INTEGRÁLT ÉLETCIKLUS ELEMZÉS- MEGKÖZELÍTÉSEK A STRATÉGIAI DÖNTÉSHOZATALBAN, A HULLADÉK ENERGETIKAI HASZNOSÍTÁSÁNAK TERÜLETÉN

Átírás

1 INTEGRÁLT ÉLETCIKLUS ELEMZÉS- MEGKÖZELÍTÉSEK A STRATÉGIAI DÖNTÉSHOZATALBAN, A HULLADÉK ENERGETIKAI HASZNOSÍTÁSÁNAK TERÜLETÉN PhD dolgozat Luca De Benedetto Témavezető: Prof. Dr. Jiří J. Klemeš, DSc Informatikai Tudományok Doktori Iskola Pannon Egyetem Veszprém 2012

2 KIVONAT Az Életciklus Elemzés (Life Cycle Assessment - LCA) a környezeti hatások elemzésében széleskörűen használható, jól ismert módszer, mely alkalmazható termékrendszer és üzleti tevékenység elemzésében is. Jelen tanulmány újszerű megközelítést alkalmaz, a környezeti és a pénzügyi szempontok figyelembevételével három új fogalmat mutat be: Környezeti Hatások Stratégiai Hálódiagramja, Környezeti Technológiai Útvonal, és az E 3 (Environmental End-to-End) Módszertan. A Környezeti Hatások Stratégiai Hálódiagramja. Térkép fogalom egy olyan grafikai térképet jelöl, melynek segítségével a szerző képes volt összekapcsolni a legfontosabb környezeti mutatókat ( lábnyomokat ) a költség aspektusával is. Ezért a Fenntartható Környezeti Hatásmutató a fenntarthatóság egyetlen mutatójaként kerül meghatározásra. Ennek a mutatónak a használatával leegyszerűsíthető és javítható a stratégiai döntések meghozatala során felmerülő különböző opciók összehasonlítása. A Környezeti Technológiai Útvonal célja, hogy kiértékelje az összetevők és a folyamatok Környezeti Hatások Stratégiai Hálódiagramjára gyakorolt hatásait. A bemutatásra kerülő elképzelés alapján az egyes termékek valamennyi összetevője a környezetre fejti ki káros hatását és egyben hozzájárul a környezeti lábnyomhoz, ezen tudományos eredmény neve Környezeti Hatás Pont (Environmental Performance Point - EPP). Az egyes elemek a végtermékké válás különböző technológiai folyamatainak során folyamatos megterhelést jelentenek a környezet számára, amelyeket szintén EPP-nek minősíthetünk. Az EPP-k összessége szolgál alapul az adott Környezeti Hatások Stratégiai Hálódiagramja Térképének létrehozásához. Az új megközelítés széleskörű rugalmasságot tesz lehetővé: egyes összetevők, anyagi vagy termelési folyamatok megváltoztatásának hatásai azonnal megjelennek a térképen. A Környezeti End-to-End (E 3 ) módszer segítségével a fent említett megközelítések és meglévő szoftverek legjobb kombinációja hozható létre. 1. Bevezetés 2

3 Az Életciklus Elemzés (Life Cycle Assessment - LCA) a környezeti hatások elemzésében széleskörűen használható, jól ismert módszer, mely alkalmazható termékrendszer és üzleti tevékenység elemzésében is. Az ökológiai lábnyom segítségével összemérhető az emberi igény a bolygó kapacitásával, valamint az ember ökoszisztémára gyakorolt negatív terhe is mérhető. Az LCA egyik előnye az ökológiai lábnyomhoz képest, hogy lefedi a hatások teljes körét. Az LCA alkalmazásának a stratégiai döntéshozatal területén azonban hátránya, hogy kevésbe veszi figyelembe a költség- és befektetési tényezőket. Az LCA megközelítés stratégiai döntéshozatalban való alkalmazása során ez a hátrány egyértelművé válik. A Hulladék energetikai hasznosítása nagyon érdekes terület, és bizonyos összetevői már az LCA megközelítés segítségével elemezhetők, de ez a megközelítés eddig még nem nyújtott pénzügyi és környezeti szempontból mennyiségre vonatkozó segítséget. Jelen tanulmány célja ezen korlátok megszüntetése. A módszer segítségével a lehetőségek részletezéséhez különböző szintek határozhatók meg, valamint mérhetővé válik az egyes összetevők mennyiségi hozzájárulása a környezeti hatás egészéhez. Az egyes lépéseket a feldolgozóiparban vizsgálta a szerző. A vizsgálatok eredményeként finomítani lehetett az end-to-end megközelítésen, amely ötvözi a különböző szoftvereszközöket és módszereket a jobb pénzügyi és környezeti hatás-mutató meghatározásához. Az end-to-end módszer egy Hulladék energetikai hasznosítási esettanulmányban került megvizsgálásra és a stratégiai döntéshozatal során átfogó, mindenre kiterjedő eszköztárnak bizonyult. 2. Kutatási célok Az Életciklus elmélet és az Életciklus Elemzés fontossága széles körűen elismert, de a módszer felhasználhatósága a döntéshozatalban, sem a Hulladék energetikai hasznosítása, sem pedig a hulladék újrahasznosítása területén nem bizonyított. Az LCA olyan információkat nyújt, melyeket csak szakértők képesek interpretálni a döntéshozatali eljárás során. A Hulladék energetikai hasznosítás egyéb nehézségekkel is szolgál, a rendszer 3

4 határainak, anyagi és energetikai egyensúlyának meghatározásából fakadóan. Jelen tanulmány célja az alábbi területek megvizsgálása: Az Életciklus Elemzésből származó információk milyen módon használhatók fel a stratégiai döntéshozatal során? Hogyan értelmezhetők az adott termék vagy szolgáltatás környezeti hatást nagymértékben befolyásoló egyes tényezők? Hogyan indokolhatók az értékelések során felmerülő bizonytalanságok? Melyik módszertani megközelítés a legmegfelelőbb? A kutatás fő célja az Életciklus Elemzés elméleti és gyakorlati alkalmazásához való hozzájárulás, jól megalapozott módszertan kidolgozása a stratégiai döntéshozatal számára, mely ötvözi a matematikai és az optimalizálási modelleket. A kutatási eredmények és a feldolgozóiparban végzett esettanulmányok igazolták a módszertan hatékonyságát. A Fuzzy Logic és az optimalizálási módszerek szintén erősítették az elméletet a bizonytalanságok kiszámíthatóságában. A publikációk sikere is mutatja az eredmények jelentőségét a tudományos életben és az ipari alkalmazás területén. Az elmélet a Hulladék energetikai hasznosítása területén is tesztelésre került. Az építőipari alkalmazásban ennek segítségével kiértékelésre kerültek az olyan szilárd hulladék anyagok hosszú távú stratégiai perspektívái, melyek amúgy biológiai lebontásra lettek volna ítélve. 3. Saját Kutatási Eredmények A korlátozott erőforrások világában, amikor választani kell egymásnak ellentmondó lehetőségek közül, a környezeti és a pénzügyi megfontolások nem különíthetők el. Bár fellelhetők tudományos cikkek, melyek az Életciklus Elemzést különböző területeken alkalmazzák, ezek általában csak a környezeti hatások egy-egy kifejezett területére koncentrálnak. Jelen tanulmányban első alkalommal kerül sor ennek a nézetnek a pénzügyi szempontokkal való kiegészítésére, valamint a szakemberek számára komplex mutatót ismertet. A 4

5 bemutatásra került esettanulmányok bebizonyították a módszertan hatékonyságát és felhasználhatóságát. A kutatási célmeghatározás fejezetében megfogalmazott kérdéseket az alábbi 3 új kutatási eredménnyel válaszolja meg a szerző: Kutatási célok/kérdések Saját kutatási eredmények Az Életciklus Elemzésből származó információk milyen módon használhatók fel a stratégiai döntéshozatal során? Hogyan értelmezhetők az adott termék vagy szolgáltatás környezeti hatást nagymértékben befolyásoló egyes tényezők? 1 A Környezeti Hatások Stratégiai Hálódiagramja: olyan grafikai megjelenítés, mely elősegíti a stratégiai döntéshozatalt, egyetlen, komplex fenntarthatósági mutatóban (Stratégiai Környezeti Hatás Mutató SEPI) egyesítvén a környezeti és a költségszempontokat. 2 A Környezeti Hatású anyagok jegyzéke (Bill of Material - BOM) és Technológiai Útvonal: a SEPIhez való hozzájárulás folyamat- és alapösszetevők szemszögéből. Hogyan indokolhatók az értékelések során felmerülő bizonytalanságok? Hogyan indokolhatók az értékelések során felmerülő bizonytalanságok? Melyik módszertani megközelítés a legmegfelelőbb? 3 A lábnyomok meghatározásához a Fuzzy Logic felhasználása. Elmosódott szabályok összegzése a különböző hozzájárulások meghatározásakor, az egyes értékek bizonytalanságainak igazolásához. 4 Az E 3 -Módszer: a szoftver és a módszerek legjobb kombinációjának létrehozása és a Hulladék Energetikai felhasználása területén egy fenntarthatósági mutató meghatározása. A kutatás fő eredményei a következő fejezetekben kerülnek bemutatásra. 5

6 4. Tézisek 1. A tanulmányban egy, mind a környezeti, mind a pénzügyi szempontokat figyelembe vevő új módszertant mutat be a szerző: a Környezeti Hatások Stratégiai Hálódiagramja. A Hálódiagramja segítségével a szerző első alkalommal volt képes a fő környezeti mutatókat (lábnyomokat) költség szempontjával kiegészíteni egyetlen mutatóban. Mivel az egyes lábnyomokhoz való hozzájárulás kiszámítható, lehetőség van bemutatni a lábnyomot egy hálótérképen. Az összehasonlításhoz az egyes lábnyomok eredményeit normalizáltuk és as skálán rögzítettük. Egy terv-tény összehasonlítás rendszert mutat be szerző, ahol minden egyes lábnyom esetében a célérték alapjául tudományos konszenzus vagy a már ismert előírásokból származó értékek szolgáltak. A cél a lábnyomok hozzájárulásainak csökkentése. Az öt lábnyom és a költségaspektus grafikus egyesítése során egy piramist kapunk. Az egyes piramisok térfogata megmutatja a környezeti és a pénzügyi hatások egészét és meghatározza a Fenntartható Környezeti Hatás Mutatót (SEPI). A megközelítés újdonságát és az eredmények fontosságát a kutatásról szóló cikkre való hivatkozások sokasága is erősíti (eddig 31-szer). A cikk, (J1) mely az elért eredmények között is említésre kerül a későbbiek során, a Journal of Cleaner Production című lapban publikálták és egyben az eddigi egyik legtöbbször letöltött cikk is. Kapcsolódó kiadványok: J1, J4, C5, C6, C7, B1 2. Egy termék vagy szolgáltatás létrehozásához szükséges anyagok vagy gyártási folyamat hatásainak meghatározásához, két új alapfogalmat vezet be a szerző: a Környezeti Hatású Anyagok Jegyzéke (BOM) és a Technológiai Útvonal. A bemutatott alapelképzelés az, hogy egy adott termék vagy szolgáltatás minden egyes összetevője bizonyos környezeti teherként jelenik meg, egyben hozzájárul a környezeti lábnyomhoz. Ezeket a hozzájárulásokat nevezzük Környezeti Hatás Pontoknak (Environmental Performance Points - EPP) egyszerűbben Hatás Pontoknak (PP). Amikor az egyes összetevőkből a technológiai folyamatok során elkészül a végtermék vagy szolgáltatás, azok folyamatosan hozzájárulnak a környezeti teherhez. Ezeket a hozzájárulások szintén Környezeti Hatás Pontoknak minősülnek. A 6

7 lábnyomokhoz tartozó EPP-k összessége alapján hozható létre a Környezeti Hatások Stratégiai Hálódiagramja. Ez az új megközelítés kiemelkedő rugalmasságot biztosít: az egyes összetevőkben, anyagokban vagy termelési eljárásban történő változtatások azonnal megjelennek a Hálódiagramja. Ily módon a szakemberek számára lehetőség nyílik a döntéshozatali eljárás felgyorsítására, a folyamatot és a termék összetevőket rugalmasan hozzáigazíthatják a kívánt környezeti célokhoz. Kapcsolódó kiadványok: J2, C4, C5, C2, C1 3. A különböző környezeti korlátok értékei nem minden esetben ismertek pontosan, a szerző ezért kidolgozta a Stratégiai Környezeti Hatás Mutatót és a bizonytalanságok meghatározásához a Fuzzy Logic elméletet alkalmazta. A bizonytalanság származhat abból a tényből, hogy a legtöbb esetben a kibocsátások szintje utalhat a gyártás telephelyének jellemzőire, pl. a földrajzi elhelyezkedés, a lakott területekhez való közelség vagy egyéb szennyezhető természeti kincsek. Ezen hatások és verbális azonosítóik összessége lehetővé tette a szerző számára, hogy a széndioxid kibocsátást egyedüli értékként határozza meg. Ugyanez a megközelítés egyszerűen alkalmazható valamennyi környezeti hozzájárulás esetében, valamint az élesen körvonalazott értékek felhasználhatók a Környezeti Hatások Stratégiai Hálódiagramja alapkalkulációi során. 4. Új módszertan (Környezeti End-to-End vagy E 3 -Módszertan) került kidolgozásra a Hulladék energetikai felhasználásában alkalmazható szoftver és módszerek kombinációjára. Az elképzelés az Életciklus Elemzés területén már meglévő szoftvert kombinálja az előterjesztett módszerrel. A szabvány szoftverek közül van olyan, amelyik alkalmas egyes lépések elvégzésére (pl. egyszerű lábnyom kalkulációra), mások pedig elvégezhetők szoftver felhasználása nélkül. Az új módszertan az SPI és a SIMAPro kombinációjának alkalmazását javasolja a jelen kutatásban bemutatott Excel kalkulációs Munkafüzet kiegészítésével a SEPI megállapításához, valamint a MatLabet a Fuzzy Logic és a bizonytalanságok értékelése esetén. Kapcsolódó kiadványok: J3, J1, J2, C3, C2, C1 7

8 4. Publikációs lista Könyv fejezetek, cikkek nemzetközi folyóiratokban és lektorált nemzetközi konferencia kiadványok melyek ezekhez a PhD tézisekhez kapcsolódnak: Könyv fejezetek: B1. De Benedetto L, Klemeš J, LCA as an environmental assessment tool in waste to energy and contribution to occupational health and safety, Chemical Engineering Greetings to Prof. Eliseo Ranzi, MARIO DENTE ED., AIDIC (ITA), ISBN , pp , 2008 B2. Klemeš J, De Benedetto L, Environmental Assessment and Strategic Environmental Map based on Footprints Assessment, in Sustainability Science and Engineering, ICOSSE, Springer 2012 Nemzetközi folyóiratok impakt faktorral: J1. De Benedetto L, Klemeš J, 2010, The Environmental Bill of Material and Technology Routing: an integrated LCA approach, Clean Technologies and Environmental Policy, Vol.12 (2), pp IMPACT FACTOR: 1.12 NUMBER OF CITATIONS for this article (until December 2012): 7 J2. De Benedetto L, Klemeš J, 2009, The Environmental Performance Strategy Map: an Integrated LCA approach to support the Strategic Decision Making Process, Journal of Cleaner Production, Vol. 17 (10), pp , doi /j.jclepro IMPACT FACTOR: NUMBER OF CITATIONS for this article (until December 2012): 66 J3. De Benedetto L, Klemeš J, 2008, LCA as environmental assessment tool in waste to energy, and contribution to occupational health and safety, Chemical Engineering Transactions, Vol. 13, 2008, pp J4. De Benedetto L., Klemeš J, 2009, The Environmental Performance Strategy Map: LCA Based Strategic Decision Making. Chemical Engineering 8

9 Transactions, Vol 18, pp Nemzetközi konferencia kiadványok/konferencia előadások: C1. De Benedetto L., Klemes J.:Integrated LCA Approaches to Strategic Decision Making: the Strategic Environmental Performance Indicator, Planning, Proceedings of Műszaki Kémiai Napok Mükki Conference of Chemical Engineering, April 27-29, 2010, Veszprém, Hungary, p 190 C2. Klemeš J, De Benedetto L., The Environmental Performance Strategy Map: LCAbased strategic decision making. Session I: Renewable energy (RE) and Energy Efficiency (EE): international situation, The 2th International Symposium Renewable Energy and Energy Efficiency ER2E09, Renewable Energy Development in the Eastern Region of Morocco: Potentials and Prospects, Oujda - Morocco, October, 2009, pp 24. C3. Klemeš J., De Benedetto L.: Life Cycle Analysis and Supply Chain Analysis Integrated Approach with the Stress to Waste to Energy Issue - the Environmental Performance Strategy Map Approach to Support the Strategic Decision-making Process. Plenary Lecture, 4 th International Scientific Practical Conference, Logistics and Economics of Resource- and Energy- Saving in Industries, September 21 23, 2009, Samara, Russian, pp , pp C4. De Benedetto L., Klemeš J.: I. Case Study: The Environmental Performance Strategy Map: LCA Based Strategic Decision Making. 8 th, World Congress of Chemical Engineering, WCCE-8, August 23-27, 2009, Montreal, Quebec, Canada, lecture number LCM/ 45. C5. De Benedetto L., Klemeš J.: The Environmental Performance Strategy Map: LCA Based Strategic Decision Making. II. Case Study, 8th World, Congress of Chemical 9

10 Engineering, WCCE-8, August 23-27, 2009, Montreal, Quebec, Canada, lecture number SUS5/1540 C6. De Benedetto L, Klemeš J, Life Cycle Assessment as an Environmental Assessment Tool in Municipal Solid Waste Management, ENERGY FOR SUISTANABLE FUTURE, ed P Varbanov, J Klemeš and I Bulatov, UoP University Library Archives, UoP Press 2008/50, Veszprém, Hungary, ISBN C7. Klemeš J., De Benedetto L.: Integrated Life Cycle Approaches in municipal solid waste management. Oral at the PRES 2008 / CHISA 2008 conference, August 24-28, 2008, Prague, Czech Republic. 10