Biogás

DECRETO Nº 58.659, DE 4 DE DEZEMBRO DE 2012 Institui o Programa Paulista de Biogás e dá providências correlatas

Artigo 1º - Fica instituído, no âmbito da Secretaria de Energia, o Programa Paulista de Biogás. Artigo 2º - O Programa Paulista de Biogás tem os seguintes objetivos: I - incentivar e ampliar a participação de energias renováveis na matriz energética do Estado de São Paulo, através das externalidades positivas da geração de gases combustíveis provenientes de biomassa II - estabelecer a adição de um percentual mínimo de Biometano ao gás canalizado comercializado no Estado de São Paulo.

§ 1º - O gás proveniente de biomassa será denominado Biometano, quando sua composição for compatível com a Resolução da Agência Nacional de Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis - ANP nº 16, de 17 de junho de 2008. § 2º - O gás Biometano poderá ser misturado com o gás canalizado comercializado no Estado de São Paulo, atendidas as disposições do § 1º deste artigo. § 3º - O percentual de que trata o inciso II deste artigo e sua eventual progressividade, deverão ser validados pelo Conselho Estadual de Política Energética - CEPE, criado pela Lei nº 11.248, de 4 de novembro de 2002, observado parecer favorável do órgão técnico competente, bem como o estabelecido no § 1º deste artigo.

Biogás é uma mistura gasosa composta principalmente de gás metano (CH4) e é obtido

pela digestão anaeróbia (em ausência de oxigênio) de matéria orgânica, onde

microrganismos atuam em um ecossistema balanceado com limites de temperatura,

pH, nutrientes e teor de umidade.

A produção de biogás pode ocorrer de forma natural, como nos aterros sanitários ou

com a implantação de uma usina de biogás, cujo processo é totalmente limpo, eficaz e

sustentável.

É classificado como biocombustível por ser uma fonte de energia renovável.

Biogás Metano

Instalação de biogás na Suíça

Aquecimento Doméstico

Instalação motor / gerador

Digestor 1 Bomba Desintegrador Digestor 2

Bomba Bomba Esterco

Lixo Orgânico Bio-fertilizante

Fluxograma Básico do Biogás Produção e Utilização

• Metano (CH4): 55 – 70% do volume de gás produzido;

• Dióxido de carbono (CO2): 30 – 45% do volume total;

• Traços de hidrogênio (H2), nitrogênio (N2), oxigênio (O2) e gás

sulfídrico (H2S), entre outros.

Composição do Biogás

Ônibus movido a biogás na cidade de Berna ( Suíça ).

Um metro cúbico (1 m³) de biogás equivale

energeticamente a:

• 0,40 kg de GLP (gás de cozinha);

• 0,61 a 0,70 litros de gasolina;

• 0,55 litros de óleo diesel;

• 0,80 litros de álcool;

• 1,25 a 1,43 kWh de eletricidade;

• 1,60 a 3,50 kg de lenha.

Metano

O metano é um gás incolor, sua molécula é tetraédrica e apolar, de pouca

solubilidade na água e, quando adicionado ao ar se transforma em mistura de alto

teor inflamável. É o mais simples dos hidrocarbonetos.

Fórmula: CH4

Densidade: 0,66 kg/m³

Massa molar: 16,04 g/mol

Ponto de ebulição: -164 °C

Ponto de fusão: -182 °C

Combustão do Metano

CH4 + 2 O2 → CO2 + 2 H2O + 208.400 calorias

Metano produzido no fundo do lago

Biogás a Partir de Resíduos de Animais

Fases da Reação Bioquímica

Material Orgânico Complexo Carboidratos, Proteínas, Gorduras

Moléculas Orgânicas Solúveis Açucares, Amino Ácidos, Ácidos Graxos

Ácidos Graxos Voláteis

Ácido Acético H2 CO2

CH4 + CO2 Metano + Dióxido de Carbono

1 Hidrólise Moléculas orgânicas complexas para solúveis

2 Acidogenese Pequenas moléculas de

ácidos graxos orgânicos

3 Acetatogenese Conversão para acido

acético e CO2

4 Metanogenese Conversão final para

metano - CH4

1

2

3

4 4

Matéria Prima para Produção de Biogás

Qualquer matéria orgânica pode ser adicionada aos biodigestores anaeróbicos

para produção de bioenergia.

• Produção animal: suinocultura, pecuária e avicultura (dejetos e rejeitos);

• Resíduos agrícolas (cascas, folhagens e palhas, restos de cultura);

• Resíduos industriais (bagaços, descartes, efluentes e gorduras, Restos de

restaurantes de unidades fabris, efluentes industriais com elevada carga

orgânica, entre outros.);

• Resíduos orgânicos municipais advindos da atividade humana (esgoto,

resíduos domésticos orgânicos, resíduos de manutenção de parques e

jardins);

• Vinhaça;

• Amido;

• Glicerina resultante da produção de biodiesel;

Brasil

Principais Rebanhos e Produção de Esterco com Possibilidade de Gerar Metano

Efetivos em 31/12/2.006

Categorias N0 de Cabeças

(x 1.000)

Produção de Esterco com

Possibilidade de Gerar Metano, por

Cabeça (kg/dia)

Produção Total de Esterco com

Possibilidade de Gerar Metano

(t/ano)

Potencial de Geração de Metano

(CH4) (m3/ano)

Total de Bovinos 205.886

Estabulados 2.300 30,00 24.840.000 27.324.000

Vacas Leiteiras (1) 20.943 15,00 113.092.200 63.331.632

Criação Extensiva (2) 182.643 0,00 0 0

Suinos (3) 35.174 4,40 55.715.616 139.289.040

Frangos (total) 1.013.164 0,05 18.236.952 911.848

Total dos Rebanhos 211.884.768 230.856.520

Fonte: IBGE e Lucas Jr. e Silva (2.005)

Obs.: (1) Consideradas semi-estabuladas (Parte do esterco não pode ser recolhido) (2) Considera-se que todo esterco produzido é lançado no pasto e seca ou é absorvido pela terra (3) Calculado como a média ponderada do rebanho

Instalações de Biogás de Agricultura nos USA

Instalações de Biogás de Esgoto nos USA

Instalações de Biogás de Aterro Sanitário nos USA

Produção de Biogás na Europa

Pro

du

ção

de

Bio

gás

– 1

99

0 =

10

0

O gráfico mostra a produção de biogás nos países com tradição nesta produção.

Vários países estão concluindo instalações para produção de biogás, o que

aumentará substancialmente a sua produção na Europa.

Fonte: EBA

8.400

589 521 498 433 327 299 235 229 196 178 118 75 46 43 33 30 30 27 26 20 13 7 6 5 3 0 0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

Cerca de 12.400 instalações de biogás gerando mais de 5.300 MWel na Europa

Obs.: Angra 1 e Angra 2 geram 2.007 MWel

Fonte: EBA – European Biogas Association

Instalações de Biogás na Europa

A industria alemã de biogás criou 41.000 empregos em 2.012 nas áreas de agricultura, operação das instalações, fabricação de instalações, serviço, operação e manutenção.

A industria do Biogás na Alemanha gerou 41.000 empregos em 2.012

Entrada de Material Orgânico Cobertura Tubo de Biogás

Efluente Digerido

Tanque 1 Tanque 2

Reservatório de Biogás

Lagoa Coberta

Coletores de Biogás

Tipos de Digestores

Entrada de Material Orgânico

Efluente Digerido

Cobertura

Armazenagem de Biogás

Tipos de Digestores Tanque

Saída de Biogás

Saída de Substrato

Parede do Tanque (Aço)

Isolamento (Lã Mineral)

Entrada de Substrato

Revestimento (Chapa Ondulada)

Tampa de

Acesso

Mistu-rador

Valvula de Segurança

Zona de Fluido

Zona de Lama

Zona de Mistura

Tubo de Injeção

Saída de Lama

Digestores Complexos

Estrume e outros resíduos animais

Lixo orgânico

Esgoto Gorduras,

Grupo gerador

Gás

Fertilizante

Instalação de Biogás

Digestor Doméstico (India)

A partir de restos de alimento produz gás

suficiente para o consumo da família.

Digestor de Plástico (Costa Rica)

Alternativas de Desenho de Digestores

Instalação para

Produção de Biogás Usando

Resíduos Agrícolas

Campo

Movimentação do Produto

Transportadores Cabine de Controle Filtragem do Gás Motor / Gerador

Pré-digestor Sistema Informatizado

de Controle

Digestor Adubo

Calculo do Investimento e Tempo de Retorno do Investimento para Uma Instalação de Biogás

Potencia Instalada: 600 kW

Insumos do biogás

Residuos Zootécnicos 50,0 t/d 18.250 t/a Biomassa 12,8 t/d 4.672 t/a Substância sêca 24,9 % Substância sêca orgânica 18,8 %

Instalação de biogás

Biomassa 448 m3 Fermentador 1.450 m3 Posterm./Estoque 3.026 m3

Produção de metano

Redução de volume 2.830 t/a Produção de metano 3.326 Nm3/d 1.213.835 Nm3/d

Energia Elétrica Energia Térmica Autoconsumo Venda Autoconsumo Venda 374.086 kWh/a 4.273.850 kWh/a 3.735.597 kWh/a 1.163.006 kWh/a

Energia Elétrica 4.273.850 kWh/a

Energia Térmica 3.375.597 kWh/a

Digerido 20.092 t/a

Produtos da Instalação de biogás

Investimento 2.544.200,00 €

Retorno do Investimento

Investimento 2.800.000 €

Financiamento 20 Anos

Taxa de juros 6,0% ao ano

Custo operacional total da instalação 611.655 €

Preço de venda da energia elétrica 26,6 Cent. € /kwh

Receita total anual, após impostos. 895.827 €

Retorno do investimento 6,6 Anos

A BIOextrusão é a chave para melhorar os resultados e usufruir do biopotencial até agora inexplorado (espigas de milho, palha, aparas de grama, etc.). A BIOextrusão se caracteriza por: • Lise celular; • Tratamento termomecânico; • Aumento da carga orgânica específica;

Vantagens • Aumento do desempenho global da instalação de biogás • Redução do consumo elétrico global da instalação de biogás.

Obs.: A lise é o processo de ruptura ou dissolução da membrana plasmática da célula e à liberação de seu conteúdo

Bioextrusão

Capim para Produção de

Biogás

Instalação para Bioextrusão

Lixo Orgânico

Beterraba

Antes Depois Antes Depois Antes Depois

Nabos Vermelhos Rabanete

Frutas Restos de Abate

Antes Depois Antes Depois

Desperdício de Alimentos no Brasil

Índices de perdas (%) de frutos “in natura” no Brasil Produto Perdas (%)

Abacate 26 Abacaxi 20 Banana 40 Laranja 22 Mamão 21 Melancia 30 Manga 25 Morango 40

Índices de perdas (%) de hortigranjeiros “in natura” no Brasil Produto Perdas (%)

Alface 45 Alho 30 Batata 25 Cebola 21 Cenoura 20 Chuchu 15 Couve-flor 50 Pimentão 40 Tomate 40 Repolho 35

Obs.: 20% dos alimentos se perdem, no Brasil, no processamento culinário e hábitos alimentares (Instituto Akatu)

Segundo dados da Embrapa, 26,3

milhões de toneladas de alimentos

ao ano tem o lixo como destino.

Diariamente, desperdiçamos o

equivalente a 39 mil toneladas por

dia, quantidade esta suficiente para

alimentar 19 milhões de brasileiros,

com as três refeições básicas: café

da manhã, almoço e jantar.

Embrapa, 2.006

Gás de Madeira (Gasogênio)

Década de 1940

Década de 2010

Gás de síntese (gasógeno, gás de

gasogênio) - é uma mistura

combustível de gases, produzida a

partir de processos de gaseificação, ou

seja de combustão incompleta de

combustíveis sólidos. Utiliza-se, por

exemplo, madeira, carvão ou outros

combustíveis, geralmente ricos em

carbono, usando oxigênio insuficiente

para a queima completa e (em alguns

casos) vapor de água

Tampa de Segurança

Carburador Motor

Soprador

Filtro de Gás

Madeira

Entrada de Ar

Bocais de Ar

Grelha

Unidade de Gasificação

Unidade de Resfriamento

Unidade de Filtragem e Carburação

Resfriador de Gás

Tanque de Precipitação

Esquema do Gasificador

Gás de Madeira

Gerador de gás de madeira vendido na China Preço FOB: US$ 80,00 (Cerca de R$ 165,00)

Gás de Madeira

Matéria Prima Armazenagem

Reator Grupo Gerador

1 2 3 4 5

Outros 10 3,9 2,4 5,3 1,7

Gás Natural 0 0 6,9 1,9 8

Óleo Combustível 44,6 48,5 6,7 19 5,5

Biomassa 57,5 14,9 19 20,8 18,5

Licor Preto 17,9 33,1 47,3 52,2 66,3

57,5

14,9 19 20,8

18,5 17,9

33,1

47,3 52,2

66,3

0

10

20

30

40

50

60

70

Matriz Energética da Indústria de Papel e Celulose Aumento do uso do Licor Preto

Brasil

Usinas termoelétricas usando licor negro como combustível

Dezembro/2.008

Nome Estágio Município Potencia

(kw)

Aracruz Operação Aracruz - ES 210.400

Aracruz Guaíba (Riocell) Operação Guaíba -RS 57.000

Bahia Pulp (Ex-Bacell) Operação Camaçari - BA 108.600

Bahia Sul Operação Mucuri - BA 92.000

Celucat Operação Lajes -SC 12.500

Celulose Irani Operação Vargem Bonita - SC 4.900

Cenibra Operação Belo Oriente - MG 100.000

Centro Tecnológico Usinaverde Outorga Rio de Janeiro -RJ 440

Jari Celulose Operação Almerim - PR 5.000

Klabin Operação Telêmaco Costa - PR 113.250

Klabin Otacilio Costa (Ex- Igaras) Operação Otacílio Costa - PR 33.745

Lençóis Paulista Operação Lençóis Paulista - SP 25.700

Nobrecel Operação Três Lagoas - MG 3.200

VCP-MS Outorga Pindamonhangaba - SP 175.100

Veracel Operação Eunápolis - BA 126.600

Total em Operação 892.895

Total em outorga 175.540

Grande Total 1.068.435

Fonte: Aneel

Licor Negro

Na indústria papeleira, o Licor negro ou Lixívia negra é um fluido processual produzido à saída do digestor, um elemento que é responsável pela cozedura da madeira para retirar componentes indesejáveis ao processo de fabricação do papel, tais como lenhina, extrativos e cinzas.

Aterro dos Bandeirantes, Perus, SP - Foto Aérea do Local

Biogás de Aterro

A Usina Termelétrica Bandeirantes, inaugurada em janeiro/2.004, foi a primeira usina de geração de energia elétrica a gás metano do Brasil e a maior do mundo, com capacidade para gerar 175 mil magawatts por ano.

Obs.: O primeiro uso industrial do gás de lixo no Brasil foi através de um consórcio entre a FOSECO, localizada no Km 15 da Rodovia Raposo Tavares, SP e a COMGAS para uso do gás em estufas, em 1987. O diretor industrial da Foseco na época era o Prof. Antonio Luiz de Carvalho

Usando restos de alimentos como fonte de energia estamos deixando de enviar estes

materiais para um aterro. Quando um alimento apodrece, ele produz metano, um

poderoso gás de efeito estufa, 25 vezes superior ao CO2. A queima do gás de lixo

substitui a queima de combustíveis fósseis, reduzindo ainda mais a emissão de CO2

para a atmosfera.

De um modo geral, estima-se que para cada tonelada de lixo orgânico que vai para

uma instalação de biogás deixa-se de enviar para a atmosfera uma tonelada de CO2.

Instalação de biogás na Suiça

Gases de Efeito Estufa

Protocolo de Kyoto

Criado em 1997, obriga as nações desenvolvidas do Hemisfério Norte (chamado de

Anexo 1) a reduzir suas emissões em 5,2%, entre 2008 e 2012, em relação aos níveis

de 1990.

A Conferência do Clima, a COP 18, realizada em Doha, Catar, em Dez/2012, definiu a

revalidação do Protocolo de Kyoto até 2020.

Nesse segundo período do Protocolo de Kyoto, os países da União Europeia,

Austrália e alguns outros - 36 nações entre as mais industrializadas do mundo -, se

comprometem a reduzir suas emissões. Juntos, respondem por 15% das emissões

globais. Seguem de fora os maiores contribuintes do aquecimento global: Estados

Unidos, China, Brasil e Índia. Para piorar o novo acordo, Japão, Rússia, Nova Zelândia

e Canadá decidiram não aceitar o compromisso.

No que se refere ao financiamento dos 100 bilhões de dólares anuais para compor

um fundo climático de apoio aos países em desenvolvimento, mais uma vez nada foi

decidido.

Leilões de Venda de Créditos de Carbono pela Prefeitura do Município de São Paulo

(Aterros Bandeirantes e São João)

Obs.: Cada crédito de carbono equivale a uma tonelada de

dióxido de carbono (CO2) que deixa de ser lançada na

atmosfera.

Data do Leilão Quantidade de

Créditos Leiloados Valor Arrecadado

(R$ Milhões) Valor do Crédito

(R$/Credito)

10 Leilão 26/09/2007 808 Mil R$ 34,05 Milhões 42,14

20 Leilão 25/09/2008 713 Mil R$ 37,2 Milhões 52,17

30 Leilão 12/06/2012 530 Mil R$ 4,47 Milhões 8,43

No inicio de 2.008 foram selecionados e contratados em decorrência da chamada pública feita pela Companhia Paranaense de Energia - Copel os seguintes produtores de energia elétrica: • Sanepar (potência de 20 kVA na usina termelétrica associada à estação de tratamento de esgoto Ouro Verde, em Foz do Iguaçu), ao preço de R$ 128,00 o MWh; • Granja Colombari (potência de 32 kVA em São Miguel do Iguaçu), ao preço de R$ 128,50 o MWh; • Star Milk (potência de 32 kVA na Fazenda Iguaçu, em Céu Azul), ao preço de R$ 129,72 o MWh; e a • Cooperativa Lar, com contratos a partir de três plantas industriais: de aves em Matelândia (160 kVA), Unidade Produtora de Leitões, em Itaipulândia (240 kVA), e de vegetais, em Foz do Iguaçu (40 kVA), ao preço de R$ 128,10 o MWh.

Venda de Energia Elétrica Excedente Exemplo de Caso

Utilização dos Resíduos do Digestor

Os resíduos podem ser

utilizados como

fertilizante ecológico.

Utilização dos Resíduos do Digestor

Vasos bio-degradáveis