Using budget allocation optimization technique to improve the energy efficiency and reduce the greenhouse gas emissions of a university campus

Abstract

Son günlerde önemi giderek artan karbon ayak izi kavramıyla birlikte birçok işletme, ürünlerinin karbon ayak izini azaltmak için hesaplamalar yapmaya ve önlemler almaya başladı. Birçok kişiyi ve etkinliği barındıran ve bu nedenle enerji ve malzeme açısından yoğun lokasyonlar olan üniversiteler, yaşam döngüsü değerlendirmesi çerçevesinde toplam karbon ayak izini hesaplamak için uygun yerlerdir. Bu çalışmada, İzmir Ekonomi Üniversitesi Yerleşkesinin toplam karbon ayak izi, kırtasiye ve temizlik malzemeleri, jeotermal, doğal gaz, su, elektrik, atık, gıda ve ulaşım ve ulaşım dışı yakıtlar dikkate alınarak hesaplanmıştır. Yaşam döngüsü envanteri verileri Üniversite yönetiminden alınmış ve Ecoinvent 2 veri tabanı ve CML2001 yöntemini kullanan CCaLC2 programına girilmiştir. Kampüsün yıllık karbon ayak izi 3.630.803 kg CO2eq. olarak hesaplanmıştır. En büyük katkı %75,74 pay ile elektrik tüketiminden gelmektedir. Projenin ikinci aşaması olarak toplam etkiyi azaltmak için beş çözüm önerisi incelenmiştir. Beş çözüm için ayrı ayrı maliyet-fayda analizi yapılmış ve bütçe bazında en etkin yöntemin seçilmesi için optimizasyon çalışması yapılmıştır. Bu analiz için Cplex programı kullanılarak karışık tamsayı programlama esaslı matematiksel bir model geliştirilmiş ve çeşitli bütçeler için bütçe bazlı çözüm önerisi kombinasyonları elde edilmiştir. Bu çalışma, çevresel etki azaltma senaryolarının karşılaştırmalı analizi için yaşam döngüsü değerlendirmesi ile bütçe optimizasyonunu birleştiren yararlı bir araç sağlaması açısından mevcut literatüre değerli bir katkı olarak değerlendirilmektedir.

With the increasing concern on carbon footprint in recent times, many businesses have started to calculate and take measures to reduce the carbon footprint of their products. Universities, which host several people and activities and therefore are energy-and-material-intensive locations, are suitable places for calculating the total carbon footprint within the framework of life cycle assesment. In this study, the total carbon footprint of İzmir University of Economics Campus was calculated by considering stationary and cleaning materials, geothermal, natural gas, water, electricitiy, waste, food and fuel for transportation and nontransportation. The life cycle inventory data was obtained from the University administration and was entered into the CCaLC2 program which utilizes Ecoinvent 2 database and CML2001 method. The annual carbon footprint of the campus was calculated as 3,630,803 kg CO2eq. The biggest contribution with a share of 75.74% comes from electricity consumption. As the second stage of the project, five solution proposals were examined in order to reduce the total impact. A cost-benefit analysis was made for five proposals separately and an optimization study was carried out by modeling the system in order to choose the most effective budget-based method. For this analysis, a mixed integer programming mathematical model was developed using Cplex program and budget-based solution proposal combinations were obtained for various budgets. This study is considered to be valuable contribution to the existing literature in the sense that it provides a useful tool which combines life cycle assessment and budget optimization for the comparative analysis of environmental impact mitigation scenarios.