Feasibility of Agent-Based Modeling and Simulation in Modeling Waste Value Chains

Abstract

Waste management policies have a large impact on how the waste management system behaves. However, deciding suitable policies may be difficult as the system may be very complex. Simulation models of waste management systems are important for the development of relevant waste management policies, as they allow the effects of these policies to be evaluated before they are actually implemented. Waste value chain analysis is a new method for modeling waste management systems. The idea of waste value chain analysis is to model each decision maker acting in the waste management system as an individual actor that can make independent decisions. The effects of these decisions can be aggregated to model how the waste management system behaves as a whole. This study evaluates the feasibility of implementing waste value chain analysis models using agent-based modeling and simulation. The motivation for using agent-based modeling and simulation is its ability to model distributed decision making using a variety of interacting agents. This study constructs an experimental waste value chain analysis simulation model of the waste management of the Finnish daily consumables retail shops using agent-based modeling and simulation. It then analyzes the feasibility of the modeling paradigm for implementing these kinds of models based on literature sources, experiences gathered from the modeling project and opinions from subject matter experts. The result of the study is that implementing waste value chain analysis models using agent-based modeling and simulation appears to be generally feasible. However, validating these kinds of models may be challenging, as a considerable amount of data needs to be collected.

Jätehuollon säännöksillä on suuri merkitys jätehuoltojärjestelmän toiminnan kannalta. Tarkoituksenmukaisten säännösten laatiminen voi kuitenkin olla haastavaa, sillä jätehuoltojärjestelmä voi olla hyvin monimutkainen. Jätehuoltojärjestelmien simulaatiomallit ovat tärkeitä uusien säännöksien kehittämisen kannalta, sillä ne mahdollistavat säännöksien vaikutusten arvioinnin ennen säännöksien toimeenpanoa. Jätehuollon arvoketju -menetelmä on uusi tapa mallintaa jätehuoltojärjestelmiä. Menetelmän ideana on mallintaa jokainen jätehuoltojärjestelmässä toimiva päätöksentekijä itsenäisenä toimijana, joka pystyy tekemään itsenäisiä päätöksiä. Näiden päätösten vaikutukset yhdistämällä on mahdollista mallintaa sitä, kuinka jätehuoltojärjestelmä käyttäytyy kokonaisuutena. Tämän tutkimuksen tarkoituksena on arvioida agenttipohjaisen mallinnusmenetelmän soveltuvuutta jätehuollon arvoketjumallien toteuttamiseen. Agenttipohjainen mallinnusmenetelmä valittiin toteutustavaksi, koska se mahdollistaa hajautetun päätöksenteon mallintamisen käyttäen hyväksi erilaisia keskenään kommunikoivia agentteja. Tässä tutkimuksessa toteutettiin kokeellinen jätehuollon arvoketjumalli Suomen päivittäistavarakauppojen jätehuollosta käyttäen agenttipohjaista mallinnusmenetelmää. Mallinnusmenetelmän soveltuvuutta tämänkaltaisten mallien toteuttamiseen analysoitiin kirjallisuuden, mallinnusprojektin aikana kerättyjen kokemusten sekä asiantuntijamielipiteiden perusteella. Tutkimuksessa saatiin selville, että agenttipohjainen mallinnusmenetelmä soveltuu yleisesti ottaen jätehuollon arvoketjumallien toteuttamiseen. Tämän kaltaisten mallien validointi voi kuitenkin olla haastavaa, sillä se vaatii runsaasti dataa.