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Workshop – Valorização Energética de Resíduos Verdes Herbáceos

2013 - 2016

Loulé

Biogás - Biometano)

Doutor Santino Di Berardino

Investigador Principal-Unidade de Bioenergia,

LNEG, Estrada. do Paço do Lumiar,

1649-038 LISBOA

IEE/12/046/SI2,645700

3 de Outubro de 2014

PROJECTO GR3

Workshop – Valorização Energética de Resíduos Verdes Herbáceos Loulé (Portugal)

História

• 1776: Descoberta da produção de um gás inflamável (o metano) por Alessandro Volta,.

• 1859 primeira experiência conhecida de utilização directa do biogás, numa colónia de leprosos, em Bombaim

• 1895, Primeira experiência europeia em escala. Iluminação de algumas ruas da cidade de Exeter (Inglaterra) com biogás.

• Todavia, este combustível não conseguiu singrar. limitou-se, durante muitos anos, a casos esporádicos e com pouco interesse.

• Nos anos 40, graves carências energéticas provocadas pela 2ª guerra mundial, o biogás foi utilizado com intensidade para aquecimento e iluminação e para alimentar camiões municipais.


História-2

• Nos anos 50 e 60, a relativa abundância das fontes

de energia tradicionais desencorajou a

recuperação do biogás na maioria dos países

desenvolvidos. em países com poucos recursos de

capitais e energia (Índia, China, etc.) o biogás

desempenhou um papel de uma certa

importância, sobretudo a nível dos pequenos

aglomerados rurais.

• crise energética dos anos 70, o gás metano dos

digestores anaeróbios voltou a ser tema de

actualidade.


Impacto Actualmente à escala nacional o biogás é sobretudo

produzido por razões ambientais. O subproduto do tratamento de resíduos e efluentes.

Nesta perspectiva, mesmo se for intensamente produzido, poderá substituir cerca de 15 % dos consumos energéticos.

No entanto, pode tornar-se uma fonte praticamente inesgotável se, para além de ser gerado dos lixos, esgotos e outros resíduos orgânicos, for produzido a partir de culturas vegetais plantadas para o efeito, e constituir uma alternativa energética

A energia do biogás tem aspectos interessantes, pois trata-se de uma fonte renovável e contribui para a redução da importação de combustíveis. O gás metano é o combustível doméstico mais limpo e mais económico.


Previsão Na fase actual da economia mundial, a alternativa das

fontes renováveis tem perspectivas de curto, médio e longo prazo francamente positivas.

A crise energética mundial evidenciou a vulnerabilidade energética da União Europa que depende em grande percentagem do petróleo que existe no Oriente Médio, a mais explosiva área do mundo.

É assim essencial diversificar as fontes e a natureza dos combustíveis, de modo a garantir a sobrevivência, o desenvolvimento e a continuidade e incrementar as investigações relativas a fontes alternativas de energia, na substituição do petróleo e seus derivados.


Produção de gás de vários

compostos As gorduras possuem o maior potencial energético.

Seguem as Proteínas e os hidratos de carbono

Matérial Produção específica de gás (m3/kg SV)

Carbohidratos 0,5

Proteínas 0,7

Lípidos 1,2


Animal Nº Produção Biogás (m3/(animal.dia)

vacas 1 1,3

bezerros 1,5 0,85

suinos 9,6 0,135

homens 65 0,02

galinhas 150 0,009

Relações de equivalência entre os diversos tipos de animais em termos de biogás


Tipo de resíduo Matéria orgânica (ton/dia)

Lixos urbanos 4 000

Lamas de ETAR’s 625

Excreta de suiniculturas 750

Excreta de bovinos 2 300

Excreta de aviários 400

TOTAL 8 075

ESPÉCIE 1989

Bovinos 1 401 340

Ovinos 2 921 113

Caprinos 719 755

Suínos 2 423 957

Cavalar 36 246

Muares 37 129

Asininos 77 515

Perus 1 168 243

Galináceos 28 320 020

Potencial em Portugal


Características do biogás

é um gás incolor

não é tóxico, resultante do reduzido teor em

monóxido de carbono e sulfídrico

tem um poder calorífico variável, normalmente de

5000 a 7 000 kcal/m3

apresenta menores riscos de explosão que o

propano ou o butano, quando em caso de

acidente se verifiquem fugas de gás para o ar

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ELEMENTOS CONSTITUINTES DO BIOGÁS

%

Metano (CH4) 55 a 80

Gás Carbónico (CO2) 20 a 40

Hidrogénio (H2) 1 a 3

Azoto (N2) 0,5 a 2,5

Oxigénio (O2) 0,1 a 1

Sulfureto de Hidrogénio (H2S) 0,1 a 0,5

Amoníaco (NH3) 0,1 a 0,5

Monóxido de Carbono (CO) 0 a 0,1

Composição do biogás - valores médios


Características do Biogás

Componente Gás Natural

Gás de aterro

Gás de ETAR

Gás Agropecuária

Metano (%)

90-99

40-55

50-65

50-80

CO2 (%)

0-5

35-50

35-50

20-50

H2S (ppmv)

< 15

< 200

500-3000

< 3000

Poder Calorífico

(Kcal/m3)

9300-10300

4000-5500

4000-6500

5000-8000


Combustível Poder calorífico (kCal/m3)

Biogás 5 130

Biogás purificado 7 600

Gás de cidade 4 000

Propano 22 000

Butano 11 000

Gasóleo, fuel-óleo, etc. 8 545

Gasolina 7 280

Carvão 6 600

Electricidade 860 kcal/kWh

Metano puro 8 500

Gás natural 9 400-9 500

Poderes caloríficos


Combustível Quantidades Gás de cidade 1,28 m3

Propano 0,23 m3

1 m3 de biogás 0,46 kg

equivale a: Butano 0,183 m3

0,475 kg

Gasóleo e fuel-óleo 0,6 l

Álcool 1,3 l

Gasolina 0,7 l

Electricidade 6 kWh

Equivalência entre o biogás e os combustíveis comerciais


Dióxido de carbono O dióxido de carbono (CO2 ) é um gás inerte,

incolor e sem cheiro, mais pesado que o ar. É

mediamente tóxico, asfixiante e tem uma

exposição ocupacional standard de (OES) de 5.000

ppm. O alto teor de CO2 no biogás conduz a um

baixo poder calorífico.

14


Sulfureto de Hidrogénio (H2S) É o gás mais perigoso contido no Biogás.

É um gás incolor, mais pesado que o ar

É muito tóxico para os microrganismos, plantas e

homem mesmo a baixos níveis.

Tem um cheiro muito forte a ovos podres.

Constitui a forma do enxofre energeticamente mais

estável e é muito reactivo (Widdel, 1988).

A concentração limite do cheiro é de apenas 0,00047

ppm (EPA, design manual 625/1, 1985).

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Toxicidade A toxicidade do sulfídrico depende essencialmente

da sua forma iónica que consegue passar através da membrana celular (Speece, 1983).

A quantidade relativa entre sulfídrico molecular e a sua forma iónica depende do valor do pH. A pH = 7 o sulfídrico molecular é cerca de 50 %.

Em meio ácido prevalece a forma molecular e, a pH = 6, cerca de 90 % de todo o sulfídrico está na forma molecular que se escapa para a fase gasosa, dando origem a um gás tóxico com mau cheiro. Acima de um pH de 8-9, praticamente todo o sulfídrico dissolvido é presente na forma iónica.

A pH neutro, cerca de 50 % do sulfídrico dissolvido é presente na forma de H2S.


Solubilidade de H2S

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Temperatura (ºC) Solubilidade (mg S/l)

0 6648

5 5646

10 4810

15 4150

20 3618

25 3175

30 2806

35 2491

40 2221


Amoniaco (NH3)

.

O (NH3) é um gás agressivo e lacrimogéneo mais ligeiro do ar com um OES de 10 ppm. Existe geralmente em concentrações muito fracas, pode ser corrosivo para o cobre. Os óxido de azoto libertados durante a sua combustão (NOx) são igualmente tóxicos

O vapor de água presente no gás torna-se corrosivo em combinação com o NH3, CO2 e, especialmente, o H2S de o biogás. O máximo teor de água presente no biogás depende da temperatura, encontrando-se nos valores de saturação no gás de saída do digestor. O arrefecimento do biogás permite a sua condensação e também de sulfídrico, que se torna mais solúvel a baixas temperaturas.

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Monóxido de carbono O biogás, em condições normais de produção,

tem baixo teor de monóxido de carbono (inferior a

0,1 %) e não é tóxico, contrariamente, por exemplo

ao gás de cidade, cujo teor neste gás, próximo dos

20 %, é mortal.

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Propriedades do Biogás • não é normalmente tóxico, devido ao reduzido teor

em monóxido de carbono e sulfídrico

• Tem poder corrosivo e odor característico (devido

ao sulfídrico), sendo muito agressivo para

equipamentos com componentes em cobre, latão

ou aço.

• Devido à presença do metano, um gás combustível

sendo o seu poder calorífico inferior (P.C.I.) cerca

de 5500 kcal/m3, quando a proporção em metano

é aproximadamente de 60 %.


Propriedades-2 Os outros gases contidos no biogás, não suscitam

problemas em termos de toxicidade ou

nocividade.

O gás carbónico, em proporção significativa (35

%), ocupa um volume perfeitamente dispensável e

obriga, quando não suprimido, a um aumento das

capacidades de armazenamento.

O vapor de água pode ser corrosivo para as

canalizações, depois de condensado.


Tubagens e acessórios biogás


Armazenamento do biogás • Compensa as flutuações entre a produção e a utilização

do biogás, permitindo o funcionamento contínuo

• Permite utilizar os motores em horas de maior preço

• Consiste num reservatório capaz de variar o volume de armazenamento e a pressões ligeiramente superiores à atmosférica

• Os reservatórios com volume fixo são geralmente perigosos por poderem permitir a infiltração de ar durante momentos de baixa pressão, e formar misturas explosivas ar-metano.

• Hoje em dia, por razões de custo, utilizam-se correntemente gasómetros flexíveis, em material plástico,


Armazenamento do biogás A manutenção da pressão de exercício nestas

unidades é feita por compressão ou por estruturas dotadas de pesos que comprimem os reservatórios.

Como alternativa pode-se adoptar o armazenamento a média (cerca de 40 kg/cm2) ou alta pressão (200-300 kg/cm2), pouco aplicadas por razões de custo.

A compressão do gás implica perda de energia, que é da ordem de 10% no caso das médias pressões e de 20% nas altas pressões.

Para melhorar o rendimento da compressão e para evitar a corrosão é geralmente vantajoso purificar o gás eliminando a água, o anidrido carbónico e o sulfídrico.


Gasómetros


Sistemas a baixa pressão


Gasómetro flutuante

Workshop – Valorização Energética de Resíduos Verdes Herbáceos Loulé (Portugal) 3 de Outubro de 2014

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Tratamento do biogás


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Separação por membranas


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Biometano ou gás verde


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Biometano na europa


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Recuperação de CO2


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Tecnologias existentes


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Abastecimento frotas


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Uso do Biogás

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Uso Característica Quantidade degás (m3/h)

Iluminação Lâmpada de 100 velas 0,13Lâmpada "Amanchon" 0,017

Cozinhar Queimador de 5 cm 0,330

10 cm 0,450

15 cm 0,650Por pessoa/dia 0,34-0,42

Aquecimento EsquentadorPor pessoa/m3/h 0,34-0,42Esquentador 125 kCal/mm 1,7Esquentador 320 kCal/mm 4,2Caldeira para 200 l 0,3Caldeira para 200 l comelevação até 85 C

2,5

Caldeira (n = 0,15) 10 000kCal/h

2,3

Irradiador para aquecervolume de 100 m

1

Refrigeração Refrigerador (por 1 m2 deparede)

0,008

Incubador Por m3 de ar 0,05 -0,07


Os principais dispositivos para

uso do Biogas

Microturbinas

Fuel Cells

Motores de C.I.

Turbinas a Gas


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Queima do Biogás - Emissões

Item

Tocha

Motor de C.I.

Turbina a Gás

Micro- Turbina

Fuel Cells

Heat Rate (Btu/kwhr)

NA

10-11,000

10-12,000

12-13,000

9-10,000

NOx lb/MMBtu

0.05

0.22

0.07

0.02

0.0005

CO lb/MMBtu

0.19

0.67

0.10

0.10

0.002


Queimadores biogás em excesso

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Desenvolvimento do biogás

Benefícios de produção de Electricidade em áreas

isoladas

Benefícios Ambientais

Redução da poluição do solo

Redução das emsissões de metano

Redução das emsissões de Nox em quantidade dependente do dispositivo


Comparação biocombustíveis


Biometano

Portugal tem revelado pouco interesse no

biometano, e encontra-se no conjunto de

nações que revelam relutância em aplicar as

prescrições da directiva 2009/28/CE.

O Plano nacional de acção para as energias

renováveis, tem vindo a reconhecer a

integração do biogás nas redes de gás natural,

mas ainda não definiu as regras que

possibilitem essa operação (tarifário e

condições técnicas) para a injecção do

biometano nas redes de gás natural.


Fomenta a produção e utilização do biogás e pode favorecer a recolha do biogás de aterros.

Valoriza um produto endógeno.

Cria uma nova área de negócio para as empresas proponentes.

Permite desenvolver de tecnologias de tratamento do biogás.

Acompanhar os países mais avançados, que já aplicam esta prática.

Desenvolver conhecimentos, tecnologias e inovação numa área em fase de evolução.

Cumprir a regulamentação da EU.

Vantagens do Biometano


O biometano implica um custo adicional para o contribuinte.

Por isso só se justifica se o biometano for

destinado a usos de alta eficiência –Cogeração com 100% do uso do calor.

Como combustível no transporte, para ajudar

a cumprir a cota dos biocombustíveis.

Financiar o biometano pode ser mais económico que financiar o etanol ou o biodiesel.

Aspectos críticos do Biometano


Parceiros

Flanders (Belgium)

Portugal Italy

Germany

Denmark

Coordenador do Projecto : DLV Belgium cvba

Rijkelstraat 28, B-3550 Heusden-Zolder, Belgium

T : +32 11 60 90 60 F: +32 11 60 90 69

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