Optimizing Blockchain-Enabled Circular Food Waste Supply Chain Network under Cap-and-Trade Regulations. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF G202315490 MSc Thesis.pdf Restricted to Repository staff only until 11 May 2027. Download (4MB)

Arabic Abstract

تُعدّ نفايات الطعام تحديًا عالميًا رئيسيًا للاستدامة، لا سيما في المناطق الحضرية سريعة النمو حيث تؤدي أنظمة الإدارة غير الفعّالة إلى تدهور البيئة وفقدان الموارد. تهدف هذه الدراسة إلى تطوير إطار عمل أمثل لتصميم سلسلة إمداد نفايات الطعام الدائرية المدعومة بتقنية البلوك تشين في ظل نظام الحد الأقصى والتجارة. تم تطوير نموذج برمجة خطية عددية مختلطة (MILP) ثنائي الأهداف لتقليل التكلفة الإجمالية للنظام وزيادة استعادة النفايات القابلة للاستخدام. يشمل النموذج تحديد موقع المنشآت، واختيار السعات، وتدفقات النفايات، وآلية مبتكرة لتداول أرصدة نفايات الطعام مع فرض غرامات على تجاوز الحدود المخصصة. تم استخدام طريقة قيد إبسيلون (epsilon-constraint) لتوليد حلول باريتو المثلى وتحليل المفاضلات بين الأهداف الاقتصادية والبيئية. تم تقييم الإطار المقترح من خلال أربعة سيناريوهات افتراضية ودراسة حالة واقعية استنادًا إلى بيانات من هيئة إدارة النفايات في لاغوس (LAWMA). تشير النتائج إلى إمكانية تحقيق تحسينات كبيرة في استعادة النفايات وخلق فرص عمل مع زيادات طفيفة فقط في التكلفة الإجمالية للنظام، مما يعكس وفورات الحجم القوية. تعزز آلية تداول الأرصدة مرونة النظام في الظروف العادية، لكنها تصبح محدودة في ظل ظروف توليد كميات كبيرة من النفايات، مما يسلط الضوء على أهمية وجود طاقة معالجة كافية. يُظهر تحليل الحساسية أن النظام يعمل بشكل جيد في مواجهة تغيرات التكلفة، ولكنه شديد الحساسية لتغيرات حجم النفايات. بشكل عام، يوفر هذا الإطار أداة عملية لدعم اتخاذ القرار لصنّاع السياسات والممارسين، مما يدعم الانتقال إلى أنظمة إدارة مستدامة ودائرية لنفايات الطعام.

English Abstract

Food waste is a major global sustainability challenge, particularly in rapidly urbanizing regions where inefficient management systems lead to environmental degradation and resource loss. This study develops an optimization framework for designing a blockchain-enabled circular food waste supply chain under cap-and-trade regulations. A bi-objective Mixed Integer Linear Programming (MILP) model is formulated to minimize total system cost and maximize usable waste recovery. The model incorporates facility location, capacity selection, waste flows, and a novel tradable food waste credit mechanism with penalties for exceeding allocated limits. The epsilon-constraint method is used to generate Pareto-optimal solutions and analyze trade-offs between economic and environmental objectives. The framework is evaluated through four hypothetical scenarios and a real-world case study based on data from the Lagos Waste Management Authority (LAWMA). Results indicate that significant improvements in waste recovery and employment can be achieved with minimal increases in total system cost, demonstrating strong economies of scale. The credit trading mechanism enhances system flexibility under normal conditions but becomes limited under extreme waste-generation scenarios, emphasizing the importance of adequate treatment capacity. Sensitivity analysis shows that system performance is robust to cost variations but highly sensitive to changes in waste volume. Overall, the framework provides a practical decision-support tool for policymakers and practitioners, supporting the transition toward sustainable and circular food waste management systems.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Systems Engineering
Department:	College of Computing and Mathematics > lndustrial and Systems Engineering
Thesis Advisor:	Mohammad Abdel-aal,
Thesis Co-Advisor:	Ahmed Atiah,
Thesis Committee Members:	Naqeebuddin Mujahid Syed,
Depositing User:	IBRAHIM KAZEEM (g202315490)
Date Deposited:	17 May 2026 06:19
Last Modified:	17 May 2026 06:19
URI:	https://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/144227