The comparison of algae production systems based on energy consumption and economic analysis: The application of data envelopment analysis

ناصر کاظمی ¹ (گروه مهندسی بیوسیستم، واحد تاکستان، دانشگاه آزاد اسلامی، تاکستان، ایران)
محمد غلامی پرشکوهی ² (دانشیار گروه آموزشی مکانیک بیوسیستم، واحد تاکستان، دانشگاه آزاد اسلامی، تاکستان، ایران)
احمد محمدی ³ (گروه مهندسی بیوسیستم، واحد اراک، دانشگاه آزاد اسلامی، اراک، ایران)
داود محمد زمانی ⁴ (گروه مهندسی بیوسیستم، واحد تاکستان، دانشگاه آزاد اسلامی، تاکستان، ایران)

تاریخ ارسال : 1401/09/20 تاریخ تایید : 1402/02/14

کلید واژه: Data envelopment analysis, Economic, energy, Microalgae,

چکیده مقاله :

This paper aims to examine energy use efficiency and economic analysis in different microalgae production systems (open space and greenhouse method) using Data Envelopment Analysis (DEA) method. The data gathered from the laboratory of Islamic Azad University, Arak branch was a place to conduct microalgae production experiments in different systems. The number of samples in each system production of microalgae was estimated to equal 20. The energy result showed that the average total input energy was 15920.40 and 17691.60 MJ kg-1 in the open space and greenhouse conditions, respectively. Also, the energy ratio for the open space and greenhouse conditions was estimated at 0.89 and 0.80, and the energy productivity index at 0.06 and 0.02 kg MJ−1, respectively. According to the economic analysis, the net return of the open space and greenhouse methods were 204376.59 and 269276.06 $ kg-1, respectively. The economic productivity of the open space and greenhouse cultivation methods were determined to be 0.17 and 0.16 kg $−1, respectively. The result of DEA demonstrated that the total optimized consumption of energy in the open space method was 14476.93 MJ kg-1. About 16355.21 MJ kg-1 was saved in the greenhouse method (7.55%) compared to the current cultivation conditions by converting inefficient to efficient cultivation. According to the investigations, it was found that open space cultivation consumes less energy and is more economical than greenhouse cultivation. As a result, promoting microalgae cultivation outdoors is preferable to greenhouse cultivation.

چکیده انگلیسی :

هدف این مقاله بررسی کارایی مصرف انرژی و تحلیل اقتصادی در سیستم های مختلف تولید ریزجلبک (روش فضای باز و گلخانه) با استفاده از روش تحلیل پوششی داده ها (DEA) است. داده های جمع آوری شده از آزمایشگاه دانشگاه آزاد اسلامی واحد اراک محلی برای انجام آزمایشات تولید ریزجلبک در سیستم های مختلف بود. تعداد نمونه ها در هر سیستم تولید ریزجلبک برابر 20 عدد برآورد شد. نتایج انرژی نشان داد که میانگین کل انرژی ورودی به ترتیب 40/15920 و 60/17691 مگاژول در کیلوگرم در فضای باز و گلخانه بود. همچنین نسبت انرژی برای فضای باز و شرایط گلخانه به ترتیب 0.89 و 0.80 و شاخص بهره وری انرژی 0.06 و 0.02 کیلوگرم بر مگاژول برآورد شد. بر اساس تحلیل اقتصادی، بازده خالص روش فضای باز و گلخانه به ترتیب 204376.59 و 269276.06 دلار در کیلوگرم بود. بهره وری اقتصادی روش های کشت فضای باز و گلخانه ای به ترتیب 0.17 و 0.16 کیلوگرم بر دلار تعیین شد. نتیجه DEA نشان داد که کل مصرف بهینه انرژی در روش فضای باز 93/14476 مگاژول در کیلوگرم بود. با تبدیل کشت ناکارآمد به کارآمد، حدود 16355.21 مگاژول در کیلوگرم در روش گلخانه ای (7.55 درصد) نسبت به شرایط کشت فعلی صرفه جویی شد. طبق بررسی های انجام شده مشخص شد که کشت در فضای باز نسبت به کشت گلخانه ای انرژی کمتری مصرف می کند و مقرون به صرفه تر است. در نتیجه، ترویج کشت ریزجلبک در فضای باز به کشت گلخانه ای ارجحیت دارد.