Critical Transmission Sectors of Energy-Water-GHG Nexus
Loading...
Date
Authors
ORCID
Advisor
Mark
P
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství
Abstract
Využití vody, spotřeba energie a emise skleníkových plynů (GHG) jsou rozhodujícími ukazateli a do značné míry souvisí s udržováním nebo dosahováním environmentální a sociální udržitelnosti. Tato práce prezentuje vyvinuté metodiky. Představuje také provedené případové studie, které prozkoumaly a identifikovaly Water-Energy-GHG Nexus (WEGN) z pohledu dodavatelského řetězce. Pro analýzu a návrh sítě WEGN jsou navrženy tři metodiky, které jsou založeny na nové aplikaci a integraci modelu vstup-výstup (IO), geografického informačního systému (GIS) a sítě dodavatelského řetězce (SCN), a zároveň řeší výzvy, které dříve neumožňovali praktické implementace. Použitelnost těchto metod je prokázána třemi komplexními případovými studiemi zaměřenými na odvětvovou environmentální účinnost, regionální environmentální účinnost a kritické přenosy WEGN. Mezi mé příspěvky v této oblasti patří: i. Nový nástroj pro hodnocení založený na IO pro identifikaci regionální environmentální účinnosti z hlediska WEGN, zejména pro regiony, které jsou úzce propojenyobchodem. ii. Pokročilá integrace metodik GIS a IO (GIS-IO) za účelem odhalení a mapování sítě WEGN, sledování kritických meziregionálních a sektorových toků WEGN, vyjasnění regionálních, odvětvových a celosvětových vzorců sítě WEGN a určení souvisejících výhod pro různé regiony. iii. Efektivní metoda hodnocení založená na IO a SCN pro kvantifikaci sektorových koeficientů WEGN. Navrhované metodiky, s podporou sady komplexních základních rovnic, transformují komplikované výzvy identifikace a analýzy sítě WEGN do snadno srozumitelného formátu, z čehož vznikají robustní řešení pro zlepšení posuzování environmentální udržitelnosti a zmírnění environmentálních tlaků. Například v jedné z případových studií ukazují výsledky nového přístupu GIS-IO zjevné rozdíly mezi různými zeměmi v rámci EU27, mezi různými sektory a také pokud srovnáme EU27 jako blok zemí, s ostatními státy světa. Analýza ukázala, že země EU27 přispěly o 1.4 Gt nižšími emisemi CO2, o 64.5 Gm3 menší spotřebou vody a 4.9 × 104 PJ nižší spotřebou energie ve srovnání se zbytkem světa, přičemž generovaly ekvivalentní ekonomickou produkci. To má dramatický dopad na globální prostředí. Největší úspěch v CWE mezi zeměmi EU27 měly Německo, Francie a Itálie. Práce doporučuje, aby EU27 poskytovala více technické podpory zemím, které těchto výsledků nedosahují, aby se zvýšila účinnost využívání zdrojů.
Water utilisation, energy consumption and Greenhouse Gas (GHG) emissions are crucial indicators and very much related for maintaining or achieving the Environmental and social sustainability. This thesis presents the methodologies have been developed and case studies have been conducted to explore and identify the Water-Energy-GHG Nexus (WEGN) from the supply chain perspective. Three methodologies which are based on the application and integration of the Input-Output (IO) model, Geographic Information System (GIS) and Supply Chain Network (SCN) are proposed, for analysing and designing the WEGN network, while also addressing challenges that have previously prevented practical implementation. The applicability of these methodologies is demonstrated by three comprehensive case studies focused on the sectoral environmental efficiency, regional environmental efficiency and critical transmissions of WEGN. My contributions to the field include: i. Novel IO based assessment tool for identifying regional environmental efficiency in terms of WEGN, especially for the regions that are closely connected by interregional trade. ii. Sophisticated Integrating the GIS and IO methodologies (GIS-IO) to reveal and map WEGN network, tracking the critical inter-regional and -sectoral WEGN flows, clarifying the regional, sectoral and worldwide patterns of WEGN network, and identifying the associated benefits for different regions. iii. Efficient IO and SCN based assessment approach (IO-SCN) for quantifying the sectoral WEGN coefficients. The proposed methodologies, with the support of a set of comprehensive underlying equations, transform the complicated WEGN network identification and analysis challenges into an easily understandable format, from which arises robust solutions for improving environmental sustainability assessment and mitigating environmental pressures. As an example in one of the case studies, the results run by the novel approach of GIS-IO reveals that apparent disparities between different countries within EU27, different sectors, as well in the EU27 as a block of nations compared and the rest of the world. The EU27 countries contributed 1.4 Gt less CO2 emissions, 64.5 Gm3 less water utilisation and 4.9×104 PJ less energy consumption, compared to the rest of the world, while generating the equivalent economic output. This has a dramatic effect on the global environment. Germany, France and Italy benefited most in the CWE network in the EU27. We recommend that the EU27 provide more technical support to upstream countries to improve the efficiency of resource utilisation.
Water utilisation, energy consumption and Greenhouse Gas (GHG) emissions are crucial indicators and very much related for maintaining or achieving the Environmental and social sustainability. This thesis presents the methodologies have been developed and case studies have been conducted to explore and identify the Water-Energy-GHG Nexus (WEGN) from the supply chain perspective. Three methodologies which are based on the application and integration of the Input-Output (IO) model, Geographic Information System (GIS) and Supply Chain Network (SCN) are proposed, for analysing and designing the WEGN network, while also addressing challenges that have previously prevented practical implementation. The applicability of these methodologies is demonstrated by three comprehensive case studies focused on the sectoral environmental efficiency, regional environmental efficiency and critical transmissions of WEGN. My contributions to the field include: i. Novel IO based assessment tool for identifying regional environmental efficiency in terms of WEGN, especially for the regions that are closely connected by interregional trade. ii. Sophisticated Integrating the GIS and IO methodologies (GIS-IO) to reveal and map WEGN network, tracking the critical inter-regional and -sectoral WEGN flows, clarifying the regional, sectoral and worldwide patterns of WEGN network, and identifying the associated benefits for different regions. iii. Efficient IO and SCN based assessment approach (IO-SCN) for quantifying the sectoral WEGN coefficients. The proposed methodologies, with the support of a set of comprehensive underlying equations, transform the complicated WEGN network identification and analysis challenges into an easily understandable format, from which arises robust solutions for improving environmental sustainability assessment and mitigating environmental pressures. As an example in one of the case studies, the results run by the novel approach of GIS-IO reveals that apparent disparities between different countries within EU27, different sectors, as well in the EU27 as a block of nations compared and the rest of the world. The EU27 countries contributed 1.4 Gt less CO2 emissions, 64.5 Gm3 less water utilisation and 4.9×104 PJ less energy consumption, compared to the rest of the world, while generating the equivalent economic output. This has a dramatic effect on the global environment. Germany, France and Italy benefited most in the CWE network in the EU27. We recommend that the EU27 provide more technical support to upstream countries to improve the efficiency of resource utilisation.
Description
Keywords
Voda-Energie-Skleníkové Plyny Nexus; Síť dodavatelskch řetězců, Geografický informační systém, Environmentální stopa, Účinnost využití vody, Účinnost spotřeby energie, Koeficient emisí skleníkových plynů, Water-Energy-GHG Nexus, Supply Chain Network, Geographic Information System, Environmental Footprint, Water Utilisation Efficiency, Energy Consumption Efficiency, GHG Emissions Coefficient
Citation
WANG, X. Critical Transmission Sectors of Energy-Water-GHG Nexus [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství. 2020.
Document type
Document version
Date of access to the full text
Language of document
en
Study field
Konstrukční a procesní inženýrství
Comittee
prof. Ing. Petr Stehlík, CSc., dr. h. c. (předseda)
prof. Ing. Pavel Ditl, DrSc. (člen)
prof. Dr. Ing. Marcus Reppich (člen)
doc. Ing. Dr. habil. Petar Sabev Varbanov, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Zdeněk Jegla, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Martin Pavlas, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Jaroslav Jícha, CSc. (člen)
doc. Ing. Vítězslav Máša, Ph.D. (člen)
Date of acceptance
2020-11-10
Defence
The thesis delivered timely and high-level research which was proven by publications in high IF journals as Renewable and Sustainable Energy Reviews (IF=12.11) /CiteScore = 25.5/, where the paper published in 2019 reached 40 citations or Applied Energy 2020 /IF = 8.848, CiteScore = 16.4/ with already 14 citations.
A total of 3 main contributions embedded in 3 developed methods were presented and demonstrated through 3 case studies. The proposed methods emphasise the accurately and quantitively identify the critical transmissions as well as regional and sectoral environmental efficiency of Energy-Water_GHG Nexus. It serves as a guideline to support the decision making with the possibility of including the other interest of stakeholders.
Result of defence
práce byla úspěšně obhájena
Document licence
Standardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezení