Planificación de la producción en simbiosis industrial aplicado a la producción de e-metanol

Abstract

Este documento describe el trabajo realizado para el proyecto de fin de carrera de Ingeniería de Producción sobre planificación de la producción en simbiosis industrial basado en energía. El trabajo tuvo como objetivo principal desarrollar un modelo de optimización matemática para la planificación integrada de la producción de una planta Power-to-Methanol. El foco estuvo en las decisiones de abastecimiento de CO2 y biomasa, producción de e-metanol, uso de recursos energéticos y gestión de inventarios a lo largo de un horizonte de planificación multiperíodo. Como punto de partida, se realizó una revisión sistemática de la literatura sobre simbiosis industrial basada en energía, planificación de la producción y modelos de optimización matemática, en particular problemas de lot-sizing. Dicha revisión permitió identificar que, si bien existe un número significativo de trabajos orientados al diseño de redes de simbiosis industrial, los modelos de lot-sizing aplicados a la planificación operativa de sistemas de este tipo son escasos. En la búsqueda no se identificaron trabajos que aborden simultáneamente la dimensión multiproducto, la selección de proveedores con atributos diferenciados y la variabilidad de la disponibilidad energética renovable en un sistema Power-to-Methanol. Esta brecha constituyó la motivación central del trabajo. El problema se formuló como un modelo de programación lineal entera mixta de tipo lot-sizing multiproducto con selección de proveedores. El modelo incorpora balances de materia y energía, restricciones de capacidad de las unidades productivas, costos variables y fijos de operación, y decisiones asociadas a la activación de procesos. El modelo fue validado mediante casos de prueba diseñados para verificar su comportamiento ante distintas condiciones operativas y resuelto utilizando el solver GLPK y el lenguaje MathProg. Los resultados del caso base, construido a partir de datos reales proporcionados por la empresa colaboradora, mostraron que el sistema opera de manera ajustada a la demanda, utilizando exclusivamente energía renovable y abasteciendo el CO2 mediante compra externa a los proveedores de menor costo, mientras que la producción local a partir de biomasa no resultó competitiva bajo las condiciones analizadas. El análisis de sensibilidad evidenció que ante variaciones en parámetros económicos y condiciones operativas las soluciones óptimas varían de forma coherente, observándose la activación del uso de inventarios como mecanismo de flexibilidad intertemporal cuando la variabilidad de la demanda o la disponibilidad de recursos así lo requiere. El modelo demostró además una escalabilidad computacional satisfactoria, manteniendo tiempos de resolución razonables al extender el horizonte de planificación hasta 36 períodos. Desde el punto de vista académico, el trabajo contribuyó a una línea de investigación en crecimiento, extendiendo los modelos de lot-sizing hacia contextos de simbiosis industrial y sistemas Power-to-Methanol, y aportando una herramienta para el análisis de la planificación integrada de sistemas industriales en el marco de la transición energética.