< Terug naar vorige pagina

Project

Spatio-temporele locatie-allocatiemodellering van de energetische valorisatie van biomassa uit LIHiD-systemen.

De nakende uitputting van de reserves aan fossiele brandstoffen en de gerelateerde negatieve impact op het milieu richten de aandacht meer en meer op de ontwikkeling van een economie gebaseerd op natuurlijke hulpbronnen, en biomassa in het bijzonder. Naar analogie met de hedendaagse olieraffinage kunnen, in deze bio-economie, bioraffinaderijen ingezet worden om deze hernieuwbare bronnen om te zetten tot een waaier van bioproducten zoals bioplastic, papier, transportbrandstof, elektriciteit en warmte. De discontinue (in de tijd) en verspreide (in de ruimte) beschikbaarheid van biomassa en de relatief hoge kosten voor onderhoud en logistiek doen echter afbreuk aan de economische levensvatbaarheid van de productie van afgeleide biomassaproducten op grote schaal. Tevens vormen ecologische duurzaamheid, energie-efficiëntie en maatschappelijke acceptatie belangrijke aandachtspunten in de ontwikkeling van een duurzame biobased sector. Slechte planning kan het milieu schaden, brengt schade toe aan het imago van afgeleide biomassaproducten, en kan de beschikbare middelen beperken. De rol die biomassa zal spelen in de toekomst zal afhangen van de mate waarin de beperkende factoren die de handel en de duurzame en efficiënte productie van bioproducten verhinderen, kunnen worden overwonnen.

Dit onderzoek presenteert de ontwikkeling van een generator (prototype) om specifieke beslissingsondersteunende systemen (DSS) te creëren waarmee strategische (e.g., design) en tactische (e.g., inventaris- en vlootbeheer) beslissingen in allerlei biomassawaardeketens op basis van één of meerdere doelstellingen kunnen geoptimaliseerd worden. Deze generator combineert vier modules: (1) een database module, (2) een query module, (3) een beslissingsmodule en (4) een gebruikersinterface. De database module bevat een referentiedatamodel dat kan gebruikt worden om biomassawaardeketens te specificeren. Door zijn oorsprong in een generische cradle-to-gate analyse is het mogelijk om biomassatypes, bestemmingen en behandelingstechnieken te classificeren in één van de 6 hoofdoperaties: (1) biomassaproductie, (2) oogst, (3) verzameling, (4) voorbehandeling, (5) opslag en (6) conversie. De database module is verbonden met de query module om de ruimtelijke informatie te visualiseren en te verwerken voorafgaand aan en na de optimalisatie. De beslissingsmodule omvat de gemengd-geheeltallige lineaire programmeringmodellen, OPTIMASS en t-OPTIMASS, om de biomassawaardeketen(s) te optimaliseren in functie van de maximale energie-output, de maximale winst en/of de minimale impact op het milieu. OPTIMASS houdt rekening met de ruimtelijke spreiding van biomassa in de optimalisatie van de waardeketen binnen één tijdsperiode. Tevens neemt OPTIMASS het hergebruik van bijproducten van conversie in ogenschouw evenals de veranderingen in productkenmerken door de behandelingen. Het spatio-temporele model, t-OPTIMASS, brengt eveneens de tijdsvariatie in biomassabeschikbaarheid (o.a. seizonaal en hergroei na oogst) en de vraag naar bioproducten in rekening. Zo ondersteunt t-OPTIMASS het gebruik van biomassa als een duurzame en hernieuwbare bron. De ontwikkeling van de gebruikersinterface en de geautomatiseerde link tussen de modules maken geen onderdeel uit van onderzoek.

De generator is toegepast om specifieke DSSen te creëren voor drie biomassawaardeketens: (1) de biomassawaardeketen op basis van lage input hoge diversiteit (LIHD) biomassasystemen in de provincie Limburg (België), (2) de verwerkingsketen van slib afkomstig van afvalwaterzuiveringsinstallaties in Vlaanderen (België) en (3) de keten voor productie van elektriciteit op basis van Jatropha in Mali. De specifieke DSSen zijn vervolgens gebruikt om strategische (e.g., nieuwe droger?) en tactische (e.g., allocatie) vraagstukken op te lossen. Ook het effect van veranderingen in biomassabeschikbaarheid, energievraag, etc. op de configuratie van de waardeketen zijn onderwerp van onderzoek. De resultaten tonen aan dat het beslissingsproces voornamelijk wordt gestuurd door de vereisten die worden opgelegd aan de biomassamengeling die wordt verwerkt in de conversiefaciliteiten. OPTIMASS en t-OPTIMASS bepalen het ideale oogstmoment en de optimale toepassing van behandelingen om biomassa af te leveren aan de conversiefaciliteit met karakteristieken die het best tegemoet komen aan deze vereisten. Verder blijkt dat opslag onontbeerlijk is om de tijdsgebonden beschikbaarheid van biomassa, de tegenstrijdige energievraag en de jaarrond constante toevoer aan conversiefaciliteiten op elkaar af te stemmen. De resultaten geven aan dat biomassa bij voorkeur geproduceerd wordt in de gebieden waar het wordt verbruikt om de duurzaamheid op lange termijn te verzekeren en het aanbod van biomassa te blijven garanderen. Zo worden niet enkel transportkosten geminimaliseerd, maar worden onrechtstreeks ook de negatieve effecten van ongecontroleerde biomassavraag op de tropische bosomvang gereduceerd en worden landschapsfuncties zoals biodiversiteit, recreatie, hydrologische en erosie buffering, etc. ondersteund. Helaas wordt in Vlaanderen vaak biomassa geteeld in gebieden met lage marginale kosten om vervolgens te verschepen / te importeren voor valorisatie.

De generator kan gebruikt worden door een verscheidenheid van stakeholders die werkzaam zijn in of een grote impact hebben op de biomassasector en vooral geïnteresseerd zijn in macro-analyse (e.g., overheden, overheidsinstellingen, consultancy bedrijven, etc.). De generator kan stakeholders ondersteunen bij het analyseren van de biomassastromen, het inschatten van het biomassapotentieel en het simuleren van de gevolgen van bijvoorbeeld politieke beslissingen, capaciteitsbeperkingen, de invoering van wegentax, enz. De tool helpt bij de evaluatie van het biomassapotentieel, de haalbaarheid van nieuwe faciliteiten en de bepaling van de optimale locatie (en type) van faciliteiten gekozen uit een serie van, door de gebruiker als mogelijk geïdentificeerde, locaties. Ook wanneer de faciliteiten vastgelegd zijn, kan de tool gebruikt worden door stakeholders (e.g., leveranciers van biomassa, eigenaren en exploitanten van opslag en conversie faciliteiten) om het effect te evalueren van bijvoorbeeld het tekort in het aanbod van biomassa, het verdwijnen van een naburige faciliteit, het verschijnen van een nieuwe biomassalocatie, enz. Bovendien kunnen scenario's de basis vormen voor een dialoog tussen de verschillende stakeholders die werken met biomassa om knelpunten op te lossen wat kan leiden tot succesvolle netwerken tussen belanghebbenden in de biomassasector.

 

Datum:1 okt 2010 →  29 jun 2015
Trefwoorden:Operations research, Bioenergy network, Location-allocation modelling, Cyclic, Temporal variability, LIHiD biomass, Spatial variability, Energy efficiency
Disciplines:Ecologie, Milieuwetenschappen en management, Andere milieuwetenschappen, Toegepaste wiskunde, Statistische en numerieke methoden, Fysische geografie en omgevingsgeowetenschappen, Communicatietechnologie, Geomatische ingenieurswetenschappen
Project type:PhD project