A novel energy systems model to explore the role of land use and reforestation in achieving carbon mitigation targets: A Brazil case study

Due to its low global share of direct energy consumption and greenhouse gas emissions (1–2%), the implications of technological transitions in the agricultural and forestry sector on the energy system have been overlooked. This paper introduces the Agriculture and Land Use Sector module part of the ModUlar energy System Environment (MUSE), a novel energy system simulation model. The study presents a generalisable method that enables energy modellers to characterise agricultural technologies within an energy system modelling framework. Different mechanisation processes were characterised to simulate intensification/extensification transitions in the sector and its wider implications in the energy and land use system aiming at providing reliable non-energy outputs similarly to those found in dedicated land use models. Additionally, a forest growth model has been integrated to explore the role of reforestation alongside decarbonisation measures in the energy system in achieving carbon mitigation pathways. To illustrate the model's capabilities, Brazil is used as case study. Outputs suggest that by 2030 under a 2 °C mitigation scenario, most of Brazil agricultural production would move from ‘transitional’ to ‘modern’ practices, improving productivity and reducing deforestation rates, at the expense of higher energy and fertiliser demand. By mid-century Brazil has the potential to liberate around 24.4 Mha of agricultural land, where large-scale reforestation could have the capacity to sequester around 5.6 GtCO2, alleviating mitigation efforts in the energy system, especially reducing carbon capture and storage technology investments in the industry and power sector

Implications of future natural gas demand on sugarcane production, land use change and related emissions in Brazil

Due to its low share of energy-related emissions, energy systems models have overlooked the implications of technological transition in the agricultural sector and its interaction in the wider energy system. This paper explores the role of agriculture intensification by using a novel agricultural-based energy systems model. The aim is to explore the future role of Brazil’s agriculture and its dynamics with other energy sectors under two carbon constraint scenarios. The main focus has been to study resource competition between sugarcane and natural gas at a country level. Results show that in order to meet the future food and bioenergy demand, the agricultural sector would start intensifying by 2030, improving productivity at the expense of higher energy demand; however, land-related emissions would be minimised due to freed-up pasture land and reduction in deforestation rates. Additionally, the development of balanced bioenergy and natural gas markets may help limit the sugarcane expansion rates, preserving up to 12.6 million hectares of forest land, with significant emissions benefits

Carbon sequestration potential from large-scale reforestation and sugarcane expansion on abandoned agricultural lands in Brazil

Since 1850, over 145 ± 16 PgC (μ ± 1σ) has been emitted worldwide due to land-use change and deforestation. Besides industrial carbon capture and storage (CCS), storing carbon in forestry products and in regenerated forest has been recognized as a cost-effective carbon sequestration option, with an estimated worldwide sink potential of about 50–100 PgC (15–36 PgC from tropical forest alone). This paper proposes the expansion of a Brazilian integrated assessment model (MUSE-Brazil) by integrating a non-spatial biomass-growth model. The aim is to account for carbon sequestration potential from either reforestation or sugarcane expansion in abandoned agricultural lands. Modelling outputs suggest that Brazil has the potential to liberate up to 32.3 Mha of agricultural land by 2035, reaching 68.4 Mha by mid-century. If a sugarcane expansion policy is promoted, by 2050, the largest sequestration rates would come from above and below ground biomass pools; gradually releasing to the atmosphere around 1.6 PgC or 1.2% of the current Brazilian land carbon stock due to lower SOC carbon pools when turning agricultural lands into sugarcane crops. On the other hand, a reforestation-only scenario projects that by 2035 the baseline year carbon stock could be recovered and by 2050 the country’s carbon stock would have been increased by 3.2 PgC, reaching annual net sequestration rates of 0.1 PgC y−1, mainly supported by natural vegetation regeneration in the Cerrado biome

Modelling future agricultural mechanisation of major crops in China: an assessment of energy demand, land use and emissions

Agricultural direct energy use is responsible for about 1–2% of global emissions and is the major emitting sector for methane (2.9 GtCO2eq y−1) and nitrous oxide (2.3 GtCO2eq y−1). In the last century, farm mechanisation has brought higher productivity levels and lower land demands at the expense of an increase in fossil energy and agrochemicals use. The expected increase in certain food and bioenergy crops and the uncertain mitigation options available for non-CO2 emissions make of vital importance the assessment of the use of energy and the related emissions attributable to this sector. The aim of this paper is to present a simulation framework able to forecast energy demand, technological diffusion, required investment and land use change of specific agricultural crops. MUSE-Ag & LU, a novel energy systems-oriented agricultural and land use model, has been used for this purpose. As case study, four main crops (maize, soybean, wheat and rice) have been modelled in mainland China. Besides conventional direct energy use, the model considers inputs such as fertiliser and labour demand. Outputs suggest that the modernisation of agricultural processes in China could have the capacity to reduce by 2050 on-farm emissions intensity from 0.024 to 0.016 GtCO2eq PJcrop−1 (−35.6%), requiring a necessary total investment of approximately 319.4 billion 2017$US

Modelling the technical potential of bioelectricity production under land use constraints: A multi-region Brazil case study

In Brazil, bioelectricity generation from sugarcane bagasse and black liquor is regarded as a sustainable electricity supply option. However, questions regarding land use, investment decisions, and demand for paper, ethanol and sugar make its future role uncertain. The aim of this paper is to present a novel modelling framework based on a soft-link between a multi-sectoral Brazilian integrated assessment model (MUSE-Brazil) and an electricity portfolio optimisation model (EPOM). The proposed framework is capable of dynamically simulating sectoral electricity demand, regional bioenergy production under land use constraints and optimal power sector technological shares in each of the electricity subsystems. Considering Brazil under a 2 °C carbon budget, two scenarios based on economic attractiveness of producing second-generation ethanol have been investigated. Under the scenario where second-generation ethanol is not produced, outputs indicate that by 2050, Brazil would increase sugarcane and wood production by 68% and 49% respectively without causing direct or indirect deforestation. Agriculture intensification is evidenced as an alternative for reducing land use disruptions. Bioelectricity share is projected to remain around 9–10%. However, if second generation ethanol becomes cost-effective, thus limiting bagasse availability, the share of bioelectricity production would decrease to approximately 7.7%, with natural gas-fired plants playing a stronger role in the future power system expansion, causing an increase on electricity sector emissions

Natural gas fuel and greenhouse gas emissions in trucks and ships

Natural gas is a transport fuel which may help reduce greenhouse gas emissions in shipping and trucks. However, there is some disagreement regarding the potential for natural gas to provide significant improvements relative to current ships and trucks. In 2015, road freight represented ~7% of global energy related CO2 emissions, with international shipping representing ~2.6% of global emissions. These emissions are also expected to grow, with some estimates suggesting road freight emission growing by a third, and shipping emissions growing by between 50% and 250% from 2012 to 2050, making absolute emissions reductions challenging. In addition, reducing emissions in ships and trucks has proved technically difficult given the relatively long distances that ships and trucks travel. This paper documents a systematic review of literature detailing well-to-wheel/wake greenhouse gas emissions and economic costs in moving from diesel and heavy fuel oil to natural gas as a fuel for trucks and ships. The review found a number of important issues for greenhouse gas reduction. First, moderate greenhouse gas reductions of 10% were found when switching to natural gas from heavy fuel oil in shipping when comparing the lowest estimates. Comparing lowest well-to-wheel greenhouse gas emissions estimates for trucks, the benefit of switching to natural gas fuel is approximately a 16% reduction in greenhouse gas emissions. However, these emissions are highly variable, driven particularly by methane emissions in exhaust gas. Given this, in the worst cases natural gas ships and trucks emit more greenhouse gasses than the diesel trucks and heavy fuel oil ships that they would replace. It appears relatively cost effective to switch to natural gas as a transport fuel in ships and trucks. However, the limited emissions reduction potential raises questions for the ongoing role of natural gas to reduce greenhouse gas emissions in line with the challenging greenhouse gas reduction targets emerging in the transport sector

A registry for Dravet syndrome: The Italian experience

Objectives: We describe the Residras registry, dedicated to Dravet syndrome (DS) and to other phenotypes related to SCN1A mutations, as a paradigm of registry for rare and complex epilepsies. Our primary objectives are to present the tools and framework of the integrative platform, the main characteristics emerging from the patient cohort included in the registry, with emphasis on demographic, clinical outcome, and mortality. / Methods: Standardized data of enrolled pediatric and adult patients were collected in 24 Italian expert centers and regularly updated at least on a yearly basis. Patients were prospectively enrolled, at registry starting, but historical retrospective data were also included. / Results: At present, 281 individuals with DS and a confirmed SCN1A mutation are included. Most patients have data available on epilepsy (n = 263) and their overall neurological condition (n = 255), based on at least one follow-up update. Median age at first clinical assessment was 2 years (IQR 0–9) while at last follow-up was 11 years (IQR 5–18.5). During the 7-year activity of the registry, five patients died resulting in a mortality rate of 1.84 per 1000-person-years. When analyzing clinical changes over the first 5-year follow-up, we observed a significant difference in cognitive function (P < 0.001), an increased prevalence of behavioral disorders including attention deficit (P < 0.001), a significant worsening of language (P = 0.001), and intellectual disability (P < 0.001). / Significance: The Residras registry represents a large collection of standardized national data for the DS population. The registry platform relies on a shareable and interoperable framework, which promotes multicenter high-quality data collection. In the future, such integrated platform may represent an invaluable asset for easing access to cohorts of patients that may benefit from clinical trials with emerging novel therapies, for drug safety monitoring, and for delineating natural history. Its framework makes it improvable based on growing experience with its use and easily adaptable to other rare and complex epilepsy syndromes

Safety assessment of titanium dioxide (E171) as a food additive

Acknowledgements: The Panel wishes to thank the following for the support provided to this scientific output: Ana Campos Fernandes, Laura Ciccolallo, Esraa Elewa, Galvin Eyong, Christina Kyrkou, Irene Munoz, Giorgia Vianello, the members of the SCER Cross-cutting WG nanotechnologies: Jacqueline Castenmiller, Mohammad Chaudhry, Roland Franz, David Gott, Stefan Weigel and the former member of the SCER Cross-cutting WG Genotoxicity Maciej Stepnik. The FAF Panel wishes to acknowledge all European competent institutions, Member State bodies and other organisations that provided data for this scientific output.Peer reviewedPublisher PD

Sustainable design of biofuel systems: a modelling approach for the financial and environmental optimisation of first and second generation ethanol supply chains

During recent years, biofuels have been encountering a particular interest as a means to address the increasing global energy demand reducing the dependency on fossil fuels and mitigating global warming potentials. Among biofuels, biomass-based ethanol has been assuming a leading position in substituting petroleum-based gasoline: even if its actual carbon footprint is still debated, it is generally acknowledged a reduction in net greenhouse gas (GHG) emissions with respect to oil. Bioethanol current production is based on the so-called first generation conversion technologies, using the products of conventional food crops as feedstocks, as starchy-, sugar- and oil-based resources (e.g., corn, wheat and sugarcane). The enthusiastic support these biofuels were given at the earlier beginning, has eroded more recently as new studies have highlighted their competition with food crops. Thus, the promotion of biofuels produced from cellulosic biomass (second generation biofuels), which does not have any food value, has been strongly recommended. However high capital expenditures and production costs still hinder the establishment of second generation facilities at a commercial scale. In this context, the main question concerns the identification of the most proper strategies (on both economic and environmental terms) to pave the way for a more sustainable transport system. In light of this complex background, a well-advised transition towards a more sustainable transport system, requires an integrated analysis based on several issues involving the supply chain (SC) as a whole, that may help defining a more comprehensive view of biofuels. In tackling such high-level decision problems, analytical modelling has been recognised as the best optimisation option especially in the early stage of unknown structures design to address the full management of production systems considering all the stages of the production and distribution SC. Mixed Integer Linear Programming (MILP) in particular, represents one of the most suitable tools in determining the optimal solutions of complex SC design problems where multiple alternatives are to be taken into account. Notwithstanding biorefineries represent an important part of the literature and biofuels have been gaining ever greater attention, strategic biofuels SC design is dealt with in a still limited number of works and some topics need to be properly discussed. Accordingly, the main purpose of this Thesis is to cover this gap of knowledge in the literature. In the context of bioenergy systems development and deployment, the general aim of this work is to provide quantitative and deterministic tools analysing and optimising the overall supply chain, so as to define the most convenient strategies for the development of the future road transport systems. The MILP, often moMILP, (multi-objective Mixed Integer Linear Programming) modelling frameworks developed, enable simultaneous consideration of conflicting criteria (i.e., financial, environmental, economic) to assist the stakeholders’ decisions on biofuels industry at strategic and tactical levels. The analysis, in particular, has been approached effectively embodying the Life Cycle Analysis (LCA) principles within the SC Analysis (SCA) techniques aiming at a quantitative assessment of the environmental burdens of each SC stage (i.e., biomass production and transport; fuel production and distribution). In addition, financial assessment has been integrated within the formulation involving properly devised risk indices measuring the trade-off between profitability and the risk the investors might be willing to accept for the business to be established. The attention has been devoted, in particular, to the identification of the suitable strategies to pave the way for the most sustainable technologies for ethanol production. First, a broad range of processes (belonging to both first and second generation) has been dealt with, considering also the possibility of integrating multiple feedstocks within properly devised hybrid technologies using both starchy- and cellulose-rich materials. Then, the analysis has been focused on the general interactions of market policies (i.e., carbon trading, subsidies) on ethanol market development trends to boost sustainable production of ethanol. Models capabilities in steering decisions on investments for bioenergy systems are evaluated in addressing real world case studies referring to the emerging bioethanol production in Northern ItalyLe preoccupazioni crescenti degli effetti delle modificazioni climatiche e l’incertezza dell’approvvigionamento energetico esprimono l’importanza cruciale della necessità di ridefinire il sistema di approvvigionamento energetico globale. L’urgenza della questione è legata ad un disaccoppiamento tra la prospettiva di una crescita costante della domanda di combustibili, ed il loro approvvigionamento, che ci si aspetta divenire sempre più incerto e costoso. Il fenomeno del cambiamento climatico è ampiamente riconosciuto essere una conseguenza dell’accresciuta concentrazione di gas serra in atmosfera dovuti all’attività antropogenica ed il trasporto ne è uno dei principali responsabili. Negli ultimi anni, l’interesse per le energie rinnovabili è aumentato notevolmente per rispondere alla crescita della domanda di energia e cercare allo stesso tempo sia di ridurre la dipendenza da combustibili fossili che di contribuire alla mitigazione del riscaldamento globale. Alla biomassa è stata attribuita una particolare attenzione perché può essere sfruttata non solo per produrre energia elettrica, meccanica e termica, ma anche come fonte primaria di biocombustibili liquidi per autotrazione. Allo scopo di realizzare un sistema di trasporti più sostenibile, l’Unione Europea ha svolto un ruolo fondamentale nella promozione di biocombustibili fissando immissioni obbligatorie di fonti rinnovabili rispetto all’energia complessiva impiegata nei trasporti (5.75% entro il 2010 e 10% entro il 2020). I biocombustibili devono anche rispettare dei requisiti di sostenibilità ambientale nel loro impatto sul suolo, sull’acqua, sull’aria. Va tutelata, inoltre, la biodiversità e deve essere garantita una riduzione crescente delle emissioni di gas serra nella produzione di biocombustibili rispetto allo stesso quantitativo energetico di combustibile fossile che andranno a sostituire (35% dal 2009, 50% dal 2017 e 60% dal 2018). Tra le alternative possibili, il bioetanolo è generalmente considerato la soluzione più pratica e perseguibile nel breve-medio periodo per sostituire la benzina. Nonostante il suo impatto sul ciclo del carbonio (la cosiddetta carbon footprint) sia stato e sia attualmente argomento molto dibattuto, si riconosce che la produzione ed impiego di questo biocombustibile possa risultare in una riduzione netta delle emissioni di gas serra rispetto alla benzina. Questo genere di investimento su larga scala porterebbe, inoltre, una crescita delle economie rurali grazie all’aumento ed alla segmentazione dei filoni di mercato tipicamente ascritti all’agricoltura. L’attuale produzione di bioetanolo si basa sulla cosiddetta tecnologia di prima generazione, così chiamata perché sfrutta coltivazioni convenzionali come materie prime: si tratta di risorse ricche di sostanze amidacee, zuccherine od oleose, come mais, grano e canna da zucchero. Tuttavia l’iniziale entusiasmo di cui inizialmente godette questa tecnologia, si è recentemente affievolito a causa delle emergenti problematiche legate alla competizione della destinazione finale delle coltivazioni tra uso energetico ed alimentare. Inoltre, sono emerse preoccupazioni in merito al degrado ambientale per effetto di pratiche monocoltura e la deforestazione necessarie per lo sviluppo su larga scala di tale tecnologia. In generale, dubbi sulla sostenibilità energetica e sulla profittabilità economica del processo, troppo legata al costo di approvvigionamento della biomassa, hanno minato in parte lo sviluppo dell’industria del bioetanolo e la sua accettazione sociale. Alla luce di tutto questo, è emersa la convenienza a promuovere i cosiddetti biocombustibili di seconda generazione, ottenuti cioè a partire da materiale cellulosico e sostanzialmente privi di valore alimentare. Tuttavia, gli elevati costi di capitale e di produzione ostacolano attualmente lo sviluppo di tali tecnologie su scala commerciale, tanto che recentemente sono divenute operative solo strutture su scala di impianto pilota e dimostrativa. La complessità del contesto impone che la transizione verso un sistema di trasporti più sostenibile sia opportunamente guidata dall’adozione di efficaci strumenti quantitativi in grado di analizzare il problema esteso all’intera filiera produttiva (Supply Chain, SC). La ridefinizione del sistema di approvvigionamento energetico nel trasporto richiede un’analisi integrata il più comprensiva possibile delle intrecciate problematiche coinvolte nella produzione di biocombustibili. Le strategie d’investimento richiedono complessi processi decisionali, per i quali la modellazione analitica risulta essere una delle migliori opzioni metodologiche per garantire l’ottimizzazione delle scelte che coinvolgono l’intero sistema produttivo. I modelli a variabili miste lineari e intere (Mixed Integer Linear Programming, MILP), in particolare, costituiscono uno degli strumenti più adatti nel determinare le soluzioni ottimali a complessi problemi di ottimizzazione tipicamente legati alla progettazione di filiere produttive in cui vengano prese in considerazione configurazioni alternative ed esclusive. La ricerca bibliografica ha evidenziato alcune lacune nella letteratura in merito alle questioni di progettazione strategica di filiere produttive di biocombustibili, nonostante il concetto di bioraffineria costituisca già un argomento ampiamente trattato ed i biocombustibili stiano riscuotendo un interesse sempre crescente. Tutto ciò ha dato l’impulso per lo svolgimento di questa Tesi. Nel contesto generale dello sviluppo di sistemi bioenergetici, lo scopo generale di questo lavoro è quello di fornire degli opportuni strumenti decisionali per affrontare la transizione verso un sistema di trasporto più sostenibile, muovendo dalla prima alla seconda generazione di bioetanolo. Le metodologie adottate devono essere in grado di abbracciare l’intero problema analizzando tutti gli stadi della filiera, evidenziando aspetti positivi e negativi che provengono da un’ottimizzazione sia di tipo economico che ambientale. I modelli MILP proposti mirano ad essere strumenti di progettazione e pianificazione industriale nel settore dei biocombustibili in grado di contemperare aspetti economici ed ambientali. In effetti, essendo le infrastrutture produttive di biocombustibili ancora ad uno stadio immaturo, un loro studio preliminare rappresenta un’opportunità importante per analizzare la configurazione della filiera prima del suo sviluppo organico, consentendo di individuare gli investimenti ottimali e le opportune scelte di natura politica nazionale ed internazionale. Gli stadi della filiera di biocombustibili (produzione e distribuzione della biomassa; produzione e trasporto del bioetanolo) sono analizzati ed inseriti in modo integrato all’interno della modellazione matematica MILP proposta. L’attenzione è stata focalizzata in particolare sull’identificazione delle strategie opportune atte a favorire lo sviluppo delle più sostenibili tecnologie di produzione del bioetanolo. Innanzitutto, è stata considerata un’ampia gamma di processi, sia di prima che di seconda generazione, ed è stata altresì inclusa la possibilità di integrare opportunamente le due tecnologie all’interno di strutture ibride che ricevano sia materia prima amidacea che cellulosica. Infine, l’analisi si è focalizzata sull’interazione tra le politiche di mercato e lo sviluppo del mercato del bioetanolo, con particolare riguardo alle potenzialità di promuoverne una produzione sostenibile. Sono stati pertanto analizzati meccanismi di mercato cosiddetti flessibili, previsti dal Protocollo di Kyoto, come il carbon trading, ovvero lo scambio di permessi ad emettere gas serra, e potenziali effetti legati all’introduzione di sussidi pubblici. In generale, l’analisi delle filiere (Supply Chain Analysis, SCA) di biocombustibili affrontata in questo lavoro di Tesi mira a fornire una valutazione integrata di aspetti economici, finanziari ed ambientali valutati lungo l’intera rete produttiva. Questo approccio alla progettazione valuta la responsabilità ambientale come un obiettivo della modellazione e non semplicemente come vincolo, secondo l’approccio della cosiddetta Green Supply Chain Management (GrSCM). L’approccio integra i principi del Life Cycle Assessment (LCA) con le tecniche SCA per ottenere una valutazione quantitativa dell’impatto ambientale arrecato da ogni singola fase della filiera. L’analisi finanziaria inoltre necessita di essere integrata attraverso l’introduzione di opportune misure di rischio finanziario in grado di descrivere il compromesso tra profittabilità e rischio che l’investitore decide di accettare. Per affrontare queste questioni, sono introdotte tecniche di programmazione multi-obbiettivo (Multi-objective Mathematical Programming, moMP), capaci di includere aspetti ambientali, finanziari ed economici nella progettazione di processi chimici. I modelli sviluppati sono stati applicati ad un caso studio reale che affronta la possibile organizzazione della produzione di bioetanolo in Nord Italia sfruttando la disponibilità di molteplici biomasse sia di prima che di seconda generazione. Il lavoro di Tesi è organizzato secondo il seguente schema concettuale. Nel capitolo 1, dopo aver descritto il panorama bibliografico di riferimento, vengono illustrati gli approcci metodologici e modellistici alla base del lavoro, che prevedono l’integrazione di tecniche LCA ed SCA in analisi multi obiettivo secondo tecniche MILP. Nel capitolo 2 viene trattato l’approccio modellistico alla base della descrizione tecnologica e dell’analisi economica per i sistemi di produzione considerati. Vengono studiati processi di prima e seconda generazione, che ottengono bioetanolo a partire rispettivamente da materiale amidaceo (mais) e lignocellulosico (residui e biomasse coltivate a scopo energetico, energy crops). L’aspetto peculiare della trattazione riguarda, inoltre, la modellazione di un processo di tecnologie ibride che utilizzano sia la parte amidacea che il residuo cellulosico del mais per la produzione di biocombustibili. Nel capitolo 3 viene condotta la progettazione di filiera di bioetanolo attraverso la formulazione di un problema di ottimizzazione bi-obbiettivo (simultanea minimizzazione delle emissioni di gas serra e massimizzazione del profitto) con lo sviluppo di un modello MILP multi-periodo e georeferenziato. Il modello MILP formulato sfrutta tecniche moMP per l’implementazione di criteri di ottimizzazione ambientale ed economico. Sono considerate diverse configurazioni tecnologiche e vengono prese in esame più soluzioni per lo sfruttamento dei sotto-prodotti del processo di produzione di bioetanolo come possibili alternative tecnologiche per l’abbattimento di costi ed emissioni. Il modello costruito viene poi applicato all’analisi di una possibile filiera di bioetanolo in Nord Italia. Nel capitolo 4 si studiano gli effetti dell’applicazione di strumenti finanziari sul design di filiere bioenergetiche nelle loro capacità di promuovere tecnologie più sostenibili per la produzione di bioetanolo. Nel modello viene implementato un meccanismo di carbon trading che prevede la commercializzazione di permessi ad emettere gas serra (CO2-equivalenti) rispetto a dei valori soglia stabiliti secondo la normativa ambientale per la sostenibilità dei biocombustibili. La trattazione modellistica esamina anche le dinamiche dei fattori d’incertezza del mercato di riferimento con particolare riguardo all’acquisto della biomassa utilizzata. In questo caso, sono stati ignorati gli aspetti legati alla georeferenziazione, per esaltare invece la questione rilevante legata alla scelta tecnologica sulle prestazioni della filiera. Si descrive, pertanto, lo sviluppo di un modello MILP multi-periodo con un approccio stocastico per la pianificazione della produzione di bioetanolo. La filiera viene progettata seguendo l’ottimizzazione di indici finanziari di investimento nel quale un ulteriore termine di profitto/perdita proviene dalla commercializzazione di permessi di emissione. Il capitolo 5 estende la trattazione del modello descritto nel capitolo 4, inglobando una più ampia modellazione della pianificazione d’investimento in condizioni di incertezza che abbraccia il processo decisionale con considerazioni di gestione del rischio d’investimento. In particolare, il modello MILP stocastico viene esteso secondo una formulazione multi-obbiettivo permettendo la simultanea ottimizzazione di profitto ed emissione di gas serra. Sono inoltre inclusi dei vincoli sul livello massimo di rischio finanziario sostenibile nell’investimento. Si mostra in questo modo come la diversa attitudine al rischio dell’investitore (propensione o avversione) modifichi la strategia d’investimento in termini di scelte tecnologiche e biomasse trattate, anche alla luce di vincoli ambientali e di profittabilità economica. Il capitolo 6 conclude la discussione della ricerca sviluppata con la presentazione dei principali risultati conseguiti e l’analisi di alcuni dei potenziali sviluppi futuri per proseguire la ricerca sull’argoment

Bioethanol Supply Chain Design and Optimization: Some Achievements and Future Challenges for the Development of Sustainable Biorefineries

Energy security and climate change concerns have endangered the reliability of the current hydrocarbon-based energy system. Biofuels, and bioethanol in particular, have been acknowledged to have a relevant role in leading this paradigm change in the transport energy sector. Quantitative design tools based on mathematical programming may play a relevant role in driving the decision-making progress on well-advised investments in the energy sector.This chapter focuses on the application of mathematical tools to some of the most challenging aspects concerning the actual feasibility and sustainability of biofuel infrastructures. In particular, the optimization of biofuel networks toward economic and environmental objectives will be tackled. Also, the effect of market and technology uncertainties will be discussed as key factors affecting planning strategies in the biofuel sector