title: Constructing the Sustainability Pathway with Frugal Innovation
title: Mit frugaler Innovation den Weg zur Nachhaltigkeit bauen
Creators: name: Ebolor, Alexander
Publisher: name: Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU)
Year: 2024
Subjects: subject: Frugal innovation; Backcasting; Smart sustainable cities; ESG; Sustainable Development Goals; SDGs; Sustainability; Technology; Resource conservation; Machine learning; Artificial Intelligence; Infrastructure; Infrastructure companies; Frugal characteristics; Cloud technology; Clean energy; BoP; Cleaner production; Sustainable development; ESG; Sustainable construction; Hydraform; Modular construction (MC); Conventional construction; Urban Development;

description: This cumulative thesis is a compilation of three publications plus an in-review manuscript that seek to address the sustainability question through the lens of frugal innovation with a construction industry focus. The papers comprise of three published double-blind peer-reviewed articles in reputable high-impact journals, and an article which is currently under publication review in a double-blind peer-review high-impact journal. The thesis author is the first author of all four articles, including two as the sole author. The research fields captured in the works are innovation and sustainability within the framework of frugal innovation with a concentration on the construction industry as a pathway for the realization of the Sustainable Development Goals (SDGs). The first article envisions a smart sustainable city of the future using a backcasting approach that articulates the five “pillars” that are the linchpins of a desirable urban space and living. “Backcasting frugally innovative smart sustainable future cities” is a single-author paper that was published in the very high impact Journal of Cleaner Production. The central theme of the paper is the triple environmental, social and economic pillars that are reinforced with the additional pillars of smart infrastructure technologies and smart governance. The aim of the paper is to advance backcasting as a more appropriate approach for policymakers and urban planners to envision sustainable cities in ways that underscore the identified inadequacies of hitherto insufficient and unsatisfactory results of the conventional forecasting approach. With the TOWS (threats, opportunities, weaknesses and strengths) analysis, the frugal technological processes that streamline the core infrastructure for sustainable future cities were identified and synthesized. Consistent with the streamlining of the frugal technologies for sustainable future development in the first article, the second article investigated how technologies that are underpinned by frugal innovation are fostering the sustainable development goals. The paper titled “Fostering the sustainable development goals with technologies underpinned by frugal innovation” was co-authored with Alexander Brem and Nivedita Agarwal, and published in the International Journal of Technology Management (IJTM). The paper identified how companies were deploying frugal technologies to foster the sustainable development goals in the face of resource constraints, and taking into account the situation at the BoP (bottom of the pyramid) economies. Through a 3-step and 4-dimensional evaluation method, a better understanding of how companies foster the SDGs with alternative resources and energy was created. The third paper titled “Sustainable development in the construction industry: the role of frugal innovation” was also published in the Journal of Cleaner Production. It was co-authored with Alexander Brem and Nivedita Agarwal. Here, an industry focus creates a nexus between the overarching sustainability theme, and how frugal innovation is embedded in technologies and methods applied in the construction industry to create sustainable construction approaches that are assessed as “green”, “frugal” or “sustainable.” A focus on the construction industry was rationalized based on the critical role the industry played in terms of energy use and resource consumption on the one hand, and the high emissions and waste on the other hand. These are also a function of the choice of materials, construction methods, and life-cycle impact of the product and technology choices. The research strategy was a case study and an empirical data collection through industry interviews with highly experienced and qualified subject matter experts that ranged from manufacturing company executives to industry practitioners, and contractors. End-users were also interviewed. One of key findings from the study in paper three was that although frugal innovation is conceptualized and hyped to primarily be an inclusive innovation within the context of resource constraints, the majority of the sample population at the BoP characterized the innovation as “low-status artifacts.” The other important finding is that the closure mechanism is disproportionately influenced by large institutional players such as state governments and non-governmental organizations (NGOs). Based on the outcome of this study, a follow-up research with a higher-end technological construction method promoted as having significant cost advantage over the conventional approach was done. The objective was to determine if it can be assessed as frugal in view of the social “stigma” associated with the previous case studied. The fourth and final paper titled “A cost analysis of modular construction as a frugal innovation characterization basis for sustainability” is under review at the Journal of Cleaner Production. It was presented at the POMS (Production and Operations Management Society) Conference 2022, and also at the 14th EECC (EURAM Early Career Colloquium) 2023. With project-level case studies, the direct and indirect economic and ecological advantages of modular construction over conventional methods were investigated. The motivation was to assess the cost advantage of modular construction over conventional approaches with respect to Weyrauch and Herstatt’s substantial cost reduction defining criterion for FI. The analysis showed that the modular projects were realized at between 37% to 63% of the conventionally built variety. The goal of the study is to incentivize policy, investments, adoption and diffusion of modular construction for sustainability in the construction industry. In the final analysis, the mitigating factors identified in the diffusion of frugal innovation served to narrow the research gap. The research also served to deepen the literature on the sustainability aspects of frugal innovation, and provide a clear and direct focus on the construction industry, which traditionally receives very little research interest on frugal innovation. Through this thesis, sustainability, frugal innovation and the construction industry are linked in a conceptual harmony, with a strong relevance for policy-making and construction industry practices.
description: Diese kumulative Dissertation ist eine Zusammenstellung von drei Veröffentlichungen und einem Manuskript, das sich in der Begutachtung befindet, die sich mit der Frage der Nachhaltigkeit durch die Linse der frugalen Innovation mit Fokus auf die Bauindustrie befassen. Es handelt sich um drei veröffentlichte Artikel, die in angesehenen Fachzeitschriften mit doppeltem Peer-Review-Verfahren veröffentlicht wurden, sowie um einen Artikel, der sich derzeit in einer Fachzeitschrift mit doppeltem Peer-Review-Verfahren zur Veröffentlichung befindet. Der Verfasser der Dissertation ist Erstautor aller vier Artikel, davon zwei als alleiniger Autor. Die Forschungsbereiche, die in den Arbeiten behandelt werden, sind Innovation und Nachhaltigkeit im Rahmen der frugalen Innovation mit einem Schwerpunkt auf der Bauindustrie als Weg zur Verwirklichung der Ziele für nachhaltige Entwicklung (SDGs). Der erste Artikel entwirft eine intelligente, nachhaltige Stadt der Zukunft mit Hilfe eines Backcasting-Ansatzes, der die fünf "Säulen" formuliert, die die Eckpfeiler eines wünschenswerten städtischen Raums und Lebens darstellen. "Backcasting frugally innovative smart sustainable future cities" ist ein Artikel eines einzelnen Autors, der im Journal of Cleaner Production mit hohem Impact veröffentlicht wurde. Das zentrale Thema des Papiers ist die dreifache ökologische, soziale und wirtschaftliche Säule, die durch die zusätzlichen Säulen der intelligenten Infrastrukturtechnologien und der intelligenten Verwaltung verstärkt wird. Ziel des Papiers ist es, Backcasting als geeigneteren Ansatz für politische Entscheidungsträger und Stadtplaner voranzutreiben, um nachhaltige Städte auf eine Art und Weise zu planen, die die festgestellten Unzulänglichkeiten der bisher unzureichenden und unbefriedigenden Ergebnisse des herkömmlichen Prognoseansatzes schließt. Mit der TOWS-Analyse (Bedrohungen, Chancen, Schwächen und Stärken) wurden die sparsamen technologischen Prozesse identifiziert und zusammengefasst, die die Kerninfrastruktur für nachhaltige Städte der Zukunft rationalisieren. Im Einklang mit der Rationalisierung der sparsamen Technologien für eine nachhaltige zukünftige Entwicklung im ersten Artikel wurde im zweiten Artikel untersucht, wie Technologien, die durch sparsame Innovation unterstützt werden, die Ziele der nachhaltigen Entwicklung fördern. Der Artikel mit dem Titel "Fostering the sustainable development goals with technologies underpinned by frugal innovation" wurde gemeinsam mit Alexander Brem und Nivedita Agarwal verfasst und im International Journal of Technology Management (IJTM) veröffentlicht. In dem Artikel wird aufgezeigt, wie Unternehmen sparsame Technologien einsetzen, um die Ziele der nachhaltigen Entwicklung angesichts von Ressourcenknappheit und unter Berücksichtigung der Situation in den Volkswirtschaften am unteren Ende der Pyramide (BoP) zu fördern. Durch eine dreistufige und vierdimensionale Bewertungsmethode wurde ein besseres Verständnis dafür geschaffen, wie Unternehmen die SDGs mit alternativen Ressourcen und Energie fördern. Das dritte Papier mit dem Titel "Nachhaltige Entwicklung in der Bauindustrie: die Rolle der sparsamen Innovation" wurde ebenfalls im Journal of Cleaner Production veröffentlicht. Er wurde gemeinsam mit Alexander Brem und Nivedita Agarwal verfasst. Hier wird durch den Branchenfokus eine Verbindung zwischen dem übergreifenden Thema der Nachhaltigkeit und der Einbettung frugaler Innovationen in Technologien und Methoden, die in der Bauindustrie angewandt werden, hergestellt, um nachhaltige Baukonzepte zu schaffen, die als "grün", "frugal" oder "nachhaltig" bewertet werden. Die Fokussierung auf die Bauindustrie wurde mit der kritischen Rolle begründet, die diese Branche in Bezug auf den Energie- und Ressourcenverbrauch einerseits und die hohen Emissionen und Abfälle andererseits spielt. Diese hängen auch von der Wahl der Materialien, der Bauweise und den Auswirkungen der gewählten Produkte und Technologien auf den Lebenszyklus ab. Bei der Forschungsstrategie handelte es sich um eine Fallstudie und eine empirische Datenerhebung durch Brancheninterviews mit sehr erfahrenen und qualifizierten Fachleuten, die von Führungskräften der Fertigungsunternehmen bis hin zu Industriepraktikern und Auftragnehmern reichten. Auch die Endnutzer wurden befragt. Eines der wichtigsten Ergebnisse der Studie war, dass die Mehrheit der Befragten an der BoP die Innovation als "Artefakte mit niedrigem Status" bezeichnete, obwohl frugale Innovation im Kontext von Ressourcenknappheit in erster Linie als integrative Innovation konzipiert und angepriesen wird. Eine weitere wichtige Erkenntnis ist, dass der Schließungsmechanismus unverhältnismäßig stark von großen institutionellen Akteuren wie staatlichen Regierungen und Nichtregierungsorganisationen (NGOs) beeinflusst wird. Auf der Grundlage der Ergebnisse dieser Studie wurde eine Folgeuntersuchung mit einer höherwertigen technologischen Konstruktionsmethode durchgeführt, die mit einem erheblichen Kostenvorteil gegenüber dem herkömmlichen Ansatz beworben wurde. Ziel war es, festzustellen, ob diese Methode angesichts des sozialen "Stigmas", das mit dem zuvor untersuchten Fall verbunden war, als sparsam bewertet werden kann. Der vierte und letzte Beitrag mit dem Titel "A cost analysis of modular construction as a frugal innovation characterization basis for sustainability" wird derzeit im Journal of Cleaner Production geprüft. Es wurde auf der POMS-Konferenz (Production and Operations Management Society) 2022 und auch auf dem 14. EECC (EURAM Early Career Colloquium) 2023 vorgestellt. Anhand von Fallstudien auf Projektebene wurden die direkten und indirekten wirtschaftlichen und ökologischen Vorteile des modularen Bauens gegenüber konventionellen Methoden untersucht. Die Motivation war, den Kostenvorteil des modularen Bauens gegenüber konventionellen Ansätzen im Hinblick auf das von Weyrauch und Herstatt definierte Kriterium der erheblichen Kostenreduzierung für FI zu bewerten. Die Analyse zeigte, dass die modularen Projekte zu Kosten zwischen 37% und 63% der konventionell gebauten Variante realisiert wurden. Ziel der Studie ist es, Anreize für Politik, Investitionen, Übernahme und Verbreitung der modularen Bauweise für Nachhaltigkeit in der Bauindustrie zu schaffen. Letztendlich dienten die bei der Verbreitung frugaler Innovationen identifizierten mildernden Faktoren dazu, die Forschungslücke zu schließen. Die Forschung diente auch dazu, die Literatur zu den Nachhaltigkeitsaspekten frugaler Innovationen zu vertiefen und einen klaren und direkten Fokus auf die Bauindustrie zu legen, die traditionell sehr wenig Forschungsinteresse an frugalen Innovationen hat. Durch diese Arbeit werden Nachhaltigkeit, frugale Innovation und die Bauindustrie in einer konzeptionellen Harmonie miteinander verbunden, die für die politische Entscheidungsfindung und die Praxis der Bauindustrie von großer Bedeutung ist.