Contribution to the development of mathematical programming tools to assist decision-making in sustainability problems
- Autores: Ángel Galán Martín
- Directores de la Tesis: Gonzalo Guillén Gosálbez (dir. tes.), Laureano Jiménez Esteller (codir. tes.)
- Lectura: En la Universitat Rovira i Virgili ( España ) en 2018
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Mariano Martín Martín (presid.), Dieter Boer (secret.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Nanociencia, Materiales e Ingeniería Química por la Universidad Rovira i Virgili
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: TDX
- Resumen
- español
La actividades humanas están excediendo la capacidad de carga de la Tierra, lo que puede potencialmente generar implicaciones perjudiciales para el futuro bienestar humano y del medio ambiente. Sin duda son necesarios profundos cambios estructurales, lo que exige tomar soluciones eficaces ante los problemas emergentes de sostenibilidad. En este contexto, esta tesis se centra en dos transformaciones clave para reconectar el desarrollo humano con el progreso sostenible: la "seguridad alimentaria sostenible", desacoplando la intensificación agrícola del uso insostenible de los recursos; y el " modelo energético sostenible", apoyando el cambio hacia una economía respetuosa con el medio ambiente. El marco metodológico consiste en abordar distintos problemas mediante el desarrollo de herramientas sistemáticas de programación matemática cuyo objetivo es apoyar la toma de decisiones y la formulación de políticas tendentes hacia la consecución del desarrollo sostenible. La tesis incluye cuatro contribuciones principales en forma de herramientas de decisión y apoyo de políticas suficientemente flexibles para abordar diferentes casos de estudio. En primer lugar, se propone una herramienta multiobjetivo para asignar áreas de cultivo considerando simultáneamente criterios productivos y medioambientales. En segundo, se propone un modelo multiperiodo para determinar planes de cultivo óptimos y subsidios efectivos con el fin de promover prácticas agrícolas sostenibles. En tercero, se propone una metodología para realizar análisis de sostenibilidad que permite evaluar sistemas muticriterio y proporciona potenciales mejoras de acuerdo con principios de sostenibilidad. En cuarto lugar, se propone un nuevo enfoque basado en la optimización de acciones cooperativas con el objetivo de promover y fortalecer la cooperación internacional en la lucha contra el cambio climático La información derivada de la investigación, como la presentada en esta tesis, puede desempeñar un papel fundamental en la transición hacia una nueva era en la que la economía, la sociedad y el medio ambiente coexistan como pilares clave del desarrollo sostenible.
- català
L'activitat humana està excedint la capacitat de resposta de la Terra, el que pot tenir implicacions perjudicials per al futur benestar humà i del medi ambient. Sens dubte, severs canvis estructurals seran necessaris, el que exigeix prendre solucions eficaces davant els problemes emergents de sostenibilitat. En aquest context, aquesta tesi es centra en dues transformacions clau per re-connectar el desenvolupament humà amb el progrés sostenible: la "seguretat alimentària sostenible", desacoblant la intensificació agrícola de l'ús insostenible dels recursos; i el "model energètic sostenible", donant suport al canvi cap a una economia respectuosa amb el medi ambient. El marc metodològic consisteix a abordar diferents problemes mitjançant el desenvolupament d'eines sistemàtiques de programació matemàtica amb l'objectiu de donar suport a la presa de decisions i la formulació de polítiques conduents a la consecució del desenvolupament sostenible. Aquesta tesi doctoral inclou quatre contribucions principals en forma d'eines de decisió i suport de polítiques prou flexibles com per abordar diferents casos d'estudi. En primer lloc, es proposa una eina multiobjectiu per assignar àrees de cultiu considerant simultàniament criteris productius i mediambientals. En segon lloc, es proposa un model multiperíode per determinar plans de cultiu òptims i subsidis efectius per tal de promoure pràctiques agrícoles sostenibles. En tercer lloc, es proposa una metodologia per a analitzar la sostenibilitat que permet avaluar sistemes muticriteri i proporciona potencials millores d'acord amb els principis de la sostenibilitat. En quart lloc, es proposa un nou enfocament basat en l'optimització d'accions cooperatives amb l'objectiu de promoure i enfortir la cooperació internacional en la lluita contra el canvi climàtic La informació derivada de la investigació, com la presentada en aquesta tesi, pot tenir un paper fonamental en la transició cap a una nova era en la qual l'economia, la societat i el medi ambient coexisteixin com a pilars clau del desenvolupament sostenible.
- English
Responding to the ongoing and emerging global sustainability challenges is crucial to promote a sustainable growth and development. Impacts and burdens of human activities are exceeding the Earth’s carrying capacity, overstepping the safe limits our planet sets, which may lead to abrupt or irreversible environmental changes. At the same time, the unstoppable growth of the world population will lead to increased demands as well as higher pressures on the environment. Without taking actions, issues such as climate change, environmental degradation or resources depletion may create unprecedented and perhaps irreversible situations that pose a serious threat to future human well-being and the environment.
There is no doubt that a shift is needed for sustainability which calls for effective solutions when facing problems contributing to the transition towards a more sustainable development. Unfortunately, sustainability challenges often led to very complex problems, where many interrelated aspects and several conflicting stakeholder’s preferences have to be considered simultaneously, for which making good decisions become extremely difficult. In this regard, research-based information facing such problems may play an important role in decision and policy-making support to formulate adequate strategies and policies to accelerate the transition toward a sustainable future. This thesis is devoted to tackle different sustainability issues by developing systematic mathematical programming tools aiming at supporting the sustainable decision and policy-making which ultimately will lead to the development of more efficient mechanisms to foster sustainability.
Against this background, there is a growing attention to the need for structural transformations in the way societies interact with the natural environment as the basis to reconnect the human development to sustained progress. In particular, this thesis focuses on two key transformations: the “food security transformation”, through decoupling the intensification of food production from unsustainable use of resources; and the “energy transformation”, supporting the shift towards an environmentally friendly economy. Regarding the former transformation, where agricultural sustainability has a key role to play, two mathematical programming models were developed aiming to foster more sustainable agricultural practises. With respect to the latter energy transformation, two models are proposed to support transition-makers to select and improve technologies, and to promote the collective actions so that forging ahead with an effective clean energy transition.
Four major contributions are made in this thesis. First, a multi-objective tool is proposed to optimally allocate cropping areas considering simultaneously economic and environmental criteria. Second, a multi-period model is proposed to determine optimal cropping plans and subsidies to promote agricultural practices beneficial to the climate and the environment. Third, a novel data envelopment analysis methodology tailored to perform sustainability assessments is proposed, which allows comparing systems (e.g. electricity technologies) and also provides targets for improvement according to the extent to which they adhere to sustainability principles. Fourth, an optimised cooperative approach is proposed to promote and strengthen international cooperation in the fight against climate change. The capabilities of the four decision and policy making support tools developed in this thesis have been tested by applying them to real world case studies, therefore demonstrating that they could actually be used to support sustainable decision and policy-makers so that guiding us towards a more sustainable decisions.
To sum up, this thesis provides sound systematic mathematical programming tools to support decision and policy-making on the path to sustainability, which are flexible and practical enough to contribute towards a more sustainable agriculture and a more sustainable energy future. Although there will be major sustainability challenges ahead, contributions such as those sought in this thesis, although apparently insignificant, may bring major strides in the transition towards a new era where the economy, society and the environment coexist as key pillars of sustainable development.
- español
