Sustainability-Oriented Decision Making Framework for Energy and Industrial Systems: Focusing on Hydrogen and Biofuels

The booming of economy and the excessive use of fossil fuel make China face many severe challenges, i.e. energy security problems for sustaining rapidly growing GDP, serious environmental contaminations, and threats to social stability. Thus, the stakeholders/decision-makers in China have paid more and more attentions to develop alternative energy sources (i.e. solar energy, wind power, and nuclear power), energy carriers (i.e. biofuels and hydrogen), and to incorporate the concept of sustainability in energy-industrial system. Among these, hydrogen economy and biofuel industry in China have obtained increasing interests and attentions from the China’s administrators and policy-makers as the use of hydrogen and biofuel is regarded to have great potential to efficaciously mitigate the energy, environmental, social and geopolitical problems, and also to achieve sustainable development. But there are three questions that usually puzzle the stakeholders/decision-makers: (1) How to make correct decision on selecting the most sustainable pathway among many energy candidates? (2) How to improve and enhance the sustainability of the existed energy systems? (3) How to design and optimize the sustainability of energy systems in different conditions? Thus, there are three objectives in this dissertation: (1) sustainability assessment and analysis; (2) sustainability improvement and enhancement; (3) sustainability design and optimization. Hydrogen and biofuels are usually used as the objects to illustrate the developed models and methodologies that can be popularized to some other energy systems.

Il boom dell'economia e l'uso eccessivo di combustibili fossili sottopongono la Cina ad affrontare molte sfide difficili, ad esempio i problemi di sicurezza energetica per sostenere la rapida crescita del PIL, gravi contaminazioni ambientali, e le minacce alla stabilità sociale. In questo modo, in Cina, gli interessati / decisori stanno rivolgendo sempre più attenzione nello sviluppare fonti energetiche alternative (ad esempio l'energia solare, l'energia eolica e l'energia nucleare), vettori energetici (ad esempio i biocarburanti e l’idrogeno), e nell’ incorporare il concetto di sostenibilità nel sistema energeticoindustriale. Tra questi, l'economia dell'idrogeno e l'industria dei biocarburanti in Cina hanno ottenuto sempre maggior attenzione da parte di amministratori e politici cinesi poichè il crescente uso di idrogeno e biocarburanti è considerato avere un grande potenziale per ridurre efficacemente i problemi ambientali, energetici, sociali e geopolitici, e anche per realizzare lo sviluppo sostenibile. Ma ci sono tre domande che di solito lasciano perplessi gli interessati / decisori: (1) Come scegliere il percorso energetico più sostenibile tra le varie opzioni? (2) Come migliorare e potenziare la sostenibilità dei sistemi energetici esistiti? (3) Come progettare e ottimizzare la sostenibilità dei sistemi energetici in condizioni diverse? Quindi, ci sono tre obiettivi in questa tesi: (1) valutazione della sostenibilità e analisi; (2) miglioramento di sostenibilità e valorizzazione; (3) progettazione e ottimizzazione della sostenibilità. L'idrogeno e i biocarburanti sono di solito usati come oggetti per illustrare i modelli sviluppati e le metodologie che possono essere applicate ad altri sistemi energetici.