Mini biodigestor

Você já teve a ideia de construir um biodigestor, com dejetos de bovino, suíno, galinha, restos de alimento, vinhaça e outras matérias orgânicas, mas ficou em dúvida se iria funcionar? Uma alternativa rápida e barata é construir um mini biodigestor, em casa mesmo, com materiais fáceis de se encontrar em qualquer lugar. Assim você pode realizar todos os testes possíveis antes de avançar com projetos maiores.

Você já havia pensado nisto?

A seguir é apresentado passo-a-passo de como você pode construir e operar seu próprio mini biodigestor, conforme o esquema abaixo (Pakinstan Science Club, 2012).

biogas dia1025 - Cópia

 

MATERIAIS NECESSÁRIOS

- Um galão de água de 20 litros vazio, para o biodigestor;

- Uma câmara de pneu vazia, para o armazenamento de biogás;

- Dois metros de tubulação de plástico maleável de diâmetro ¼’’ (6 mm);

- Um tee de diâmetro ¼’’ (6 mm);

- Uma válvula com registro de diâmetro ¼’’ (6 mm);

- Um metro de tubo PVC de diâmetro ¾’’ (20 mm);

- Dois cap de PVC de diâmetro ¾’’ (20 mm);

- Um tubo de cola tipo Super bonder;

- Areia fina;

- Uma sacola plástica;

- Um rolo de fita adesiva;

- Um pincel grande;

- Uma lata pequena de tinta cor preta;

- Um balde de plástico de 20 litros;

- Um funil de plástico;

- Equipamento de solda (opcional).

 

PROCEDIMENTOS DE CONSTRUÇÃO

Corte o tubo de PVC de ¾’’ (20 mm) para que este fique na mesma altura do gargalo do galão.

Passo1

 

Para a entrada de matéria orgânica, faça uma abertura na parte de cima do galão com diâmetro igual ao do tubo de PVC de ¾’’ (20 mm), sendo recomendado o uso de máquina de solda para fazer esta abertura. Encaixe o tubo de PVC de ¾’’ (20 mm) na abertura, deixando um espaço de 5 cm acima do fundo do galão. Conecte um dos cap de PVC de ¾’’ (20 mm) na extremidade do tubo que está para fora do galão.

Passo2.5

 

Agora para a saída da matéria orgânica digerida, faça outra abertura na lateral do galão com diâmetro de 2 cm, no lado oposto ao tubo de entrada, a aproximadamente 10 cm abaixo da parte de cima do galão. Encaixe o restante do tubo de PVC de ¾’’ (20 mm) e conecte o outro cap de PVC de ¾’’ (20 mm) na extremidade do tubo que está para fora do galão.

Passo3.5

 

Para fixar os tubos e evitar a entrada de ar no biodigestor, coloque um pouco de areia fina ao redor da conexão entre o tubo e galão e passe cola tipo super bonder generosamente (sem economia).

Passo4.6

 

Para a saída de biogás, faça uma abertura lateral no gargalo do galão com diâmetro de 0,6 cm. Encaixe a tubulação maleável de ¼’’ (6 mm) e fixe da mesma maneira como foi realizado anteriormente, com areia e cola.

Passo5.5

 

Corte a tubulação maleável de ¼’’ (6 mm) e conecte uma ponta na parte central do tee de ¼’’ (6 mm). Em uma das pontas do tee conecte um pedaço da tubulação de ¼’’ (6 mm) e em seguida conecte a câmara de pneu. Na outra extremidade do tee conecte o restante da tubulação de ¼’’ (6 mm) e na extremidade final da tubulação conecte a válvula com registro de ¼’’ (6 mm).

Passo6.5

 

Feche completamente o bico do galão com um pedaço da sacola plástica e passe fita adesiva ao redor para vedar a entrada de ar.

Confira a seguir como deve ficar a montagem final do mini biodigestor.

Passo7.5

 

Para aumentar a temperatura dentro do biodigestor e evitar que a incidência de luz solar estimule a criação de algas, prejudicando a produção de biogás, é recomendável pintar toda a parte externa do galão com tinta de cor preta.

Passo8

 

OPERAÇÃO DO BIODIGESTOR

Para iniciar a operação do biodigestor é necessário primeiramente preparar o substrato. Dentro de um balde plástico, coloque cerca de 8 a 9 litros de esterco de animais ou o material desejado, adicione água na mesma proporção e misture bem até ficar homogêneo.

Independente do matéria orgânica que será utilizada no biodigestor, na primeira carga, sempre utilize dejetos de gado ou suínos para iniciar o processo.

Retire o cap da tubulação de entrada do biodigestor e com o auxílio do funil despeje aos poucos todo o substrato contido no balde. Feche novamente a tubulação de entrada com o cap.

Certifique-se de que a tubulação de saída esteja fechada com o cap. Nas próximas incorporações de substrato no biodigestor o tubo de saída deve estar aberto, sem o cap, para permitir a saída da matéria orgânica já digerida. Este material deve ser coletado e pode ser utilizado como biofertilizante para adubar plantas, não sendo recomendado o seu uso em vegetais para consumo humano.

Após a primeira carga alimente o biodigestor diariamente com 1,2 litros de matéria orgânica misturado com água. Lembre, 0,6 kg de matéria orgânica, mais 0,6 litros de água, mistura no balde e depois coloca dentro do biodigestor.

Deixe o biodigestor em um local seguro e exposto ao sol durante uma a duas semanas, pois a primeira produção de biogás é mais lenta.

A produção esperada será entre 3 e 7 litros de biogás por dia.

 

EQUIPAMENTOS

Para avaliar a sua produção de biogás você pode instalar um medidor de vazão tubulação maleável de ¼’’ (6 mm) entre o biodigestor e a câmara de pneu.

Se quiser purificar o biogás você pode instalar um filtro na mesma tubulação, mas antes do medidor de vazão.

Outros equipamentos que você poderá utilizar no mini biodigestor para a queima do biogás são: fogão, campânula e lampião exclusivos para biogás. Estes equipamentos são instalados na extremidade final da tubulação maleável em lugar da válvula com registro de ¼’’ (6 mm).

 

QUEIMA DO BIOGÁS

Abra a o registro da válvula e acenda a chama com um isqueiro ou fósforo. Para apagar a chama, feche a válvula.

No início é comum o biogás produzido não queimar devido à baixa concentração de metano. Se isto ocorrer, esvazie todo o biogás armazenado na câmara de pneu e da tubulação maleável que transporta o biogás.

Aguarde alguns dias até a próxima produção de biogás, que pode ser verificada pelo volume na câmara de pneu, e então tente acender a chama novamente.

 

CONDIÇÕES DE FUNCIONAMENTO

Para garantir o bom funcionamento do biodigestor e a produção de biogás é necessário observar algumas condições.

Conforme alertado anteriormente, após o início da geração de biogás, alimente diariamente o biodigestor com matéria orgânica fresca e água na proporção de 1:1, para manter a produção de biogás constante.

A temperatura é outro fator muito importante para o funcionamento do sistema. As bactérias que atuam na primeira fase da biodigestão anaeróbia se desenvolvem em temperaturas de 20°C a 25°C, enquanto as bactérias que produzem o gás metano se multiplicam em temperaturas mais elevadas, de 35°C. Uma maneira simplificada e não onerosa de manter a temperatura elevada dentro do biodigestor é a adição de água aquecida dentro do mesmo. Para isto, coloque água em um tambor, cubra-o com uma lona preta ou outro material isolante termicamente e deixe-o no sol. No final do dia utilize esta água aquecida para realizar a mistura entre esterco e água para a alimentação do biodigestor.

Além disso, o biodigestor deve ser agitado pelo menos 2 vezes por semana, balançando manualmente o galão. A agitação é importante para manter um contato total e permanente das bactérias com os dejetos, uniformizar a temperatura e as camadas que existem dentro do biodigestor. A agitação também destrói microbolhas de gases formadas no interior da mistura e que aprisionam as bactérias, impedindo sua atuação na degradação dos dejetos e formação do biogás.

 

PRECAUÇÕES

O biogás é composto em sua maior parte por metano, um gás altamente inflamável e explosivo. Portanto, o biodigestor deve ser mantido longe de chamas e descargas elétricas.

Além disso, o biodigestor também deve ser instalado em um local ventilado, pois outros gases presentes no biogás podem provocar asfixia ou danos ao sistema respiratório.

A chama produzida pela queima do biogás possui a coloração azul-claro, podendo ser de difícil visualização, portanto é preciso tomar cuidado para não se queimar.

 

Biodigestores maiores irão funcionar exatamente iguais, em função da mistura adequada entre matéria orgânica e água, aquecimento e agitação. A BGS Equipamentos possui kit prontos de fácil instalação (1 dia) com biodigestor, purificador, medidor, balão, bomba de biogás e fogão para pequenas propriedades, bem como presta consultoria para construção de biodigestores de grande porte.

 

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Fontes:

1 – Pakinstan Science Club. Making of DIY Biogas Plant, Anaerobic Digester Experiment Featured. Disponível em: <http://www.paksc.org/pk/diy-projects/764-biogas-plant-experiment>

2 – Pakinstan Science Club. Mini Biogas Digester. Disponível em: <https://www.facebook.com/media/set/?set=a.10150512542083518.391003.56585453517&type=3>

 

 

 

 

Composição do biogás

A composição do biogás varia conforme o material a ser degradado e as condições químicas e físicas que influenciam no processo da biodigestão anaeróbia.

Em média, o biogás é composto pela seguinte proporção de gases:

Metano (CH4) – 55 a 65%

Gás carbônico (CO2) – 35 a 45%

Nitrogênio (N2) – 0 a 3%

Hidrogênio (H2) – 0 a 1%

Oxigênio (O2) - 0 a 1%

Gás sulfídrico (H2S) - 0 a 1%

(Fonte: Magalhães, 1986)

Dentre os gases presentes no biogás destacam-se o gás metano (CH4) e o gás sulfídrico (H2S). O gás metano, além de presente em maior quantidade, é o componente que confere a característica de inflamável à mistura. O gás sulfídrico, mesmo em pequena quantidade, possui alto poder de corrosão sobre ligas metálicas.

A concentração de metano na mistura varia em função de vários aspectos, tais como: quantidade de água no material degradado, teor de sólidos voláteis no substrato, presença de agentes químicos inibidores,  agitação do material, pH e temperatura.

Para uma concentração entre 55% e 65% o poder calorífico do biogás situa entre 5.000 e 6.000 kcal/m³. Pode-se dizer então que a qualidade do biogás é dada em função da quantidade de metano: quanto maior for a porcentagem de metano, melhor, mais puro e mais inflamável será o biogás.

Para verificar a quantidade de metano no biogás pode ser utilizar alguns equipamentos portáteis de fácil manuseio que determinam a concentração de metano no biogás em segundos, como o ilustrado na figura abaixo.

concentração de biogás

Em geral, o procedimento de medição da concentração de um gás consiste nas seguintes etapas: (i) desconectar a tubulação de transporte de biogás em algum ponto da rede; (ii) aproximar ou inserir a tubulação de biogás no sensor do equipamento de medição; (iii) aguardar alguns instantes até que a leitura no visor se estabilize e (iv) conferir os valores.

Conforme apresentado anteriormente, a concentração de metano deve situar-se entre 55 a 65%. Se a concentração de metano for inferior a 50% o biogás não é inflamável devendo ser tomadas medidas na operação para o aumento da concentração do mesmo.

O gás sulfídrico, por sua vez, é responsável por conferir o odor pútrido característico do biogás, devido à presença de enxofre em sua composição. Além do odor desagradável, esse elemento também é responsável pelo poder corrosivo do biogás em peças de composição metálica. Tal característica pode comprometer a vida útil de instalações e equipamentos da rede de coleta, transporte e utilização do biogás, fazendo com que os mesmos sejam substituídos com uma grande frequência.

A figura a seguir ilustra a corrosão ocorrida em peças metálicas expostas ao contato com o biogás não purificado após 10 dias de operação do sistema. A situação se refere a uma caldeira a biogás utilizada no aquecimento de água.

foto2

Diante do exposto, fica claro que antes da utilização do biogás deve-se eliminar o gás sulfídrico. Esse processo é realizado através da instalação de purificadores logo após a saída do biogás do biodigestor e antes dos equipamentos.

Na prática, a regra geral é a utilização de limalha de ferro acondicionado em tubos de PVC, construídos de forma caseira.  Entretanto, observa-se que os mesmos possuem baixa eficiência, relacionada ao tipo de liga de ferro utilizada, vedação e controle da vida útil da mesma.

Com o avanço das tecnologias de utilização do biogás ao redor do mundo, uma alternativa concreta e já disponível para todos são purificadores com compostos de ferro peletizados e estequiometricamente balanceados para a melhor eficiência do processo de eliminação do gás sulfídrico.

Da mesma maneira que para o gás metano, é possível medir a concentração de gás sulfídrico com equipamentos portáteis para verificar a eficiência do sistema de purificação do biogás, o qual deve ser substituído de tempos em tempos.

Histórico do biogás

De acordo com os registros existentes, os primeiros estudos sobre o biogás foram realizados em meados de 1600, quando foi documentada a existência de alguma substância inflamável de composição química desconhecida em regiões pantanosas. Com a evolução dos estudos descobriu-se que o odor estava relacionado à decomposição de matéria orgânica.

Em 1776, o físico italiano Alessandro Volta (1745-1827), após dois anos de pesquisa e experimentos conseguiu identificar a composição química do gás inflamável então denominado de metano (CH4).

No início de 1800, Louis Pasteur vislumbrou pela primeira vez a possibilidade de utilizar este gás como combustível para sistemas de aquecimento e iluminação urbana.

Em 1857 foi construída a primeira instalação destinada a produzir e utilizar o biogás em grande escala em um hospital para portadores de hanseníase de Bombaim, na Índia. Na mesma época, na cidade de Exter, na Inglaterra, o biogás foi utilizado para iluminação pública.

Apesar destas iniciativas, com o passar dos anos este combustível acabou sendo relegado em segundo plano, apenas como um complemento às fontes tradicionais de petróleo e carvão, tidas como infinitas na época, fechando-se um primeiro ciclo da utilização do biogás como fonte energética.

O segundo ciclo do biogás teve início em meados de 1940, durante a II Guerra Mundial, quando a escassez e dificuldade de acesso a fontes fósseis de combustível reacenderam o interesse pela utilização do biogás, tanto para o cozimento e aquecimento de casas, como para a alimentação de motores de combustão interna. No entanto, após o término do conflito, o uso deste combustível ficou geograficamente remanescente na China e Índia, onde permanece sendo utilizado por pequenos produtores rurais até os dias de hoje.

Atualmente, estima-se que há cerca de 8 milhões de biodigestores em operação na China e aproximadamente 300 mil unidades na Índia. Seu uso se dá principalmente para iluminação, cozimento e aquecimento domiciliares.

No Brasil, o interesse pelos biodigestores começou com a crise do petróleo da década de 70. Em novembro de 1979, na Granja do Torto em Brasília, foi construído um dos primeiros biodigestores do país. O projeto instalado na sede do governo foi importante, por que demonstrou ser possível instalar uma unidade produtora de biogás com a utilização de materiais simples e de baixo custo, além disso incentivou o próprio governo no início da década de 80, no contexto do Programa de Mobilização Energética – PME),  a estimular a sua instalação em propriedades rurais. Na época foram instalados cerca de 7 mil biodigestores nas regiões sul, sudeste e centro-oeste.  No entanto, problemas operacionais relacionados em especial a falta de informações e treinamento tornaram o sistema de baixa eficiência, fazendo com que muitos produtores rurais abandonassem a tecnologia. Este foi primeiro ciclo da utilização do biogás no Brasil.

O segundo ciclo dos biodigestores no Brasil teve início em meados dos anos 2000 com o advento do mercado de créditos de carbono que mobilizou recursos para a construção de biodigestores, em especial em propriedades rurais com criação de suínos de médio e grande porte, visando à coleta e combustão do biogás. No contexto do mercado de créditos de carbono, os gases gerados pelos dejetos expostos, em geral em lagoas ou esterqueiras abertas, e não coletados, quando emitidos para atmosfera contribuem negativamente para o aumento do efeito estufa ou aumento da temperatura da Terra. Neste caso, os recursos dos créditos de carbono são aplicados em tecnologias capazes de minimizar este efeito sendo o biodigestor uma destas tecnologias. Estima-se que entre 2005 e 2013 foram instalados no Brasil cerca de 1.000 biodigestores considerando os incentivos financeiros dos créditos de carbono.

Observa-se durante este segundo ciclo do biogás no Brasil, quando comparado ao primeiro, um grande avanço tecnológico, e não diferente do primeiro ciclo, um grande potencial desta fonte energética. Este entendimento é compartilhado pelo governo brasileiro, que para além dos incentivos dos créditos de carbono, que não é aplicável a todos os produtores rurais, tem disponibilizados incentivos especiais para a construção e aquisição de biodigestores, como o Programa Agricultura de Baixo Carbono, ou Programa ABC, e o Pronaf ECO, para agricultura familiar.

Pode-se concluir, que hoje a instalação de biodigestores e o uso de biogás é uma tecnologia bastante avançada, conhecida, desenvolvida e com um grande potencial de aplicação no mundo, como na China e Índia, onde já vem sendo adotado a mais de meio século, e em especial no Brasil, país que cuja identidade é o agronegócio e ainda possui um pequeno número de unidades instaladas quando comprado como os países asiáticos citados.

A BGS Equipamentos para biogás possui todos os equipamentos necessários para a produção e uso do biogás, para pequenas e para grandes propriedades rurais. Entre em contato conosco: www.bgsequipamentos.com.br

Fonte: SOARES, R. C.; DA SILVA, S. R. C. M. Evolução Histórica do Uso de Biogás como Combustível. Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de Mato Grosso – IFT: Cuiabá, 2010.

ZACHOW, C. R. Fontes Alternativas de Energia - Biogás. Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul: Panambi, 2000.

ALMEIDA, G. V. B. P. Biodigestão Anaeróbica na Suinocultura. Centro Universitário das Faculdades Metropolitanas Unidas – FMU: São Paulo, 2008.

BARIN, A.; CANHA, L. N.; ABAIDE, A. R.; MARTINS, L. F. G. Análise crítica dos atuais incentivos ao uso de fontes renováveis de energia no cenário energético nacional – O caso do biogás. Universidade Federal de Santa Maria: Santa Maria – RS, 2009.

PALHARES, J. C. P. Biodigestão Anaeróbia de Dejetos de Suínos: Aprendendo com o Passado Para Entender o Presente e Garantir o Futuro. Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária – EMBRAPA. Brasília, 2008.

Processo de produção de biogás

O biogás é um subproduto que resulta da decomposição anaeróbia (ausência de ar) da matéria orgânica. Caracteriza-se por ser um gás inflamável, corrosivo e de odor característico.

Durante a digestão anaeróbia o processo de obtenção de biogás se dá em três fases distintas:

Liquefação ou hidrólise: ocorre a transformação de substâncias complexas (carboidratos, proteínas e gorduras) em substâncias mais simples, realizada por bactérias fermentativas que convertem a matéria orgânica insolúvel (sólidos voláteis) em matéria orgânica solúvel.

Ácida: esta fase pode ser subdividida em acidogênse e acetogênese. Na acidogênse as bactérias fermentativas convertem as substâncias obtidas anteriormente em ácidos orgânicos simples e álcoois. Já na acetogênse as bactérias acetogênicas transformam esses produtos em acetato, liberando dióxido de carbono (CO2) e água.

Gaseificação ou metanogênese: os ácidos formados na fase anterior são metabolizados pelas bactérias metanogênicas e os produtos finais obtidos são metano (CH4), principalmente, além de ácido sulfídrico (H2S), amônia (NH3) e outros gases que misturados formam o biogás.

A geração de biogás depende de diversos parâmetros, dentre eles: temperatura, acidez, tempo de retenção, nutrientes, homogeneização e concentração de sólidos. Em condições adequadas, aproximadamente de 80 a 90% da matéria orgânica presente é transformada em biogás.

Fonte:

MAGALHÃES, A. P. T. Biogás – Um projeto de saneamento urbano. São Paulo: Nobel, 1986.

KUNZ, A. Dimensionamento e Manejo de Biodigestores. In: Curso manejo e tratamento de dejetos com biodigestores. Foz do Iguaçu, 2009.