A robust optimization generic model for forest biorefineries design considering uncertainties on biomass growth and product selling prices (2022)
- Authors:
- Autor USP: THEOZZO, BRUNO - EP
- Unidade: EP
- Sigla do Departamento: PQI
- Subjects: OTIMIZAÇÃO MATEMÁTICA; PAPEL; CELULOSE
- Language: Inglês
- Abstract: Biorrefinarias despontam como uma potencial alternativa para as indústrias baseadas em recursos fósseis ao propor a exploração de biomassa renovável para produção de químicos, combustíveis e energia. Diversas opções para bioprodutos, tecnologias de conversão, fontes de biomassa e pontos de integração com outras indústrias criam um amplo espaço de oportunidade a ser explorado. Contudo, propor uma configuração de biorrefinaria capaz de aproveitar esse espaço de forma ótima não é trivial. Diversas ferramentas foram propostas para esse fim. Entre essas, as baseadas em programação matemática são especialmente promissoras dada sua capacidade de avaliação sistêmica de um amplo espaço de alternativas estruturais. As ferramentas em estado da arte baseadas em programação matemática lidam com aspectos de síntese de processos integrados a toda a cadeia de fornecimento, com considerações temporais e espaciais. Contudo, essas ferramentas ainda não capturam algumas particularidades de sistemas florestais, sendo esses, uma das plataformas mais promissoras para a integração de operações de biorrefinaria. Com isso, esta tese propõe um modelo genérico de otimização para o design de biorrefinarias capaz de lidar com as particularidades de sistemas florestais, formulado como um Problema Inteiro-Misto Linear (MILP) para maximização do valor presente operacional líquido (NPV) sobre quatro camadas interconectadas de decisão: (I) Dinâmica Florestal, (II) Sistemas de Conversão, (III) Malha Logística e (IV) Mercado. O modelo também incorpora incertezas na produtividade da biomassa e nos preços de venda dos produtos via otimização robusta, garantindo viabilidade financeira-operacional mesmo na materialização dos piores casos para os parâmetros incertos. O grau de conservadorismo da soluçãoé controlado pela descrição das incertezas como a união entre conjuntos intervalares e poliédricos. O modelo é aplicado em um estudo de caso para o design de uma biorrefinaria de eucalipto no Brasil produzindo polpa branqueada (matéria-prima para papel), lignina (uso como aditivo em cimentos) e energia elétrica. O estudo de caso mostrou que a dinâmica florestal tem um papel crítico nas decisões estratégicas. Por exemplo, disponibilidade de biomassa e distâncias florestais afetaram as decisões em todas as outras camadas do modelo. A consideração adequada das redes logísticas também se mostrou relevante, sendo capaz de tornar financeiramente atrativas plantações distantes de elevada produtividade florestal em cenários de redução de custos logísticos. O modelo também se mostrou útil para estimar o preço mínimo de venda de produtos que não são financeiramente atrativos nos cenários nominais. A possibilidade de controlar o grau de conservadorismo da solução se mostrou especialmente importante, sendo que, em uma abordagem completamente conservadora, a construção da biorrefinaria é considerada financeiramente inviável. Isso contrasta com a oportunidade de 136 bilhões de reais para o NPV no cenário nominal. O conservadorismo em excesso se mostrou especialmente prejudicial quando aplicado à produtividade florestal, resultando em um uso 70% superior de terras para garantir fornecimento estável de biomassa. Entre os extremos, cenários com conservadorismo controlado foram capazes de aproveitar a oportunidade financeira e ainda assim oferecer robustez consistente com a natureza dos parâmetros.
- Imprenta:
- Data da defesa: 17.10.2022
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ABNT
THEOZZO, Bruno. A robust optimization generic model for forest biorefineries design considering uncertainties on biomass growth and product selling prices. 2022. Tese (Doutorado) – Universidade de São Paulo, São Paulo, 2022. Disponível em: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3137/tde-20122022-085410/. Acesso em: 06 out. 2024. -
APA
Theozzo, B. (2022). A robust optimization generic model for forest biorefineries design considering uncertainties on biomass growth and product selling prices (Tese (Doutorado). Universidade de São Paulo, São Paulo. Recuperado de https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3137/tde-20122022-085410/ -
NLM
Theozzo B. A robust optimization generic model for forest biorefineries design considering uncertainties on biomass growth and product selling prices [Internet]. 2022 ;[citado 2024 out. 06 ] Available from: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3137/tde-20122022-085410/ -
Vancouver
Theozzo B. A robust optimization generic model for forest biorefineries design considering uncertainties on biomass growth and product selling prices [Internet]. 2022 ;[citado 2024 out. 06 ] Available from: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3137/tde-20122022-085410/
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