Diseño de un modelo logístico para la biomasa residual agrícola y pecuaria en torno a un sistema centralizado de aprovechamiento

Abstract

El modelo energético actual se basa principalmente en el aprovechamiento de fuentes de energía fósiles no renovables que contribuyen al aumento del calentamiento global debido a sus altas emisiones de CO2. La creciente preocupación ha estimulado el desarrollo y aprovechamiento de fuentes de energía alternativas renovables como las producidas por la biomasa residual. El aprovechamiento de esta biomasa presenta desafíos logísticos y económicos tales como: hallarse en áreas rurales dispersas, ubicarse en zonas geográficas de difícil acceso, tener una densidad baja que aumenta los costos de transporte, poseer una densidad energética menor y contar con dificultades en el suministro que aumentan los costos de almacenamiento. Dadas estas complicaciones los investigadores han optado por resolver estos problemas logísticos con técnicas de optimización que minimicen los costos bajo distintos enfoques. Este trabajo presenta una propuesta alternativa basada en la programación lineal binaria donde se estudia el aprovechamiento de múltiples biomasas de origen agrícola y pecuaria en dos modalidades de compra (recolectada y comprada a un precio inferior en la zona del productor y comprada a un precio superior si el productor la transporta a un almacén) con el fin de aprovechar la mayor cantidad posible de biomasa con el objetivo de la maximización de la utilidad. Como restricciones se tiene que solo puede haber una planta productora para darle un carácter centralizado a la operación, y que por otra parte se genere un ahorro de emisiones de CO2. Por último, se prueba el modelo en la región de Cundinamarca ubicada en la república de Colombia, país tropical sin estaciones, lo cual difiere de la mayoría de los estudios de este tipo en donde las regiones seleccionadas suelen ser no tropicales y cuentan con estaciones lo cual tiene implicaciones en la planeación del abastecimiento de la biomasa residual agrícola. Los resultados arrojan que una operación centralizada tiene un límite de distancias de recolección de 130 km, un ahorro de un 80% en promedio de las emisiones de CO2 y una combinación optima de biomasa Porcicola comprada en finca y biomasa residual de café comprada en finca y en almacén, si se requiere reemplazar un 8% de las energías convencionales con energía proveniente de la biomasa residual en la región de estudio.

The current energy model is mainly based on the use of non-renewable fossil energy sources that contribute to the increase in global warming due to their high CO2 emissions. The growing concern has stimulated the development and use of renewable alternative energy sources such as those produced by residual biomass. The use of this biomass presents logistical and economic challenges such as: being in scattered rural areas, being located in geographical areas of difficult access, having a low density that increases transportation costs, having a lower energy density and having supply difficulties. which increase storage costs. Given these complications, researchers have chosen to solve these logistic problems with optimization techniques that minimize costs under different approaches. This work presents an alternative proposal based on binary linear programming where the use of multiple biomasses of agricultural and livestock origin is studied in two purchase modalities (collected and purchased at a lower price in the producer area and purchased at a higher price if the producer transports it to a warehouse) in order to take advantage of the greatest possible amount of biomass with the aim of maximizing utility. As restrictions, there can only be one production plant to give a centralized character to the operation, and on the other hand, savings in CO2 emissions are generated. Finally, the model is tested in the Cundinamarca region located in the Republic of Colombia, a tropical country with no seasons, which differs from most studies of this type where the selected regions are usually non-tropical which has implications in the planning of the supply of agricultural residual biomass. The results show that a centralized operation has a collection distance limit of 130 km, savings of 80% on average in CO2 emissions and an optimal combination of pork biomass purchased on the farm and residual coffee biomass purchased on the farm and in warehouse, if it is required to replace 8% of conventional energy with energy from residual biomass in the study region.