Circular economy and sustainable supply chain management: the case of the agrifood sector

Abstract

This doctoral thesis deals with issues such as the circular economy and sustainability for agrifood supply chains. It consists of 8 chapters. First, some basic concepts and ideas are analyzed which will be discussed, as well as the methodology and tools of the thesis. Subsequently, a decision-making framework for the adoption of circular practices in the agri-food sector is designed, while a circularity index for agri-food chains is selected and adapted. This is followed by the redesign of the peach canning chain in order to utilize peach stone waste for energy production and production of added value products, which is evaluated using economic indicators, implementing life cycle analysis for environmental assessment, as well as the analysis of impact of solutions on society in terms of human health as well as strengthening the income of economically disadvantaged stakeholders of the supply chain. Next comes the redesign of the dairy supply chain. In particular, an initial design of the traditional milk supply chain is carried out, an analysis of the literature is carried out in terms of the technologies that can be used at each stage of the specific supply chain depending on the type of waste, and an approach is made to the redesign of the specific supply chain, utilizing product packaging, waste and wastewater to reduce packaging, energy, water and fertilizer inputs. In the next chapter, the study results are analyzed in relation to the sustainability of sheep and goat farming in Europe, based on analytical semi-structured questionnaires on farms, where critical conclusions regarding the sector and its future emerge in 13 sub-categories of questions, some also suitable for the evaluation in terms of circular economy. Afterwards, a system dynamics simulation tool is then created to simulate agrifood chains and the effect of the rate and timing of implementation of 6 circular practices, adjusted for different plant sizes on different products, with some stochastic inputs. The tool includes the circularity index mentioned above, as well as calculation of indicators for the environment and the economy, while the demand of the basic product is affected by circular and green consumption habits. The tool is validated by applying parameters on a peach canning example and annotating the results. In the final chapter of the main part, using the simulation data of the previous chapter for different combinations and stochastic variables, a mixed integer quadratic constraints tool is developed that can help decision makers on when and to what extent they should adopt circular economy practices, the variety of raw material but also the utilization rate of the factory's capacity, in order to ensure the maximum performance regarding circularity, with limitations relevant to the affordability of the investments, environmental performance and demand coverage. The thesis concludes with the discussion in relation to the contribution to science but also to the agrifood industry, some key conclusions, such as the connection between a circular economy and improved economic and environmental performance, as well as the suggestion of future developments.

Η παρούσα διδακτορική διατριβή πραγματεύεται θέματα όπως η κυκλική οικονομία και η αειφορία για τις αγροδιατροφικές αλυσίδες. Αποτελείται από 8 κεφάλαια. Αρχικά, αναλύονται κάποιες βασικές έννοιες και ιδέες οι οποίες θα συζητηθούν, καθώς και η μεθοδολογία και τα εργαλεία της διατριβής. Στην συνέχεια, σχεδιάζεται ένα πλαίσιο λήψης αποφάσεων για υιοθέτηση κυκλικών πρακτικών στον αγροδιατροφικό κλάδο, ενώ επιλέγεται και προσαρμόζεται δείκτης κυκλικότητας για τις αγροδιατροφικές αλυσίδες. Στην συνέχεια ακολουθεί ο επανασχεδιασμός της αλυσίδας της κονσέρβας του ροδάκινου με σκοπό την αξιοποίηση των αποβλήτων του πυρήνα για την παραγωγή ενέργειας και παραγωγή προϊόντων προστιθέμενης αξίας, η οποία αξιολογείται αξιοποιώντας οικονομικούς δείκτες, υλοποιώντας ανάλυση κύκλου ζωής για την περιβαλλοντική αξιολόγηση, καθώς και την ανάλυση της επίδρασης των λύσεων στην κοινωνία όσων αφορά την ανθρώπινη υγεία καθώς και την ενδυνάμωση του εισοδήματος μελών της εφοδιαστικής αλυσίδας δυσμενέστερης οικονομικής κατάστασης. Ακολουθεί ο επανασχεδιασμός της εφοδιαστικής αλυσίδας των γαλακτοκομικών προϊόντων. Συγκεκριμένα, γίνεται ένας αρχικός σχεδιασμός της εφοδιαστικής αλυσίδας του γάλακτος, υλοποιείται ανάλυση της βιβλιογραφίας όσον αφορά τις τεχνολογίες που μπορούν να αξιοποιηθούν σε κάθε στάδιο της συγκεκριμένης εφοδιαστικής αλυσίδας ανάλογα με το είδος του αποβλήτου, και γίνεται μια πρώτη προσέγγιση στον επανασχεδιασμό της συγκεκριμένης εφοδιαστικής αλυσίδας, αξιοποιώντας την συσκευασία του προϊόντος και τα λύματα για ελάττωση των εισροών σε συσκευασία, ενέργεια, νερό και λίπασμα. Στο επόμενο κεφάλαιο, αναλύονται τα αποτελέσματα μελέτης σε σχέση με την αειφορία στην αιγοπροβατοτροφή στην Ευρώπη, με βάση αναλυτικά ημιδομημένα ερωτηματολόγια σε φάρμες, οπού προκύπτουν κρίσιμα συμπεράσματα που αφορούν τον κλάδο και το μέλλον του σε 13 υποκατηγορίες ερωτημάτων, ορισμένα κατάλληλα και για την αξιολόγηση της κυκλικής οικονομίας. Στην συνέχεια, δημιουργείται ένα προσομοιωτικό εργαλείο δυναμικής συστημάτων, με το οποίο μπορούν να προσομοιωθούν αγροδιατροφικές αλυσίδες και η επίδραση του ποσοστού και χρονισμού υλοποίησης 6 κυκλικών πρακτικών, προσαρμοζόμενο για διάφορα μεγέθη εργοστασίων σε διάφορα προϊόντα, με ορισμένες στοχαστικές. Το εργαλείο περιλαμβάνει τον δείκτη κυκλικότητας που προαναφέρθηκε, καθώς και υπολογισμό δεικτών για το περιβάλλον και την οικονομία, ενώ η ζήτηση του βασικού προϊόντος επηρεάζεται από τις κυκλικές και πράσινες καταναλωτικές συνήθειες. Το εργαλείο πιστοποιείται μέσω της εφαρμογής παραμέτρων βάσει παράδειγμα της κονσερβοποιίας ροδάκινου και γίνεται σχολιασμός των αποτελεσμάτων. Στο τελικό κεφάλαιο του κυρίως μέρους, αναπτύσσεται με την αξιοποίηση των προσομοιωτικών δεδομένων του προηγούμενου κεφαλαίου για διαφορετικούς συνδυασμούς και στοχαστικές μεταβλητές, ένα εργαλείο μικτών ακέραιων τετραγωνικών περιορισμών, που μπορεί να βοηθήσει λήπτες αποφάσεων για το πότε και σε τι βαθμό θα πρέπει να υιοθετήσουν πρακτικές κυκλικές οικονομίας, την ποικιλία της α’ ύλης αλλά και το ποσοστό αξιοποίησης της δυναμικότητας του εργοστασίου, προκειμένου να εξασφαλίσουν την μέγιστη απόδοση όσων αφορά την κυκλικότητα, με περιορισμούς στο μπάτζετ, την περιβαλλοντική απόδοση και την κάλυψη της ζήτησης. Η διατριβή ολοκληρώνεται με την συζήτηση σε σχέση με τη συνεισφορά στην επιστήμη αλλά και στον αγροδιατροφικό κλάδο, κάποια βασικά συμπεράσματα, όπως την σύνδεση εν τέλει κυκλικής οικονομίας και βελτιωμένης οικονομικής και περιβαλλοντικής απόδοσης, αλλά και προτάσεις για μελλoντικές εξελίξεις.