produção de energia a partir de resíduos sólidos
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IV SEMINÁRIO DE ELETROTÉCNICA
APLICADA À SUSTENTABILIDADE
CAMPINA GRANDE, PARAÍBA 10 DE NOVEMBRO DE 2012.
Produção de energia a partir de resíduos
sólidos
Aluno: Anderson dos Santos Formiga
Professor: Luis Reyes Rosales Montero
A intensificação das atividades humanas nas últimas décadas
gerou um acelerado aumento na produção de resíduos, tornando-se
um grave problema para as administrações públicas. O meio mais
utilizado para a disposição de resíduos são os lixões que são a
forma mais inadequada de disposição de resíduos sólidos urbanos,
pois não contemplam cuidados que evitam danos ambientais e à
saúde.
O aproveitamento dos resíduos descartados para gerar energia é
igualmente um meio de reduzir a quantidade de lixo acumulado
em depósitos ou, pelo menos, reduzir a emissão de gases nocivos
produzidos naturalmente nesses locais. O metano, um desses
gases, produz efeito estufa cerca de 20 vezes mais que o gás
carbônico.
A Tabela 1 apresenta as unidades de destinação final de
resíduos coletados, por região.
Tabela 1 - Unidades de destinação final de resíduos, por região brasileira. Fonte: ICLEI.
A figura 1 sintetiza a composição da matriz energética brasileira,
publicado em 2009, referente ao ano de 2008.
Figura 1 – Composição da matriz energética brasileira, Fonte: Cella.
A figura 2 apresenta a evolução do consumo de energias renováveis e
não renováveis no país, desde 1970, ficando evidente que a participação
das energias renováveis na matriz energética nacional não aumentou nos
últimos anos.
Figura 2 - Participação das fontes de energia renováveis na matriz energética nacional Fonte: ICLEI.
A Figura 3 faz uma correlação entre a evolução da oferta e
demanda de energia elétrica no país, em TWh.
Figura 3 - Oferta e demanda de energia elétrica no país, de 2002 a 2008 (em TWh), Fontes: ICLEI.
As hidrelétricas, que são importantíssimas para a geração de energiaelétrica no país, também serão afetadas pelas mudanças globais do clima,tendo em vista que os ciclos hidrológicos no planeta já começaram a seralterados. Isso já foi constatado em 2001, quando ocorreu o chamado“apagão”, em função do menor índice de chuvas naquele ano.
Assim, para que o Brasil não sofra falta de energia elétrica, nem fiquemais dependente do petróleo e seus derivados, é importantíssimodiversificar sua matriz energética e ampliar o uso de outras fontes deenergia renovável abundantes no país, tais como:
Energia solar;
Energia eólica;
Energia das marés;
Biomassa, como resíduos de madeira, cascas de arroz, entre outras;
Biogás, gerado em aterros sanitários, estações de tratamento de efluentese dejetos de animais; entre outros.
A geração pode ocorrer por vários processos, como a queima do biogás
recuperado dos depósitos de lixo, a incineração ou a gaseificação (todos
utilizados como combustível). E há ainda a celulignina catalítica, um
combustível sólido capaz de substituir petróleo e carvão. Este
combustível é obtido com o beneficiamento do lixo após o processo de
reciclagem.
Figura 4 – Esquema de produção de energia a partir do lixo, Fonte: Secretaria de energia-SP.
Para o biogás ser aproveitado, os resíduos sólidos devem
ser depositados em aterros sanitários, e não em lixões,
como ainda acontece com grande parte do lixo produzido
no Brasil.
Para coletá-lo, há no interior do aterro uma rede de drenos
verticais. O gás é succionado por bombas movidas a
motores elétricos. Após passar por um sistema para retirar
o excesso de umidade e outros contaminantes, o biogás é
levado ao queimador (flare) ou ao sistema de geração de
energia, ou ainda para ser usado como combustível
diretamente no transporte ou em máquinas de indústrias.
Como o biogás é convertido em eletricidade pela sua queima,
os sistemas que realizam esse processo são classificados
como usinas termelétricas. A energia potencial química do
biogás é convertida em calor. Parte dele, por sua vez, é
convertida em energia mecânica (de movimento) por meio de
turbinas a gás, motores de combustão interna (semelhantes
aos dos automóveis) ou caldeiras de vapor d’água. A energia
mecânica é finalmente convertida em energia elétrica por
meio de um gerador. Esquematicamente:
Energia potencial química → Calor → Energia mecânica
+ calor → Energia elétrica + calor
Motores Ciclo Otto
Os motores ciclo Otto aspiram à mistura ar-combustível antes de ser
comprimida no interior dos cilindros e a combustão da mistura é dada por
centelha produzida na vela de ignição. Esses motores são chamados de
quatro tempos, pois seu funcionamento ocorre sequencialmente em
quatro etapas.
Admissão
Exaustão
Combustão
Compressão
Figura 5 - Motores Ciclo Otto importados, Fonte: ICLEI.
Microturbinas a gás
Nas microturbinas o ar é aspirado e forçado para seu interior à alta
velocidade e pressão, misturado ao combustível para, então, ser
queimado na câmara de combustão. Os gases quentes resultantes da
combustão são expandidos na turbina e o calor remanescente dos gases
de exaustão pode ser aproveitado para aquecimento do ar de combustão.
Figura 6 - Desenho esquemático de uma microturbina a gás, Fonte: ICLEI.
Ciclo a vapor Rankine
Os sistemas de ciclo a vapor funcionam de acordo com o ciclo Rankine,
que consiste basicamente em caldeira, turbina, condensador e bomba, é
utilizado calor proveniente da combustão de biogás, em uma caldeira,
para geração de vapor, que poderá ser utilizado para processos
industriais, aquecimento direto ou geração de energia elétrica, por meio
do acionamento de uma turbina a vapor acoplada a um gerador.
Figura 7. Esquema do Ciclo Rankine Fonte: ICLEI.
Evaporador de chorume
O processo de aquecimento é realizado a partir da utilização do biogás como
combustível. A fração líquida é evaporada, concentrando o teor de sólidos do
chorume. O vapor quente passa por sistema de purificação para que possa ser
lançado à atmosfera ou, então, para ser utilizado na geração de energia térmica de
processo, como aquecimento ou refrigeração. O lodo adensado pode retornar para
o aterro.
Figura 8 - Esquema de um evaporador de chorume Fonte: ICLEI.
Apesar de o biogás poder ser utilizado em qualquer aplicação destinada aogás natural, para seu uso veicular existe a necessidade de remoção de algunsde seus componentes, tais como: umidade, ácido sulfídrico (H2S), dióxido decarbono (CO2) e partículas.
No processo de purificação do biogás é importante retirar o CO2 até que aporcentagem de metano fique próxima à do gás natural, para que possa serutilizado para os mesmos fins. Segundo a ANP (Agência Nacional dePetróleo) na Portaria 128, de 28 de agosto de 2001, a porcentagem mínima demetano no gás natural para uso veicular deve ser de 86% e máxima de CO2de 5%.
A remoção de CO2 do biogás é uma operação unitária em que umcomponente da mistura é dissolvido em um líquido e em carbonato depotássio, hidróxido de cálcio, hidróxido de sódio, entre outros. Dentre osmétodos físicos, destacam-se os crivos moleculares, separação pormembranas e colunas de absorção. Os métodos físicos são os maisconhecidos e utilizados devido à fácil regeneração dos reagentes utilizados naabsorção.
Existem diversos solventes que podem ser utilizados para a remoção do CO2.Em se tratando da solubilidade, o polietileno glicol é uma das opções e,atualmente, é a mais utilizada devido à alta solubilidade do CO2 e H2S.Considerando o custo, a melhor opção a ser utilizada é a água, pois o CO2 eH2S também são solúveis em água.
O biogás seria uma alternativa interessante para diminuição do uso
de energia gerada em hidroelétricas aqui em Campina grande. O
fato de Campina Grande ser uma região com uma grande demanda
de resíduos sólidos, possuir uma boa produção agrícola e ter uma
localização que da a ela um potencial centro de distribuição, torna
viável a produção de biogás.
As operações com biogás geram renda, pois fazendas e fábricas
pagam para eliminar seus dejetos, e as usinas podem vender além
de eletricidade, ela podem vender calor e combustível para
veículos.
A construção de um aterro sanitário em Campina Grande traria a
cidade mais uma forma de geração de renda e uma forma de
diminuir os impactos ambientais causados pelo lixo.
O primeiro passo é o planejamento de aterros sanitários, que possam receber
toda a demanda de resíduos orgânicos, hoje Campina Grande conta com um
enorme lixão que não possui nenhuma medida de proteção e que
economicamente não traz nenhum beneficio a cidade, depois é de extrema
importância o monitoramento para que na coleta não ocorra vazamentos, a
coleta é feita através de tubos centrais que são conectados a tubos laterais que
transportam o biogás para um coletor principal, a sucção do gás é feita por
compressores, o biogás produzido preciso ainda de um tratamento para que
sejam eliminados alguns resíduos indesejados, para o transporte do biogás
será necessário à construção de um pequeno gasoduto e por fim, dependendo
da produção pode-se determinar a melhor tecnologia a serem empregadas,
para Campina há duas tecnologias interessantes, que seriam o Ciclo a vapor
Rankine e principalmente os Motores Ciclo Otto.
Construção de Aterros Sanitários;
Coleta do biogás nos aterros;
Tratamento;
Construção de um pequeno gasoduto;
Definição da forma de transformação do Biogás em energia.
ICLEI, Manual para Aproveitamento de Biogás, v. 1, Disponível em: <http://www.iclei.org.br/residuos/?page_id=413>, acessado dia 22/10;
SESP, Disponível em: <http://www.energia.sp.gov.br/portal.php/residuos-solidos>, acessado dia 21/10;
Arcadis Tetraplan, Estudo sobre o Potencial de Geração de Energia a partir de Resíduos de Saneamento (lixo, esgoto), visando incrementar o uso de biogás como fonte alternativa de energia renovável, Disponível em: <https://docs.google.com/viewer?a=v&q=cache:okdkROyklZEJ:www.mma.gov.br/publicacoes/clima/category/109-energia?download%3D60:estudo-sobre-o-potencial-de-geracao-de-energia-a-partir-de-residuos-de-saneamento-lixo-esgoto--visando-incrementar-o-uso-de-biogas-como-fonte-alternativa-de-energia-renovavel+Produ%C3%A7%C3%A3o+Energ%C3%A9tica+a+partir+de+Res%C3%ADduos+S%C3%B3lidos&hl=en&gl=br&pid=bl&srcid=ADGEEShHd4-biuQ8Eq6W-j0CXjej2CdHjPt8qqhnM5Fzt7_-SaXXGWAe9jaIwPtv5SjFlCw81jj5g5T1fEz0S2X0IhZUTVd8jmnBv5efWAWtu6jT6WiL90Wz_nIhczjVPpH9mTDyxqBW&sig=AHIEtbSBSf6Hg12A8ORGNlyFLV7HeQjjpg>, acessado dia 21/10;
Webresol, Disponível em: <http://www.resol.com.br/curiosidades/curiosidades2.php?id=1512>, acessado dia 21/10;
Univesp, Disponível em: <http://www.univesp.ensinosuperior.sp.gov.br/preunivesp/2473/use-jogue-fora-ae-e-gere-energia.html>, acessado dia 21/10.
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