Προγραμματισμός γεωργικής παραγωγής αγρο-ενεργειακών περιοχών με τη μέθοδο της αποτίμησης κύκλου ζωής

Abstract

The simultaneous and increasing needs for safe and quality food products, along with the environmental and socio-economic sustainability, develop a multilevel problem with controversies and arbitrary assumptions for farmers and policy makers. One of the major goals for farmers is to fulfill the subsidiary requirements of the CAP to ensure their payments, while at the same time policies integrating agri-environmental and climate change mitigation reforms seem to keep farmers skeptical about structural changes in farm management. The formulation of agro-energy districts is the key to the merge between economic and environmental motives for farmers in the European Union. Our main goal is the assessment of farms sustainability, based on environmental and economic data and the identification of potential energy generation from crop residues for thirteen major crops in the Region of Central Macedonia. Along with the agricultural residues, potential pure energy from sunflower and rapeseed is also identified since these are two of the thirteen crops selected in the region. In order to assess the aspect of sustainability in agricultural production, different impact assessment tools could be implemented. To demonstrate our point, we follow a Life Cycle Assessment and a Life Cycle Costing approach to investigate the environmental and economic implications of conventional agricultural practices in the area. To this end, the evaluation tool of life cycle assessment is thoroughly analyzed for biomass exploitation systems, since it is acknowledged as the most advantageous methodological framework. Although LCA gives the potential to develop alternative scenarios to achieve the optimal environmental performance in the context of sustainability, at the same time subjective measures are developed which are difficult to quantify. Multi-criteria analysis is the key to solve the current weakness, since it takes into account multiple criteria in a wide assortment of aspects and thus it could integrate sustainability elements. In the context of the dissertation's objectives, we have developed a multicriteria mathematical programming model that integrates the environmental aspects of LCA, economic data of LCC and potential energy from biomass. The objectives of the model focus on maximizing farmers’ gross income, minimizing emissions of gaseous pollutants from farming practices for each crop, and maximizing biomass potential energy. The results showed that the multi-criteria decision-making model achieved simultaneously all three objectives, reorganizing the existing production plan. As a result, the optimal production plan achieves better income for the farmers, lower emissions of gaseous pollutants and higher amounts of energy from biomass, with the current level of technology, amount of inputs and education.

Οι αυξανόμενες ανάγκες για ασφαλή και ποιοτικά προϊόντα διατροφής, μαζί με την περιβαλλοντική και κοινωνικοοικονομική βιωσιμότητα, αναπτύσσουν ένα πολυεπίπεδο πρόβλημα με αντιπαραθέσεις και αυθαίρετες υποθέσεις για τους αγρότες και τους φορείς χάραξης πολιτικής. Ένας από τους κύριους στόχους για τους αγρότες είναι να εκπληρώσουν τις απαιτήσεις της Κοινής Αγροτικής Πολιτικής, προκειμένου να διασφαλίσουν τις πληρωμές τους, ενώ την ίδια στιγμή οι πολιτικές ενσωμάτωσης γεωργοπεριβαλλοντικών μεταρρυθμίσεων για την άμβλυνση της κλιματικής αλλαγής δημιουργούν σκεπτικισμό στους παραγωγούς, σχετικά με τις διαρθρωτικές αλλαγές που απαιτούνται στη διαχείριση των γεωργικών εκμεταλλεύσεων. Η διαμόρφωση αγρο-ενεργειακών περιοχών είναι το κλειδί για τη συγχώνευση των οικονομικών και περιβαλλοντικών κινήτρων για τους αγρότες στην Ευρωπαϊκή Ένωση. Κύριος στόχος της παρούσας διατριβής είναι η αξιολόγηση της βιωσιμότητας των γεωργικών εκμεταλλεύσεων, βάσει περιβαλλοντικών και οικονομικών δεδομένων και ο προσδιορισμός της πιθανής παραγωγής ενέργειας από υπολείμματα καλλιεργειών για τις δεκατρείς πιο εκτεταμένες καλλιέργειες στην Περιφέρεια Κεντρικής Μακεδονίας. Μαζί με τα γεωργικά υπολείμματα υπολογίζουμε επίσης τη δυνητική παραγόμενη ενέργεια από τον ηλίανθο και την ελαιοκράμβη, δεδομένου ότι πρόκειται για δύο από τις δεκατρείς καλλιέργειες της Περιφέρειας. Προκειμένου να αξιολογηθεί η πτυχή της βιωσιμότητας της γεωργικής παραγωγής, θα μπορούσαν να εφαρμοστούν διάφορα εργαλεία αποτίμησης των επιπτώσεων. Για τη διερεύνηση των περιβαλλοντικών και οικονομικών επιπτώσεων των συμβατικών γεωργικών πρακτικών στην περιοχή, ακολουθούμε τις προσεγγίσεις Αποτίμησης Κύκλου Ζωής και Κοστολόγησης Κύκλου Ζωής. Για το σκοπό αυτό, η Αποτίμηση Κύκλου Ζωής αναλύεται διεξοδικά για συστήματα εκμετάλλευσης βιομάζας, αφού αναγνωρίζεται ως το κατάλληλο μεθοδολογικό πλαίσιο. Αν και η ΑΚΖ παρέχει τη δυνατότητα ανάπτυξης εναλλακτικών σεναρίων για την επίτευξη των βέλτιστων περιβαλλοντικών επιδόσεων, στο πλαίσιο της βιωσιμότητας, παράλληλα αναπτύσσονται υποκειμενικά μέτρα τα οποία είναι δύσκολο να ποσοτικοποιηθούν. Η Πολυκριτήρια Υποστήριξη Αποφάσεων είναι το κλειδί για την επίλυση της τρέχουσας αδυναμίας, δεδομένου ότι λαμβάνει υπόψη πολλαπλά κριτήρια σε μια ευρεία ποικιλία πτυχών και συνεπώς θα μπορούσε να ενσωματώσει στοιχεία βιωσιμότητας. Στο πλαίσιο των στόχων της διατριβής δημιουργήσαμε ένα μοντέλο πολυκριτήριου μαθηματικού προγραμματισμού που ενσωματώνει περιβαλλοντικές πτυχές της ΑΚΖ, οικονομικά δεδομένα της ΚΚΖ και την παραγόμενη ενέργεια από βιομάζα. Οι στόχοι του μοντέλου εστιάζουν στη μεγιστοποίηση του ακαθάριστου εισοδήματος των παραγωγών, στην ελαχιστοποίηση των εκπομπών αέριων ρύπων από τις γεωργικές πρακτικές που εφαρμόζονται σε κάθε καλλιέργεια και στη μεγιστοποίηση της παραγόμενης ενέργειας από βιομάζα. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι το πολυκριτήριο μοντέλο μαθηματικού προγραμματισμού πέτυχε και τους τρεις στόχους ταυτόχρονα με την αναδιάρθρωση του υφιστάμενου σχεδίου παραγωγής. Ως εκ τούτου, το βέλτιστο σχέδιο παραγωγής επιτυγχάνει καλύτερο εισόδημα για τους παραγωγούς, λιγότερες εκπομπές αέριων ρύπων και μεγαλύτερη ποσότητα ενέργειας από βιομάζα, με το υφιστάμενο επίπεδο τεχνολογίας, ποσότητας εισροών και εκπαίδευσης.