Brundtlandin raportti

12.1 Johdanto

Kestävyyden käsite esiteltiin Brundtlandin raportissa, joka tunnetaan nimellä Yhteinen tulevaisuutemme (Brundtland, 1987). Teollisen vallankumouksen alkamisesta lähtien talouskasvu on aiheuttanut ympäristön pilaantumista ja haitallisia vaikutuksia ihmisten terveyteen, jotka ainakin kehittyneissä maissa oli suurelta osin saatu käännettyä laskuun teollisuuden ja kuntien toimintaa sääntelemällä. Kehitysmaat sen sijaan ovat pysyneet sellaisissa ympäristö- ja terveysoloissa, joita Bruntlandin raportissa esitettyjen perustelujen mukaan ei voida hyväksyä. Raportin julkaisemisen ja sen jälkeen ehdotetun kestävän kehityksen hyväksymisen jälkeen huoli ilmaston lämpenemisestä on kasvanut niin suureksi, että se näyttää syrjäyttävän alkuperäiset Bruntlandin raportin huolenaiheet, jotka koskivat luonnonvarojen ehtymistä, ympäristön pilaantumista ja varallisuuden epätasa-arvoa sekä sukupolvien sisällä että niiden välillä. Nyt tarvitaan kuitenkin kestävän kehityksen mallia, jossa ihmisten terveys ja talouskasvu varmistetaan vaarantamatta ympäristöä ja jossa kiinnitetään huomiota myös ilmaston lämpenemiseen liittyviin kysymyksiin pääasiassa kasvihuonekaasupäästöjä koskevan kirjanpidon avulla. Brundtlandin raportissa puhutaan toimenpiteistä, jotka voivat johtaa taloudelliseen kasvuun ja samanaikaiseen edistymiseen ympäristön tilassa sekä edistymiseen kohti yhteiskunnallista oikeudenmukaisuutta. Tällaisten järjestelmien, kuten maatalouden, teollisuuden, kaupunki-infrastruktuurin jne. kestävyyttä on tutkittu, ja huomattava määrä tutkimusta on antanut ohjeita tällaisten järjestelmien vakauden saavuttamiseksi (Conway ja Barbier, 2013; Čuček et al., 2012; Graedel ja Allenby, 2010). Toisissa tapauksissa maita on vertailtu niiden kestävyystilanteen perusteella sen perusteella, miten ne ovat suoriutuneet taloudellisista, ympäristöllisistä ja yhteiskunnallisista parannuspyrkimyksistä (Esty et al., 2008; Freudenberg, 2003; Sengupta et al., 2014).

Tyypeiltään ja mittakaavoiltaan erilaisten järjestelmien joukossa teollisten järjestelmien kestävyydellä on erittäin suuri merkitys. Vallitseva tapa arvioida prosessin tai tuotteen kestävyyttä on tehdä kvantitatiivisia arvioita sopivien indikaattoreiden tai mittareiden arvoista (näitä termejä käytetään tässä korvaavasti), jotka on valittu mittaamaan sen vaikutuksia kestävyyden kolmeen osa-alueeseen eli ympäristöön, yhteiskuntaan ja talouteen. Esimerkiksi prosessin kestävyyden arvioinnissa käytettävät indikaattorit perustuvat prosessivirtaus- ja kustannustietoihin, kemiallisia ominaisuuksia koskeviin tietoihin, maankäyttöön liittyviin tietoihin jne. Vertailemalla näitä kilpailevien prosessien indikaattoriarvoja saadaan arvio siitä, kuinka hyvä prosessi on kestävyyden kannalta kilpailijoihinsa verrattuna. Tällaisen tiedon pitäisi olla tärkeä apu kaupallistamispäätösten tekemisessä.

Kestävyysindikaattoreiden ja -mittareiden käyttö vaikuttaa periaatteessa lupaavalta, mutta kirjallisuudessa jo saatavilla olevien sovellettavien indikaattoreiden suuri määrä voi olla käyttäjälle hämmentävä. Vaikka käyttäjät pystyisivätkin tunnistamaan alustavan joukon indikaattoreita, jotka liittyvät heidän harkitsemaansa prosessijärjestelmään, suhteellisen kestävyyttä koskevan päätöksen tekeminen voi olla hankalaa. Esimerkiksi tietty prosessi voi olla kestävä taloudellisessa mielessä, kun taas sen vaihtoehto voi olla ympäristönäkökulmasta lupaava. Tämän haasteen voittamiseksi useat tutkijat ovat ehdottaneet yhdistelmäindeksin soveltamista kestävyyden arviointiin, ja eri teollisuudenaloilla on sovellettu yhdistämismenetelmiä. Krajnc ja Glavič (2005) ovat ehdottaneet kestävän kehityksen yhdistelmäindeksiä, joka osoittaa yrityksen suorituskyvyn kaikilla kolmella kestävän kehityksen osa-alueella. He ovat käyttäneet kestävän kehityksen yhdistelmäindeksiään kahden öljy- ja kaasualan tutkimiseen. Tokos et al. (2012) ovat käyttäneet kestävän kehityksen yhdistelmäindeksiä panimoiden kestävyyden arviointiin. Zhou et al. (2012) ovat laajentaneet Krajncin ja Glavičin (2005) esittämän kestävän kehityksen komposiitti-indeksin käyttöä panimotapaustutkimukseen integroimalla geometrisen aggregoinnin lineaarisen aggregoinnin rinnalle. Singh et al. (2007) kehittivät myös kestävän kehityksen indeksin terästeollisuuden vertailua varten. He ovat käyttäneet analyyttistä hierarkiaprosessia indikaattoreiden painokertoimien laskemiseen. Brandi et al. (2014) ovat ehdottaneet Canberra-indeksin käyttöä kestävän kehityksen mittareiden aggregointiin. He ovat osoittaneet menetelmänsä soveltamisen erilaisiin kemiallisiin prosesseihin. Olinto puolestaan ehdotti vektoriavaruusmenetelmän käyttöä kestävyysindikaattorien aggregointiin (Olinto, 2014). Aiemmassa työssämme käytimme kestävyyden arviointiin aggregoitua indeksiä, jota kutsutaan kestävyysjalanjäljeksi (De) (Sikdar, 2009; Sikdar et al., 2012)

Kemiallisten prosessien virtauskaavioiden synteesi on perinteisesti tehty hierarkkisen hajotuksen tai matemaattisen ohjelmoinnin avulla (Grossmann et al., 1999). Nämä menetelmät ovat auttaneet valitsemaan kilpailevien prosessien joukosta taloudellisin prosessi optimaalisissa olosuhteissa. Ensisijainen kriteeri prosessin valinnassa näissä menetelmissä on siis kustannusten (tai voiton) huomioon ottaminen. Sekamuotoisten kokonaislukuisten päällysrakenteiden optimointiongelmien tapauksessa tavoitefunktio on taas tyypillisesti voiton maksimointi. Vaikka nämä menetelmät ovat vankkoja, niissä ei selvästikään tarkastella kestävyyttä kattavasti, ja ne korostavat tarvetta käyttää useita tavoitteita, jotka heijastavat kaikkia päätöksenteon kannalta merkityksellisiä kestävyystarpeita. Kestävyystarpeet ilmaistaan yleensä indikaattoreilla tai mittareilla. Yhteenlaskettu indeksi, kuten kestävyysjalanjälki (De), tarjoaa kätevän korvikkeen kaikille mukana oleville indikaattoreille prosessin kestävyyden monitavoitteisessa arvioinnissa.

Tässä artikkelissa kestävyysjalanjälki- ja päällysrakenneoptimointimenetelmää prosessin valinnassa sovelletaan kuuteen kilpailevaan prosessiin metanolin tuottamiseksi hiilidioksidista. Viisi näistä prosesseista on uusia, joissa hyödynnetään hiilidioksidia raaka-aineena, ja suunnittelussa käytetään yhtenäistä teollisen mittakaavan kapasiteettia (Indala, 2004). Prosesseissa käytetään erityyppisiä katalyyttejä, ja ne eroavat toisistaan tarvittavan raaka-aineen, muodostuvien sivutuotteiden ja käytettävien apuohjelmien määrän suhteen. Näitä viittä prosessia verrataan perinteiseen prosessiin, jossa metanolia tuotetaan maakaasusta ja hiilidioksidista. Prosessisuunnittelun tuloksia käytetään päällysrakenteiden muotoilussa ja ne ratkaistaan sekalaisen kokonaislukuisen lineaarisen ohjelmoinnin optimointimenetelmillä sellaisen prosessin löytämiseksi, joka maksimoi voiton toimintarajoitusten mukaisesti. Prosessisuunnittelun tuloksia käytetään myös prosessin kestävyysindikaattoreiden laskemiseen kestävyysjalanjälkimenetelmän soveltamista varten kestävyyden kannalta parhaan prosessin valitsemiseksi. Kestävyyden arvioinnissa käytetään perinteisiä taloudellisia indikaattoreita taloudellisen ulottuvuuden edustamiseksi, ympäristöindikaattoreita ympäristöulottuvuuden edustamiseksi ja ihmisten terveyttä koskevia indikaattoreita sosiaalisen ulottuvuuden edustamiseksi. Ympäristö- ja ihmisten terveysindikaattorit laskettiin käyttäen TRACI-menetelmää (työkalu kemiallisten ja muiden ympäristövaikutusten vähentämiseksi ja arvioimiseksi) vaikutusten kuvaamiseen (Bare, 2002, 2013). Analyysiin valittiin kahdeksan erilaista kestävyysindikaattoria.

Samoja tuotteita tuottavien teollisuusprosessien vertailu on keskeistä kestävyyden arvioinnissa. Optimaalisen prosessin omaksuminen vaihtoehtojen joukosta on kompromissin tekemistä kestävän kehityksen kolmen tavoitteen välillä: voiton maksimointi (tai kustannusten minimointi), haitallisten ympäristövaikutusten minimointi ja yhteiskunnallisten hyötyjen maksimointi. Usein taloudellisesti kannattaviksi todetut prosessit eivät välttämättä ole ympäristön tai yhteiskunnan kannalta kestävämpiä. Tällaisen kestävyysanalyysin tiedot ovat yleensä saatavilla m × n -matriisina, jossa m on vertailtavien prosessivaihtoehtojen lukumäärä ja n on analyysissä käytettävien indikaattoreiden tai mittareiden lukumäärä. Yleinen käytäntö on piirtää nämä tiedot hämähäkkikaavioon (Aiche, 2014; Saling et al., 2002). Hämähäkkikaaviot ovat käteviä, koska ne näyttävät yhdessä kaaviossa kaikkien kilpailevien prosessivaihtoehtojen suorituskykyominaisuudet. Kun yhden prosessivaihtoehdon yhdistetyt pisteet sijoittuvat kokonaan toisen prosessin vastaavien pisteiden kuvaamaan tilaan, edellisen katsotaan olevan selvästi parempi kuin jälkimmäisen, kunhan noudatetaan yleissopimusta, jonka mukaan indikaattoreiden suuremmat arvot merkitsevät huonompaa suorituskykyä kyseisten indikaattoreiden osalta. Useimmiten tällaista skenaariota ei kuitenkaan saavuteta, mikä vaikeuttaa kokonaisvaltaista visuaalista päätöstä yhden prosessin paremmuudesta toiseen nähden, koska vaikka jotkin indikaattorit olisivat parempia, toiset olisivat huonompia. Tämä ongelma on huomattavasti monimutkaisempi, kun indikaattoreiden määrä on suuri tai prosessivaihtoehtoja on liikaa. Tämän ongelman ratkaisemiseksi on tarkoituksenmukaista käyttää kunkin prosessin kestävyysjalanjäljen (De) muodossa olevaa aggregoitua indeksiä. Tässä työssä verrataan kestävyysjalanjäljestä saatuja tuloksia sekamuotoisen kokonaislukuohjelmoinnin tuloksiin, joissa nettovoittoa käytetään tavoitefunktiona. On huomattava, että edellisessä otetaan huomioon useita indikaattoreita, jotka kattavat kaikki kolme kestävyyden osa-aluetta, kun taas jälkimmäisessä otetaan huomioon vain taloudellinen osa-alue. Joka tapauksessa, mitä pienempi kestävyysjalanjälki on, sitä kestävämpi prosessi on.

Sen lisäksi, että tehdään päätelmiä prosessien suhteellisesta paremmuudesta kestävyyden näkökulmasta, voi olla tärkeää tietää indikaattoreiden suhteellinen merkitys niiden osuudessa jalanjälki-indeksiin. Kestävän kehityksen jalanjälki De on euklidinen etäisyys n-ulotteisessa metriikka-avaruudessa. Se muodostetaan mittaamalla tilastollinen etäisyys moniulotteisen järjestelmän ja toisen samanlaisen vertailujärjestelmän välillä. Tässä työssä kunkin mittarin osuutta kokonaisindeksissä analysoidaan käyttämällä monimuuttujaista tilastollista analyysia, joka tunnetaan nimellä PLS-VIP (partial least squares-variable importance in projection method). Taloudellisimman prosessin valitsemiseen käytetään siis kokonaislukuohjelmointia. Kokonaisindeksin avulla prosessit asetetaan paremmuusjärjestykseen niiden kestävyyden mukaan, ja PLS-VIP-menetelmän avulla indikaattorit asetetaan paremmuusjärjestykseen niiden tärkeyden mukaan. Yhdessä ne täydentävät analyysin ja vahvistavat suhteellista kestävyyttä koskevia päätöksiä.

Vastaa

Sähköpostiosoitettasi ei julkaista.