Optimización de la cadena de suministro de biogás en México considerando aspectos económicos y ambientales

Abstract

A multi-objective optimization approach is presented for biogas supply chains based on a superstructure to satisfy the biogas and biofertilizer demands in a geographical region at the maximum profit and the minimum environmental impact. This approach accounts for the optimal location for processing and purification technologies used to produce the biogas and biofertilizer as well as to determine if a technology should be installed or not. Besides, it explores the impact of biomass availability and biogas demand on the economic and environmental performance of the biogas supply chain. A mixed-integer nonlinear programming model is proposed in a multi-objective form and then the problem is reformulated as a single objective problem with a multi-scenario strategy solution and a CVaR approach. Finally, this work seeks to analyze the carbon-pricing instruments in the Mexican energy sector to promote upgrading biogas investment and to substitute liquified petroleum gas consumption using an optimization approach. Furthermore, we propose a multi-objective optimization approach to encourage investment in the biogas supply chain supported by an effective use of carbon-pricing schemes. Some case studies were solved for a geographical region in Mexico to show the applicability of all proposed methodologies to minimize the criteria gap in economic and environmental functions and to obtain cumulative probability graphs which allow us to have a better criterion in decision making. The results show that the implementation of the proposed optimization methodology yields significant economic and environmental benefits due to the simultaneous increase in the total annual profit and greenhouse gas emission savings.

Se presenta un enfoque de optimización multiobjetivo para las cadenas de suministro de biogás basado en una superestructura para satisfacer las demandas de biogás y biofertilizante en una región geográfica con el máximo beneficio y el mínimo impacto ambiental. Este enfoque representa la ubicación óptima para las tecnologías de procesamiento y purificación utilizadas para producir el biogás y el biofertilizante, así como para determinar si una tecnología debe instalarse o no. Además, se explora el impacto de la disponibilidad de biomasa y la demanda de biogás en el desempeño económico y ambiental de la cadena de suministro de biogás para lo cual se propone un modelo de programación mixta entera no lineal en forma de objetivos múltiples, y luego el problema se reformula como un problema de mono objetivo con una estrategia de solución de escenarios múltiples y enfoque CVaR. Finalmente, este trabajo busca analizar instrumentos de fijación de precios del carbono en el sector energético mexicano para promover la mejora de la inversión en biogás y sustituir el consumo de gas licuado de petróleo mediante un enfoque de optimización. Además, proponemos un enfoque de optimización multiobjetivo para alentar la inversión en la cadena de suministro de biogás respaldada por un uso efectivo de los esquemas de fijación de precios del carbono. Se resolvieron algunos casos estudio para una región geográfica en México para mostrar la aplicabilidad de todas las metodologías propuestas para minimizar la brecha de criterios en las funciones económicas y ambientales y para obtener gráficos de probabilidad acumulativa que nos permitan tener un mejor criterio en la toma de decisiones. Los resultados muestran que la implementación de la metodología de optimización propuesta produce importantes beneficios económicos y ambientales debido al aumento simultáneo en el beneficio anual total y el ahorro de emisiones de gases de efecto invernadero.