Rapid urbanization in recent decades, combined with unsustainable production and consumption practices rooted in the linear “take-make-use-waste” model, has transformed urban areas into global hotspots of resource consumption, waste, and emissions. As a consequence, urban areas today exert tremendous pressure on natural resources and contribute to severe environmental problems both within and beyond their boundaries. To address the challenges of unsustainable urbanization, an increasing number of local governments worldwide are embracing the circular economy (CE) concept and are actively working to develop and implement circular strategies at the urban level. In this context, it is crucial to equip local decision-makers, such as policy makers and urban planners, with effective tools to assess progress toward the CE, enabling them to design impactful strategies and monitor their implementation based on comprehensive information.

This thesis aims to advance knowledge on approaches to monitor and assess CE progress at the urban level to support informed decision-making within the CE context. To achieve this, it investigates how the indicator-based approach and urban metabolism (UM) assessment methods can be used to assess CE progress in urban areas. Specifically, the research focuses on indicator-based frameworks and two UM assessment methods: material and energy flow analysis (MEFA) and urban metabolic life cycle assessment (UM-LCA), which integrates MEFA with life cycle assessment (LCA). The aim of the thesis is addressed by answering the following research questions: 

1.      What is the availability of indicator-based frameworks for assessing and monitoring CE progress at the urban level, and what are their strengths and limitations? 

2.      What is the applicability and utility of MEFA and UM-LCA in supporting the design and monitoring of urban-level circular strategies? 

3.      How can the indicator-based and UM-LCA approaches be integrated to provide a comprehensive assessment of UM and circularity in urban areas, supporting decision-making within the context of the CE?

To address these research questions, a combination of methods is employed, including literature reviews, indicator-based assessments, MEFA, and UM-LCA, with the urban area of Umeå in Sweden serving as a study area. Additionally, a novel framework that integrates the indicator-based and UM-LCA approaches is developed and applied to the study area. 

The results indicate that existing indicator-based frameworks have potential for monitoring and assessing CE progress at the urban level. However, they also have limitations, particularly in relation to data constraints and their scopes, which are not comprehensive enough to capture all aspects related to the CE. Thus, relying solely on indicator-based frameworks cannot provide all the necessary information for decision-making in the CE context.

The applications of MEFA and UM-LCA to the study area demonstrate that these two methods can provide detailed quantitative information on material and energy flows and environmental impacts caused by urban areas, thus offering insights that indicators alone cannot provide. This makes them particularly useful tools for supporting the design and monitoring of circular strategies. Nevertheless, applying these methods without the use of appropriate indicators cannot fully support decision-making within the CE context, as they have limited potential to capture specific aspects of the CE, such as resource efficiency, waste management performance and governance aspects.

As the use of the indicator-based apprach and UM assessment approaches in isolation can only provide fragmented and incomplete insights, this thesis advocates for their integration. For this purpose, it introduces a novel framework that combines the UM-LCA approach with an indicator-based framework comprising 27 CE indicators. The application of the framework demonstrates its great potential to inform decision-making in the CE context by providing detailed insights into material and energy flows, environmental impacts and urban circularity. However, the proposed framework also has limitations, including complexity of application, extensive data requirements, and limited capacity to assess socio-economic aspects. Thus, further research is recommended to address these limitations.

Den snabba urbaniseringen under de senaste decennierna tillsammans med ohållbars produktions- och konsumtionsmönster baserade på den linjära "ta-tillverka-använd-släng"-modellen har gjort urbana områden till globala ”hotspots” av resursförbrukning, avfall och utsläpp. Detta har lett till att dessa områden idag utgör en enorm belastning på naturresurser och bidrar till allvarliga miljöproblem både inom och utanför deras gränser. För att möta utmaningarna med ohållbar urbanisering, har ett växande antal lokala myndigheter världen över anammat konceptet cirkulär ekonomi (CE) och arbetar aktivt för att utveckla och implementera cirkulära strategier på urban nivå. I detta sammanhang är det avgörande att ge lokala beslutsfattare, såsom politiker och stadsplanerare, effektiva verktyg för att bedöma utvecklingen mot CE för att stödja dem att utforma effektfulla cirkulära strategier och följa deras genomförande baserat på heltäckande information.

Denna avhandling syftar till att främja kunskap om metoder för att övervaka och utvärdera utvecklingen mot CE i urbana områden för att stödja beslutsfattande inom CE-sammanhang. För att uppnå detta undersöker avhanlingen hur indikatorbaserade metoder och bedömningsmetoder för urban metabolism (UM) kan användas för att bedöma utvecklingen mot CE i urbana områden. Forskningsfokus ligger specifikt på indikatorbaserade ramverk och två UM-bedömningsmetoder: material- och energiflödesanalys (MEFA) och urban metabolic livscykelanalys (UM-LCA), som kombinerar MEFA med livscykelanalys (LCA). Avhandlingens syfte uppfylls genom att besvara följande forskningsfrågor:

1.      Vilka indikatorbaserade ramverk finns för att bedöma och övervaka utvecklingn mot CE i urbana områden, och vilka är deras styrkor och begränsningar?

2.      Vilken är användbarheten och nyttan av MEFA och UM-LCA för att stödja utformning och övervakning av cirkulära strategier i urbana områden?

3.      Hur kan indikatorbaserade och UM-LCA-metoder integreras för att ge en heltäckande bedömning av UM och cirkularitet i urbana områden  för att stödja beslutsfattande inom CE-sammanhang?

För att svara på dessa forskningsfrågor används en kombination av metoder, inklusive litteraturöversikter, indikatorbaserade bedömningar, MEFA och UM-LCA, med tätorten Umeå i Sverige som studieområde. Dessutom utvecklas ett nytt ramverk som integrerar de indikatorbaserade och UM-LCA metoderna och tillämpas på studieområdet. 

Resultaten visar att befintliga indikatorbaserade ramverk har potential att övervaka och bedöma utvecklingen mot CE i urbana områden . Däremot har de också vissa begränsningar, särskilt vad gäller tillgång till data och dess omfattning, som inte är tillräckligt för att fånga alla aspekter relaterade till CE. Att använda enbart indikatorbaserade ramverk kan alltså inte ge all nödvändig information för beslutsfattande i CE-sammanhang.

Tillämpningarna av MEFA och UM-LCA på studieområdet visar att dessa två metoder kan ge detaljerad kvantitativ information om material- och energiflöden samt den miljöpåverkan som urbana områden  orsakar, vilket ger insikter som indikatorer ensamma inte kan ge. Detta gör dem särskilt användbara verktyg för att stödja utformningen och övervakningen av cirkulära strategier. Däremot kan enbart användning av dessa metoder utan att integrera lämpliga indikatorer inte fullt ut stödja beslutsfattande inom CE-sammanhang, eftersom de har begränsad potential att fånga specifika aspekter av CE, såsom resurseffektivitet, avfallshanteringsprestanda och förvaltningsaspekter.

Således kan användningen av indikatorbaserade metoder och UM-bedömningsmetoder var för sig endast ge fragmenterade och ofullständiga insikter. För att ta itu med detta problem förespråkar denna avhandling att de integreras. Därför introducerar avhandlingen ett nytt ramverk som kombinerar UM-LCA med ett indikatorbaserat ramverk som omfattar 27 CE-indikatorer. Tillämpningen av ramverket visar dess stora potential att stödja beslutsfattande i CE-sammanhang genom att ge detaljerade insikter om material- och energiflöden, miljöpåverkan och urban cirkularitet. Det föreslagna ramverket har dock också begränsningar, såsom komplexiteten i tillämpningen, omfattande datakrav och begränsad kapacitet att bedöma socioekonomiska aspekter. Därför rekommenderas ytterligare forskning för att hantera dessa begränsningar.