Eco-Efficiency and Circularity in the Olive Oil Waste and By-Products Management: An Integrated LCA-CBA Framework to Guide SMEs' Ecological Transition

The Circular Economy (CE) paradigm is receiving increasing attention for addressing sustainable development in various industrial sectors. The olive oil industry is particularly involved in the transition towards sustainability due to the severe environmental impacts associated with its massive waste generation (e.g., olive pomace and wastewater) and its crucial socio-economic role in the Mediterranean basin. In this context, a lack of multidimensional studies explicitly focusing on the actual eco-efficiency of circular practices in the olive oil sector is highlighted. Particularly, a strategic framework or operational guidelines integrating environmental and economic assessments to guide Small and Medium-sized Enterprises (SMEs) are less investigated. Consequently, aligning with the core objective of the doctoral research project, i.e., the identification and application of tools for improving process and product eco-efficiency in a circular economy perspective in the olive oil sector, the present thesis aims to provide tangible support for olive oil industries. It seeks to overcome decision-making paralysis by offering an accessible methodological tool to assess and implement economically viable and environmentally sound circular practices. To achieve this aim, the thesis is structured in five chapters. Chapter 1 introduces the background and general context of the thesis, provides a description of the literature gaps the research seeks to address, and outlines the research questions and approaches. It also describes the thesis structure. Chapter 2 explores the state of the art through a bibliometric and systematic literature review, mapping the existing treatment technologies and valorisation patterns for olive oil waste and by-products, while critically analyzing their explicit and implicit link with the concept of eco-efficiency, environmental sustainability and CE. Chapter 3 presents an empirical analysis based on an integrated Life Cycle Assessment (LCA) and CostBenefit Analysis (CBA) of a representative Sicilian olive oil supply chain, measuring the actual environmental credits and financial performances of implemented circular practices. Chapter 4 proposes the Life Cycle Thinking Decision Framework (LCT-DF), i.e., a semi-quantitative, operational tool complemented by a five-step managerial roadmap, intended to guide olive oil companies in assessing technological trade-offs and achieving systemic circularity. Finally, Chapter 5 discusses the key findings of the research presented in Chapters 2, 3, and 4, which, overall, provide many insights into the implementation, assessment, and management of the CE at the supply chain level in the olive oil sector. Firstly, the results of this PhD thesis highlight an abundance of validated treatment technologies, though frequently lacking practical economic feasibility frameworks. Secondly, despite growing attention to circularity, the empirical analysis reveals a structural logistical bottleneck demonstrating that transporting and downcycling wet biomass is financially unsustainable for individual SMEs. Thirdly, the research conceptually advances the idea of "systemic eco-efficiency", proving that circular waste and by-product management must be approached as an integrated corporate investment, strategically subsidized by the premium revenues of the core product (EVOO). Finally, the conceptual and operational framework represents a concrete attempt to guide companies of the sector in navigating financial complexities and communicating the circular value generated. Following that, the present thesis provides insights into policy and managerial implications, such as the need for agro-industrial districts, also identifying the next steps to foster future research and to ensure a sustainable and circular transition in the Mediterranean olive oil industry.

Il paradigma dell’economia circolare (CE) sta ricevendo crescente attenzione per il suo contributo allo sviluppo sostenibile in vari settori industriali. L’industria dell’olio d’oliva è particolarmente coinvolta nella transizione verso la sostenibilità a causa dei gravi impatti ambientali associati alla sua massiccia produzione di rifiuti (ad esempio, sansa d’oliva e acque reflue) e al suo ruolo socio-economico cruciale nel bacino del Mediterraneo. In questo contesto, si evidenzia la mancanza di studi multidimensionali che si concentrino esplicitamente sull'effettiva eco-efficienza delle pratiche circolari nel settore dell'olio d'oliva. In particolare, sono poco studiati i quadri strategici o le linee guida operative che integrino valutazioni ambientali ed economiche per guidare le piccole e medie imprese (PMI). Di conseguenza, in linea con l’obiettivo principale del progetto di ricerca di dottorato, ovvero l’identificazione e l’applicazione di strumenti per migliorare l’eco-efficienza dei processi e dei prodotti in una prospettiva di economia circolare nel settore dell’olio d’oliva, la presente tesi mira a fornire un supporto concreto alle industrie dell’olio d’oliva. Essa cerca di superare la paralisi decisionale offrendo uno strumento metodologico accessibile per valutare e implementare pratiche circolari economicamente sostenibili e rispettose dell’ambiente. Per raggiungere questo obiettivo, la tesi è strutturata in cinque capitoli. Il capitolo 1 introduce il contesto generale della tesi, descrive le lacune della letteratura che la ricerca intende colmare e delinea le domande di ricerca e gli approcci adottati. Descrive inoltre la struttura della tesi. Il capitolo 2 esplora lo stato dell’arte attraverso una revisione bibliometrica e sistematica della letteratura, mappando le tecnologie di trattamento e i modelli di valorizzazione esistenti per i rifiuti e i sottoprodotti dell’olio d’oliva, analizzando criticamente il loro legame esplicito e implicito con il concetto di eco-efficienza, sostenibilità ambientale e CE. Il Capitolo 3 presenta un'analisi empirica basata sull' Analisi del Ciclo di Vita (LCA) integrata e su un'Analisi Costi-Benefici (CBA) di una catena di approvvigionamento rappresentativa dell'olio d'oliva siciliano, misurando i crediti ambientali effettivi e le performance finanziarie delle pratiche circolari implementate. Il Capitolo 4 propone il Life Cycle Thinking Decision Framework (LCT-DF), ovvero uno strumento operativo semiquantitativo, integrato da una roadmap gestionale in cinque fasi, inteso a guidare le aziende olearie nella valutazione dei compromessi tecnologici e nel raggiungimento della circolarità sistemica. Infine, il Capitolo 5 discute i risultati chiave della ricerca presentata nei Capitoli 2, 3 e 4, che, nel complesso, forniscono numerosi spunti sull’implementazione, la valutazione e la gestione dell’economia circolare a livello di filiera nel settore dell’olio d’oliva. In primo luogo, i risultati di questa tesi di dottorato evidenziano l’esistenza di numerose tecnologie di trattamento validate, sebbene spesso prive di un quadro di fattibilità economica concreta. In secondo luogo, nonostante la crescente attenzione alla circolarità, l’analisi empirica rivela un collo di bottiglia logistico strutturale, dimostrando che il trasporto e il downcycling della biomassa umida sono finanziariamente insostenibili per le singole PMI. In terzo luogo, la ricerca sviluppa concettualmente l'idea di “eco-efficienza sistemica”, dimostrando che la gestione circolare dei rifiuti e dei sottoprodotti deve essere affrontata come un investimento aziendale integrato, strategicamente sovvenzionato dai ricavi premium del prodotto principale (olio extravergine di oliva). Infine, il quadro concettuale e operativo rappresenta un tentativo concreto di guidare le aziende del settore nella gestione delle complessità finanziarie e nella comunicazione del valore circolare generato. Di conseguenza, la presente tesi fornisce approfondimenti sulle implicazioni politiche e gestionali, quali la necessità di distretti agroindustriali, identificando anche i passi successivi per promuovere la ricerca futura e garantire una transizione sostenibile e circolare nell’industria mediterranea dell’olio d’oliva.