Sustainable supply chain management for next-generation energy by integrating environmental, economic, and social strategies

Abstract

과도한 화석연료 사용에 따른 지구 온난화로 인해 재생 에너지 자원에 대한 연구가 주목받고 있다. 다음 세대에게 바이오 연료는 효율적인 에너지원이며 지속 가능한 에너지 공급의 확장 영역이다. 바이오 연료에 의존하는 에너지원은 환경, 경제, 사회에 긍정적인 영향을 미친다. 바이오 연료를 산업 규모에서 적절한 방법으로 사용하려면 잘 설계된 공급사슬 관리가 필요하다. 경제적 문제를 줄이고, 환경 위협을 최소화하고, 사회적 이익을 개선하기 위해 지속 가능한 바이오 연료 공급사슬 관리를 개발할 필요가 있다. 이러한 작업의 관리는 최적화되어야 하는 많은 결정을 수반한다. 바이오 연료 공급사슬 관리의 지속 가능한 성과는 공급사슬 관리 구성, 운송 모드, 환경 영향, 사회적 이점 및 노드의 위치와 관련된 계획된 선택에 의해 최적화될 수 있다. 지속 가능한 공급사슬 관리의 핵심 측면은 이 두 차원 간의 절충으로 triple bottom line을 달성하는 것이다. 이러한 맥락에서, 서로 다른 측면 간의 영향과 상호 관계를 조사하기 위해 이들을 동시에 최적화하는 것이 중요하다. 이 연구는 3단계로 진행된다. 이 논문의 첫 번째 단계에서는 2세대 바이오 연료 공급사슬 관리에서 탄소세와 불확실한 매개변수가 미치는 영향을 연구한다. 여러 농업 지역, 잔여 바이오매스 수송을 위한 운송, 액체 바이오 연료, 다중 바이오 금융 및 다중 시장 센터가 고려된다. 탄소세 정책은 의사결정과 운영 활동에 대한 영국적 지배력을 가지고 있기 때문에 공급사슬 관리에 통합된다. 바이오 연료 공급사슬 관리의 주요 과제는 몇 가지 불확실성이 존재하는 것이므로, 매개변수는 불확실한 것으로 가정되기 때문에 퍼지 숫자로 표현된다. 서명된 거리 접근은 이 불확실성을 제어하는 데 사용된다. 목표는 총비용을 최소화하고 위치 할당 및 수량 분배를 최적화하는 지속 가능한 공급사슬 관리를 개발하는 것이다. 수치적 실험을 분석했고, 그 결과는 총비용이 생물 금융 회사의 생산 비용에 더 민감하다는 것을 보여준다. 탄소 배출의 최소화는 자원의 최적화된 배분에 의해 이루어졌다. 전체 공급사슬 관리에서, 운송 부문은 환경에서 탄소 배출의 가장 중요한 원천이다. 두 번째 단계에서는 triple bottom line 접근법에 따라 지속 가능한 공급사슬 관리를 설계하기 위해 다목적의 최적화 문제가 제안된다. 디자인된 모델은 지속가능성의 상충하는 목표들 사이의 절충을 포착한다. 탄소세 및 상한제 정책은 환경을 보호하는 도구로 사용될 수 있는 공급사슬 관리에 통합된다. ε-constraint 방법은 이 다중 객체 최적화 모델을 해결하는 접근법으로 사용된다. 목표는 2세대 바이오 연료 공급사슬 관리에서 총비용을 최소화하고 탄소 배출을 최소화하며 일자리 수를 극대화하는 지속 가능한 공급사슬 관리를 개발하는 것이다. 그 결과는 총비용의 경미한 증가에 의해 탄소 배출의 최소화와 새로운 일자리 기회의 극대화가 이루어질 수 있다는 것을 보여준다. 사회적 목표를 경제적 목표와 선도적 우선 과제로 전환하면 취업 기회가 9.32% 더 많아진다. 반면 환경 목표를 경제적 목표와 선도적 우선 과제로 전환하면 탄소 배출량이 0.18% 감소한다. 그 결과는 또한 2세대 바이오 연료가 일자리 창출로 농촌 지역의 발전을 위한 전략적 요소로 사용될 수 있다는 것을 입증한다. 제안된 연구의 민감도 분석을 통해 실제 적용 여부를 확인할 수 있다. 이 연구에서 얻은 결과는 정책입안자들이 2세대 바이오 연료 생산을 지원하고 장려하는 데 도움이 될 것이다. 세 번째 단계에서는 2세대 바이오 연료를 위한 다단계 다목적 지속 가능한 공급사슬 관리가 개발된다. 이 모델은 다양한 차원의 지속 가능성 하에서 장기 계획 기간을 기반으로 한다. 이 장기적인 계획적 측면은 모든 목표가 동시에 실행되는 동일한 수의 하위 기간으로 나뉜다. 목표는 탄소 배출을 최소화하고 전체 기간 동안 새로운 일자리 기회를 극대화하는 다 주기 지속 가능한 공급사슬 관리의 프레임워크를 만드는 것이다. 이 모델의 매개변수는 증가하는 시장 수요를 충족시키기 위해 시간이 지남에 따라 확장되어야 한다. 탄소 배출량 검토, 농업 지역, 인플레이션율 영향, 생물금융 역량 등과 같은 전략적 결정은 개별 기간에 대해 결정되며, 이는 전체 계획 범위에 걸쳐 엇갈린다. 단계적 크기를 계산하는 개선된 방법을 가진 ε-constraint 접근방식은 경쟁 목표 간의 절충을 위해 사용된다. 또한 개발 모델의 효과를 입증하기 위해 민감도 분석에 이은 수치 실험도 설명된다. 이 연구 결과는 2세대 바이오 연료 공급사슬 관리를 위한 장기 계획을 설계하는 동시에 다양한 매개변수와 규정에 대응하는 데 도움이 될 것이다.; Researchers have raised concerns to concentrate on renewable and sustainable energy resources to control the elevated level of global warming. For next generations, biofuel is considered as an efficient source of energy and expanded the domain of sustainable energy supplies. Energy sources depending on biofuel have a positive impact on the society, environment, and economy. To use biofuel in a proper way at an industrial scale, a well-designed supply chain management is needed. There is a necessity to establish a sustainable biofuel supply chain management for reducing economic issues, minimizing environmental threats, and improving social benefits. The management of these tasks involves several decisions that need to be optimized. The sustainable achievement of a biofuel supply chain management can be optimized by planned choices regarding supply chain management configuration, transport modes, environmental influences, social benefits, and location of nodes. The key aspect of sustainable supply chain management is the trade-off among these dimensions to achieve a triple bottom line. In this context, it is important to optimize them simultaneously to investigate the impact and inter-relations among the different aspects. The comparative analysis shows that improved proposed methodology is the best suitable approach to solve the multi-objective problem having conflicting objectives. This research is carried out in three phases. In the initial phase of this dissertation, the impact of the carbon tax and uncertain parameters in the supply chain management of second-generation biofuel is studied. The multiple market centers, transportation of liquid biofuel and residual biomass, multiple biorefineries, and multiple agricultural zones are taken. The carbon tax policy is incorporated in the supply chain management as it has imperial control over the decision-making and operational activities. The leading challenge in the supply of biofuel is the presence of several uncertainties, therefore parameters are denoted by fuzzy numbers. The signed distance approach is used to control this uncertainty. The objective is to establish a sustainable supply chain management that reduces the cost and optimizes the location-allocation as well as quantity distribution. The numerical experiments are analyzed, and the results illustrate that total cost is more sensitive to the production cost at biorefineries. The minimization of carbon emission has been done by the optimized allocation of resources and the transportation segment is the main cause of emitting carbon. To express the efficacy of the model, significant observations are also described in this study. In the second phase, a problem with multi-objective optimization is proposed to design a sustainable supply chain management under the triple bottom line approach. The designed model captures the trade-off between the conflicting objectives of sustainability. The carbon tax and cap policy are incorporated in the supply chain management which can be used as a tool to protect the environment. The augmented ε-constraint approach is employed to solving this multi-objective optimization model. The objective is to proposed a sustainable supply chain management that minimizes the carbon emission, minimizes the total cost and maximizes the number of job opportunities in the second-generation biofuel supply chain management. The finding shows that by a marginal increment in the total cost, minimization of carbon emissions and the maximization of new job opportunities can be done. Interchanging of the social objective with an economic objective as a pioneer priority makes 9.32% more job opportunities. Whereas interchanging of the environmental objective with economic objective as a pioneer priority deprives the carbon emissions by 0.18%. The results also prove second-generation biofuel can be used as a strategic factor for the development of rural areas by generating the job opportunities. The sensitivity analysis for the proposed model is also done to examine its actual application. The insights from this research will help policymakers to support and encourage second-generation biofuel production. In the third phase, a multi-period multi-objective sustainable supply chain management is developed. This model is based on long-term planning period under different dimensions of sustainability. This long-term planning horizon is divided into an equivalent number of sub-periods in which all objectives are executed simultaneously. The objective is to make a framework of the multi-period sustainable supply chain management that reduces the carbon emission and take full advantage of the new job opportunities in the entire period. The parameters in this model are needed to extend during the time to meet the upward demand of markets. The strategic decisions such as carbon cap review, the area of agricultural zones, the impact of the inflation rate, and capacities of biorefineries are resolved for the individual duration that is linked with the whole planning period. The augmented ε-constraint approach with an improved way of computing the step size is used to make a trade-off between contending objectives. The numerical experiment followed by sensitivity analysis are also illustrated to prove the efficiency of the developed study. The findings will help the organizations to respond accordingly for different parameters and regulations while designing the long-term planning for second-generation biofuel supply chain management.