Systematic tools based on data envelopment analysis for the life cycle sustainability evaluation of technologies

Abstract

El desenvolupament de sistemes energètics més sostenibles és un objectiu vital de les societats modernes que ha augmentat d'importància durant les darreres dècades. La minimització de la dependència dels combustibles fòssils per tal de millorar la sostenibilitat s'ha convertit en la meta pels investigadors i gestors juntament amb el desenvolupament de noves estratègies. Aquesta tesi introdueix la utilització conjunta de dues tècniques: l'anàlisi d'envolvent de dades (AED) i lanàlisi del cicle de vida (ACV) com eines adequades per assolir aquests reptes. S'ha analitzat l'ecoeficiència ambiental de la matriu elèctrica de les principals economies europees i s'han identificat els països ambientalment eficients i ineficients. S'han proporcionats objectius per convertir els països ineficients en eficients. D'altra banda, la metodologia AED + ACV s'ha aplicat a l'anàlisi de l'ecoeficiència d'un sistema considerant la incertesa en les dades a través de la implementació de la matriu de Pedigree i la simulació de Monte Carlo. Els resultats proporcionen una visió valuosa per als governs i gestors que busquen satisfer la demanda d'electricitat, minimitzant l'impacte ambiental associat i considerant la incertesa associada a les dades

El desarrollo de un sistema energético más sostenible es un objetivo vital en la sociedad moderna que ha ido aumentado de importancia durante las últimas décadas. La minimización de la dependencia de los combustibles fósiles con el fin de mejorar la sostenibilidad se ha convertido en la meta para los investigadores y gestores junto con el desarrollo de nuevas estrategias. Esta tesis introduce el uso combinado de dos técnicas, el análisis de envolvente de datos (AED) y el análisis de ciclo de vida (ACV) como herramientas para lograr estos desafíos. Se ha analizado la eco-eficiencia ambiental de la matriz eléctrica de las principales economías europeas y se han identificado los países ambientalmente eficientes e ineficientes. Se han proporcionados objetivos para convertir los países ineficientes en eficientes. Por otra parte, la metodología AED + ACV se ha aplicado al análisis de la ecoeficiencia de un sistema considerando la incertidumbre en los datos a través de la implementación de la matriz de Pedigree y la simulación de Monte Carlo. Los resultados proporcionan una visión valiosa para los gobiernos y gestores que buscan satisfacer la demanda de electricidad, minimizando el impacto ambiental asociado e incluyendo la incertidumbre asociada a los datos.

Moving towards a more sustainable energy system has been a main aim of modern societies during the last decades. The minimization of the fossil fuels dependence in order to improve sustainability has become the goal for investigators and policy makers jointly with the development of new strategies and policies. The presented thesis introduces the combined use of data envelopment analysis (DEA) and life cycle assessment (LCA) technique as a suitable tool to achieve these challenges. The environmental performance (eco-efficiency) of the electricity mix of the top European economies has been studied and the environmentally efficient and inefficient countries have been identified. For the inefficient ones, the targets have been provided in order to make them efficient. Moreover, the DEA+LCA method has been extended to deal with the uncertainty, through the implementation of the Pedigree matrix approach and Monte Carlo simulation to enable the eco-efficiency assessment under uncertainty. Our results provide valuable insight for governments and policy makers that aim to satisfy the electricity demand while minimizing the associated environmental impacts and considering the uncertainties of the data.