25110

سنتز و ارزيابي فرآيند توليد بيوسوخت از ميكروجلبك به كمك روش بهينه سازي ابرساختار

كارشناسي ارشد

مهندسي شيمي

97

00/04/06

دكتر محمد امين ثباتي

دكتر ميرسامان پيشوايي

مهندسي شيمي

اثرات مخرب محيط‌زيستي ناشي از مصرف روزافزون سوخت‌هاي فسيلي از نگراني‌هاي اصلي بشر در دهه‌هاي اخير بوده است. منابع زيست‌توده به ويژه زيست‌توده‌ي ميكروجلبك با غلبه بر اين مشكلات همراه با توانايي تامين استقلال داخلي سوخت از اميدبخش‌ترين جايگزين‌هاي سوخت‌ فسيلي در آينده مي‌باشند. در اين ميان، طراحي و پيكربندي مسير بهينه توليد سوخت‌زيستي تحت مفهوم پالايشگاه زيستي مي‌تواند تاثير زيادي بر رشد اقتصادي و ‌محيط‌زيستي فرآيند داشته باشد و جايگزيني اين سوخت‌ها را هموار كند. با اين حال به خاطر تعداد بالاي جايگزين‌هاي فرآيندي، طراحي يك پالايشگاه‌زيستي، همواره با چالش مواجه بوده است. در پژوهش حاضر، براي غلبه بر اين مشكل به روشي مدون، از بهينه‌سازي مبتني بر مدل استفاده شده است. به اين منظور، ابتدا ابرساختاري از آلترناتيوهاي فرآيندي موجود تشكيل داده شده است. سپس بر مبناي ابرساختار پيشنهادي، يك مدل برنامه‌ريزي مختلط عدد صحيح (MINLP ) چندهدفه كه قادر به طراحي فرآيند توليد بيوسوخت مبتني بر زيست‌توده‌ي ميكروجلبك تحت ديدگاه توسعه پايدار مي‌باشد، توسعه داده شده است. تابع هدف اقتصادي توسعه داده شده به حداقل سازي هزينه‌هاي سالانه‌ي مي‌پردازد. براي ارزيابي اثرات محيط‌زيستي فرآيند مورد مطالعه، يكي از به روزترين روش‌هاي ارزيابي اثرات زيست‌محيطي كه مبتني بر ديدگاه ارزيابي دوره‌ي عمر عمل مي‌كند، به كار گرفته شده است. در پايان براي حل مدل چند هدفه، رويكرد حل چندهدفه‌ي اپسيلون محدوديت تقويت شده مورد استفاده قرار گرفته است. منحني پارتوي بدست آمده، حداقل هزينه‌ي بهينه را در بازه‌ي 98/20 تا 63/154 ميليون دلار در سال نشان مي دهد. در اينجا با به‌كارگيري آلترناتيوهايي كه بيشتر دوستدار محيط‌زيست هستند، با وجود افزايش هزينه نسبت به مطالعه‌ي پايه، حداقل اثرات زيست‌محيطي متناظر با مسير با 42 درصد كاهش، در محدوده‌ي 106× 45/7 تا 107× 056/1 قرار گرفته است.

1400/05/19

Synthesis and evaluation of biofuel production process from microalgae using superstructure optimization method

6/27/2022 12:00:00 AM

The destructive environmental effects of fossil fuels consumption, have been one of the major human concerns in recent decades. Biomass resources, especially microalgae biomass, by domination the mentioned problems plus with ability to provide internal fuel independence, are among the most promising alternatives for fossil fuels in the future. Meanwhile, the design and configuration of the optimal biofuel production route under the concept of biorefinery, can have a great impact on the economic, and environmental growth of the process and facilitate the replacement of these fuels. Yet, because of high number of process alternatives, designing a biorefinery has always been a challenge. In this study, to overcome this problem with a systematic way, model based optimization has been used. For this purpose, first a superstructure composed of available process alternatives. Next, based on offered superstructure, a multi-objective mixed integer programming (MINLP) model is developed that is able to design a microalgae based biofuel production process under sustainable development vision. The developed economic objective function minimizes the total annulized cost. To assess the environmental impact of the process under study, one of the most up-to-date methods of environmental impact assessment which is based on the life cycle assessment perspective, has been used. Finally, to solve the multi objective model, augmented epsilon constraint solution is used. The optimal solution ranges from 20.98 to 154.63 $MM/year for minimum TAC, corresponding to 7.45×106 to 1.056×107 points for minimizing the environmental impacts of the system. In the present study, the negative environmental impacts has reduced by 42 percent compared a base study using more environmental friendly options.

سوخت‌زيستي , ميكروجلبك , بهينه سازي , ابرساختار , پالايشگاه زيستي

Biofuel , microalgae , optimization , superstructure , biorefinery