Kursplan för Energy, Matter, Code: Systemdesign för hållbar innovation

Kursplan fastställd 2026-02-20 av programansvarig (eller motsvarande).

Kursöversikt

  • Engelskt namnEnergy, Matter, Code: Systems design for sustainable innovation
  • KurskodTRA430
  • Omfattning7,5 Högskolepoäng
  • ÄgareTRACKS
  • UtbildningsnivåAvancerad nivå
  • InstitutionTRACKS
  • BetygsskalaTH - Mycket väl godkänd (5), Väl godkänd (4), Godkänd (3), Underkänd

Kurstillfälle 1

  • Undervisningsspråk Engelska
  • Anmälningskod 97111
  • Min. antal deltagare8
  • Sökbar för utbytesstudenterJa

Poängfördelning

0124 Projekt 7,5 hp
Betygsskala: TH		3,7 hp3,8 hp

I program

Examinator

Behörighet

Grundläggande behörighet för avancerad nivå
Sökande med en programregistrering på ett program där kursen ingår i programplanen undantas från kravet

Särskild behörighet

Sökande ska ha tagit 90 hp vid ansökningstillfället.
Engelska 6/B.

Kursspecifika förkunskaper

Utöver de allmänna behörighetskraven för studier på avancerad nivå vid Chalmers krävs att nödvändiga ämnes- eller projektspecifika förkunskaper (om tillämpligt) är uppfyllda. Alternativt ska studenten inhämta dessa kunskaper under kursens gång. Examinatorn formulerar och kontrollerar dessa förkunskaper.

Syfte

Den intensiva, tvärvetenskapliga kursen bygger på tre grundläggande strategiska pelare för ingenjörskap och hållbar utveckling i det 21:a århundradet: Energi, Materia och Kod.

Det övergripande målet är att förse studenter och praktiker med metodiken för integrativ design - en helsystemsoptimeringsstrategi - för att uppnå radikala språng i resurseffektivitet och transformativ innovation. Metodiken optimerar system som byggnader, fordon, fabriker, utrustning och processer som hela system för multipla nyttor, vilket gör effektiviseringsresursen betydligt större och billigare än vad som traditionellt antas.

Studenterna lär sig att bryta ned traditionella disciplinerade silos och tillämpa systemtänkande inom mobilitet, byggd miljö och industri. Genom att behärska syntesen av de tre elementen får deltagarna en ny verktygslåda för att möta globala utmaningar och skapa disruptiva, multifördelaktiga lösningar som samtidigt är lönsamma, resurseffektiva och hållbara.

Kursen erbjuder en plattform för att arbeta med och lösa utmanande, tvärdisciplinära, autentiska problem från olika samhällsaktörer¿akademi, industri eller offentliga organisationer.

Kursens specifika syfte
  • Att behärska metodiken för integrativ designen - helsystemsoptimeringsmetod - för att uppnå radikala förbättringar i resurseffektivitet och lönsam innovation inom byggd miljö, mobilitet och industri.
  • Att utrusta studenterna med strategiska ramverk och teknisk kunskap för de tre grundpelarna: Energi (effektiva, elektrifierade och förnybara system), Materia (cirkulär ekonomi och resursinnovation) och Kod (digitalisering och systemstyrning).
  • Att lära ut optimering av hela system för att fånga multipla nyttor och därigenom kraftigt öka avkastningen på enskilda effektiviseringsåtgärder.
  • Att främja nätverkande och samarbete mellan Chalmersstudenter med gemensamma intressen över disciplingränser samt koppla dem till lärarlaget och dess professionella nätverk.

Lärandemål (efter fullgjord kurs ska studenten kunna)

Allmänna lärandemål för Tracks-kurser
  • Kritiskt och kreativt identifiera och/eller formulera avancerade systemproblem, leda och delta i utvecklingen av nya produkter, processer och system med ett helhetsperspektiv genom att följa en integrativ designprocess.
  • Visa insikt om och hantera arkitekturens och/eller teknikens inverkan i ett globalt, ekonomiskt, miljömässigt och samhälleligt sammanhang.
  • Muntligt och skriftligt förklara och diskutera information, problem, metoder, design-/utvecklingsprocesser och lösningar.
Kursspecificerade lärandemål
  • Integrativ Design: Använda helsystemsoptimering (Integrative Design) för att analysera och omforma komplexa system (byggnader, mobilitet, industri) för radikal resurseffektivitet och förbättrad prestanda.
  • Energisystem: Utvärdera och utforma för maximal energieffektivitet och elektrifiering, inklusive system som högpresterande byggnader, industriell värmeåtervinning och hållbara mobilitetsenergisystem (t.ex. V2G, minimerade laddningsförluster).
  • Materia & Cirkularitet: Tillämpa principer för cirkulär ekonomi (LCA, dematerialisering, industriell symbios) för att optimera materialflöden, minska avfall och reducera inbäddad klimatpåverkan.
  • Digitalisering & styrning: Använda digitala verktyg, data och intelligenta system (IoT, AI/ML, digitala tvillingar) för att modellera, simulera och dynamiskt styra resursanvändning i komplexa tekniska miljöer.
  • Systemtänkande: Föreslå transformativa lösningar genom att aktivt vidga problemgränser och syntetisera kunskap över energi-, materia- och kod-domäner.

Innehåll

Modul I: Energi - Systemeffektivitet & elektrifiering
br/>Fokus: Övergången till förnybara och mycket effektiva system.
Exempel på teman:
- Potentialen i radikal effektivisering (integrativ design)
- Energisystem för hållbar mobilitet (fordonselektrifiering, batteri till nät, laddningsförluster)
- Högpresterande byggnadssystem (passiv design, djupa energirenoveringar)
- Industriell effektivitet och efterfrågeflexibilitet (värme, el, kyla)

Modul II: Materia - Cirkularitet & resursinnovation

Fokus: Cirkulär ekonomi, materialvetenskap och hållbarhetsinriktad ingenjörskonst.
Teman:
- Cirkulära ekonomimodeller (LCA, dematerialisering)
- Material för minskad klimatpåverkan (biobaserat, återvunnet, lättvikt)
- Urban metabolism (byggnader som materialbanker)
- Industriell symbios (optimering för att eliminera avfall)

Modul III: Kod - Digitalisering & systemstyrning

Fokus: Hur data och intelligenta system driver optimering.
Teman:
- Smarta system & IoT (sensorer, AI/ML för dynamisk resursstyrning)
- Digitala tvillingar & simulering

Organisation

Kursens huvuddel är ett utmaningsdrivet projekt. Utmaningen kan vara allt från breda samhällsproblem till forskningsnära frågeställningar. Projektet genomförs i grupp. Kursen kompletteras med undervisning och lärande on demand av nödvändiga färdigheter för projektet.

Projektgruppen tilldelas en examinator, en eller flera universitetshandledare samt vid behov externa co handledare.

Litteratur

With input from the teaching team, students will develop the ability to identify and acquire relevant literature throughout their projects. Below is a selected list of publications by Amory Lovins and others that are the most appropriate background readings for the course. Recommended readings will help complete the Puzzlers and other assignments. This is a reference reading list and will be trickled throughout the course depending on the weekly topic, and updates will be posted in Canvas.

Required: Lovins, A.B., 1976. “Energy Strategy: The Road Not Taken?” ForeignAffairs 55(1).

Required: Lovins, A.B., 2018. “How big is the energy efficiency resource?” Envtl Res Ltrs 13(9):1–17, https://doi.org/10.1088/1748-9326/aad965

Required: Lovins, A.B., 2021. “Creating The Next Energy Revolution: Integrative Design for Radical Energy Efficiency”

Required: Reinventing Fire, chapter 3, pages 76-98. Recommended: Randolph, J., and G. Masters Energy for Sustainability, 2nd edition, chapter 6.

Required: Reinventing Fire, chapter 2, pages 14-35 and 49-62.

Required: Lovins, A.B., 2020. “Reframing Automotive Fuel Efficiency,” Soc. Autom. 

Engineers. Recommended: Lovins, A.B., 2010. “DOD’s Energy Challenge as Strategic Opportunity,” Joint Force Quarterly, 57:33-42.

Required: Lovins, A. B., Lovins, L. H., & Hawken, P., 1999. “A road map for natural capitalism.”https://rmi.org/insight/roadmap-for-natural-capitalism/

Required: Lovins, A.B. “Profitably Decarbonizing Heavy Transport and Industrial Heat,” RMI, 14 July 2021, https://www.rmi.org/profitable-decarb/.

Required: Lovins, A.B., “Decarbonizing Our Toughest Sectors—Profitably,” MIT Sloan Mgt Rev, 4 Aug 2021, free at https://sloanreview.mit.edu/offers-free-download-sustainable-business/

Required: Reinventing Fire, chapter 4, pages 122-144. Required: Teitelbaum, E., et al, 2020. “Membrane-assisted radiant cooling for expanding thermal comfort zones globally without air conditioning,” PNAS, vol. 117, no,. 35.

Recommended: Senge and Carstedt, “Innovating Our Way to the Next Industrial Revolution” MIT Sloan Management Review, vol. 42, no. 2, 2001.

Required: Natural Capitalism, chapters 4 and 6. Required: Lovins, A.B., 2005. “End-Use Energy Efficiency,” commissioned for Transitions to Sustainable Energy Use, InterAcademy Council.

Required Video: Autodesk Sustainability Workshop. “Whole Systems Design: Introduction to Life CycleThinking.” https://www.youtube.com/watch?v=7mC9xaJC2dQ

Required: Lovins, A.B., & A. Faruqui, 2020. “The coming transformation of the electricity sector: A conversation with Amory Lovins,” The Electricity Journal 33(7).

Recommended: Lovins A. and L.H. Lovins. 1983. “The fragility of domestic energy,” Atlantic.

Recommended: Lovins A.B. and M.V. Ramana, 2021. “Three Myths About Renewable Energy and the Grid, Debunked,” Yale E360, https://e360.yale.edu/features/three-myths-about-renewableenergy-and-the-grid-debunked

Recommended: Victoria, M. et al., 2021. “Solar photovoltaics is ready to power a sustainable future,” Joule 5:1041–1056, https://www.cell.com/joule/pdfExtended/S2542-4351(21)00100-8.

Recommended: Swisher, J., G. Jannuzzi and R. Redlinger, 1997. Tools and Methods for Integrated Resource Planning, UN Environment Programme, sections, 1C, 1D, 2C, 2E.

Required: Lovins, A.B., 2019. “Recalibrating climate prospects,” Environ. Res. Ltrs 14(12).

Required: Lovins, A. B., 1993. “Energy-Efficient Buildings: Institutional Barriers and Opportunities,” E source. 

Required: Meadows, D. H., 1997. “Places to intervene in a system.” Whole Earth, 2(91). https:// www.bfi.org/sites/default/files/attachments/pages/PlacesInterveneSystem- Meadows.pdf

Required: Lovins, A.B., 2019. “Applied Hope,” Commencement remarks to Olin College

Required: Malakhatka, E., Wallbaum, H., Abouebeid, S., Hofer, G., Pooyanfar, P., Dursun, İ., Weber, G., Gecer, H. S., & Thuvander, L. (2025). Fostering Sustainable Urban Energy Transitions: Backcasting for Positive Energy Districts and Digital Twin strategies in a European Context. The Proceedings of the 23rd CIB World Building Congress. CIB World Building Congress WBC2025, West Lafayette, USA. https://doi.org/10.7771/3067-4883.1959

Required: Lanau, M., Rosado, L., Densley Tingley, D., Wallbaum, H. (2024) Buildings as material mines - Towards digitalization of resource cadasters for circular economy. In: Charef, R. (Ed), Circular Economy for the Built Environment - Research and Practice. Routledge, London, https://doi.org/10.1201/9781003450023.

Examination inklusive obligatoriska moment

Varje vecka förväntas studenterna:
  • Genomföra obligatoriska läsningar
  • Se förinspelade föreläsningar innan lektionstillfällen
  • Närvara vid alla kursaktiviteter
  • Aktivt delta i diskussioner och övningar
  • Genomföra "Puzzlers" i klass
  • Presentera en Integrative Design pitch
  • Lämna in en Integrative Design rapport
Betygsgrund:
- Närvaro/Engagemang: 25 %
- Veckovisa Puzzlers: 25 %
- Tillämpad Integrative Design (Pitch + rapport): 50 %

Kursens examinator får examinera enstaka studenter på annat sätt än vad som anges ovan om särskilda skäl föreligger, till exempel om en student har ett beslut från Chalmers om riktat pedagogiskt stöd på grund av funktionsnedsättning.

Energy, Matter, Code: Systemdesign för hållbar innovation | Chalmers