Integração dos problemas de localização e transporte para instalação de plantas geradoras de biogás

Abstract

O uso de energias renováveis tem-se intensificado diante dos problemas ambientais atuais. Ao contrário dos combustíveis fósseis, o uso de fontes de energia renovável reduz o impacto sobre o acúmulo de dióxido de carbono (CO2) na atmosfera. Entre as diferentes formas de energia renovável, a biomassa se destaca pela sua versatilidade, sendo a geração de biogás em plantas de biodigestores, uma aplicação com grande potencial de ampliação no Brasil. Os resíduos orgânicos gerados pela agricultura, cidades e indústrias são ótimas fontes de biomassa para a geração de energia por meio de biodigestores. No entanto, antes de iniciar o processo de geração de energia, são necessários locais adequados para a instalação de plantas geradoras de biogás (biodigestores), tendo em vista que alguns locais possuem restrições legais, ambientais, econômicas e sociais. Para que a produção de energia seja competitiva, as plantas devem ser instaladas em locais relativamente próximos às fontes de biomassa e aos destinos da energia gerada. Outra consideração importante está relacionada à cadeia de abastecimento das plantas através dos veículos coletores de biomassa. Nesse contexto, esse trabalho apresenta um método para classificar um território quanto à sua aptidão para a instalação de plantas de biogás e um modelo matemático para representar e auxiliar na alocação ideal de plantas em locais de alta aptidão. Para tratar o problema de forma mais abrangente, foi desenvolvido um estudo que integra o problema de localização das plantas e do roteamento dos veículos que fazem a coleta dos resíduos. Um modelo matemático e uma heurística baseada em Tabu Search foram propostos para obter a solução de problemas de grande porte. Os estudos desenvolvidos mostraram eficiência na resolução dos problemas abordados, que foi observada a partir dos testes computacionais realizados.

The use of renewable energies has intensified in the face of current environmental problems. Unlike fossil fuels, the use of renewable energy sources reduces the impact on the accumulation of carbon dioxide (CO2) in the atmosphere. Among the different forms of renewable energy, biomass stands out for its versatility in use, and the generation of biogas in biodigester plants is an application with great potential for expansion in Brazil. Organic waste generated by agriculture, cities and industries are great sources of biomass for generating energy through biodigesters. However, before starting the energy generation process, suitable sites are needed for the installation of biogas generating plants (biodigesters), given that some sites have legal, environmental, economic and social restrictions. For energy production to be competitive, plants must be installed in locations relatively close to biomass sources and the destinations of the energy generated. Another important consideration is the supply chain to the plants via biomass collection vehicles. In this context, this work presents a method for classifying a territory in terms of its suitability for installing biogas plants and a mathematical model to represent and help with the optimal allocation of plants in highly suitable locations. To deal with the problem more comprehensively, a study was developed that integrates the problem of locating the plants and routing the vehicles that collect the waste. As well as a mathematical model, a heuristic based on Tabu Search was proposed to obtain the solution to large-scale problems. The studies carried out showed efficiency in solving the problems addressed, which was observed from the computational tests carried out.