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Cálculo de Produção de Biogás

A produção de biogás, obtida a partir de dejetos animais, depende de muitas variáveis, como a quantidade de dejetos produzidos, a composição dos mesmos e o tipo de alimentação dos animais, além de fatores externos como o clima, tipo de confinamento e a eficiência do biodigestor.

Alternativamente a literatura especializada apresenta alguns índices médios de produção de biogás, baseados em situações experimentais que podem ser utilizados para calcular aproximadamente a produção de biogás para diversos tipos de animais.

A Tabela 1 a seguir apresenta para vários animais: a produção média de dejetos por dia, o potencial de geração de biogás, o equivalente do biogás em gás de cozinha (GLP) e o equivalente em energia elétrica (kWh).

Tabela 1 – Índices de produção de biogás, GLP e kWh

n

Animal

Dejeto (kg/dia)

Biogás (m³/dia/animal)

GLP (kg/dia)

Energia (kWh/dia)

1

Suínos – terminação1

7*

0,08

0,03

0,08

2

Suínos – matrizes1

16*

0,19

0,08

0,19

3

Bovinos de leite2

45*

0,54

0,22

0,54

4

Bubalinos3

25

0,60

0,24

0,60

5

Caprinos/ Ovinos4

2,8

0,07

0,03

0,07

6

Equinos5

10

0,36

0,14

0,36

7

Galinha6

0,09

0,01

0,00

0,01

8

Cachorros6

0,33

0,03

0,01

0,03

9

Elefante6

90,6

6,43

2,57

6,43

10

Humano6/7

0,25

0,01

0,00

0,01

* Fezes + urina.

A produção média de dejetos para suínos e bovinos de leite apresentados na Tabela 1 (itens 1 a 3), devido aos modelos de confinamento destes animais existentes no Brasil, considera a produção de dejetos mais a produção de urina, ambos sendo utilizados para a produção de biogás. Para os demais animais, a produção de dejetos se refere apenas à parte sólida. Neste caso, o potencial de produção de biogás é determinado considerando que os dejetos serão obrigatoriamente misturados com água.

Na Tabela 1, para os animais listados de 1 a 5, o potencial de produção de biogás foi calculado pela equipe da BGS Equipamentos de acordo com a expertise da sua equipe. Já para os animais listados de 6 a 10, o potencial de produção de biogás foi obtido diretamente da literatura especializada conforme referências indicadas na mesma.

Para todos os animais os equivalentes em GLP e eletricidade foram calculados de forma igual e conservadora, considerando a mesma concentração de metano no biogás para todos os casos.

Pode-se observar que, de acordo com a Tabela 1, os animais de maior porte, como elefantes, bovinos e bubalinos, são os que produzem mais dejetos diariamente e consequentemente mais biogás, porém são as galinhas e os cachorros que possuem o maior potencial de produção de biogás por quilo de dejeto.

Conforme apresentado anteriormente, o conhecimento de alguns índices são instrumentos importantes para responder perguntas simples como: “Quanto de biogás eu posso produzir?” e “Quanto de eletricidade eu posso gerar?”.

Para uma propriedade com 200 suínos em terminação, por exemplo, é possível produzir 16 m³ de biogás, 6 kg de GLP ou gerar 16 kWh de energia elétrica por dia:

Biogás – 200 x 0,08 = 16 m³

GLP – 200 x 0,03 = 6 kg

Eletricidade – 200 x 0,08 = 16 kWh.

Em um mês isto significa 13 botijões de 13 kg de GLP ou 480 kWh de energia elétrica.

Para um propriedade com 40 bovinos de leite 100% confinado é possível produzir 21,6 m³ de biogás, 9,9 kg de GLP ou gerar 21,6 kWh de energia elétrica por dia:

Biogás – 40 x 0,54 = 21,6 m³

GLP – 40 x 0,22 = 8,8 kg

Eletricidade – 40 x 0,54 = 21,6 kWh.

Em um mês isto significa 20 botijões de 13 kg de GLP ou 650 kWh de energia elétrica.

Para produzir e usar o biogás na propriedade o produtor precisa instalar um biodigestor. A BGS Equipamentos comercializa kit de biodigestores prontos, modulares e de fácil instalação. O tempo de instalação de um kit é de apenas 1 dia. Um kit possui capacidade de tratamento de dejetos de 50 suínos em terminação ou 20 vacas em lactação. Para propriedade com 200 suínos em terminação ou 40 bovinos do exemplo anterior instala-se um kit completo e biodigestores adicionais.

Além de biodigestores, a BGS Equipamentos também comercializa toda a linha de equipamentos para utilizar o biogás na propriedade, dentre eles, fogão para biogás e geradores de 1 e 4 HP.

Como se pode observar, os dejetos animais já não são apenas problemas, mas sim uma importante fonte renovável de energia, que pode ser aproveitada tanto na forma de calor, para cozimento de alimentos e aquecimento, quanto para geração de eletricidade, para utilizada na própria propriedade ou vendida.

O futuro já chegou!

Fontes:

1 – Embrapa. Coletânea de Tecnologias sobre Dejetos Suínos. Disponível em: <http://docsagencia.cnptia.embrapa.br/suino/bipers/bipers14.pdf>

2 – Embrapa. Fertilidade de solos. Disponível em: <http://sistemasdeproducao.cnptia.embrapa.br/FontesHTML/Milho/CultivodoMilho/ferorganica.htm>.

3 – Jorge, M. A. Etologia de bubalinos. Disponível em: <http://www.fmvz.unesp.br/bufalos/HPBufalos_files/Mat_Didatico/15-Etologia_Bubalinos_Texto.pdf>.

4 – Utilização de resíduos da Suinocultura para produção de energia através do biogás e fertilizantes orgânicos. Estudo de caso: Granja Marmentini – Dois Vizinhos – PR. Disponível em: <http://www.lactec.org.br/mestrado/dissertacoes/arquivos/DouglasRefosco.pdf>.

5 – Tarasantchi, R.; Lima, R. A. de S. Potencial econômico do estrume de cavalo com a utilização de um biodigestor. Disponível em: <https://uspdigital.usp.br/siicusp/cdOnlineTrabalhoVisualizarResumo?numeroInscricaoTrabalho=2932&numeroEdicao=15>.

6 – Revista Super Interessante. Qual animal tem o cocô mais energético? Disponível em: <http://super.abril.com.br/mundo-animal/qual-animal-tem-coco-mais-energetico-466413.shtml>.

7 – Revista Super Interessante. Economia. Disponível em: <http://super.abril.com.br/ecologia/ecoconomia-579364.shtml>

 

 

Biodigestores ao redor do mundo

Este post tem como objetivo dar uma volta ao redor do mundo e destacar em cada um dos cinco continentes, projetos de biodigestores e de utilização de biogás mais interessantes, visando evidenciar os avanços que esta tecnologia obteve nas últimas décadas e como o biogás tem sido considerado com relevância nas matrizes energéticas fora do Brasil.

Entre os cases que serão apresentados destaca-se o tratamento de efluentes com geração de  biogás e utilização do mesmo na rede de gás natural em Santiago no Chile, na América do Sul, minimizando a dependência do gás natural Argentino, a utilização de biogás para uma rede de taxis na China, na Ásia, melhorando a rentabilidade do negócio e a instalação de biodigestores modulares para o tratamento de dejetos residenciais no Quênia, na África, viabilizando o saneamento básico e gerando economia para as famílias daquele país.

 

EUROPA

mundi-europe

ALEMANHA

Na Europa, uns dos projetos mais interessantes esta localizado no estado da Saxônia-Anhalt, região leste da Alemanha, a usina de biogás Könnern representa um marco na iniciativa europeia pela busca da diversificação da matriz energética no continente. Fruto de um investimento de 30 milhões de Euros, a usina destaca-se por ser a primeira do gênero com tecnologia para distribuir biometano, que é o biogás livre de impurezas, em regiões distantes de onde é produzido.

Em operação desde 2009, a usina de Könnern fornece 15 milhões de metros cúbicos (m³) de biometano por ano à rede nacional de gás da Alemanha, sendo então redistribuído para residências e indústrias do país. Seu principal emprego é na conversão do biometano em energia elétrica, através do uso de geradores, utilizada em sistemas industriais e residenciais. Em especial nas casas a energia elétrica gerada é direcionada para o sistema de calefação. Sem Könnern, seria necessária a construção de uma usina com potência de 17 MW para atender a esta demanda.

alemanha

A geração de biogás se dá através de rejeitos do setor agrícola e criação de animais, como dejetos bovinos, suínos, bagaço de cana de açúcar e milho. A usina tem parceria com 30 agricultores e pecuaristas locais, que fornecem 120 mil toneladas de rejeitos por ano. Para cada tonelada de rejeito, 125 m³ de biogás são gerados. Estes rejeitos são condicionados em 16 grandes biodigestores, com 6 m de largura por 25 m de diâmetro cada, onde o biogás é gerado. Em seguida, 12 purificadores removem impurezas (como o ácido sulfídrico, H2S, que é corrosivo) com o auxílio de bactérias transformando-os em biometano e enviado a rede. Apesar das grandes dimensões, o nível de automatização é tamanho que somente 12 funcionários são necessários para operar toda a usina.

A Alemanha é reconhecidamente uma das potências mundiais na produção de energia a partir do biogás gerado por biodigestores. Atualmente, existem cerca de 3,7 mil usinas de biogás em operação, que já permitiram o desligamento de três reatores nucleares no país. Até o ano de 2022, a meta alemã é desativar todas as suas usinas nucleares, que atualmente correspondem a uma potência instalada de 20 mil MW, substituindo-as por fontes renováveis e mais seguras, sendo uma delas o biogás.

Fonte:

http://infinitybiopower.com/biogas/projects1/projects/

http://jagadees.wordpress.com/2008/09/27/biogas-plant-at-konnern/

http://www.renewableenergyworld.com/rea/news/article/2008/07/biogas-flows-through-germanys-grid-big-time-53075

 

AMÉRICA DO SUL

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CHILE

Na América do Sul, uns dos projetos mais interessantes observados está instalado em Santiago, capital do Chile. Lá a empresa La Farfana, a maior estação privada de tratamento de efluentes do Chile, responsável por tratar 60% do esgoto gerado em Santiago ou o equivalente a 778 mil m³/dia gera em torno de 60 mil m³ de biogás por dia. No início o biogás costumava ser utilizado como fonte de calor no aquecimento de caldeiras de água, que serviam ao abastecimento de processos da própria ETE. Porém, a forte dependência do gás natural importado da Argentina, com abastecimento incerto e preços elevados motivou a construção de uma central para captação e purificação do biogás da estação, com o objetivo de transformá-lo em gás natural e comercializá-lo. O gás natural possui 70% teor de metano, enquanto que no biogás este teor é de aproximadamente 55%; portanto, para converter o biogás em gás natural é necessário remover suas impurezas, “liberando espaço” para novas moléculas de metano.

costa rica

Em operação desde outubro de 2008, o projeto custou cerca de U$ 5 milhões, totalmente custeados pela própria empresa. Logo após ser gerado, o biogás é conduzido até a central de purificação, onde o H2S é removido por um processo biológico com o uso da bactéria Thiobacillus. Em seguida, é e conduzido por um gasoduto subterrâneo de 14 km até a fábrica de gases, de responsabilidade da La Farfana. Lá, outras impurezas (como COV’s e Siloxanos) são removidas através de um processo de “polimento” do biogás, que então é transformado em gás natural suficiente para atender consumo de 10% dos clientes industriais e domésticos da companhia.

Em março de 2012, a empresa passou a liquefazer o gás natural e transportá-lo em caminhões tanque até áreas remotas, não atendidas pela rede de gás da cidade. Atualmente, há planos para ampliar a aplicabilidade do gás natural, estendendo-o para veículos. Segundo estimativas, o gás gerado por La Farfana seria capaz de abastecer 2.700 veículos, o que representa cerca de 80% da frota de automóveis movidos por GNV em Santiago.

Fonte:

http://www.emb.cl/electroindustria/articulo.mvc?xid=1333&tip=7http://www.aguasandinas.cl/la-empresa/novedades/aguas-andinas-y-metrogas-inauguran-planta-de-biogas?CodTemplate=20120213120706

http://www.ngvjournal.com/pt/mercados/item/9600-metrogas-chile-to-start-producing-natural-gas-to-power-vehicles-from-2014

ORIENTE MÉDIO

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ISRAEL

Outro projeto de destaque esta localizado no Oriente Médio, na região leste de Israel. Inaugurada em 2012, a usina de biogás Be’er Tuviya é resultado de um investimento de U$ 2,6 milhões, visando a geração de eletricidade a partir de dejetos bovinos e de aves. A região da usina, composta majoritariamente por sítios e fazendas de pequeno porte, sofreu durante muitos anos com a destinação incorreta de dejetos animais e rejeitos de agricultura, que eram comumente despejados em rios ou mesmo amontoados, gerando poluição, mau odor e doenças.  Logo, sua implantação trouxe não só energia, mas também melhora nas condições socioambientais da população.

israel

Apesar de já haver duas usinas similares no país, Be’er Tuviya é a mais nova e maior usina de biogás de Israel, com capacidade de 4 MW, o suficiente para abastecer com energia elétrica 6.000 residências. Os dejetos animais são coletados em fazendas d da região e transportados em contêineres até a usina, onde sofrem processo de pasteurização e ficam armazenados em tanques de concreto hermeticamente vedados, onde ocorre a biodigestão e geração de biogás. Ao final do processo ainda há produção de biofertilizante, que retorna aos fornecedores de dejetos como compensação pela parceria. Este biofertilizante é aplicado na agricultura, sendo mais econômico e menos poluente que os fertilizantes industriais.

Atualmente, são utilizados dejetos de 14.000 vacas, além de aproximadamente 15% dos dejetos de todas as fazendas de frango de laticínios de Israel.

Fonte: 

http://www.greenprophet.com/2012/09/israels-4mw-biogas-plant/

OCEANIA

mundi- oceania

AUSTRÁLIA

Na Oceania o projeto de destaque também utiliza efluentes para a produção de biogás, no entanto, diferente da usina La Farfana, no Chile, o biogás é utilizado para a geração simples de energia para a rede. A estação de tratamento de efluentes Tatura, localizada a 200 km ao norte de Melbourne, Austrália, implantou no ano de 2007 um sistema de captação e tratamento do biogás gerado pelo sistema de tratamento de alto desempenho da ETE. Esta medida possibilitou a geração de energia elétrica para a cidade, com produção de 5.000 MWh por ano. Antes da implantação, o biogás era simplesmente dissipado para a atmosfera. Estudos apontam que esta medida reduziu a emissão de 14.500 toneladas de gases de efeito estufa, o que equivale a retirar 3.400 carros das ruas.

australia

O projeto foi concebido através de uma parceria entre governo e iniciativa privada, sendo U$ 800 mil financiados por dinheiro público e uma quantia não divulgada pela empresa controladora da ETE Tatura. Com potência de 1,1 MW, a usina funciona com a geração de biogás a partir do esgoto, que surge como “subproduto” da degradação da matéria orgânica por mecanismos biológicos. O efluente chega à estação em estado bruto, onde é distribuído uniformemente através de uma série de canais pulverizadores. Durante este período o biogás é gerado e capturado sendo então canalizado, purificado com compostos ferrosos e encaminhado para o gerador de eletricidade.

A energia elétrica gerada pela usina de Tatura é conectada a rede elétrica local, onde foi instalado um sistema de sensores que permite ao consumidor final rastrear o percentual do seu consumo mensal veio de fontes ambientalmente corretas, como o biogás. Muito interessante, não acham?

Fonte:

http://www.cleanenergycouncil.org.au/resourcecentre/casestudies/Bioenergy/Tatura.html

ÁFRICA

mundi-africa

QUÊNIA

Na África, um dos grandes problemas que assolam o continente é a falta de saneamento básico. Em Kimera, no Quênia, a maior favela da África, simplesmente não há sistema de coleta e tratamento de efluentes. A prática mais difundida entre a população sempre foi colocar seus dejetos em sacos plásticos, apelidados “toaletes voadores”, e jogá-los em estradas, becos e sarjetas. Esta triste realidade vem mudando com a iniciativa de uma ONG local que, em parceria com a ONU, está construindo pequenos prédios com instalações sanitárias em Kimera, onde é feita a coleta dos dejetos humanos e produção de biogás, utilizado no preparo de alimentos. Para vencer a desconfiança da população, a ONU tem convidado personalidades mundiais para conhecer o projeto, como a modelo brasileira Gisele Bündchen, que em 2010 visitou 3 dos 52 centros de biogás em Kimera, e até cozinhou em um fogão à biogás.

quenia

Além de conter a insalubridade dos ambientes públicos, os sanitários têm colaborado para difundir os conhecimentos sobre a geração do biogás. Em cada centro, há uma área destinada a educar a população e esclarecer dúvidas sobre o funcionamento do sistema. Tendo acesso a informação, cada vez mais moradores têm entendido como o biogás é uma fonte limpa e segura de energia, que em nada tem a ver com o a repulsa e a insalubridade dos dejetos que o geram. Canalizado até fogões, o biogás tem substituído o uso da lenha no preparo de alimentos para crianças de escolas próximas.

O sucesso do projeto tem chamado atenção de autoridades de diversos outros países africanos. A previsão da ONU é o projeto expanda-se para mais de 10 países até 2020.

Fonte:

http://www.estadao.com.br/noticias/arteelazer,gisele-bundchen-visita-quenia-para-incentivar-uso-de-energias-renovaveis,822402,0.htm

http://www.un.org/apps/news/story.asp?NewsID=40939#.UY0g5KKyBrU

 

AMÉRICA CENTRAL

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COSTA RICA

Na América Central, o destaque fica por conta da empresa Chiquita Brands Inc., uma das maiores empresas do mundo no ramo de processamento de frutas, com 21.000 funcionários e presente em 80 países. Em 2011 a Chiquita Brands Inc.  instalou uma unidade de geração de energia a biogás em sua unidade de Guapiles, na Costa Rica. O destaque especial é que o sistema usa os restos de frutas e água de lavagem da própria indústria, que são condicionados em biodigestores anaeróbios, onde ocorre a biodigestão. O biogás então é transformado em energia elétrica, que ajuda a reduzir os custos na produção, e o subproduto do processo, um rico fertilizante, é cedido a produtores da região. Perfeito, não?

costa rica

O projeto, de custo não divulgado, foi concebido para utilizar a gravidade no transporte dos resíduos. Isto possibilitou que sua operação dispense o uso de energia elétrica. Os restos de bananas, abacaxis, mamões e mangas, bem como a água utilizada para fazer sua pré-lavagem, são direcionados da planta industrial até os biodigestores da usina através de tubulações específicas para esta finalidade, projetadas para facilitar a mistura dos resíduos, o que acelera a geração de biogás. Segundo a empresa, além de atender as exigências legais, o projeto reduziu significativamente o consumo diário de energia da unidade, além de gerar fertilizante utilizado nas plantações de bananas de cooperados da Chiquita Brands Inc.

Fonte:

http://www.fastcompany.com/1685821/chiquita-goes-carbon-neutral-harnesses-fruit-power-new-biodigester

http://www.prnewswire.com/news-releases/chiquita-launches-innovative-biodigester-in-guapiles-costa-rica-101727538.html

 

ÁSIA

mundi-asia

CHINA – CASE 1

Nesta volta ao redor do mundo do biogás, um dos cases mais legais é observado na China. Em operação desde 2010, a usina Aning Starch CNG, localizada na cidade de Naning, na região sul da China, próximo a Hong Kong, produz biogás para 120 táxis da cidade, que foram adaptados gratuitamente para utilizar este combustível. O biogás é gerado a partir do efluente do processamento de amido e fécula da Aning Starch Co., que é tratado por processos anaeróbicos na ETE da indústria. Antes da implantação do projeto, o biogás era queimado e lançado na atmosfera. Além de contribuir para o meio ambiente, o projeto mostrou-se rentável: segundo dados da empresa, o lucro anual com a comercialização do biogás é de U$ 4 milhões.

china1

Através de uma parceria de U$ 6 milhões entre a Aning Starch Co. e o governo chinês, o projeto auxiliou na redução de dois grande problemas que assolavam a região: os altos índices de poluição atmosférica e a eutrofização dos corpos de água próximos, já que o amido possui alto teor de matéria orgânica. Diariamente, 6.000 toneladas de efluente da produção de amido são tratados por quatro reatores anaeróbicos do tipo UASB. Durante este tratamento ocorre a produção de biogás, que é capturado na superfície dos reatores e encaminhado para uma central de purificação, onde impurezas e substâncias corrosivas são retiradas por processos químicos, transformando-o em biocombustível.  A produção diária é de 30.0000 m³ de biogás, que após a purificação converte-se em 21.000 m³ de biocombustível. A água tratada durante o processo é utilizada para irrigação por produtores locais.

O transporte do biocombustível até os dois postos da cidade é feito por caminhões tanque, que o transportam liquefeito e sob alta pressão. Nos táxis, cada 1 m³ de bicombustível equivale a 1,2 L de gasolina, o que gera uma economia de U$ 3 centavos por quilômetro rodado, o equivalente a U$ 5.500 por ano, economia significativa.

CHINA – CASE 2

Na China a tecnologia do biogás esta tão avançada, que além do case da utilização de biogás em taxi foi observado outro projeto não diferente do primeiro, de grade destaque. Idealizada com um investimento de U$ 10 milhões do governo de Pequim, a usina Beijing Yanqing Deqingyuan Eco-Garden 2 é exemplo da magnitude que projetos de geração de energia por biodigestão podem alcançar. Construída na região com maior concentração de criadores de frangos da China, o distrito de Yanqing, a usina recebe diariamente 212 toneladas de dejetos de aves, e faz parte da iniciativa governamental local de controle da poluição e geração de energia por fontes limpas. Sozinha, a usina gera 14 milhões de kWh/ano, além de abastecer diversas famílias locais com biogás, que é usado no preparo de alimentos.

china2

Através de uma rede integrada de coleta, criadores de frango de Yanqing fornecem diariamente os dejetos de suas aves à usina. Lá, o efluente é misturado com água (do próprio processo) em duas grandes lagoas de armazenamento, com capacidade para 90.000 m³. Devido às características dos dejetos dos frangos da região, o teor de sólidos ideal para produção de biogás é de apenas 10%. Em seguida, ele é encaminhado para quatro biodigestores anaeróbicos, cada um com 3.000 m³, operando a uma temperatura de 38 °C.  O biogás gerado é purificado por duas torres de dessulfurização, com 60 e 120 m³, e então armazenado. A produção anual de biogás é de 7 milhões de m³.

A geração de energia é feita através de dois geradores de 1.064 kW cada, que além de energia elétrica geram calor, que é utilizado para manter aquecidos os biodigestores durante o inverno. A capacidade total de geração de é cerca de 10 milhões de kWh por ano. O excesso de biogás, que não pode ser utilizado para gerar energia é vendido para 300 residências da região, que o utilizam como gás de cozinha. Ao final do processo são gerados 180 mil toneladas de biofertilizante, que é aplicado em sítios produtores de ração animal da região.

Fonte:

http://web.mit.edu/colab/pdf/papers/D_Lab_Waste_Biodigester_Case_Studies_Report.pdf

AMÉRICA DO NORTE

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ESTADOS UNIDOS

Finalmente, o último case de destaque deste post esta localizado na América do Norte. Inaugurada no início de 2013, a usina de biodigestão de Sacramento, Califórnia, recebe diariamente 25 toneladas de restos de alimentos vindos de supermercados, restaurantes e indústrias, transformando-os em gás natural, eletricidade e fertilizante agrícola. Resultado de uma parceria entre empresas do setor energético e bancos, a usina é alto suficiente no consumo de energia elétrica, além de abastecer uma frota de caminhões das empresas parceiras com gás natural. Além do benefício ambiental, a usina de Sacramento gera anualmente U$ 1,1 milhão em arrecadação de impostos ao governo local.

eua

Um destaque especial é que a usina de Sacramento utiliza o sistema de Biodigestão Anaeróbia de Alto Teor Sólido (sigla ADB, em inglês), que não necessita da adição de água para funcionar. A operação normal ocorre com matéria orgânica 50% (ou mais) seca. Segundo a empresa idealizadora do projeto, trata-se de uma tecnologia inédita no mundo, que permite reduzir o tamanho do biodigestor e o custo de operação, sem comprometer a eficiência da geração de biogás. Assim que chegam à usina, os restos alimentares são condicionados nos biodigestores sob condições físicas específicas, mantidas em sigilo pela detentora da tecnologia. O biogás é capturado por tubulações instaladas no topo dos biodigestores, onde uma bifurcação encaminha parte para purificação visando a geração de eletricidade por geradores, parte para conversão em gás natural. Estima-se que mais de 3,5 milhões de litros de diesel são substituídos anualmente por gás natural. Além disto, toda energia elétrica consumida nas operações de produção de biogás e conversão em gás natural é produzida na própria indústria, tornando-a autossuficiente.

Fonte:

http://www.energymanagertoday.com/sacramento-digester-gobbles-food-spits-out-electricity-087797/

http://www.businesswire.com/news/home/20121214005098/en/CleanWorld-Opens-Nation%E2%80%99s-Largest-Commercial-High-Solid

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.

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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.