Evaluation of sustainable energy routes, under a circular economy framework, using life cycle analysis principles in a multi-parametric approach

Abstract

This PhD thesis develops a holistic framework to support decision-making in energy and material sectors by integrating Life Cycle Assessment (LCA), Life Cycle Costing (LCC), and Multi-Criteria Decision Making (MCDM) methods. It analyzes key EU directives (e.g., RED, PEF, EPD) and proposes performance indicators across all life cycle stages, aligned with circular economy principles. A combined AHP-TOPSIS methodology is introduced to prioritize alternatives based on environmental, economic, and technical criteria. The PhD thesis focuses on five critical circular economy sectors: biofuels (for aviation/marine), retrofitting industrial units with bioenergy, utilization of biogenic CO₂, renewable gases (biogas/biomethane), and waste management (anaerobic digestion, composting, recycling, energy utilization). Results show significant benefits. In some scenarios negative CO₂ emissions for integrated value chains are presented. Comparative assessments and sensitivity analyses highlight key factors affecting environmental and economic performance. Overall, the PhD offers a decision-support tool for evaluating the sustainability of circular economy energy pathways. The developed LCA, LCC, and MCDM frameworks can guide policymakers, investors, and stakeholders in identifying optimal strategies and technologies for achieving environmental and economic sustainability within EU regulatory contexts.

Η διδακτορική διατριβή στοχεύει στην παροχή μιας ολιστικής μεθοδολογικής προσέγγισης για τη συστηματική αξιολόγηση και υποστήριξη της λήψης αποφάσεων στους τομείς της ενέργειας και των υλικών, με βάση την Ανάλυση Κύκλου Ζωής (ΑΚΖ), την Κοστολόγηση Κύκλου Ζωής (ΚΚΖ) και την Πολυκριτηριακή Λήψη Αποφάσεων (MCDM). Πραγματοποιείται συγκριτική μελέτη των σχετικών ευρωπαϊκών οδηγιών (π.χ. RED, PEF, EPD) και προτείνονται δείκτες απόδοσης ανά στάδιο κύκλου ζωής, με στόχο τη βελτίωση της περιβαλλοντικής και οικονομικής αποδοτικότητας μέσω της εναρμόνισης με τις αρχές της κυκλικής οικονομίας. Αναπτύσσεται επίσης πλαίσιο MCDM (AHP-TOPSIS) με περιβαλλοντικά, οικονομικά και τεχνικά κριτήρια για την υποστήριξη της επιλογής βέλτιστων τεχνολογιών και στρατηγικών. Η διατριβή εστιάζει σε πέντε κρίσιμους τομείς της κυκλικής οικονομίας: βιοκαύσιμα (για αεροπορία και ναυτιλία), μετασκευή μονάδων με βιοενέργεια, χρήση βιογενούς CO₂, ανανεώσιμα αέρια (βιοαέριο/βιομεθάνιο), και διαχείριση αποβλήτων (π.χ. αναερόβια χώνευση, ενεργειακή αξιοποίηση, ανακύκλωση). Η περιβαλλοντική και οικονομική ανάλυση αποδεικνύει σημαντικά οφέλη από την εφαρμογή τεχνολογιών κυκλικής οικονομίας και σε ορισμένες περιπτώσεις και σε αρνητικό αποτύπωμα διοξειδίου του άνθρακα σε ολοκληρωμένες αλυσίδες αξίας. Παρουσιάζονται συγκρίσεις μεταξύ εναλλακτικών τεχνολογιών και σενάρια εφαρμογής, με ενσωμάτωση ανάλυσης ευαισθησίας για αξιολόγηση κρίσιμων παραμέτρων. Τέλος, η διατριβή προσφέρει ένα πρακτικό εργαλείο ανάλυσης βιωσιμότητας ενεργειακών λύσεων και τεχνολογιών διαχείρισης αποβλήτων, με ενσωμάτωση των υφιστάμενων ευρωπαϊκών κανονιστικών πλαισίων και προσαρμογή τους στις ανάγκες της κυκλικής οικονομίας. Τα προτεινόμενα πλαίσια ΑΚΖ, ΚΚΖ και MCDM μπορούν να χρησιμοποιηθούν από υπεύθυνους χάραξης πολιτικής, επενδυτές και τεχνικούς φορείς για τον σχεδιασμό βιώσιμων στρατηγικών και την υποστήριξη επενδυτικών αποφάσεων σε κρίσιμους τομείς της πράσινης μετάβασης.