworzenie systemu ukierunkowanego na minimalizację ilości odpadów i maksymalizację efektywności wykorzystania zasobów poprzez strategie takie jak regeneracja, ponowne użycie oraz serwicyzacja.

Osiągnięcie tej zmiany zależy od wielu czynników. Produkty i procesy muszą zostać przeprojektowane w taki sposób, aby zapewnić trwałość, możliwość naprawy oraz łatwość demontażu, przy jednoczesnym zastosowaniu innowacyjnych rozwiązań ukierunkowanych na odzysk materiałów bez utraty funkcjonalności. Kluczową rolę odgrywają projektowanie modułowe, standaryzowane komponenty oraz wykorzystanie materiałów pochodzących z recyklingu. Równocześnie konieczne jest promowanie odpowiedzialnej konsumpcji oraz kultury ponownego użycia, napraw i uczestnictwa w systemach cyrkularnych, wspieranych przez odpowiednią politykę, edukację i współpracę przedsiębiorstw.

Dostęp zamiast własności: Czy konsumujemy produkty, czy jedynie z nich korzystamy?
GOSPODARKA Wzrost gospodarczy Oszczędności kosztów materiałowych Tworzenie miejsc pracy Innowacyjność	ŚRODOWISKO Redukcja emisji CO₂ Mniejsze zużycie surowców pierwotnych Zwiększenie produktywności gruntów i poprawa jakości gleby
PRZEDSIĘBIORSTWA Możliwości generowania zysków Mniejsza zmienność i większe bezpieczeństwo dostaw Nowe modele biznesowe i zapotrzebowanie na usługi Lepsze relacje z klientami i większa lojalność	SPOŁECZEŃSTWO Wzrost dochodu rozporządzalnego Większa opłacalność ekonomiczna Ograniczenie planowanego postarzania produktów Poprawa zdrowia

Modele biznesowe: szanse gospodarki o obiegu zamkniętym

Gospodarka o obiegu zamkniętym sprzyja rozwojowi innowacyjnych modeli biznesowych, które stawiają na pierwszym miejscu zachowanie wartości zasobów i zrównoważony rozwój. Jedną z najważniejszych możliwości jest serwicyzacja – strategia, w ramach której przedsiębiorstwa odchodzą od sprzedaży produktów na rzecz oferowania ich w formie usług. Przykładowo, zamiast sprzedawać sprzęt AGD, firmy mogą udostępniać go w ramach umów serwisowych, przejmując odpowiedzialność za jego bieżącą konserwację i naprawy.

Model ten spowalnia tempo zużycia materiałów, wydłuża cykl życia produktów i generuje miejsca pracy w sektorach takich jak regeneracja produkcyjna oraz utrzymanie ruchu, co jest szczególnie korzystne dla lokalnych gospodarek. Kolejnym istotnym aspektem jest wydłużanie cyklu życia produktów poprzez odnawianie i odzyskiwanie komponentów. Dzięki demontażowi urządzeń i produktów w celu odzyskania wartościowych materiałów przedsiębiorstwa ograniczają ilość odpadów oraz zmniejszają zależność od eksploatacji zasobów naturalnych. To podejście, wymagające dużego nakładu pracy, jest często realizowane lokalnie, wspierając tworzenie miejsc pracy w regionach oraz ograniczając negatywne skutki środowiskowe.

Wreszcie, kluczową funkcję w promowaniu cyrkularności pełnią łańcuchy dostaw. Symbioza przemysłowa w sieciach logistycznych umożliwia wymianę zasobów oraz ponowne wykorzystanie odpadów między przedsiębiorstwami. W rezultacie nie tylko zwiększa odporność łańcucha dostaw, ale również ogranicza ślad środowiskowy, tworząc trwałe podstawy dla wzrostu gospodarczego.

Modele hubów cyrkularnych: ekosystemy gospodarki o obiegu zamkniętym

W całej Europie różne ośrodki przemysłowe wdrażają zasady gospodarki o obiegu zamkniętym, umacniając swoją pozycję jako centra cyrkularności (H4C – Hubs for Circularity). Ekosystemy te wspierają odzysk zasobów, regenerację produkcyjną oraz symbiozę przemysłową, zacieśniając współpracę między sektorami i przekształcając odpady jednej branży w wartościowe surowce dla innej.

Przykładem jest europejski projekt IS2H4C (Sustainable Circular Economy Transition: From Industrial Symbiosis to Hubs for Circularity), koncentrujący się na współpracy międzysektorowej w celu optymalizacji logistyki, współdzielenia zasobów i ograniczania powstawania odpadów.

W Hiszpanii hub cyrkularny w Bilbao stał się punktem odniesienia dla silnie uprzemysłowionego Kraju Basków. Dążąc do osiągnięcia dekarbonizacji do 2050 roku, centrum to integruje strategiczne sektory gospodarki, takie jak: przemysł stalowy, przemysł cementowy, przemysł wapienniczy, przemysł celulozowo-papierniczy oraz rafinacja ropy naftowej.

W tym celu wykorzystuje zaawansowane technologie, takie jak oczyszczanie wody, piroliza czy elektroliza, służące do produkcji odnawialnych paliw syntetycznych, wychwytywania CO₂ oraz zastępowania surowców kopalnych. Jednocześnie testowane są rozwiązania z zakresu CCU (wychwytywania i wykorzystania dwutlenku węgla), technologii wodorowych oraz spalania tlenowego w przemyśle.

Centra cyrkularności pełnią funkcję poligonów doświadczalnych dla innowacyjnych rozwiązań gospodarki o obiegu zamkniętym, dostarczając cennych informacji na temat ich wykonalności, skalowalności i wpływu w rzeczywistych warunkach.

Łańcuchy dostaw: integracja symbiozy przemysłowej

Choć centra te oferują obiecujące zastosowania symbiozy przemysłowej, ich sukces zależy od wdrożenia solidnych modeli łańcucha dostaw. Jest to szczególnie istotne w przypadku wychwytywania dwutlenku węgla w branżach energochłonnych oraz przechodzenia na technologie oparte na wodorze. Oba procesy stoją jednak przed znaczącymi wyzwaniami związanymi z wdrożeniem, skalowalnością, długoterminową opłacalnością oraz wpływem na zrównoważony rozwój.

W sektorze budowlanym jedną z rozwijających się inicjatyw jest wychwytywanie i ponowne wykorzystanie dwutlenku węgla emitowanego podczas produkcji cementu, gdzie około 25% emisji pochodzi z procesu kalcynacji. Przykładem analizowanym przez Basque Circular HUB jest karbonatyzacja żużli stalowniczych w celu uzyskania żużli karbonatyzowanych. Chociaż rozwiązanie to przynosi wyraźne korzyści środowiskowe, jego integracja z cyrkularnym modelem biznesowym wiąże się z licznymi wyzwaniami.

Karbonatyzowane żużle pochodzące z procesów wychwytywania i wykorzystania dwutlenku węgla oraz żużle stalownicze
Źródło: Shashikant i Anurag, 2017

Tradycyjne liniowe łańcuchy dostaw funkcjonują jako systemy sterowane popytem, opierające się na założeniu nieograniczonej dostępności materiałów. Natomiast modele cyrkularne muszą mierzyć się z dodatkowymi wyzwaniami, takimi jak:

• Nieprzewidywalność rynku. Popyt na nowy lub dotychczas nieobecny na rynku produkt jest niepewny, co wymusza redefinicję łańcuchów dostaw i przejście od modelu opartego na strategii push do bardziej elastycznych rozwiązań.
• Wahania zaopatrzenia. Dostępność surowców zależy od ilości odpadów przemysłowych, dlatego konieczne są skuteczne strategie logistyczne i magazynowe gwarantujące ciągłość dostaw.
• Opłacalność finansowa. Przepływy zwrotne wymagają dodatkowych inwestycji, co może zwiększać koszty i osłabiać konkurencyjność względem już ugruntowanych alternatyw.

Powodzenie tego nowego modelu biznesowego zależy zarówno od jego wykonalności, jak i od współpracy między wieloma zainteresowanymi stronami. Kluczową rolę odgrywają samorządy lokalne i administracja publiczna, wspierające lokalny przemysł poprzez dotacje i programy rozwojowe. Jednocześnie regulacje Unii Europejskiej oraz rynek handlu emisjami zachęcają do wdrażania tego modelu dzięki odpowiednim ramom prawnym i systemom zachęt. Zrozumienie tych wzajemnych zależności jest niezbędne dla zrównoważonej i skalowalnej transformacji nie tylko sektora budowlanego, lecz także innych branż i regionów.

Aby sprostać tym złożonym wyzwaniom, ważną rolę odgrywają metody modelowania ilościowego, które pomagają identyfikować zależności systemowe, projektować polityki publiczne oraz tworzyć zrównoważone łańcuchy dostaw. Modele dynamiki systemów (SDS- System Dynamics Simulation) umożliwiają symulowanie ewolucji złożonych systemów w czasie. Dzięki temu dostarczają cennych informacji w trzech kluczowych obszarach:

• ekonomicznych skutków wdrożenia technologii wychwytywania i wykorzystania dwutlenku węgla (CCU),
• wpływu zmian w polityce publicznej,
• długoterminowej wykonalności rynkowych rozwiązań z zakresu zrównoważonego rozwoju.

Yu i współautorzy (2023) połączyli modelowanie dynamiki systemów (SDS) oraz symulację zdarzeń dyskretnych (DES- Discrete Event Simulation) w celu oceny równowagi między czynnikami środowiskowymi i ekonomicznymi w zastosowaniu gospodarki o obiegu zamkniętym. Badanie dotyczyło recyklingu włókien aramidowych – produktu ubocznego produkcji tequili – poprzez ich mieszanie z tworzywami sztucznymi PBT w celu ograniczenia emisji CO₂. Wyniki wykazały, że wdrożenie na dużą skalę zapewniało największą redukcję emisji dwutlenku węgla, ale jednocześnie generowało najwyższe koszty. Z kolei selektywne podejście skierowane do kluczowych uczestników rynku, takich jak producenci opakowań, okazało się bardziej opłacalne, i mimo to przyniosło stopniowe korzyści środowiskowe.

Podsumowując, integracja modeli SDS i DES tworzy solidny zestaw narzędzi do oceny wykonalności inicjatyw gospodarki o obiegu zamkniętym. Dzięki połączeniu tych technik modelowania decydenci polityczni i liderzy przemysłu mogą strategicznie zarządzać rentownością, efektywnością wykorzystania zasobów i wpływem środowiskowym, zapewniając ekonomiczną opłacalność oraz skalowalność cyrkularnych łańcuchów dostaw.

W kierunku skutecznego wdrożenia

Gospodarka o obiegu zamkniętym, symbioza przemysłowa oraz logistyka zwrotna stanowią fundamentalne filary budowy cyrkularnego łańcucha dostaw. Ich skuteczne wdrożenie wymaga jednak zarządzania wieloma niewiadomymi związanymi z dostępnością materiałów, wahaniami popytu, ramami regulacyjnymi oraz opłacalnością ekonomiczną. Modelowanie ilościowe odgrywa decydującą rolę w radzeniu sobie z tymi złożonościami poprzez symulowanie różnych scenariuszy, ocenę czynników ryzyka i optymalizację procesów decyzyjnych.

---

---