Sürdürülebilirlik: Doğal Kaynaklar Yönetiminin Değişen Yüzü

... konulu sunumlar: "Sürdürülebilirlik: Doğal Kaynaklar Yönetiminin Değişen Yüzü"— Sunum transkripti:

1 Sürdürülebilirlik: Doğal Kaynaklar Yönetiminin Değişen Yüzü
Hayri Önal Department of Agricultural and Consumer Economics University of Illinois at Urbana-Champaign

2 YAEM2015, Eylul 9-11, Ankara

3 Paskalya Adası - Rapa Nui
YAEM2015, Eylul 9-11, Ankara

4 Orman Alanı Kaybı YAEM2015, Eylul 9-11, Ankara

5 Dünya Nüfusu ve Orman Kaybı
YAEM2015, Eylul 9-11, Ankara

6 Sera Gazı Salınımı YAEM2015, Eylul 9-11, Ankara

7 Borneo YAEM2015, Eylul 9-11, Ankara

8 Malezya Amaç artık sadece gıda üretimi değil
YAEM2015, Eylul 9-11, Ankara

9 Meksika Körfezi Hipoksisi
YAEM2015, Eylul 9-11, Ankara

10 Çad Gölü - Afrika YAEM2015, Eylul 9-11, Ankara

11 Hangzhou - Çin YAEM2015, Eylul 9-11, Ankara

12 Ankara Metropolitan Bölgesi Şehirleşme Planları
1925 (6-0.3) ( ) 1990 ( ) 2015 ( ) YAEM2015, Eylul 9-11, Ankara

13 Özetle: Doğal kaynakların bugünkü durumu ‘sürdürülebilir’ değildir. Bu noktaya gelmemizin nedeni olan üretim ve tüketim biçimlerini ve doğal kaynakların yönetiminde uygulayageldigimiz yöntemlerin, yaklaşımların tümünü gözden geçirmek durumundayız. Verimlilik nüfusla aynı oranda artmadığı sürece bu daha fazla doğal kaynağa ihtiyacımız olacak demektir. Fakat katı sınırları olan bir sistemde yaşıyoruz. Rapa Nui’lilerin sorunu da buradaydı. YAEM2015, Eylul 9-11, Ankara

14 Gıda Enerji Doğa Kaybı Diğer tüketim Taşıma Rekreasyon Güvenlik …
Cevre kirliliği Ekonomik kayıp Kalite kaybı … YAEM2015, Eylul 9-11, Ankara

15 Neden Biyoyakıt? YAEM2015, Eylul 9-11, Ankara

16 Etanol Üretimi Source: RFA YAEM2015, Eylul 9-11, Ankara

17 Başlıca Yenilenebilir Yakıt Politikaları
ABD, Yenilenebilir Yakıt Standardı -RFS (federal yasa, 2005, 2007) - 136 milyar litre biyoyakıtın petrol yakıtlarına katılmasını zorunlu kılıyor, yakıt türlerini ve alt limitlerini belirliyor; Vergi indirimi $/lt konvansiyonel biyoyakıt, $/lt sellülozik biyoyakıt ve biyodizel (programın yıllık maliyeti ~$7 milyar) Low Carbon Fuel Standard (LCFS) (California) Brezilya, Pro-Alcool: %25 petrol/biyoyakıt katma zorunluluğu AB, Yenilenebilir Enerji Direktifi: 2020’den önce biyoyakıt oranı konvansiyonel yakıtların tüketiminin %10undan fazla olmasını zorunlu kiliyor. YAEM2015, Eylul 9-11, Ankara

18 RFS Hedefleri (Milyar lt/Yıl)
YAEM2015, Eylul 9-11, Ankara

19 Mısır Üretimi ve Tarım Ürünleri Fiyatları
YAEM2015, Eylul 9-11, Ankara

20 Gida – Enerji Sistemi Büyük ölçekte biyoyakıt ve biyoenerji üretimi büyük miktarda tarım alanının gıda üretiminden enerji hammaddeleri üretimine aktarılmasını gerektiriyor. Bunun gıda ve yem fiyatları üzerinde önemli etkileri olacaktır. Biyoyakıtlar konvansiyonel yakıtları ikame edeceğinden yakıt piyasalarında da önemli degisiklikler olacaktır. Biyokütle taşıma maliyeti yüksek bir ürün, biyorafineriler maliyeti yüksek yatırımlardır. Optimum yer ve kapasite (tesis) seçimi bu problemin önemli bir bileşenidir. YAEM2015, Eylul 9-11, Ankara

21 YAEM2015, Eylul 9-11, Ankara

22 Kaynak Tahsisine Standard Yöneylem Araştırması Yaklaşımı
Sabit fiyatlar, birim maliyetler, girdi katsayıları, ve sınırlı kaynak varlıklarıyla, toplam net geliri maksimize et. YAEM2015, Eylul 9-11, Ankara

23 Basitleştirilmiş Bir Kısmi Denge Modeli
KKT Şartları YAEM2015, Eylul 9-11, Ankara

24 Sabit Fiyatlı Mikro Üretici Modeli (LP)
Optimalite gerekli ve yeterli şartları YAEM2015, Eylul 9-11, Ankara

25 Fiyatlar, Üretici/Tüketici Davranışı, Lojistik
Araç: Tüketici ve üretici davranışlarının birarada ele alındığı, tarımsal ürün fiyatlarının ve yakıt fiyatlarının içsel olarak belirlendiği çok periyodlu dinamik bir ekonomik simulasyon modeli Amaç: Maksimum toplumsal artı (social surplus) Kısıtlar: Kaynak limitleri, yıllık biyoyakıt hedefleri ( ) Değişkenler: Bölgesel ürün deseni (rotasyonlar), üretim ve tüketim miktarları, fiyatlar, tesis yeri ve ölçeği, taşıma ağı Büyük ölçekli 0-1 değişkenli bir kuadratik optimizasyon modeli YAEM2015, Eylul 9-11, Ankara

26 Biraz Daha Detayli Model
YAEM2015, Eylul 9-11, Ankara

27 Optimum Tesis Seçimi Modeli Geriye Dönüşlü Algoritmik Yöntem
Adim-1: t=T (2022). t yılındaki biyoyakıt talebi ve sektör modelinden elde edilen bölgesel hammadde arzları ile , optimal tesis seçimi ve ulaşım ağı problemini çöz {Bir yillik statik model, dogrusal tamsayili program} Adim-2: j yer seçeneğinde hiçbir tesis kurulmamıssa ileriki aşamalarda j’yi at, diğer seçenekler icin kurulan kapasiteyi maksimum kapasite olarak sabitle; t=t-1, adım-3’e git. Adim-3: t=0? Evet ise adım-4’e değilse adım-2’ye git. Adim-4: Dur, (Yit,Cit) optimum çözüm. Optimum tesis seçimi çözümünü ulaşım bileşeni eklenmiş sektör modeline gir, ürün deseni, bölgesel biyokütle arzını ve piyasa dengelerini yeniden belirle, tesis seçimi modelini yeniden çöz. YAEM2015, Eylul 9-11, Ankara

28 Selülosik Etanol Rafineri Sayısı
YAEM2015, Eylul 9-11, Ankara

29 Sonuçlar ve Bazı Gözlemler
Tesis seçimi gözardı edildiğinde gözlenen yamalı ve mekansal olarak dağınık biyokütle arzı yerini secilen biyorafineriler etrafında kümelenmiş daha toplu bir arz yapısına bırakır, ekonomik olarak daha anlamlı olan ve beklenen bir sonuçtur bu. Tesis seçimi ihmal edildiğinde enerji bitkilerine 4.9 milyon ha alan ayrılması ve 13 milyon ha’lık bir alandan ise bitki artıkları toplanması en iyi çözüm. Tesis seçimi kaale alındığında ise optimal çözümler 2.6 ve 25 milyon ha. Bu çok farklı iki sonuç tarım üreticileri, yatırımcılar ve politika belirleyiciler açısından çok önemli bir bulgudur. YAEM2015, Eylul 9-11, Ankara

30 Bitki Artıkları Arzı (mısır, buğday)
Without consideration of Refinery Locations With YAEM2015, Eylul 9-11, Ankara

31 Enerji Bitkileri Arzı Without consideration of Refinery Locations With
YAEM2015, Eylul 9-11, Ankara

32 Optimum Tesis Seçimi (yer ve ölçek, 2022)
YAEM2015, Eylul 9-11, Ankara

33 Biyoyakıt Üretiminin Tarım Sektorü ve Sosyal Refah Üzerine Etkileri
RFS: Mısır ve soya fiyatlarında %20 lik bir artış, gıda vs tüketicileri için %6.6 net kayıp, tarim üreticileri icin %22 net kazanç RFS+RPS: Mısır ve soya fiyatlarında %30 ve %32 lik artış, gıda vs tüketicileri için %7.3 kayıp , tarım üreticileri icin %26 kazanç, toplamda net %5.9 sosyal refah kaybı YAEM2015, Eylul 9-11, Ankara

34 Alternatif Biyoyakıt Politikalarının Etkileri (% degisme)
Scenario RFS RFS+LCFS RFS+LCFS+ CO2 tax US Emission -4.8 -8.3 -10.9 Global Emis. -1.1 -4.5 -6.5 Fuel Imports -10.8 -11.8 -14.1 RFS bir iklim politikasından cok bir enerji güvenligi politikasıdır YAEM2015, Eylul 9-11, Ankara

35 Biyoyakıt Politikalarının Kaynak Kullanımına Etkileri (milyon ha)
Scenario BAU RFS LCFS Total Agr. Land 295.3 301.7 (%2.2) 311.8 (%5.6) Energy Crops - 4.9 30.4 Marginal Lands 3.7 15.8 Regular Cropland 1.2 14.6 RFS 3.7 mil. ha lık marjinal tarım alanında enerji bitkilerinin ekilmesini gerektirecektir. Bu Türkiyede buğday ekili alanın yarısıdır. YAEM2015, Eylul 9-11, Ankara

36 Marjinal Tarım Alanlarının Üretim Amacıyla Kullanılmasının Sakıncaları
Su kütlelerine (göl, nehir, dere) yakin meyilli arazilerde erozyon tehlikesi Kimyasal girdilerin bir kısmının yüzey akışı ve sızmalar nedeniyle su kaynaklarına karışması Monokültür, bazı alanlarda ekosistemlerin dengesinin bozulması, ve biyoçeşitlilik kaybı YAEM2015, Eylul 9-11, Ankara

37 Kurtlar Nehir Yataklarını Nasıl Değiştirir Yellowstone Ekosistemi
YAEM2015, Eylul 9-11, Ankara

38 Arılarda Koloni Çökme Bozuklugu
Bu neden önemli? Arılar olmadan pek çok bitkide, tükettiğimiz sebze ve meyvelerde yeterli tozlaşma olamaz. Kiş mevsiminin şiddetine ve ilkbaharda hava değişikliklerine bağlı olarak yılda %10-15 civarında koloni kaybı normal görülür. Ancak ABD’de 2006’dan bu yana her yıl %30u geçen kayıp normal değil. Avrupa da durum aynı. İtalya’da, 2007de kolonilerin %40-50’si çöktü. YAEM2015, Eylul 9-11, Ankara

39 Ekosistemlerin korunması, canlı hayatın devamı konusunda bilinmedik, beklenmedik tehlikelere karşı bir sigortadır. Muhtemel Nedenler - Bitki örtüsü çeşitliliğinde azalış - Çevre kirliliği - Küresel ısınma-iklim değişikliği - Cep telefonu ve elektromanyetik sinyaller - Tarım ilaçları, özellikle neonicotinoids - Genetiği değiştirilmiş ürünler … Doğa hem inatçı, hem kırılgan Türler arasındaki ilişkiler hayli karmaşık, çoğu kez bu ilişkileri bilemiyoruz! YAEM2015, Eylul 9-11, Ankara

40 Öncelikli Doğa Koruma Alanları
Orman, otlak ve sulak alanların kaybı pek çok canli türünün ve biyoçeşitliliğin kaybolması sonucunu doğuruyor. Biyoçeşitliliğin korunması ve geliştirilmesi icin doğa koruma alanları ve alan ağları oluşturmak etkin bir cözümdür. Öncelikli Doğa koruma alanlarının belirlenmesi ve geliştirilmesi ekolojik olduğu kadar ekonomik bir problemdir. Finansal kaynak yetersizliği en büyük sorundur. Problem : Kısıtlı kaynaklar altında ekolojik ve ekonomik bakımdan en etkin koruma alanlarının belirlenmesi. YAEM2015, Eylul 9-11, Ankara

41 ABD Doğa Koruma Alanları
Illinois eyaletinde son birkaç yüzyıl içinde ormanlar ve bataklıkların tarım topraklarına dönüşmesi yüzünden ciddi bir biyoçeşitlilik kaybi olmustur. Bugün eyalette varlığı tehdit altında olan 424 tür biliniyor (bunların 24ü aynı zamanda federal düzeyde de tehdit altındaki türler listesinde). Türlerin ve doğal yaşama alanlarının korunması amacıyla eyalette irili ufaklı 319 rezerv kurulmuş ve yönetiliyor. ABD’de koruma alanları 6770 kara (261 milyon ha) 787 deniz (63 milyon ha) Ulusal parkları ziyaretçi sayısı= milyon/yıl Milli parklar bütçesi 3 milyar dolar YAEM2015, Eylul 9-11, Ankara

42 Avrupada Doğa Koruma Alanları
Türkiyede milli parklar ve koruma alanları: 0.9 milyon ha YAEM2015, Eylul 9-11, Ankara

43 Basitleştirilmiş ÖDA Seçimi Problemi
Içinde bütün türleri barindiran en küçük alan birimi seti? YAEM2015, Eylul 9-11, Ankara

44 Biraz Daha Karmaşık Problem
YAEM2015, Eylul 9-11, Ankara

45 ODA Seçimi Problemine Çözüm
Tamamlayıcılık Yöntemi (sezgisel - heuristic): Her adımda daha önceki adımlarda koruma altına alınmıs tür setine en çok katkıyı sağlayan alan birimini seç, bütün türler seçilen alanlarda bulunuyorsa dur: En iyi çözum Kolay; fakat miyopik, alt-optimal çözüm YAEM2015, Eylul 9-11, Ankara

46 Bir Doğa-koruma Bilimcinin Eleştirisi
“Doğa-koruma bilimcileri arasında çok popüler olan ve tamamlayıcılık prensibi mertebesine yükseltilmiş bu algoritmik yaklaşım optimal değil bir alt-optimal çözüm bulma yaklaşımıdır.” “Biyolojik kaynakların optimal yönetiminin bulunması matematikçiler ve mühendislerin daha iyi ele alabileceği bir problemdir. Bu ifadem biraz aşırıya kaçıyor gibi görünebilir ama matematikçiler etkin doğa koruması probleminin çözümüne kesinlikle önemli katkı sağlayacaklardır.” Underhill, L.G. (1994). Optimal and suboptimal reserve selection algorithms, Biological Conservation 70, L.G. Underhill YAEM2015, Eylul 9-11, Ankara

47 YAEM2015, Eylul 9-11, Ankara

48 Küme Kaplama Formülasyonu Church, R. L. & C. ReVelle. 1974
Küme Kaplama Formülasyonu Church, R.L. & C. ReVelle The maximum covering location problem. Papers of the Regional Science Association YAEM2015, Eylul 9-11, Ankara

49 Maksimal Kaplama Formulasyonu
YAEM2015, Eylul 9-11, Ankara

50 Pratik Sakıncalar - İtirazlar
Seçilen alanların mekansal özelliklerini gözardı etmek gerçekci değildir. Bu optimizasyon yaklasımları ile bulunan çözümler genelde dağınık bir yapı gösterirler; böyle dağınık yapılar ne gerçekte türlerin korunmasına yardımcı olur ne de yönetimi kolaydır. Pratikte önemi olan bazı mekansal özellikler: süreklilik (contiguity), yoğunluk (compactness), bağlanabilirlik (connectivity), koruma alanının çevre boyunun minimizasyonu, … YAEM2015, Eylul 9-11, Ankara

51 Modelleme ve Çözüm Zorluğu
Mekansal özelliklerin önemli olduğu diğer ODA problemleri için de buna benzer iddialar yapıldı. Bu problemlerin doğrusal modeller olarak ifade edilmesinin ve çözülmesinin imkansız olduğu görüşü hakimdi. Ancak son on yıl içinde bu problemlerin hemen hepsinin doğrusal TP formulasyonlarının mümkün olduğu gösterildi. YAEM2015, Eylul 9-11, Ankara

52 YAEM2015, Eylul 9-11, Ankara

53 Yoğun ÖDA Seçim Problemi
YAEM2015, Eylul 9-11, Ankara

54 En Küçük Çevreli ÖDA Seçim Problemi
YAEM2015, Eylul 9-11, Ankara

55 Mekansal-Bağlantılı ÖDA Seçim Problemi
Süreklilik için yeterli şart: Seçilen bir birimden çıkan akış o birime gelen toplam akıştan fazla olmalıdır YAEM2015, Eylul 9-11, Ankara

56 Çözüm Zorluğu? CFR Uygulaması, >4000 birim Minimum Çevre Çözümü
Optimum Bağlantılı Çözüm M. Ridge: -These are looking really good! B. Pressey: - I'm also impressed with the results. YAEM2015, Eylul 9-11, Ankara

57 Bağlanabilirlik Özelliği
Mekansal olarak sürekli koruma alanları her zaman anlamlı çözüm vermez. Sürekliliği sağlamak amacıyla aslında uygun habitat ozelligi olmayan bazı birimler de en iyi çözümde bulunabilirler (kayalık veya bataklık alanlar gibi). Ya da uzun kıvrımlı pratikte anlamlı olmayan şemalar elde edilebilir. Böyle durumlarda daha anlamlı bir formulasyon fonksiyonel sürekliliği (bağlanabilirlik) sağlamak ve seçilen alanların aynı zamanda yoğun (compact) olmasını sağlamaktır. Bu problemin doğrusal tamsayılı programlama olarak ve hem de hızlı çözülebilen bir formulasyonunu ve bazı uygulamalarını bugünkü E311 oturumumuzda sunacağım. YAEM2015, Eylul 9-11, Ankara

58 Önümüzdeki Problemler
ÖDA problemine çözüm ararken türler arasindaki ilişkileri, kritik varoluş sınırlarını, dinamikleri, ve belirsizlikleri gözönüne almak istediğimizde çok daha karmaşık problemlerle karşı karşıya kalacağız. Sistem bilimi olarak Yöneylem Araştırmasının optimum doğa koruma alanlarının belirlenmesine önemli katkıları olacaktır. Yöneylem Araştırmacılar ekoloji, biyoloji, ve ekosistemlerle ilgili diger bilim dallarında çalışanlarla, ve en önemlisi karar verici durumda olan insanlarla yakın çalışma ortamı içinde olmalılar. YAEM2015, Eylul 9-11, Ankara

59 Teori ve Uygulama Koruma bilimcileri ve matematikçiler olarak gerçekten bir fark yaratabiliyormuyuz? Literatürde yayınlanmış bir hayli sofistike çalışmalar var, bunların kaçı şu veya bu şekilde gerçek problemlere uygulanmıştır? Uygulanmadıysa ne yapılabilir? Bob Pressey: Benim izlenimim şu ki uygulamalar doğru insanların doğru zamanlarda birbirleriyle konuşabildiği kazalardır. YAEM2015, Eylul 9-11, Ankara

60 Orta Doğu Su Sorunu ve Su Piyasası
Su kaynakları üzerinde gerek insan faaliyetleri gerek doğanın yarattığı değişimler nedeniyle çift yönlü bir baskı vardır. Özellikle su sıkıntısı olan bölgelerde aşırı nüfus artışı, kırsal kesimden şehirlere doğru artan göç ve bunun sonucunda oluşan nüfus değişimleri, gıda güvenliği, sosyo-ekonomik refahın artması, tarımsal ve sanayi kaynaklı kirlilik, küresel iklim değişikliği sonucu yağış rejimlerinin değişmesi, hidrolojik döngünün tüm elemenlarını etkilemektedir. Bunun sonucunda su kaynakları gün geçtikce hem miktar hem de kalite açısından değişime ugramaktadır. Suyun arzı le tüketim talebi arasındaki uçurum her geçen gün büyümektedir. Türkiye ve yakın çevresi, bilhassa Ortadoğu, söz konusu sorunların en fazla hissedildiği bölgelerdir. Gerek Türkiyenin gerek bölge ülkelerinin bölgesel istikrar ve refahın artışı ile komşuluk ilişkilerinin derinleştirilmesi yönünde harcadığı çabaların hedefine ulaşmasında su kaynaklarının kullanılması konusunda bilgiye dayalı iyi niyetli ve aktif işbirligi içinde olunması tüm taraflar için elzemdir. Ortadoğu Stratejik Araştırmalar Merkezi, Rapor #63 YAEM2015, Eylul 9-11, Ankara

61 TEŞEKKÜR EDERİM! YAEM2015, Eylul 9-11, Ankara