Artificial intelligence and blockchain as enablers in global circular supply chain traceability : A battery supply chain perspective

Abstract

In the future, battery supply chains are facing many challenges. Raw critical battery mineral scarcity and their concentration into a handful of locations create geopolitical tensions and might hinder the development towards sustainable energy solutions. Recycling, reuse, and remanufacturing of used batteries along the supply chain through a circular supply chain (CSC) model can be proposed as a solution. CSCs are supply chains based on circular economy principles, where materials can re-enter previous phases instead of being disposed.

A wider industry application of global circular supply chains is hindered by a lack of traceability information among supply chain participants. Existing literature has covered traceability in linear supply chains, but only minimal research has touched upon traceability in circular supply chains especially. The purpose of this thesis is to show how artificial intelligence (AI) and blockchain technology can act as solutions in enabling traceability information sharing and battery tracking along the most critical phases of a circular battery supply chain. The principles and challenges of AI and blockchain are also discussed. The findings present many applications of blockchain and AI in material sourcing, distribution, and end-of-life phases. Participants within a digital blockchain structure can verify miners and logistics providers and create digital smart contracts between participants to ensure compliance and truthfulness on battery chemistry information and traceability during transportation. Artificial intelligence can be utilized in securing tracking information, automating smart contracts and predicting remaining use-of-life of batteries. Through the tools of these technologies, information can be accessed by participants along the supply chain and opportunities for battery circularity can be harnessed at any point.

This thesis brings new theoretical value to previous literature within supply chain traceability and battery circularity, which has been lacking in covering the circular supply chain model especially. In academia, the focus of traceability for circularity has been on the end-of-life phase rather than enabling it along the whole supply chain that CSCs offer. By also covering sourcing and distribution from manufacturing, the thesis presents a larger picture of possibilities and also the interrelatedness of supply chain phases in enabling traceability in battery CSCs.

The thesis also includes limitations and challenges. Before wider industry application, challenges related to implementation of AI and blockchain should be discussed to ensure privacy, regulative requirements and in the end, functional circularity.

Globaalit akkujen toimitusketjut kohtaavat monenlaisia haasteita tulevaisuudessa. Akkujen tuotannossa tarvittavien kriittisten mineraalien niukkuus ja niiden keskittyminen tiettyihin maantieteellisiin sijainteihin aiheuttavat geopoliittisia jännitteitä ja lisäksi materiaalien saatavuus saattaa hidastaa muun muassa kehitystä kohti kestäviä energiaratkaisuja. Käytettyjen akkujen kierrätys, uudelleenkäyttö ja uudelleenvalmistus toimitusketjun eri vaiheissa kiertotaloustoimitusketjujen (eng. circular supply chain) kautta voi olla ratkaisu. Kiertotaloustoimitusketjut ovat toimitusketjuja, jotka perustuvat kiertotalouden periaatteisiin ja joissa materiaalit voivat palata aiempiin vaiheisiin sen sijaan, että ne hävitettäisiin.

Globaalien kiertotaloustoimitusketjujen laajempaa soveltamista hidastaa huono akuista saatavilla oleva jäljitettävyystiedon määrä eri toimitusketjun portailla. Aikaisemmassa kirjallisuudessa on käsitelty jäljitettävyyttä lineaarisissa toimitusketjuissa, mutta vain pieni osa siitä on käsitellyt jäljitettävyyttä, joka tukisi kierrätettävyyttä kiertotaloustoimitusketjuissa. Tutkielman tarkoitus on esitellä tekoälyn ja lohkoketjuteknologian työkaluja, jotka mahdollistavat jäljitettävyystiedon keräämisen ja jakamisen sekä akkujen seurannan kiertotaloustoimitusketjun kriittisimmissä vaiheissa. Lisäksi tutkielma selittää tekoälyn ja lohkoketjujen periaatteet, mutta myös teknologioiden haasteita.

Tutkimustulokset tuovat esille lukuisia lohkoketjujen ja tekoälyn sovelluksia materiaalien hankinnassa, tuotteiden jakelussa ja akkujen elinkaaren loppuvaiheessa. Digitaalisen lohkoketjurakenteen toimijat voivat tarkistaa esimerkiksi kaivoksien ja logistiikkapalvelujen tarjoajien luotettavuuden sekä luoda toimijoiden välille digitaalisia älykkäitä sopimuksia (eng. smart contracts), joilla varmistetaan materiaaleista tai akuista saatavan tiedon oikeellisuus ja kuljetusten turvallisuus. Tekoälyä voidaan hyödyntää seurantatietojen keräämisessä ja hallinnassa, älykkäiden sopimusten automatisoinnissa sekä arvioimaan akkujen jäljellä olevaa käyttöikää. Näiden teknologioiden avulla toimitusketjun osanottajat pääsevät käsiksi tietoihin, ja akkuja voidaan kierrättää missä tahansa vaiheessa.

Tutkielma tuo teoreettista lisäarvoa toimitusketjujen jäljitettävyyttä ja akkujen kiertotaloutta käsittelevään kirjallisuuteen, jossa erityisesti kiertotaloustoimitustketjut ovat jääneet vähemmälle huomiolle. Jäljitettävyyttä käsittelevässä tutkimuksessa on keskitytty kierrätettävyyteen elinkaaren loppuvaiheessa toimitusketjun kokonaistarkastelun sijaan. Käsittelemällä myös hankintaa ja jakelua kuluttajalle, tutkielma esittää laajemman kuvan mahdollisuuksista sekä toimitusketjun vaiheiden keskinäisistä yhteyksistä akkujen kiertotaloustoimitusketjujen jäljitettävyyden mahdollistamisessa.

Ennen laajempaa soveltamista teollisuudessa tulisi kuitenkin keskustella tekoälyn ja lohkoketjujen käyttöönottoon liittyvistä haasteista, jotta voidaan varmistaa datan yksityisyys, mukautuminen alan säännöksiin sekä lopulta, toimiva kiertotalous.