عنوان پایان‌نامه
ارائه مدل جدید برای زنجیره تامین سوخت‌های زیستی مبتنی بر جلبک
- رشته تحصیلی
- مهندسی صنایع- صنایع
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس البرز شماره ثبت: 1285;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 79903;کتابخانه پردیس البرز شماره ثبت: 1285;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 79903
- تاریخ دفاع
- ۱۶ شهریور ۱۳۹۵
- دانشجو
- محمداحسان ظرافتی
- استاد راهنما
- فریبرز جولای
- چکیده
- براساس پیش بینی های صورت گرفته ذخایر منابع تجدید ناپذیر انرژی در حال کاهش و در برخی موارد نیز رو به اتمام است. از اینرو استفاده از منابع تجدید پذیر انرژی از جمله زیست توده ها که سازگار با محیط زیست نیز هستند یک ضرورت محسوب می شود. از میان زیست توده های موجود که دارای سه نسل متفاوت هستند، نسل سوم یا همان ریزجلبک ها در سالهای اخیر مورد توجه بسیاری از محققان و سرمایه گذاران قرار گرفته است. به منظور تولید سوخت های زیستی، ریزجلبک ها در مقایسه با سایر زیست توده ها از بازدهی بالاتری برخوردار بوده و سطح زیرکشت و زمین مورد نیاز برای آنها نیز بسیار کمتر است. ضمن آنکه از ریزجلبک ها می توان در صنایع غیرسوختی، مانند داروسازی، بهداشتی و درمانی، غذایی، خودروسازی و غیره بهره برد، که از سودآوری بالایی برخوردار هستند. علاوه بر موارد ذکر شده از نکات قابل توجه در خصوص ریزجلبک ها، سازگاری بالای آنها با عوامل زیست محیطی بوده که می توانند در کاهش آلایندگی هوا نقش بسزایی ایفا کنند. لذا طراحی بهینه شبکه زنجیره تامین سوخت های زیستی مبتنی بر ریزجلبک ها نقش اساسی در کاهش هزینه ها و تجاری سازی آنها دارد. در این تحقیق شبکه زنجیره تامین ریزجلبک و تبدیل آن به سوخت های زیستی و محصولات جانبی و توزیع آن به بازارهای مصرف طراحی گردیده است. این شبکه با رویکرد تحلیل چرخه عمر و تقسیم و تحلیل هر بخش که شامل مراحل تامین مواد اولیه، کشت ریزجلبک، پیش پردازش، تولید سوخت های زیستی و محصولات جانبی، ذخیره سازی و نگهداری و در نهایت انتقال به بازار مصرف بوده، طراحی گردیده است. سپس یک مدل دو مرحله ای برای طراحی و برنامه ریزی زنجیره تامین تولید سوخت زیستی و محصولات جانبی از ریزجلبک ارائه شده است. در مرحله اول، با استفاده از روش فرآیند تحلیل سلسله مراتبی به شناسایی مکان های بالقوه برای کشت ریزجلبک پرداخته می شود. سپس در مرحله دوم یک مدل برنامه ریزی خطی ریاضی عدد صحیح مختلط و بصورت قطعی ایجاد شده، که در این مدل نسبت به طراحی و برنامه ریزی زنجیره تامین تولید سوخت زیستی و محصول جانبی تا دست مصرف کننده نهایی با توجه به محدودیت های منابع، فناوری، تقاضا و در نظر گرفتن عوامل زیست محیطی و انرژی مصرفی در طول دوره زمانی 5 ساله اقدام شده است. مدل ریاضی ارائه شده علاوه بر سود و هزینه، پارامترهای انرژی و محیط زیست را نیز در تابع هدف در نظر گرفته است. تابع هدف انرژی بوسیله تعیین میانگین انرژی فسیلی مصرفی برای تولید سوخت زیستی و محصولات جانبی بدست می آید. تابع هدف زیست محیطی نیز بوسیله اندازه گیری میزان انتشار گازهای گلخانه ای خروجی برای تولید سوخت زیستی و محصولات جانبی بدست می آید. مساله ریاضی چند هدفه با استفاده از روش مجموع وزنی به یک تابع هدف تبدیل شده و حل گردیده است. مدل پیشنهادی در قالب یک مطالعه موردی که در کشور ایران انجام گرفته، بصورت کاربردی مورد ارزیابی قرار گرفته است. برای حل این مدل از نرم افزار گمز بهره گرفته شده است. نتایج بدست آمده به تعیین میزان مواد مورد نیاز، محل کشت و تولید، گونه ریزجلبک انتخابی، ظرفیت تولید، فناوری مورد نیاز، روش حمل و نقل در هر مرحله از زنجیره تامین کمک می کند و در کاهش هزینه های تولید، کاهش میزان انتشار گازهای گلخانه ای و میزان انرژی فسیلی مصرفی موثر است. خروجی بدست آمده از این مدل نیز حاکی از بهره وری در تولید سوخت های زیستی و بویژه محصولات جانبی است.
- Abstract
- According to predictions, nonrenewable energy resource reserves are declining and in some cases going to be finished. Therefore using renewable energy resources like biomass which is compatible with environment is necessary. In recent years among three different generations of biomass, microalgae due to more efficiency to produce biofuel and need to less land for cultivation have attracted the attention of scientist and investors. In addition microalgae can be used in nonfuel industries such as; pharmaceutical, healthcare, food, car manufacturing and etc. which are highly profitable. Another significant role of microalgae is compatibility with environment which can be effective to reduce air pollution. Designing an optimal network of biofuel supply chain based on microalgae can be important to reduce cost and commercializing them. In this research, we developed a network for algae supply chain and converting them to biofuels and co-products and then distributing to markets. This network is designed with the LCA approach and evaluates each section of the supply chain that comprised of supplying of feedstock, algae cultivation, preprocessing, producing biofuels and co-product, storage and ultimately transporting to market. Then a two stage model was developed for design and planning of microalgae-based biofuel and co-product supply chain. In the first stage we identify potential locations for algae cultivation by using AHP method. Consequently in the second stage we developed a deterministic mathematical mixed integer linear programming model for design and planning a supply chain from production of biofuel and co-product to end-users that simultaneously satisfy resource constraints, demand constraints, technology and taking environmental issues and energy consumption factors into consideration over a 5 years planning horizon. In the objective function of proposed mathematical model in addition to economic factor, energy and environmental factor are also considered. Energy objective was achieved by determining the mean of consuming fossil energy for production of biofuel and co-product. Environmental objective was measured by greenhouse gas emission for producing biofuel and co-product. The multi-objective MILP optimization problem was solved using weighted sum method by transforming to one objective function. We evaluated the feasibility of the proposed model through a case study based on Iran. In order to solve this model we used GAMS optimization solver. Results can help to identify the amount of feedstock, location of cultivation, choosing algae type, production capacity, technology, transportation in each section of supply chain, and can be useful to reduce greenhouse gas emission and the consumption of fossil energy. Results of this model indicate the productivity in biofuel and especially co-product production.Key words: Biofuel supply chain, Micro-algae, Life cycle assessment, Mathematical mixed integer linear programming, Multi-objective optimization
