طراحي و بهينه سازي زنجيره تأمين توليد سوخت سبز از پسماندهاي فاضلاب شهري در كشور با استفاده از يك روش فرا ابتكاري تركيبي

A hybrid Metaheuristic Algorithm for Design and Optimization of Wastewater to Biodiesel Supply Chain in Iran

يكي از مهم‌ترين مسائلي كه آينده كشور را در تأمين انرژي تهديد مي‌كند، وابستگي شديد به منابع نفتي و عدم توسعه قابل‌توجه انرژي‌هاي تجديد پذير مي‌باشد. در سال‌هاي اخير در نقاط مختلف دنيا توليد سوخت سبز به‌عنوان جايگزيني براي سوخت‌هاي فسيلي گسترش فراواني داشته است. اگرچه توليد سوخت سبز از مواد خوراكي قيمت تمام‌شده پاييني دارد و در برخي كشورها همچون برزيل به مقدار قابل‌توجهي توليد مي‌شود اما به علت تأثير نامطلوب استفاده از مواد غذايي بر بازار محصولات كشاورزي و افزايش قيمت محصولات كشاورزي، توليد آن محدودشده است. به‌عنوان جايگزيني براي حل اين مشكل استفاده از موادي بدون منشأ غذايي همچون غلاف ذرت براي توليد سوخت توسعه‌يافته است. يكي از منابعي كه براي توليد سوخت توجهات فراواني را در سال‌هاي اخير به خود جلب كرده است، استفاده از فاضلاب‌هاي شهري است. علت اين موضوع اين است كه فاضلاب حاوي مقدار قابل‌توجهي ليپيد است كه مي‌تواند براي توليد بيوديزل به كار گرفته شود، همچنين نياز به دفن لجن‌هاي فاضلاب‌هاي شهري كه فرايندي پرهزينه در تصفيه‌خانه‌ها مي‌باشد را از بين مي‌برد. براي بررسي توسعه چنين سوخت‌هايي در كشور اين مطالعه به طراحي زنجيره تأمين توليد سوخت از فاضلاب‌هاي شهري مي‌پردازد كه كليه مراحل از تأمين و انتقال فاضلاب از تصفيه‌خانه‌ها، تبديل آن‌ها به سوخت و توزيع سوخت را به‌صورت يكپارچه بهينه مي‌نمايد. با توجه به ابعاد گسترده و غيرخطي بودن مدل حاصل، الگوريتم‌هاي دقيق از حل آن ناتوان هستند. لذا يك مدل فراابتكاري تركيبي بر اساس الگوريتم‌هاي ژنتيك و بهينه‌سازي ازدحام ذرات توسعه داده‌شده است. نتايج به‌كارگيري الگوريتم توسعه داده‌شده نشان از برتري عملكرد آن نسبت به الگوريتم‌هاي ژنتيك و بهينه‌سازي ازدحام ذرات دارد. همچنين نتايج نشان مي‌دهد كه سوخت حاصل از فاضلاب‌هاي شهري در حال حاضر اقتصادي نمي‌باشد اما با افزايش نرخ سوخت‌هاي فسيلي در آينده و بهبود نرخ تبديل فاضلاب به سوخت، اين سوخت قابليت رقابت با سوخت‌هاي فسيلي را دارد.

One of the most important challenges for the future energy supply of Iran is its dependence on oil resources and underdevelopment of renewable energies. In recent years, biofuel has been widely used as a substitute for fossil fuels around the world. Although the production of biofuels from food crops has been proved to be economically viable in some countries such as Brazil, due to its negative side-effects on agricultural markets it has been facing practical limitations. An alternative to solve this problem is using non-food crops such as corn pods to produce fuel. Urban wastewater containing a significant amount of lipid that could be used to produce biodiesel has grabbed a lot of attention in recent years. Moreover, this would partly solve the problem of sewage sludge burial which is a serious concern in wastewater treatment plants. In order to study the deployment of such fuels, this paper focuses on the design of a supply chain for the production of fuel from wastewater, which optimally integrates all supply chain stages including the supply and transfer of wastewater from refiners, converting them to fuel and distribution of fuel. Given the nonlinearity of the resulting model, exact algorithms fail to solve it. Therefore, a hybrid meta-analysis model based on GA and PSO algorithms has been developed. The hybrid algorithm has proved to be superior to GA and PSO algorithms. The results also indicate that although the fuel from wastewater is not currently cost competitive, but with removing the subsidy of fossil fuels in the future and improving the conversion rate of wastewater to fuel, it can compete with alternative fuels.