Ansari, Abdur Rahman (2026) Environmental Performance of Smartphones in a Circular Economy: a Life Cycle Approach. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF M.S. Thesis.pdf Restricted to Repository staff only until 13 August 2027. Download (3MB)

Arabic Abstract

تناولت هذه الدراسة تقييم األداء البيئي للهواتف الذكية في إطار االقتصاد الدائري باستخدام نهج قائمة على السيناريوهات ، )ICT( تُشكل الهواتف الذكية قطاعًا سريع النمو ضمن تكنولوجيا المعلومات واالتصاالت .)LCA( لتقييم دورة الحياة وتستمر آثارها البيئية في االرتفاع؛ ويزيد من ذلك كثافة استخدام المواد، واستهالك الطاقة، والتكرار السريع الستبدال األجهزة. وعلى الرغم من مناقشة االستراتيجيات الدائرية مثل إعادة االستخدام واإلصالح وإعادة التدوير على نطاق واسع، . النهج ضمن إطار واحد ومتسق ال تزال محدودة إال أن األبحاث التي تقيّم هذه باستخدام وحدة وظيفية عُرّ ِّ فت بأنها تقديم وظائف الهاتف )cradle-to-grave( أ ُجري تقييم دورة الحياة من المهد إلى اللح د R 9 بناءً على إطار عمل )R0–R9( الذكي على مدار فترة زمنية مدتها ست سنوات. وتَم تطوير عشرة سيناريوهات لالقتصاد الدائري، وشملت استراتيجيات تتراوح من االستخدام الخطي التقليدي إلى إعادة االستخدام، واإلصالح، والتجديد، )LCI( وإعادة التصنيع، وإعادة التوجيه (تغيير الغرض)، وإعادة التدوير، واسترداد الطاقة. تم تطوير حصر دورة الحياة باستخدام بيانات أولية ناتجة عن التفكيك الفعلي والقياس الكتلي لمكونات هاتف ذكي ممثِّل، مدعومة ببيانات ثانوية من قاعدة على ReCiPe 2016 أ ُ قيّ ِّمت اآلثار البيئية باستخدام منهجية .SimaPro وتم نمذجتها في برنامج ecoinvent بيانات .عبر فئات تأثير متعددة )Endpoint H( والنهائي )Midpoint H( المستويين المتوسط كجم من مكافئ ثاني أكسيد الكربون 55.57 بلغت )GWP( إجمالي إمكانية احترار عالمي )R0( سجّل سيناريو األسا س (kg CO₂-eq)حيث استحوذت مرحلة االستخدام ، (كجم مكافئ 28.8 CO₂) ومرحلة التصنيع (كجم مكافئ 24.07 CO₂) حقق أقل اآلثار البيئية، إذ سجل )R2( على الحصص األكبر. وتبيّن عبر جميع السيناريوهات أن خفض استهالك الكهربا ءكجم مكافئ ثاني أكسيد الكربون، مع انخفاضات متسقة عبر معظم فئات التأثير تقريبًا. 52.54 إمكانية احترار عالمي بلغت فوائد معتدلة من — مثل إعادة االستخدام واإلصالح والتجديد وإعادة التصنيع — وقدمت استراتيجيات تمديد العمر االفتراضي سبب خالل توزيع أعباء التصنيع على فترة خدمة أطول، على الرغم من أن التجديد وإعادة التصنيع أدّيا إلى مفاضالت بيئية ب أعلى التأثيرات نتيجة لزيادة استهالك الكهرباء )R7( المتطلبات اإلضافية للمواد والمعالجة. وحقق سيناريو إعادة التوجي همثل إعادة التدوير واسترداد الطاقة تأثيرً ا )EoL( أثناء التشغيل الثابت الممتد. كما أظهرت مسارات نهاية العمر التشغيلي لة. وأظهر تحليل الحساسية أن الكثافة الكربونية لشبكة الكهرباء هي المتغير محدودًا نسبيًا على مستوى دورة الحياة الكام األكثر تأثيرً ا؛ حيث أدى استبدال شبكة الكهرباء السعودية بالمتوسط األوروبي إلى تقليل إمكانية االحترار العالمي بنسبة %، على الرغم من أن هذا التحول أعاد توزيع األعباء نحو فئات أخرى مثل اإلشعاع التأيني والسمية السرطانية .البشريّة 50تقارب برز تقليل استهالك الكهرباء التشغيلية كأكثر الوسائل فعالية وموثوقية لخفض اآلثار البيئية عبر دورة حياة الهاتف الذكي. وتكشف التحليالت كذلك أن االستراتيجيات الدائرية ال تحقق دائمً ا أعباء ً بيئية أقل؛ إذ يعتمد أداؤها على المفاضلة بين اإلنتاج المُتجنَّب والمواد والمعالجات اإلضافية التي تتطلبها، مما يؤكد ضرورة تقييم مثل هذه االستراتيجيات من خالل نهج شامل دورة الحي

English Abstract

This study investigated the environmental performance of smartphones within a circular economy framework using a scenario-based Life Cycle Assessment (LCA) approach. Smartphones are a rapidly growing part of the information and communication technology (ICT) sector, and their environmental impacts continue to rise. This is mainly driven by material intensity, energy use, and frequent device replacement. Although circular strategies such as reuse, repair, and recycling are widely discussed, there is still limited research that evaluates these approaches within a single, consistent framework. A cradle-to-grave LCA was conducted using a functional unit defined as the provision of smartphone functionality over a six-year period. Ten scenarios (R0–R9) were developed based on the 9R circular economy framework, covering strategies from conventional linear use to reuse, repair, refurbishment, remanufacturing, repurposing, recycling, and energy recovery. The life cycle inventory was developed using primary data from physical dismantling and component-level mass measurement of a representative smartphone, supported by secondary data from the ecoinvent database and modeled in SimaPro. Environmental impacts were evaluated using the ReCiPe 2016 Midpoint (H) and Endpoint (H) method across multiple categories. The baseline scenario (R0) yielded a total global warming potential (GWP) of 55.57 kg CO₂ eq, with the use phase (28.8 kg CO₂-eq) and manufacturing phase (24.07 kg CO₂-eq) accounting for the largest shares. Across all scenarios, reducing electricity consumption (R2) delivered the lowest environmental impacts, achieving a GWP of 52.54 kg CO₂-eq and consistent reductions across nearly all impact categories. Lifetime extension strategies, such as reuse, repair, refurbishment, and remanufacturing, offered moderate benefits by distributing manufacturing burdens over a longer service period, though refurbishment and remanufacturing introduced trade-offs due to additional material and processing requirements. Repurposing (R7) produced the highest impacts due to increased electricity consumption during extended stationary operation. End-of-life (EoL) pathways such as recycling and energy recovery showed comparatively limited influence at the full life cycle scale. Sensitivity analysis identified electricity grid carbon intensity as the most influential parameter; replacing the Saudi Arabian grid with the European average reduced GWP by nearly 50%, though this shift redistributed burdens toward other categories such as ionizing radiation and human carcinogenic toxicity. Reducing operational electricity consumption emerged as the single most effective and reliable lever for lowering environmental impacts across the smartphone life cycle. The analysis further reveals that circular strategies do not consistently show lower environmental burdens; their performance depends on the trade-off between avoided production and the additional materials and processes they introduce, underscoring the necessity of evaluating such strategies through a comprehensive life cycle approach.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Engineering Mechanical
Department:	College of Engineering and Physics > Mechanical Engineering
Thesis Advisor:	Mian Mobeen Shaukat,
Thesis Committee Members:	Fadi Al-badour, Aamer Nazir,
Depositing User:	ABDUR RAHMAN ANSARI
Date Deposited:	13 Aug 2026 12:25
Last Modified:	13 Aug 2026 12:25
URI:	https://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/144703