Assessment and improvement of the environmental and economic life cycle performance of a heat pump

Abstract

In the last few decades, industry has been facing a lot of changes in different fields of action which require a quicker response. The political environment and, in particular, the major changes in customers business and needs, is putting corporations under big pressure not only to develop innovative and more sustainable products, but also to depict the transparency of their ecological footprint. Customers, policy makers and the future require sustainability proofs: seeing how companies measure it, how does the environmental footprint looks like and how it is intended to improve it. This was the starting point and motivation for this project. Thus, within the Thermotechnology sector, and in a product development context, the goal is to integrate more sustainable materials within the Heat Pumps Superstructure and respective Packaging aiming to achieve Bosch group established targets regarding environmental sustainability in medium-long-term taking into consideration the perspective of a more demanding consumer. To achieve this, the project was split into three sub-projects following the Action-Research methodology and the PDCA cycle. The first consisted of investigating feasible alternative materials to replace the plastics being used within the modules of Superstructure and Packaging to reduce the environmental impact along the product life cycle. However, to comply with this goal, a second sub-project arose, based on assessing the Carbon Footprint of the use-cases being analyzed both before and after the changes to quantify the benefits of the implemented improvements, following the Life Cycle Assessment methodology. The third sub-project was based on standardizing the Eco-Design process focused on new materials selection, integrating the environmental and economic pillars of sustainability, to transparently assess the cost-drivers and guarantee that these are taken into consideration in decision making. The cost evaluation was conducted using the Life Cycle Cost approach, aiming to include all the costs along the product life cycle including both environmental and financial impacts. The results obtained with the proposed improvements, caused a reduction of 62.7% (Scenario 1) and 64.3% (Scenario 2) in the Carbon Footprint along the whole product life cycle, while assuring that the quality of the Heat Pumps technical performance was maintained. The cost drivers were quantified and reduced within the Eco-Design process integration into the product development process following a continuous improvement approach, in order to achieve Eco-Transparency. In its turn, the application of the Eco-Design Framework, modelled using BPMN 2.0, enabled to make the process more agile, reducing the time and effort inputs in 66.7%.

Nas últimas décadas, a indústria tem enfrentado muitas mudanças em diferentes áreas de atuação que exigem uma resposta cada vez mais rápida. A legislação e, em particular, as grandes mudanças nos negócios e nas necessidades dos clientes, estão a colocar as empresas sob grande pressão, não apenas para desenvolver produtos inovadores e mais sustentáveis, mas também para providenciar transparência quanto à respetiva pegada ecológica. O mercado, governos e o futuro exigem provas de sustentabilidade: ver como as empresas a quantificam, qual a sua pegada ambiental e como se pretende melhorá-la. Este foi o ponto de partida e motivação para este projeto. Assim, inserido no setor da Termotecnologia e num contexto de desenvolvimento do produto, o objetivo é integrar materiais mais sustentáveis nas Superestruturas de Bombas de Calor e respetiva Embalagem, visando atingir as metas de sustentabilidade ambiental estabelecidas pelo grupo Bosch a médio-longo prazo tendo em conta a perspetiva de um consumidor mais exigente. Para isso, o projeto foi dividido em três subprojectos, seguindo a Metodologia Investigação-Ação e o Ciclo PDCA. O primeiro subprojecto consistiu na pesquisa de materiais alternativos viáveis para substituir os plásticos utilizados nos módulos de Superestrutura e Embalagem, visando reduzir o impacto ambiental ao longo do Ciclo de Vida do produto. No entanto, para cumprir esse objetivo, surgiu um segundo subprojecto baseado na avaliação da Pegada de Carbono das peças analisadas, antes e depois das mudanças para quantificar os benefícios das melhorias implementadas, seguindo a metodologia de Avaliação do Ciclo de Vida. O terceiro subprojecto baseou-se na standardização do processo de Eco-Design focado na seleção de novos materiais, integrando os pilares ambiental e económico da sustentabilidade, para avaliar de forma transparente os custos e garantir que estes sejam tidos em consideração aquando da tomada de decisão. A avaliação de custos foi realizada utilizando a abordagem de Custo do Ciclo de Vida, com o objetivo de incluir todos os custos ao longo do ciclo de vida do produto, incluindo impactos ambientais e financeiros. Os resultados obtidos com as melhorias propostas, provocaram uma redução de 62,7% (Cenário 1) e 64,3% (Cenário 2) na Pegada de Carbono ao longo de todo o ciclo de vida do produto, garantindo que a qualidade do desempenho técnico das Bombas de Calor se mantém. Os custos envolvidos foram quantificados e reduzidos na integração do processo de Eco-Design no desenvolvimento do produto seguindo uma abordagem de melhoria contínua, a fim de alcançar a Eco-Transparência. Por sua vez, a aplicação do processo de Eco-Design modelado em BPMN 2.0, possibilitou agilizar o processo, permitindo reduzir em 66,7% o tempo e esforço investidos.