Yaşam döngüsü etki değerlendirmesi son nokta ağırlıklarının ayrık seçim deneyi ile saptanması
Determination of life cycle impact assessment endpoint weightings using dicrete choice experiment
Yazar: AYŞE BAYAZIT SUBAŞI
Danışman: PROF. DR. ELÇİN FİLİZ TAŞ
İstanbul Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Mimarlık Ana Bilim Dalı / Proje ve Yapım Yönetimi Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Mimarlık = Architecture
Dizin: Mimari malzeme = Architectural material ; Yapı malzemeleri = Building materials ; Çevresel sürdürülebilirlik = Sustainable environment ; Ürün yaşam eğrisi = Product life cycle

Özet:
Enerji kullanımı ve emisyon salınımları açısından toplam enerji kullanımının ve toplam emisyonların üçte birine sahip olan yapı sektörünün en önemli gündemi sürdürülebilirliktir. Yapılı çevrede sürdürülebilirliği sağlamak üzere yeşil bina sertifikaları, bina enerji kimlik belgeleri, binalarda yenilebilir enerji kullanımı teşvikleri ve yeşil ürün etiketleri gibi uygulamalar geliştirilmekle birlikte en önemli katkı yapıların tasarım evresinden itibaren çevreye olan etkilerinin ölçülmesi ve izlenmesi olmaktadır.
Çevreye verilen olumsuz etkileri belgeleyen çevresel ürün beyanları ve yapılan yaşam döngüsü değerlendirme analizleri de bu noktada devreye girmektedir. Çevresel ürün beyanları orta nokta etki kategorilerine ait bilgileri yayınlamaktadır. Orta nokta etki kategorilerinin sayısı yedi ile onsekiz arasında değişmekte ve her biri ayrı birim ile ölçülmektedir. Son nokta etki kategorisi sayısı da metodolojiden metodolojiye değişmekte ve en az üç olduğu görülmektedir. Bu nedenle ağırlıklandırma olmadan yaşam döngüsü sonuçlarıyla en çevreci alternatifi seçmek mümkün olamamaktadır. 
Bu tez çalışması sürdürülebilir yapılı çevre hedefine ulaşmak adına, son nokta etki kategorisi ağırlıklarının hesaplanmasını amaçlamaktadır. Tez kapsamında ortaya atılan araştırma sorularının ve sonuçlarının her biri ayrı bir bölüm ve ayrı bir yayın olarak kurgulanmıştır.
Öncelikle tez kapsamında yapılan çalışmaların ilkinde (bölüm 2) yaşam döngüsü üzerine yapılan çalışmalar incelenmekte ve Türkiye ile dünyadaki durum karşılaştırılmaktadır. Türkiye'de orta nokta etki kategorisi ağırlıklandırmasına yönelik bir tez olduğu anlaşılmakla birlikte son nokta etki kategorilerine ait çalışmaya rastlanmamaktadır. Orta nokta etki kategorisi ağırlıklandırmaları zarar etki yolu vasıtasıyla analizlere dahil edilen bilimsel veri safhasını atlayarak doğrudan ağırlıklandırma yaptığından son nokta etki kategorileri ağırlıklarına nazaran daha öznel bulunmaktadır. 
İkinci araştırma konusu (bölüm 3) yapılı çevrede yaşam döngüsü analizlerinde tek skor ihtiyacı üzerinedir. Bunun için on iki çatı kaplama malzemesi üzerinde yaşam döngüsü analizi yapılarak karşılaştırılmakta ve sonuçlar orta nokta etki kategori cinsinde incelenmektedir. Orta nokta etki kategorilerinin on iki malzeme için aynı sıralamayı vermediği gözlemlenmektedir. 
Üçüncü bölüm bulgularında ağırlıklandırma yöntemleriyle çalışmanın tekrar edilmesi önerildiğinden tezin dördüncü bölümünde, tek skor YDED analizlerini elde etmede farklı ağırlıklandırma yöntemleri ve katsayıları kullanılmaktadır. Panel ağırlıklandırma ve parasal ağırlıklandırma yöntemleri ile elde edilen tek skor YDED analiz sonuçları karşılaştırıldığında, farklı yöntemlerin farklı sıralamalara işaret ettiği gözlemlenmektedir. Panel ve parasal ağırlıklandırma yöntemleri ile elde edilen sonuçların tutarlı olmadığı, sıralamaların değiştiği görülmektedir. Ayrıca orta nokta ağırlıklandırma yöntemleri, çevreye olan zararların formüle edilmesi evrelerini içermediğinden son nokta etki kategorilerinin ağırlıklandırılması yöntemi tezin kapsamı olarak belirlenmektedir. 
Son nokta etki kategorileri olan İnsan Sağlığı (İS), Ekosistem Kalitesi (EK) ile Doğal Kaynaklar ve Ekosistem Hizmetleri (DKEH) tez kapsamında ele alınana koruma alanlarıdır. Orta nokta etki kategorilerinin her bir koruma alanına olan zararı diğer bir deyişle olumsuz etkisi bilimsel yollarla formüle edilerek son nokta etki kategorilerine dönüştürülmektedir. Sonrasında ise son nokta etki kategori ağırlık katsayıları ile tek skor YDED analizleri elde edilmektedir. Bu nedenle koruma alanları olan İS, EK ve DKEH arasındaki önem derecelerine göre hesaplanacak ağırlık katsayıları için uygun yöntemin insanların tercihlerini tanımlayan alt niteliklerin önemini analiz eden Ayrık Seçim Deneyi (ASD) yöntemi olduğunda karar verilmiştir.
Beşinci bölümde,  ASD anketlerinin çevre bilimlerindeki yeri araştırılmaktadır. Ayrıca ASD anketinin tasarlanmasına veri sağlamak üzere ASD anket bileşenleri analiz edilerek araştırmacılara yol göstermesi hedeflenmektedir. 
ASD bileşenleri olarak referans senaryonun varlığı, soru kartındaki seçenek (senaryo ya da profil) sayısı, nitelik sayısı, her niteliği betimleyen seviye sayısı, her bir katılımcıya gösterilen soru kartı sayısı, analizlerde kullanılan geçerli cevap sayısı ve anket yöntemleri kıstasları seçilmektedir. 
553 ASD anketi arasında 175 anket referans senaryo kullanırken, 155 ankette referans senaryo bulunmazken, 223 ankette hiçbiri seçeneği yer almaktadır. Her soru kartında yer alan seçenek sayısı 2 ile 10 arasında değişmekle birlikte, 553 ASD anketinin ortalama seçenek sayısı 3,17, medyanı ve modu 3 olarak hesaplanmaktadır. Senaryoları tanımlayan nitelik sayısı 2 ile 16 arasında değişirken, 553 anketin ortalama değeri 5,35, modu ve medyanı ise 5'tir. Her niteliğin aldığı asgari değer sayısı, diğer bir deyişle minimum seviye sayısı 1 ile 7 arasında değişirken, azami değer sayısı, diğer bir deyişle maksimum seviye sayısı 2 ile 12 arasında değişmektedir. Asgari seviye sayısı ortalaması 2,65 iken azami seviye sayısı ortalaması 4,88'dir. Asgari seviye sayısı medyan ve modu 2 iken, azami seviye sayısı medyanı 5 modu ise 4'tür. ASD anketlerinde kullanılan soru kartı sayısı 1 ile 50 arasında değişirken, ortalaması 8,05, medyanı 8 modu ise 6'dır. Analizlerde baz alınan cevap sayısı (örneklemde cevapları analizde kullanılan katılımcı sayısı) 39 ile 10.573 arasında değişmekle birlikte ortalaması 702,27, medyanı 479 ve modu 500'dür. ASD anketleri %45,75 oranında çevrimiçi olarak uygulanmaktadır. Onu %40,15 ile sahada yüz yüze görüşme izlemektedir. 
Bu analizler ışığında altıncı bölüm için tasarlanan ASD anketinde referans senaryo bulunmakta ve her koruma alanı (son nokta etki kategorisi) için güncel değeri göstermektedir. Her soru kartında biri referans senaryo olmak üzere toplamda üç seçenek bulunmaktadır. Her seçenek diğer bir deyişle senaryo 3 nitelik ile tanımlanmaktadır. Bir önceki ASD bileşen analizinde ortalama seçenek sayısı 3,17'dir. Bu ASD anketinde nitelikler İS, EK ve DKEH'dir. Her bir nitelik %25'lik dilimler halinde "-%100" ile "+%100" arasında toplam 9 seviyeye sahiptir ve referans senaryo 0 (sıfır) ile temsil edilmektedir. Her bir katılımcıya gösterilen soru kartı adedi 9 iken bir önceki bölümde soru kartı ortalaması 8,05'tir. Anket uygulanma yöntemi çevrimiçi ve yüz yüze şeklinde karma olarak kullanılmaktadır. Analizlerde kullanılan geçerli cevap sayısı ülke gelir grubuna göre 513 (düşük-orta), 795 (yüksek), 940 (düşük) ve 950 (yüksek-orta) katılımcı ile ASD bileşen analizi bölümünde bahsedilen ortalamadan (702)'den genel itibariyle yüksek olup, sadece düşük-orta gelir seviyesi ülkelerindeki sayı (513) bu ortalamadan (702) düşük ancak mod (500) ve medyan (479) değerinden yüksektir. 
Tezin altıncı bölümünde ASD anketi tasarlanmış önce pilot olarak çevrimiçi ve yüz yüze uygulanmış sonrasında ise nihai olarak ana anket Şubat, Mart ve Nisan 2023 dönemlerinde farklı ülkelerde uygulanmaktadır. Ekonometrik yaklaşım ve ÇKKA kümelenme yaklaşım yöntemleri kullanılarak ASD anketiyle elde edilen katılımcı tercihlerinden koruma alanları önem dereceleri hesaplanarak ağırlık katsayıları elde edilmektedir. Buna göre, ekonometrik yaklaşım yönteminden elde edilen küresel ağırlık katsayıları İS için 0,42, EK için 0,31 ve DKEH için 0,26'dır. Yüksek gelir grubu katsayıları ise İS için 0,34, EK için 0,41, DKEH için 0,25'tir. Yüksek-orta gelir grubu ağırlık katsayıları İS için 0,36, EK için 0,36, DKEH için 0,28'dir. Düşük-orta gelir grubu ülkeleri ağırlık katsayıları ise İS, EK ve DKEH için sırasıyla 0,36, 0,32 ve 0,32'dir. Düşük gelir ağırlık katsayıları ise, İS için 0,54, EK için 0,24 ve DKEH için 0,22'dir. 
ÇKKA Kümelenme yaklaşım yönteminden elde edilen küresel ağırlık katsayıları İS için 0,41, EK için 0,32 ve DKEH için 0,27'dir. Yüksek gelir grubu katsayıları ise İS için 0,36, EK için 0,39, DKEH için 0,26'dır. Yüksek-orta gelir grubu ağırlık katsayıları İS için 0,39, EK için 0,33, DKEH için 0,28'dir. Düşük-orta gelir grubu ülkeleri ağırlık katsayıları ise İS, EK ve DKEH için sırasıyla 0,39, 0,31 ve 0,31'dir. Düşük gelir ağırlık katsayıları ise, İS için 0,48, EK için 0,27 ve DKEH için 0,25'tir.
ÇKKA Kümelenme yaklaşımı ikincil bir yaklaşım olarak sonuçların test edilmesi için kullanılmakta olup, YDED tek skor analizleri için ekonometrik yaklaşım yöntemiyle hesaplanan ağırlık katsayılarının tercih edilmesi tavsiye edilmektedir. 
Türkiye yüksek-orta gelir grubunda olduğunda Türkiye için yapılacak YDED tek skor analizlerinde ekonometrik yaklaşım ile elde edilen İS için 0,36, EK için 0,36, DKEH için 0,28 ağırlık katsayılarının kullanılması önerilmektedir. 
Tezin yedinci bölümünde ayrık seçim deneyi yöntemiyle hesaplanan ağırlıklar, malzeme ölçeğinde yapılı çevredeki kullanı örneklendirilmektedir. Bölümler arası sonuçların birbiri ile karşılaştırılması adına yine aynı on iki çatı kaplama malzemesi yaşam döngüsü analizlerine uygulanmaktadır. Analiz sonuçlarında ağırlıkların bir önceki bölümdeki EVR yöntemi ve EI99 yöntemi ile benzerlik gösterdiği görülmektedir. 
Sekizinci bölümde ise genel değerlendirme yapılarak çalışmanın limitlerinden bahsedilmiş, gelecekteki çalışmalar için önerilerde bulunulmuştur. 
Sonuç olarak bu tez kapsamında küresel uzlaşı amacıyla oluşturulmuş çok disiplinli bilim insanlarının ortak çalışma yaptığı bir proje kapsamında (GLAM) küresel ve gelir seviyelerine göre 4 grup ülke için son nokta ağırlık katsayıları hesaplanmakta ve yapılı çevrede kullanımı örneklendirilmektedir. Doktora tezi kapsamında Türkiye ilk kez pilot ülke olarak çalışılmaktadır. Diğer önemli bir husus da örneklem büyüklüğünün bilgi dahilinde şimdiye kadar yapılan çalışmalar açısından en büyüğü olmasıdır. Ayrıca tez düşük gelir ülkelerini de dahil eden ilk çalışma olması nedeniyle önemlidir. ASD yönteminin ekonometri dışında çevre değerleme alanında kullanılması, güncel referans değerleri kullanılması ve Türkiye'de son nokta etki kategorileri alanında yapılan ilk çalışma olması nedeniyle özgündür.

Abstract:
Built environment has the one third of World energy consumption and total emissions. Therefore, sustainability is the number one in the agenda of built environment sector. To achieve the goals of sustainability in construction sector, different tools, applications and policies such as green building certification systems, eco labels, building energy identity cards, and integrated renewable energy applications on buildings has been developed. But the most important contribution for sustainability is to measure and monitor the negative environmetnal impacts of buildings. 
At this point environmental product declarations and life cycle impact assessment are crucial. In environmental product declarations all the inventory data about the construction materials or any product are measured and validated by third party. After publication of this report the data is publicly available. Unfortunately, the number of environmental product declarations in construction sector is quite low, causing the lack of data for life cycle assessment analyses. In environmental product declarations, negative impacts on environment are expressed and summarized as midpoint impact categories such as global warming potential, ozone depletion potential, acidification, eutrophication, photochemical ozone creation potential, abiotic depletion of resources (both element and fossil resources). These categories have their own unit such as kgCO2-e for global warming and kgCFC11-e for ozone depletion. Recently, there are some additional midpoint categories are being introduced to sector, adding up to 18 midpoint categories. On the other hand, endpoint impact categories, also called area of protection, varies in numbers from methodology to methodology. The two most common endpoint impact categories are Human Helath and Ecosystem Quality. Therefore, even with midpoint impact categories or with endpoint categories, tp evaluate environmental performances of building or building component or construction materials, weighting is necessary, although it is mentioned as optional in the standards. 
In this doctoral dissertation, the objective is to calculate up-to-date weighting factors for three areas of protection to obtain a sustainable built environment providing single score life cycle assessment to decision makers to select the most environmentally friendly option. The thesis is structured as chapters in which findings for each research question are presented after the first chapter (introduction).  
In the second chapter, studies, applications on life cycle in Türkiye are analyzed and compared to trends in the World. Literature review and statistical analyses preferred as method. Based on the findings of this chapter, there is one dissertation on calculation of weighting factors but in midpoint level, while there is no study on weighting factors for endpoint level. 
Although midpoint weighting factors could be applied life cycle impact assessments to obtain single score, endpoint weightings are found more robust since endpoint impact categories benefit from impact pathways to formulize the relation and connections between midpoints and endpoints. 
Third chapter is about the need of single score in built environment life cycle assessments analyses. It is demonstrated through a case study of twelve roof covering materials. Life cycle impact assessment are carried out and showed that the midpoint impact categories results were different when the twelve roof coverings ranked. Then environmental shadow costs are applied to results for comparison. It concluded that the data set for Türkiye did not exists for analyses and the number of environmental product declarations are quite low.
Since it is advised in the third chapter that the life cycle assessment analysis should be repeated for the twelve roof coverings with different weighting methods, panel and monetary weightings are applied to the results in the fourth chapter. Based on the findings, panel weighting methods shows more similarity when compared to monetary weightings. Panel weightings, YDED-TR, EF, EVR methods point the same materials as the first place in ranking but differ in the rest of ranking. The results and the ranking with panel and monetary weighting methods were not consistent. 
Therefore, the aim and scope of the thesis is defined as calculating endpoint weighting factors for three areas of protection: (i) human health, (ii) ecosystem quality, and (iii) natural resources and ecosystem services. With the discussion with scientists from the field, discrete choice experiment was thought as a method to be applied to elicit the preferences of citizens. In the fifth chapter, application of discrete choice experiments in environmental sciences and environmental studies are analyzed through bibliometric and scientometric analysis of 1052 papers retrieved from Web of Science core collection. Moreover, in this chapter (chapter 5), components of discrete choice experiments are analyzed using statistical analysis with the aim of providing a guideline for researchers who wants to design a discrete choice experiment survey. Discrete choice experiments are designed to elicit preferences and trade-offs between area of protections. However, designing a discrete choice experiment could be challenging. Defining the optimum number of choice cards is critical to obtain sufficient data for calculation of weights without causing fatigue in respondents. 553 papers are selected for further analyses. Components of discrete choice experiments are investigated in seven categories: (i) existence of reference scenario, (ii) number of scenarios, also called profile, (iii) number of attributes, (iv) number of levels, (v) number of choice cards presented to a respondent, (vi) number of valid responses used to calculate weightings, (vii) methods of survey. 
Based on the statistical analysis, out of 553 discrete choice experiment surveys, 175 survey used reference scenario in the choice set. In 155 surveys, there is no reference scenario, while in 223 surveys, together with hypothetical scenario choices opt-out choice is added. The number of scenarios differs from 2 to 10, while the average number of choices is 3,17 and median and mode are calculated as 3. The number of attributes in the surveys differs from 2 to 16, while the average number of attributes is 5,35 and the median and mode are 5. The number of levels that define the attributes differs in one survey, one attribute may be defined by two levels, the other attribute may have 4 levels. Therefore, in terms of levels, the minimum number of levels and the maximum number of levels are analyzed separately. The minimum number of levels range between 1 and 7, while the maximum number of levels range between 2 and 12. The average number of minimum levels of 553 surveys is 2,65, having a median and a mode of 2, while the average number of maximum levels is 4,88 with a median of 5 and mode of 4. The number of choice cards differs from 1 to 50 with an average of 8,05, median of 8, and mode of 6. The number of respondents with valid answers used in analyses ranges between 39 and 10.573, with an average of 702,27, median of 479 and mode of 500. %45,75 of 553 surveys carried out as online surveys followed by face-to-face interview in the field with %40,15. 
In the light of findings of previous chapters, the aim and the scope of this thesis is defined as calculating endpoint weighting factors using discrete choice experiment. 
In the chapter 6, a discrete choice experiment survey is designed to elicit the preferences and importance scale of respondents for three areas of protection, namely human health, ecosystem quality and natural resources and ecosystem services. In each choice card there are three scenarios of which the first one is always the reference scenario. The values for reference scenario are obtained from the normalization subtask of "Global Guidance for Life Cycle Impact Assessment Indicators and Methods" (GLAM) Project of Life Cycle Initiative supported by United Nations Environment Programme. With the recommendations of normalizations subtask, 19 days and 55 days of human health reference values are adopted and two versions of survey are designed for each income level. The levels, then, defined as positive and negative 25% increments of reference value having total of nine including reference scenario value. The number of choice cards is 9, which is close to finding of the previous chapter, namely 8,05. Survey was administered and distributed via internet and Qualtrics program is used. For the low-income countries in which the access rate of internet is low, the survey carried out face-to-face in the field with enumerators. 
The number of valid answers used for analysis differs from income levels: 513 for lower-middle, 795 for high income countries, 940 for low-income countries, and 950 for upper-middle income countries. The sample size even in terms of income levels are higher than the average sample size (702) mentioned in previous chapters. Only lower middle is lower than the average (702), but it is higher than the median (479) and mode (500). The total sample size with 3198 respondents is the biggest sample sized used in this field as of current knowledge. 
The survey is administered as pilot in the late 2022 and then revised as main survey. The feedback analysis and also whole survey of pilot and main surveys are given in appendix. Main survey is conducted during February, March and April in different countries. After extracting the valid the responses, two approaches are followed to calculate weightings: (i) econometric approach, (ii) multi decision criteria analysis aggregation approach. Based on the econometric approach model, the global weightings for human health is 0,42, for ecosystem quality is 0,31 and for natural resources and ecosystem services is 0,26. High income level country weightings are 0,34, 0,41, and 0,25 for human health, ecosystem quality and natural resources and ecosystem services, respectively. Upper-middle income level country weightings are 0,36, 0,36, and 0,28 for human health, ecosystem quality and natural resources and ecosystem services, respectively. Lower-middle income level country weightings are 0,36, 0,32 and 0,32 for human health, ecosystem quality and natural resources and ecosystem services, respectively. Low-income level country weightings are 0,54, 0,24 and 0,22 for human health, ecosystem quality and natural resources and ecosystem services, respectively.
Based on the multi decision criteria analysis aggregation approach model, the global weightings for human health is 0,41, for ecosystem quality is 0,32 and for natural resources and ecosystem services is 0,27. High income level country weightings are 0,36, 0,39, and 0,26 for human health, ecosystem quality and natural resources and ecosystem services, respectively. Upper-middle income level country weightings are 0,39, 0,33, and 0,28 for human health, ecosystem quality and natural resources and ecosystem services, respectively. Lower-middle income level country weightings are 0,369, 0,31 and 0,31 for human health, ecosystem quality and natural resources and ecosystem services, respectively. Low-income level country weightings are 0,48, 0,27 and 0,25 for human health, ecosystem quality and natural resources and ecosystem services, respectively.
Multi decision criteria analysis approach used as a secondary approach especially for testing econometric approach results and for sensitivity analyses. In the life cycle assessment of product or systems, the weightings from econometric model are advised to be used to obtain single scores. 
Since Türkiye is in upper-middle income level country group and studied as a pilot country, for life cycle assessment analysis that will be carried out in and for Türkiye, 0,36, 0,36, and 0,28 weightings should be applied for human health, ecosystem quality and natural resources and ecosystem services, respectively.
The seventh chapter of this thesis demonstrates a case study of the application of new global endpoint weightings calculated in chapter sixth. In order to have a consistent comparison, the same roof coverings are selected for single score life cycle impact assessment analyses. The findings show that the weightings are applicable to built environment and consistent in terms of single score results. When compared to previous section findings, the results are parallel to results of EVR and EI99. 
In the last section (chapter 8), an overall conclusion is drawn and limitations of the study are reported as well as the recommendations for further studies in the future. 
As a result, this study presents the calculation of endpoint impact category weightings on which a global consensus is being achieved through GLAM Project for global and for four income level country groups. This study also exemplifies and recommends the application of weightings calculated using discrete choice experiment for single score life cycle analyses in built environment. Türkiye is studied as a pilot country for the first time in a doctoral dissertation in Türkiye. Another significant point in terms of originality of the study is that the sample size is the biggest among the studies as of knowledge. Moreover, in this study low-income countries are included for the first time in weighting calculation. This thesis presents the first endpoint impact category weighting calculation study done in Türkiye with current reference scenario values and in which discrete choice experiment method is applied in environmental sciences other than econometry and marketing.