Implementation and evaluation of the circular economy model in the construction and demolition waste sector

Abstract

Construction and demolition waste (CDW) is a major environmental concern that requires immediate attention. The large volumes of CDW produced and its associated environmental effects have led to explore new alternatives addressing this problem in more sustainable ways. In this context, the Circular Economy (CE) paradigm emerged as an innovative solution for creating more sustainable production and consumption patterns, fostering economic growth, and providing environmental protection and social welfare. At the global level, the concept of CE has gained increasing interest from government bodies, business organizations and academics. This has resulted in multiple political agendas including CE as a core driver, as well as an emerging trend of research exploring its concept and applications. However, because of the novelty and dynamism of the concept, research developments on practical applications and quantitative assessments are at an early stage. The main aim of this study was to propose an approach to integrate the CE concept in the construction and demolition sector, as well as providing the basis for evaluating the environmental and economic effects of circularity strategies and to monitor their implementation. For this purpose, an integrative framework of strategies for CE adoption in the CDW sector is proposed. This together with a methodological proposal to evaluate and compare the environmental and economic performance of different circularity alternatives incorporating multi-criteria decision analysis. In addition, this work proposes a system of indicators for measuring CE features for CDW products. The proposed framework identifies 14 influential strategies for the circularity of the CDW sector and describes their interaction throughout its lifecycle stages. The methodological proposal incorporates the Life Cycle Analysis (LCA) methodology to assess the environmental dimension., while the economic criteria adopt a complex cost method. The multicriteria VIKOR method was used to perform the multi-criteria analysis. The methodology is applied to evaluate the use of concrete waste in high-grade applications, specifically the production of structural and non-structural concrete mixes in the region of Catalonia, Spain. The indicators framework incorporates a systematic approach considering the most relevant factors and parameters for successful measurement of CE interventions. It consists of 22 measures within the three dimensions of environment, economic and innovation/materials. Preconstruction strategies are highlighted as the most influential in the circularity of the sector. CE strategies presented better environmental and economic performance; however, results are conditioned by the particular context of the study. Transportation and landfilling are identified as the most conditioning parameters affecting both environmental and economic performance.

Los residuos de construcción y demolición (RCD) son un grave problema medio ambiental que requiere atención inmediata. Los grandes volúmenes de RCD producidos y sus efectos ambientales han llevado a buscar nuevas alternativas para resolver esta problemática de forma más sostenible. En ese contexto, la Economía Circular (EC) ha emergido como una solución innovadora para crear patrones de producción y consumo más sostenibles, fomentar el crecimiento económico, asegurar la protección medio ambiental y la protección social. A nivel global, el concepto de la EC ha ganado interés entre organismos gubernamentales, sector empresarial y académicos. Ello ha resultado en la incorporación de la EC como eje conductor en múltiples agendas políticas y con una tendencia emergente en la investigación de su concepto y aplicaciones. Sin embargo, la investigación de las potenciales aplicaciones y su evaluación se encuentran en una fase temprana de desarrollo debido a la novedad y dinamismo del concepto. El objeto principal de este estudio fue el de desarrollar una propuesta de integración del concepto de EC en el sector de la construcción y la demolición, así como proveer las bases para evaluar los efectos económicos y ambientales de estrategias de circularidad y monitorear su implementación. Para ello, se propone un marco integrativo de estrategias para la adopción de la EC en el sector de los RCD, además de una propuesta metodológica para evaluar y comparar el desempeño económico y ambiental de diferentes alternativas de circularidad incorporando análisis de decisión multi-criterio. Asimismo, este trabajo propone un sistema de indicadores para medir características de circularidad de los RCD. El sistema propuesto identifica 14 estrategias de influencia para la circularidad del sector de los RCD, describiendo su interacción a lo largo de sus etapas de ciclo de vida. La propuesta metodológica de evaluación incorpora la metodología de Análisis de Ciclo de Vida (ACV) para el criterio ambiental, y el análisis de costes complejos para el criterio económico. Mientras que para el desarrollo del análisis multi-criterio fue utilizado el método VIKOR. La metodología es aplicada en la evaluación del uso de residuos de concreto en aplicaciones de alto grado, específicamente en la producción de hormigón estructural y no estructural en la región de Cataluña, España. El marco de indicadores incorpora un enfoque sistémico que considera los factores y parámetros más relevantes para la adecuada medición de estrategias de EC. Este consiste en 22 medidas contenidas en tres grupos o dimensiones: ambiental, económica y de innovación/materiales. Las estrategias durante la etapa pre-constructiva son identificadas como las más influyentes en la circularidad del sector. Resultados de la evaluación muestran un mejor desempeño económico y ambiental de las alternativas de EC, sin embargo, éstos son condicionados por el contexto específico de la zona de estudio. En particular, el transporte y el vertido son identificados como los parámetros más condicionantes tanto para el aspecto ambiental, como el económico.

Els residus de construcció i demolició (RCD) són un greu problema mediambiental que requereix atenció immediata. Els grans volums de RCD produïts i els seus efectes ambientals han conduit a buscar noves alternatives per resoldre aquesta problemàtica en formes més sostenibles. En aquest context, l'Economia Circular (EC) ha emergit com una solució innovadora per a crear patrons de producció i de consum més sostenibles, impulsar el creixement econòmic, assegurar la protecció del medi ambient i la protecció social. A nivell global, el concepte de l'EC ha guanyat l'interès d'organismes governamentals, del sector empresarial i d'acadèmics. Això ha resultat en la incorporació de l'EC com eix conductor en múltiples agendes polítiques i amb una tendència emergent en la investigació del seu concepte i aplicacions. No obstant això, la investigació de les potencials aplicacions i la seva avaluació es troben en fase primerenca de desenvolupament degut a la novetat i dinamisme del concepte. L'objectiu principal d'aquest estudi va ser el desenvolupar una proposta d'integració de l'EC en el sector de la construcció i la demolició, així com proporcionar les bases per avaluar els efectes econòmics i ambientals d'estratègies de circularitat i monitoritzar la seva implementació. Per això, es proposa un marc integratiu d'estratègies per a l'adopció de l'EC en el sector dels RCD. A més, d'una proposta metodològica per avaluar i comparar el rendiment econòmic i ambiental de diferents alternatives de circularitat incorporant un anàlisi de decisió multi-criteri. Seguidament, aquest treball proposa un sistema d'indicadors per mesurar característiques de circularitat dels RCD. Aquest sistema identifica 14 estratègies d'influència per la circularitat del sector dels RCD, descrivint la seva interacció al llarg de les etapes de cicle de vida. La proposta metodològica d'avaluació incorpora la metodologia d'Anàlisis de Cicle de Vida (ACV) per al criteri ambiental, i l'anàlisi de costos complexos per al criteri econòmic. Mentre que per al desenvolupament de l'anàlisi multi-criteri s'ha utilitzat el mètode VIKOR. La metodologia s'aplica en l'avaluació del ús de residus de formigó en aplicacions d'alt grau, específicament en la producció de formigó estructural i no estructural en la regió de Catalunya, Espanya. El marc d'indicadors incorpora un enfocament sistèmic que considera els factors i paràmetres mes rellevants per a l'adequada mesura d'estratègies d'EC. Aquest consisteix en 22 mesures agrupades en 3 grups o dimensions: ambiental, econòmica i d'innovació/materials. S'identifica que les estratègies de l'etapa pre-constructiva són les més influents en la circularitat del sector. Els resultats de l'avaluació demostren que les alternatives d'EC presenten millor rendiment econòmic i ambiental, però, aquests són influenciats per les condicions particulars de la zona d'estudi. Particularment, el transport i abocament són identificats com els paràmetres més condicionants tan per el criteri ambiental, com per l'econòmic.