Energycare: Analysis and Development of Sustainable Organisational Methodologies and Solutions in Healthcare Systems

The healthcare system occupies a structurally paradoxical position within the contemporary sustainable transition: it is simultaneously exposed to the consequences of environmental degradation and significantly contributes to the processes it is institutionally called to contain. Climate change and the ecological crisis are not external threats to healthcare but structural determinants of population health, reshaping demand through heat-related mortality, the redistribution of vector-borne pathogens, food insecurity, and the psychosocial consequences of climate-induced displacement. At the same time, the healthcare system generates a significant share of global greenhouse gas emissions through facility energy consumption, pharmaceutical and medical device supply chains, anaesthetic gases, waste production, and care logistics. This feedback loop, in which greater environmental damage produces greater demand for care, which in turn generates further impacts, constitutes the structural motivation of this doctoral thesis. Despite growing international awareness of this paradox, most hospital management systems lack the infrastructure to translate environmental concern into operational action. The most significant barrier to healthcare decarbonisation does not lie in the unavailability of low-impact technologies, since many substitutions are already technically mature and economically feasible, but in the distributed invisibility of environmental impact within complex socio-technical organisations that neither measure it systematically nor translate results into feedback loops capable of guiding clinical and managerial behaviour. This dissertation directly addresses that gap. Environmental sustainability in healthcare is not primarily a technological issue, nor exclusively a regulatory one: it is a problem of distributed organisational knowledge, and its solution requires measurement, modelling, and decision-support systems designed to operate within the socio-technical complexity of hospitals. The research programme is structured into four sequentially interconnected methodologies, each producing outputs that serve as inputs for the next, progressing from critical synthesis of existing literature to the proposal of conceptual and operational tools, their empirical validation, and the construction of a decision-support model parameterised with real-world data. Eight scientific contributions are presented along this progression, all focused on two clinical domains consistently identified as the main environmental hotspots within hospitals: operating theatres and diagnostic imaging departments. Both concentrate the highest densities of energy consumption, single-use material flows, high-GWP gases, and resource-intensive processes. All empirical studies were conducted in Italian hospital settings, primarily in Lombardy, contributing primary evidence to a national context systematically underrepresented in the international literature. The evidence produced converges toward a common diagnosis: the most significant barrier to healthcare sustainability is not the unavailability of solutions, but the absence of a measurement and feedback infrastructure that would make those solutions visible, comparable, and actionable within the governance structures of real health systems.

Il sistema sanitario occupa una posizione strutturalmente paradossale all'interno della transizione sostenibile contemporanea: è simultaneamente esposto alle conseguenze del degrado ambientale e contribuisce in modo significativo ai processi che è istituzionalmente chiamato a contenere. Il cambiamento climatico e la crisi ecologica non sono minacce esterne alla sanità, ma determinanti strutturali della salute della popolazione, rimodulando la domanda attraverso la mortalità legata al caldo, la ridistribuzione dei patogeni trasmessi da vettori, l'insicurezza alimentare e le conseguenze psicosociali dello sfollamento indotto dal clima. Allo stesso tempo, il sistema sanitario genera una parte significativa delle emissioni globali di gas serra attraverso il consumo energetico delle strutture, le catene di approvvigionamento di farmaci e dispositivi medici, i gas anestetici, la produzione di rifiuti e la logistica delle cure. Questo ciclo di retroazione, in cui un maggiore danno ambientale produce una maggiore domanda di assistenza, che a sua volta genera ulteriori impatti, costituisce la motivazione strutturale di questa tesi di dottorato. Nonostante la crescente consapevolezza internazionale di questo paradosso, la maggior parte dei sistemi di gestione ospedaliera manca dell'infrastruttura necessaria per tradurre la preoccupazione ambientale in azioni operative. La barriera più significativa alla decarbonizzazione del settore sanitario non risiede nella mancanza di tecnologie a basso impatto, poiché molte sostituzioni sono già tecnicamente mature ed economicamente fattibili, ma nell'invisibilità distribuita dell'impatto ambientale all'interno di organizzazioni socio-tecniche complesse che né lo misurano sistematicamente né traducono i risultati in cicli di feedback capaci di guidare il comportamento clinico e manageriale. Questa tesi affronta direttamente quella lacuna. La sostenibilità ambientale nella sanità non è principalmente una questione tecnologica, né esclusivamente normativa: è un problema di conoscenza organizzativa distribuita, e la sua soluzione richiede misurazione, modellazione e sistemi di supporto decisionale progettati per operare all'interno della complessità socio-tecnica degli ospedali. Il programma di ricerca è strutturato in quattro metodologie sequenzialmente interconnesse, ciascuna delle quali produce risultati che servono come input per la successiva, progredendo dalla sintesi critica della letteratura esistente alla proposta di strumenti concettuali e operativi, alla loro validazione empirica e alla costruzione di un modello di supporto decisionale parametrizzato con dati del mondo reale. Otto contributi scientifici sono presentati lungo questa progressione, tutti focalizzati su due domini clinici costantemente identificati come i principali punti critici ambientali all'interno degli ospedali: sale operatorie e reparti di diagnostica per immagini. Entrambi concentrano le più alte densità di consumo energetico, flussi di materiali monouso, gas ad alto potenziale di riscaldamento globale (GWP) e processi ad alta intensità di risorse. Tutti gli studi empirici sono stati condotti in contesti ospedalieri italiani, principalmente in Lombardia, fornendo prove primarie a un contesto nazionale sistematicamente sottorappresentato nella letteratura internazionale. Le evidenze prodotte convergono verso una diagnosi comune: la barriera più significativa alla sostenibilità sanitaria non è l'assenza di soluzioni, ma l'assenza di un'infrastruttura di misurazione e feedback che renderebbe quelle soluzioni visibili, comparabili e attuabili all'interno delle strutture di governance dei veri sistemi sanitari.