Integration of product, process and supply chain design for the production of added-value products

Resumen

La optimización en el diseño, producción y distribución de productos de valor añadido es una cuestión clave para competir en un mercado global. La forma más eficiente (económica, medioambiental y socialmente) de diseñar un proceso es considerar simultáneamente el diseño del producto, del proceso y de la cadena de suministro, aprovechando las sinergias entre cada etapa, reduciendo costes y tiempos de lanzamiento y aumentando las posibilidades de personalización. Este sistema de diseño integrado también es muy útil en la valorización de residuos debido a las variables multiescala que afectan a la valorización. Por ello, esta tesis propone diferentes metodologías para el diseño integrado de productos, procesos y cadenas de suministro aplicadas a la producción de productos formulados y a la valorización de residuos, desde un enfoque multiobjetivo , multiperiodo y multiescala. Para encontrar el valor óptimo de las variables analizadas, se utilizan diferentes procedimientos, como reformulaciones, optimización multietapa, así como el desarrollo de algoritmos de linealización y descomposición. Los resultados mostraron que, mediante el diseño integrado del proceso, el producto y la cadena de suministro, es posible encontrar una formulación de detergente en polvo que puede reducir el impacto ambiental hasta en un 40\% sin reducir el beneficio económico en más de un 1,5%. Del mismo modo, aplicando esta integración al diseño de piensos, es posible integrar la producción de carne y de cultivos, utilizando la economía circular de los residuos. Estos sistemas integrados pueden reducir el impacto ambiental hasta un 62% en comparación con el sistema desacoplado. También se estableció el tamaño y la ubicación óptimos de estas instalaciones. En cuanto a la valorización de residuos, el diseño integrado mostró que la determinación de la mejor tecnología dependía de la composición de los residuos, la cantidad a tratar y el capital disponible para invertir en su tratamiento. En el caso de la valorización del café, el mejor proceso de tratamiento consistió en un sistema de extracción-filtración, obteniéndose cafeína y pigmentos. En cuanto a los residuos de la producción de vino, el proceso más prometedor fue un sistema de extracción con hexano y etanol, que permite obtener aceites esenciales, polifenoles y biocarbón. Por último, este enfoque integrado también se utiliza para analizar cómo se puede aumentar la seguridad energética de un país mediante el tratamiento de sus residuos, determinando que es posible cubrir una demanda de gas natural de hasta el 43%.