biogas from waste

7/25/2019 Biogas from waste

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Faculdade de Cincias e Tecnologia da Universidade de Coimbra 1

1-Introduo

A produo de Biogs vem de milhes de anos antes de Cristo. Os povosantigos essencialmente agrcolas como no caso dos Hindus , Chineses e Japoneses,foram os povos que trouxeram esta tecnologia rudimentar at os dias de hoje. Estatecnologia evoluiu com o passar do tempo. Os agricultores faziam a limpeza do

terreno e enterravam o lixo, isto permitiu observar a decomposio da matriaorgnica bem como a formao de um gs combustvel a partir dessa matria.

Na verdade os biodigestores no surgiram do nada, assim como a suafinalidade primria, a criao de um dispositivo que produzisse um adubocomplementado. Consequentemente algum descobriu que o gs poderia ser utilizado,abrindo caminho sua possvel utilizao como fonte energtica.

Tentamos neste estudo dar alguns conhecimentos bsicos do processo,situao actual deste tipo de energia, concluindo com um estudo de viabilidadeeconmica no sector da suinicultura em Portugal.

2 - Biogs

2.1- Biogs Caractersticas e Propriedades

2.1.1-Conceito de Biogs

O Biogs uma mistura gasosa combustvel, produzida atravs da digestoanaerbica, ou seja, pela biodegradao da matria orgnica, pela aco de bactriasna ausncia de oxignio.

2.1.2- Composio e Propriedades do Biogs

O Biogs uma mistura gasosa composta principalmente por:

Nota: Dependendo da origem

COMPOSTOS QUANTIDADESMetano 55 a 66 % do volume de gs produzidoDixido de Carbono 35 a 45 % do volume de gs produzido

Nitrognio 0 a 3 % do volume de gs produzidoOxignio 0 a 1 % do volume de gs produzidoHidrognio 0 a 1 % do volume de gs produzidoSulfureto de Hidrognio 0 a 3 % do volume de gs produzido

Tabela 1

O poder calorifico do Biogs aproximadamente 21600 kJ/m3

O principal componente do Biogs, quando usado como combustvel o metano (CH4)

O metano, no tem cheiro, cor ou sabor, mas outros gases presentes,conferem-lhe um ligeiro odor de alho ou de ovo podre.

Apresenta menor perigo de exploso NO TXICO.


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A densidade do metano pouco mais de metade do peso do ar.

(= 0,72 kg/m3)

Fonte de energia alternativa e renovvel.

2.1.3- Factores de converso e eficincia energtica

Nota:(energia do Biogs produzido/energia da matria orgnica)

Produo de estrume e potencial produo de Biogs

ORIGEM ESTRUME POR DIA BIOGS POR DIAPeso molhado

(kg)MJ m3 MJ

VACAS 40 62 1,2 26PORCOS 2,3 6,2 0,18 3,8

AVES 0,19 0,9 0,011 0,26Tabela 2

Medidas das eficincias de combusto

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

5 7 9 11 13 15 17

Perodo Fermentao (dias)

Eficin

ciaConverso

pigs

cows

poultry

Grfico 12.2- Produo de Biogs

2.2.1- Meios de produo

A digesto anaerbica (processo pelo qual produzido o Biogs), trata-se de um processo natural que ocorre em pntanos, lagos, rios,tratando-se de uma importante parte do ciclo biogeoqumico docarbono. Produzido desta maneira o Biogs no aproveitado comofonte de energia.

A produo de Biogs tambm possvel a partir de diversos resduosorgnicos:


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- Excrementos de animais- Lodos de esgoto- Lixo domstico- Resduos agrcolas- Afluentes industriais

Neste caso a digesto anaerbia realizada em biodigestores

especialmente projectados, estes produzem uma mistura gasosa quepode ser usada como combustvel. O resduo dos biodigestores umexcelente biofertelizante.

2.2.2-Digesto anaerbico

A digesto anaerbia uma reaco qumica realizada basicamente em3 estgios, atravs de diversos tipos de bactrias na total ausncia de oxignio,so eles:

1. Estgio (Fase de Hidrlise)A matria orgnica convertida em molculas menores pela aco

de bactrias: Hidroliticas transformam protenas em peptidios e

aminoacidos; polissacarideos em monossacarideos;gorduras em graxos.

Fementativas transformam produtos anteriores, emcidos solveis e lcoois.

2. Estgio (Fase Acida)Nesta etapa, bactrias acetognicas transformam os produtos doEstgio 1 em:

Acido actico (CH3COOH) Hidrognio (H2)

Hidrxido de Carbono (CO2)3. Estgio (Fase Metanognica)As bactrias metanognicas transformam o hidrognio (H2), oacido actico e o Dixido de carbono em METANO (CH4).Estas bactrias so extremamente sensveis a mudanas do meiotais como PH ou Temperatura.

2.2.3 Condies necessrias produo de Biogs

Dado que a produo de Biogs feito atravs de bactrias, existemcondicionantes de sobrevivncia das mesmas, isso afectara directamente a

produo. As condies de vida para as bactrias so:

1. Impermeabilidade ao ar A decomposio da matria orgnicana presena de ar (oxignio) ir produzir apenas Dixido deCarbono, isto implica que o Biodigestor seja totalmentevedado.

2. Temperatura As bactrias (principalmente as que produzem oMETANO) so muito sensveis variao da temperatura. Afaixa ideal de temperatura para a produo de Biogs de 35 a45, sendo mais importante a no existncia de variaes


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bruscas da temperatura. Em pases tropicais ou subtropicais oBiodigestor dispensa sistema adicional de aquecimento.

3. Alcalinidade e PH A alcalinidade uma medida daquantidade de carbonato na soluo (proveniente do CO2,

produzido durante a digesto anaerbia). Esta importante pois medida que se produzem cidos no meio, o carbonato reage

com estes, o que permite um controlo de acidez do meio. Asbactrias sobrevivem numa faixa de PH entre 6,5 e 8,0.

4. Teor de gua - O teor de gua dentro do Biodigestor deve variarentre 60 % a 90 % do peso do contedo total.

5. Nutrientes- Os principais nutrientes das bactrias so ocarbono, nitrognio e sais orgnicos. Uma relao especifica decarbono para nitrognio deve ser mantida entre 20:1 a 30:1. A

produo de Biogs no bem sucedida se apenas uma fonte dematerial for utilizada.

6. Tempo de reteno- dado ser este o tempo necessrio para quea mateira orgnica produza Biogs, dentro do Biodigestor(entre 10 a 30 dias).

Material RelaoLixo cozinha 6-10:1Excremento suno 20:1Excremento bovino 25:1Bagao 150:1Planta martima 80:1Serrim 200-500:1Rama de batata 25:1

Tabela 3

2.2.4 Biodigestor

Figura 1

Vista em corte de umBiodigestor sem

aquecimento(apresentado em feiras

de cincia parademonstrao)


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Um modelo de Biodigestor geralmente constitudo por duas partes distintas:

Cmara de Fermentao- esta parte comporta a mistura do materialorgnico com gua, formando um meio anaerbico, onde as bactriasmetanognicas actuaro, resultando na produo de Biogs. Esta

dispe de algumas peas:

1- Agitador tem a funo de evitar que o CO2, formado nabiodigesto, forme bolhas.

2- Coroa o estreitamento da cmara na altura mdia, para evitara perda de Biogs.

3- Tela de Reteno de slidos (uso opcional) quando utilizadomaterial fibroso, esta tem a funo de manter este material abaixoda altura da coroa

4- Dreno para descarga permitir a descarga do material orgnico.

Gasmetro tem como funo a captao e armazenamento do gs,permitindo ainda uma presso de sada constante.

Vista em corte do Biodigestor e seus componentesFigura 2

Uma boa performance do Biodigestor dependera de vrios factores:

Condies climticas, no caso de um local com baixas temperaturas,deve-se utilizar uma isolao trmica adequada ou equipamento deaquecimento.

Material que ser utilizado na construo- devem ser levados emconsiderao disponibilidade, preo e resistncia a corroso.


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Quantidade e tipo de matria orgnica que alimentar o Biodigestor

- Dejectos animais- Resduos da industria agrcola(o mais adequado o excremento de gado, uma vez que estecontm bactrias produtoras de Metano)

Alimentao do Biodigestor:

- Por batelada , o Biodigestor alimentado e aps todo omaterial ser digerido, esvaziado e realimentadonovamente.

Figura 3

- Por alimentao continua O Biodigestor alimentadocontinuamente, a quantidade que for adicionada retirada,neste caso a produo de gs continua.

Figura 4

2.2.5 Resduo da Produo de Biogs

Simultaneamente obteno do Biogs, a digesto anaerbica orgnicaproduz, como resduo, uma substncia parecida com lodo, que quando diluda,pode ser utilizada como fertilizante agrcola.

A este fertilizante chama-se BIOFERTILIZANTE apresentando estegrandes quantidades de nitrognio e de fsforo. Este fertilizante vantajoso,tambm, dada a sua facilidade de mobilizao pelos microorganismos no solodevido ao avanado grau de decomposio.


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2.2.6- Uso de Biogs

O Biogs pode ser estritamente inflamvel, oferecendo condies para:1. uso em fogo domstico2. lampies3. combustvel para motores de combusto interna

4. secadores de gro ou secadores diversos5. gerao de energia elctrica

este pode ainda ser utilizado para a industria.

Figura 5

2.2.7 Vantagens e Desvantagens

Vantagens:

- em termos de tratamento de resduos

1- um processo natural para se tratar resduos orgnicos.2- Requer menos espao que aterros sanitrios ou

compostagem.3- Diminui o volume de resduo a ser descartado

- em termos de energia

1- uma fonte de energia renovvel

2- Produz um combustvel de alta qualidade, atravs desteprocesso evita-se a libertao de METANO para aatmosfera que provoca um aumento do efeito estufa, (acombusto do METANO s produz gua e Dixido deCarbono).

- em termos ambientais

1- Reaproveitamento da matria orgnica.


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2- Produz como resduo um biofertelizante, rico em nutrientese livres de microorganismos patognicos.

3- Reduz significativamente a quantidade emitida para aatmosfera de METANO.

4- Por sua vez no tratamento de afluentes, reduz algunsorganismos patognicos prejudiciais a sade publica alm

de reduzir o consumo de oxignio neste tipo de reaces.

- em termos econmicos

1- Apesar do elevado custo inicial, numa perspectiva a longoprazo resulta uma grande economia, pois reduz, gastos comelectricidade, transporte do bujo do gs, esgotos, descartede resduos, etc.

Desvantagens

- Possvel formao, caso a biodigesto no esteja a funcionar

correctamente, de gs sulfidrico (H2S), gs txico. Implicapossivelmente uma etapa de tratamento do gs obtido.

- Escolha adequada do material a utilizar na construo doBiodigestor, pois h formao de gases altamentecorrosivos

- Custo inicial

- Possibilidade de custo de manuteno.

3- Situao actual em PORTUGAL

A questo que se pem em relao ao Biogs a avaliao da sua potencialimportncia no contexto das energias renovveis.

Actualmente, a gerao de Biogs provm exclusivamente da degradao dosresduos da nossa civilizao. H outros dois factores suplementares que ditam aimportncia do aproveitamento do Biogs: a reduo da energia consumida notratamento de resduos e a queima do metano que faz com que no ocorra o seulanamento na atmosfera.

As principais reas potenciais, de produo de Biogs so as do sector agro-pecurio, das LIARS municipais e dos resduos slidos urbanos (RSU).

3.1- Potencial

3.1.1-sector Agro Pecurio

Excluindo as exploraes pecurias com dimenses reduzidas que nojustificam a viabilizao, por si s, o aproveitamento do excremento eminstalaes de tratamento individuais, o potencial energtico dirio deexcrementos das exploraes de bovinos, de galinhas poedeiras e de sunos,


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de cerca de 325000 m3/dia de Biogs o que corresponde a um valor de 61100tep.As suiniculturas representam cerca de 75% deste valor, num potencial de 226GWh/ano de electricidade.

3.1.2- Sector Agro Alimentar

Em Portugal so ainda poucas as empresas com estaes de tratamentode afluentes com digesto anaerbica.

A sazonalidade da actividade de certas empresas (ex: frutas e legumes),pode ser um factor que dificulta a sua aplicao. O potencial energtico diriocalculado para o sector agro-alimentar de cerca 171500 m3/dia de Biogsvalor equivalente a 31000 tep/ano e a um potencial global anual de 120 GWhelctricos.

Nota:dados retirados da DGE

3.1.3- ETARS municipais

Para populaes com dimenso superior a 10 a 15 mil habitantes econmico proceder-se digesto anaerbica das lamas com consequente

produo de Biogs. O potencial muito elevado tanto mais que existetendncia para a construo de LIARS multimunicipais ou que recebemefluentes de vrias povoaes.

O potencial disponvel aproveitado por cogerao atinge cerca de 157GWh/ano de energia elctrica. A energia trmica utilizada em grande parteno aquecimento da digesto das lamas.

3.2- Constrangimentos

A digesto anaerbica um processo que com excepo do tratamento daslamas das LIAR, no tem tido aceitao alargada em Portugal, contribuindo para oefeito o custo elevado de investimento.

No entanto, o processo indiscutivelmente muito vantajoso na degradao dosafluentes e resduos orgnicos existindo tecnologias adaptveis a qualquer tipo desubstracto sendo, a sua divulgao e conhecimento insuficiente.

3.3- Medidas propostas

A legislao um factor chave para fomentar a digesto anaerbica e autilizao energtica do Biogs produzido bem como a valorizao dos subprodutosgerados. A criao de incentivos ao processamento e utilizao dos slidos tratadoscomo fertilizantes de origem orgnica (no sintticos).

O sector agro-pecurio muito sensvel s flutuaes de mercado,prejudicando todo o processo de rentabilizao do aproveitamento energtico doBiogs. A reduo de custos de aquisio de equipamento, bem como o aumento deapoios a utilizao do Biogs e dos subprodutos gerados, constituem a principal

preocupao. O desenvolvimento de solues tecnolgicas e novas formas dedivulgao junto de potenciais utilizadores, tem sofrido uma franca melhoria.


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Na arca da indstria agro-alimentar algo complexo, quer devido tecnologiaempregue quer em termos econmico financeiros. Novas polticas fiscais esto a serempregues na rea de investimento feito por empresas. Estas medidas devem serdebatidas junto de industriais, bem como o expor e sensibilizar estas para as novastecnologias (existncia de mecanismos que tornam a digesto anaerbia umaalternativa mais aliciante). So tambm necessrias aces de sensibilizao dos

autarcas sobre as vantagens da co-digesto e a promulgao de legislao que impeao lanamento para a atmosfera do metano originado em LIARS dotadas de digestoresanaerbios.

A sensibilizao das entidades gestoras de aterros sanitrios para as diferentesformas de aproveitamento do Biogs, assim como a criao de incentivos investigao de tecnologias de digesto anaerbica a aplicar no tratamento da fracoorgnica dos Resduos Slidos Urbanos (RSU).

3.4-Perspectivas futuras

A revelao da eficcia das tecnologias de digesto anaerbica e deaproveitamento de Biogs no tratamento e valorizao de resduos e a conteno do

efeito estufa, com baixos custos de operao, o que evita custos ambientaiscorrespondentes s fontes convencionais. Permitindo a valorizao energtica dosresduos orgnicos e dos nutrientes nela contida, assimilvel pelas plantas, um

processo que se enquadra no crescimento sustentado. de todo importante apoiar esta tecnologia para alm do elevado contributo

na arca do ambiente poder no sector da energia, uma importante fatia, em termos debalano energtico.

4- Aplicao prtica

4.1-IntroduoA possibilidade da implementao de um Biodigestor numa suinicultura e a

sua viabilidade econmica tornam estes casos, de elevado interesse no panoramanacional. Este gnero de indstria tem em Portugal o maior potencial de aplicao nosector agro-pecurio, dado constituir 75% deste. Assim sendo criamos um caso que

pensamos ser aplicvel no contexto.Para isso vamos pressupor que temos nossa disposio uma quinta, que nos

permitir ter:- N. de sunos = 8500 (n atribudo tendo em vista uma

media a grande empresa)Esta quinta no dispem de terreno arvel e est situada numa zona com

elevado ndice de nitratos nos solos. Convm ainda salientar que levamos em linha deconta a necessidade de estabelecer contratos com quintas vizinhas de forma a estas sepoderem ver livres do estrume.


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4.2- Mtodo

Atravs de uma anlise financeira, vamos calcular o valor actual dos custos edos benefcios para cada caso particular do projecto, usando uma taxa de actualizaoconveniente. Esta taxa reflecte a desvalorizao do dinheiro ao longo do tempo e oano em que o PAY-BACK corrigido ocorre.

Para aplicar o mtodo so requeridos:

custos de investimento:- digestor anaerbio com aquecimento- sistema de cogerao- separao de fibras- equipamento de compostagem- algumas alteraes ao sistema de aquecimento

custos operacionais:- electricidade necessria ao digestor- reparao e manuteno

poupanas:- aquecimento das divises da suinicultura e anexos- aquecimento das casas residenciais das zonas perifricas- poupanas nos contratos de remoo de excrementos

benefcios anuais:- venda de fibras- benefcios fiscais (DL-177/99, de Novembro)

4.3- Taxa de actualizao

Vamos adoptar duas taxas, uma ser de 6% e outra de 15% ao ano para o caso

em estudo.A primeira taxa reflecte o risco de investimento nos limites governamentais,contudo este investimento de elevado risco com muitas incertezas no que respeitaaos custos operacionais e a benefcios anuais.

A segunda taxa reflecte o custo de oportunidade, isto , o retorno que uminvestidor poderia esperar de um investimento equivalente de capital com o mesmonvel de risco.

4.4- Anlise de sensibilidade

Para levar a efeito este tipo de anlise, considera-se um cenrio base utilizandovalores realistas e escolhendo opes que maximizam o lucro para a quinta. Para

calcular factores individuais influentes no crescimento ou decrescimento daviabilidade econmica do projecto, o cenrio base foi alterado 3 vezes:

1. Exclumos a hiptese de cogerao e de ganhos naelectricidade.

2. Investimento ou no no separador e possveis vendas de fibrasprovenientes do uso de separador.

3. Custos nas instalaes de gua quente nas divises da quinta eas poupanas includas.


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A variedade de cenrios foi ento comparada para investigar as mudanas

sensitivas nas vrias situaes. As mudanas efectuadas foram as seguintes:

1. O preo dos Biodigestores2. Maior ou menor tempo de vida para o projecto

3. Valores pessimistas para as fibras, sem investimento noseparador at valores optimistas nas vendas das fibras.

4. Sem reduo nos custos relativos remoo dos excrementosat nenhum custo com esta tarefa.

5. Do mais barato at ao mais caro a nvel de custos operacionais.6. Benefcios fiscais para aceitar outros detritos7. Mais ou menos eficincia das bactrias8. Preo de electricidade, mais cara

4.4.1 Custos de investimento

a) Biodigestor com sistema de aquecimento e possvel separador.

O tamanho do digestor calculado segundo o mtodo descrito porMeynell (1982, pag. 82). Este mtodo indica que a taxa de cargaorgnica varia entre 0,8 e 3,2 kg de composto voltil (VS) por m3, pordia.

Geralmente aplica-se 2,8 kg/m3/dia, com este valor o tamanho doBiodigestor pode ser calculado com algum grau de exactido.

melhor sobredimensionar que subdimensionar, para o caso deaumentos na quantidade de lixo, alem disso garante que o lixo,seja digerido correctamente.

- Tipicamente neste tipo de produo temos 5% de teor solido(TS) e mais 5% destes so constitudos por slidos volteis(SV).

- A quinta possui 8500 sunos.- Quantidade de excrementos de um suno = 2,7 kg/dia

Quantidade de excrementos dirios em m3(considerado excrementos1000 kg/m

3)

Vtotal dirio = 95,2285007,21

=

m3/dia

Quantidades de compostos slidos volteis

29,95 x 0,05 x 0,75 x 1000 861 kg.VS/dia Volume do Biodigestor

Considerando-se 2,8 kgVS/dia como carga de um Biodigestor


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V = 333

3085,307//8,2

/861mm

diamkgVS

diakgVS=

Isto teria um tempo de reteno de 23 dias segundo Meynell (1982, pag82). O valor encontrado est dentro do que se pratica actualmente

Perante este volume, o preo consultado no mercado para umBiodigestor com aquecimento e separador foi o seguinte:

1. 160755 2. 229655 3. 459300

O custo mais baixo foi o escolhido para o cenrio base

Preo=160755

Os separadores podem ser comprados parte por:

Preo do separador = 22965

Podemos fazer um novo cenrio para o Biodigestor1. 160755 - 22965 = 137790 2. 229650 - 22965 = 206685 3. 459300 - 22965 = 436335

Hiptese de financiamento por parte do estado na ordem dos 30%sobre o valor total do Biodigestor

Preo para o investidor = 137790 - (137,790 x 0,3) = 96453

Tabela de Hipteses

Cenrio base Cenrios Possveis96453 137790 206685

Custo do Biodigestor 137790

436335 Tabela 4

Cenrio base Cenrio possvelCusto do separador 22965 0 ou 22965

Tabela 5

b) Custo do sistema de cogerao

No mercado escolhemos 3 tipos diferentes

Preos das unidades de cogerao:- 114825 (CHESSHIRE)- 120000 (GORNALL)


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- 38275 (gerador a diesel HESLOP)

O terceiro caso o mais barato dado ser um equipamento semgrandes requisitos de aplicao. Tem a vantagem de no ser corrodo

pelo acido sulfdrico, porque o sistema diesel precisa de 10% destecomponente para Funcionar, servindo de lubrificante.

Preo do sistema de cogerao = 38275

Tabela de Hipteses

Cenrio base Cenrio possvelPreo da unidade degerao 38275 0 ou 38275

Tabela 6

c) Equipamentos de compostagem

Para avaliar o custo da implementao de infra-estruturas parauma unidade de compostagem, analisaram-se algumas unidades de

sucesso em funcionamento da Comunidade Europeia, de forma acomparar as necessidades existentes:

- Tractor de 120 a 140 Cv (a quinta possui uma unidade)- Caixa redutora para tractor (a quinta possui uma unidade),

permitindo uma velocidade de 3 a 4 metros por minuto.- Maquina de Viragem 25260 Precisa-se tambm de uma cobertura, para o processo de

compostagem. No mercado indicam-nos que o preo o seguinte, 100 m3.

Para as quantidades envolvidas, no processo e por comparaocom algumas unidades j existentes, conclui-se que, uma cobertura de200 m3ser suficiente.

Preo da cobertura = 200 x 100 = 20000 .Por ultimo a necessidade de uma mquina de embalagem do

adubo proveniente da compostagem.Preo mquina compostagem = 6134

Custos dos equipamentos para compostagem

25260 + 20000 + 6134 = 51384

Cenrio base Cenrio possvelEquipamentos decompostagem 0 0 ou 51384

Tabela 7

d) Instalao de tubagens de gua quente

A modelao da tubagem de gua quente, por sondagem feita nomercado, ser aproximadamente:

-7600 - para as divises da quinta-22960 - para o laborar da suinicultura

Total de 30560


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Tabela de Hipteses

Cenrio base Cenrio possvelTubagem de guaquente 0 0 ou 30560

Tabela 8

4.4.2- Custos operacionais

Os custos laborais no so contidos nesta avaliao dado supor-seque os empregados da suinicultura podero readaptar-se num novoesquema laboral

Os custos associados com a manuteno do Biodigestor seroretiradas de vrios estudos feitos a anteriormente, por outrasentidades ligadas rea da digesto anaerbica.

- Experincia do Wallford Callege, Shrewbury, para umtanque de 300 m3(ETSU,1997,pg 52) 3060

- The Good Practice Guidelines para D.A.(ESTU,1997,pg27 10700 a 15300

- AD-NETT website sugere-9490

Tabela de Hipteses

Cenrio base Cenrio possvel3060 9490

10700 Custos de operao 10700

15300 Tabela 9

4.4.3- Poupanas anuais

A produo de Biogs calculada por dois mtodos.

Mtodo 1- 40% dos slidos volteis so destrudos e convertidas em Biogs- convencionalmente 1 m3 de Biogs com 60-65% metano

produzido a partir de 1 kg de slido volteis (trata-se de umaaproximao)

Mtodo 2

Practically Green web site diz que 26 m3

de Biogs so produzidos porcada tonelada de excremento de porco, assumindo que tem um total deslidos de 9%. Este mtodo d um resultado de 73% de converso dosslidos volteis em Biogs, o que mais que o mtodo 1

O mtodo 1 assim escolhido como cenrio base, dado dar umaalternativa mais conservativa, mesmo menosprezando algum potencial

possvel para os slidos volteis (VS). O mtodo 1 tambm considerado


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mais razovel dado os 9% do 2 mtodo serem ligeiramente diludos, no nossocaso consideramos 5%.

Uma boa relao dada pela DGE de 1m3de Biogs dar tipicamente:- Unicamente electricidade 1,7 kWh (assumindo coeficiente

de converso de 30%)- Unicamente calor 2,5 kWh de calor (assumindo o factor

de converso de 70%)

Combinao de calor com electricidade

1,7 kWh de electricidade2 kWh de calor

mais econmico para o gerador trabalhar, nas horas de pico,poupando 0,091 /kWh na factura de electricidade em vez dos 0,0375/kWh das horas normais. Consideramos que o gerador funciona 5horas por dia.

Energia produzida na quinta/ano.

Vexcremento= 22,95 x 365 =8377 m3

Massa de slidos = 8377 x 0,05 x 1000 = 418850 kgMassa de slidos volteis =418850 x 0,75 = 314137 kgSlidos volteis transformados = 314137 x 0,40 = 125,655 kg

- Unicamente para aproveitamento de calor (aquecedor)

Dado: 1 kg de VS produziu 1 m3de Biogs

kWh = 125655 x 2,5 = 314137 kW.

- Electricidade e Calor (cogerao)kWh(calo) = 125655 x 2 = 251310 kwhkWh(electricidade) = 125655 x 1,7 = 213613 kWh

Tabela da energia produzida do cenrio base

m3(excrementos) 8377Slidos (kg) 418850

Slidos volteis (kg) 314137

Slidos volteis convertidos (kg) 125655m3de biogs 125655

Unicamente para aquecimentokWh 314137

CogeraokWh (calor) 251310

kWh (electricidade) 213613Tabela 10


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Se o gerador funcionar 5 horas por dia na hora de pico, os 213613 kWha 0,091 /kWh daro uma poupana de:

Utilizando o mtodo 1

Para 40% de converso de soluo voltil, temos:

Poupana de electricidade = 213613 x 0,091 = 19438 Considera-se este valor como sendo o cenrio base.

Utilizando o mtodo 2

A taxa de converso de 73%, sendo esta maior que o mtodo 1.Nonosso caso consideraremos:

Para 60% de converso se soluo voltil, temos:Massa slidos volteis para 60% = 314137 x 0,60 = 188482 kgSabendo que 1kg SV produz 1m3de biogskWh (electricidade) = 188482 x 1,7 = 320419 kWhPoupana de electricidade = 320419 x 0,091 = 29158

Para 70% de converso de soluo voltil, temos:Massa SV para 70% = 314137 x 0,7 = 219896 kgkWh (electricidade) = 219896 x 1,7 = 373823 kWh

poupana de electricidade = 373823 x 0,091 = 34017 Pode ainda a possibilidade de variao do preo da electricidade. O

governo tem uma taxa de incentivo para a energia proveniente de EnergiasRenovveis. O preo da energia para as Energias Renovveis fica ento 0,12 com apoio governamental.

Para o cenrio base com um preo mais elevado ficar:

- Poupana cenrio base = 213613 x 0,12 = 25633 - Poupana com 60% de custos ano320419 x 0,12 = 38450

- Poupana com 70% de custos ano373823 x 0,12 = 44858

Tabela de Hipteses

Cenrio base Cenrios possveis19438 40%29158 60%Electricidade a 0,09134017 70%

25633 40%38450 60%

Poupanas deelectricidade 19438

Electricidade a 0,12 44858 70%

Tabela 11 Poupanas no aquecimento

As divises a levar aquecimento sero 10, iro ser aquecidas com3kWh cada uma, aproximadamente 26 semanas por ano. Clculo daquantidade de energia necessria para aquecer as 10 divises num ano:


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kW( usados em calor) = 10 x 3 x 26 x 7 x 24 = 131040 kWhSupondo que se uso o aquecimento:

17 horas por dia com um custo de 0,091

8347091,013104024

17= (poupana)

7 horas por dia com um custo de 0,0375

14740375,0131040247 = (poupana)

A poupana total no aquecimento ser de 8347 + 1474 = 9821

Cenrio base Cenrios possveisPoupana noaquecimento 0 0 ou 9821

Tabela 12

Poupanas na remoo dos excrementos

A quinta gasta anualmente na remoo dos excrementos atravs decontractos de 38275 .

A digesto anaerbia e a separao das fibras reduzem o volume dosexcrementos. A digesto remove 2 - 4%, e a separao 7 25%. Existindoreduo no volume e assim sendo, poupana, estes factores faro parte docenrio base. Esta reduo ser a multiplicao das duas percentagens.

%52,182

%25%7

2

42100 =

+

+ de reduo no custo

18,52 % x 38275 = 7088

Cenrio base Cenrios possveisPoupana na remoo dosexcrementos 7088 0 ou 38275

Tabela 13

4.4.4-Lucros anuais

Venda de fibras

- Um produtor de fibras britnico com sucesso, vende sacos de 15 kgpor 0,04 m3, directamente ao pblico por 7,5 , o que dar 500 /tonelada.

- Um perito da rea das fibras afirmara que quase no tem valor, noindo alm dos 15 / tonelada [1].


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A separao das fibras de 7 a 25% da massa original dos excrementos.Assim sendo cenrios para 8377 toneladas de produo de excrementosdigeridos por ano sero:

- Para os cenrios mais pessimistas1. Para 7% de separao de fibras

8377 ton x 0,07 = 568,39 ton x 15 = 8795 2. Para 25% de separao de fibras

8317 x 0,25 = 2094,25 ton x 15 =31413 3. No h venda de fibras devido no aquisio de separador.

- Para os cenrios mais optimistas1. Para 7% de separao de fibras

8377 x 0,07 = 586,39 tonN de sacos 586,39 . 103/ 15 = 39066 sacosLucro = 39066 x 7,5 = 293195

2 Para 25% de separao de fibras8377 x 0,25 = 2094,25 ton

N de sacos = 2094,25.103/15 = 139600 sacosLucro = 139600 x 7,5 = 1047000

Adoptamos como cenrio base o valor mais pessimista de todos, que 8795 de lucro:

Cenrio base Cenrios possveis0

8795 7%31413 25%

15 /ton

293195 7%

Lucros com vendada fibra 8795

1047000 25%

500 /ton

Tabela 14

Outros factores:

Os tempos de vida considerado em anlise de 15 anos e 20 anos.Consideramos para cenrio base 15 anos.


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4.4.5 Valores e Cenrios possveis

Cenrio base Cenrios possveisCustos capitais

96453 A

137790 B206685 C

Custos doBiodigestor 137790

436335 DCusto do separador 15000 0 a 15000 Custo da unidade de

gerao 38275 0 a 38275 Custo do

equipamento decompostagem

0 0 a 51384

Custos de Tubagemde gua quente 0 0 a 30560

3060 E9490 F10700 G

CustosOperacionais 10700

15300 HPoupanas anuais

19438 I29158 34017 J25633 K38450

Poupanas deelectricidade 19438

44858 LPoupanas no

aquecimento

O

0 ou 9821 Poupana naremoo deexcrementos

7088 0 ou 38275

Lucros anuais0 M

8795 - 7% N31413 - 25% O293195 - 7% P

Venda de fibra 8795

1047000 - 25% QTabela 15


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5- Apresentao de resultados

5.1- Cenrio base

Como apresentado na Tabela 16, o cenrio para um projecto de investimentoa 15 anos, temos um VLA (6%) positivo. No entanto os 9,2% da TIR conferem algum

risco, no atraindo grandes investidores. Se tivssemos de pedir o dinheiro banca,provavelmente a taxa de juro seria maior que a TIR, sendo o custo do capital maiorque a reentrada de dinheiro dada pelo investimento tornando-o pouco atractivo. Assimsendo o projecto tecnicamente vivel mas pouco acertado, principalmente tendo emconta a quantidade de variveis incertas.

Cenriobase (15

anos)

Cenriobase (20

anos)

Semcogerao

Semseparador

Com canosgua quente

TIR 9,2% 10,4% -10,5% 3,9% 12,3%VLA 6% 48061 91336 -102450 -21967 112880

VLA 15% -47102 -36959 -122480 -83266 -20230 Paybackcorrigido

(6%)11 anos 11 anos >15 anos >15 anos 9 anos

Tabela 16

No projecto a 20 anos o VLA 6% e a TIR aumenta ligeiramente. Se o sistema de cogerao no for comprado as poupanas feitas na

electricidade deixam de existir, sendo a falta destas to significativa que torna oprojecto invivel.

Comprando separador, mas no havendo cenrio optimista na venda dasfibras o projecto invivel, dadas as poupanas na reduo do volume para remoo

no serem suficientes para tornar este projecto vivel.A tubagem para o aquecimento tecnicamente vivel para VLA 6%, sendoas poupanas feitas em electricidade compensatrias.

VLA'S

-150000

-100000

-50000

0

50000

100000

150000

200000

250000

300000

350000

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

i % (taxa de actualizao)

VLA

Com canos paraaquecimentoCenrio base 20 anos

Cenrio base 15 anos

Sem separador

Sem cogerao

Grfico 2


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5.2 Custo do Biodigestor

A tabela 17 mostra que o projecto sensvel s variaes do preo doBiodigestor, sendo bastante mais aliciante no caso A (ajuda governamental de 30%sobre o valor total do Biodigestor B), tendo este cenrio uma TIR de 13,7% com um

payback de 8 anos. O caso B analisado no cenrio base. Se os preos do Biodigestorforem superiores a B o projecto invivel.

Biodigestor A Biodigestor B Biodigestor C Biodigestor DPreo 96453 137790 206685 436335 TIR 13,79% 9,2% 4,8% -1,62%

VLA 6% 89395 48061 -20831 -250480 VLA 15% -5761 -47102 -115990 -345640 Payback

corrigido (6%)8 anos 11 anos >15 anos >15 anos

Tabela 17

VLA's (biodigestor)

-400000

-300000

-200000

-100000

0

100000

200000

300000

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

i% (taxa de actualizao)

VLA

Bodigestor C

Biodigestor A

Biodigestor B

Biodigestor D

Grfico 35.3 Custos Operacionais

Todos os custosoperacionais em anlise, so estimativas dadas por algumasunidades em funcionamento e Universidades com estudos nesta rea. Dependem devrias realidades das instalaes tais como: localizao, grandeza da unidade,qualidade, etc. A anlise pois pouco sensvel aos custos operacionais.

Custo E Custo F Custo G Custo HCustos 3060 9490 10700 15300

TIR 14,58% 9,9% 9,2% 6,24%VLA 6% 122260 59870 48061 3379

VLA 15% -2428 -40027 -47102 -74000 Payback

corrigido (6%)8 anos 11 anos 11 anos 15 anos

Tabela 18


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VLA's (custos operacionais)

-100000

-50000

0

50000

100000

150000

200000

250000

300000

350000

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15


VLA

Custo operacional E

Custo operacional F

Custo operacional G

Custo operacional H

Grfico 4

5.4 Poupanas Elctricas

Consideramos para anlise das poupanas elctricas 4 casos possveis:I Energia produzida com 40% de converso de slidos volteis e paga

a 0,091 /kWh.J Energia produzida com 70% de converso de slidos volteis e

paga a 0,091 /kWh.K Energia produzida com 40% de converso de slidos volteis e

paga a 0,12 /kWh. (com apoio estatal).L Energia produzida com 70% de converso de slidos volteis epaga a 0,12 /kWh.

Poupana I Poupana J Poupana K Poupana LPoupana 19438 34017 25633 44858

TIR 9,2% 23% 13,31% -VLA 6% 48061 190170 108220 294940

VLA 15% -47102 38453 -10877 101540 Payback

corrigido (6%)11 anos 6 anos 8 anos 5 anos

Tabela 19

A anlise da tabela 19 diz-nos que a eficincia de converso das bactrias extremamente importante na viabilidade econmica do projecto, sendo as duashipteses a 70% altamente viveis.


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VLAs (Poupanas de electricidade)

-100000

0

100000

200000

300000

400000

500000

600000

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15


VLA

Poupana L

Poupana J

Poupana K

Poupana I

Grfico 55.5 Fibras

Na venda das fibras os cenrios apresentados so os seguintes.M no vendemos as fibras e como tal usamos o cenrio base sem a compra doseparador, e sem poupanas na remoo dos excrementos. No vivel.N Vendemos as fibras no cenrio mais pessimista a 15 /ton (no fazendocompostagem). A taxa de separao de fibras de 7%. No vivel.O Vendem-se as fibras num cenrio pessimista de 15 /ton (no fazendocompostagem). A taxa de separao de fibras de 25%. um projecto vivel com umpayback de 7 anos a 6%.

P Vendem-se as fibras no cenrio mais optimista 500 /ton (fazendo compostagem evenda em sacos de 15kg a 7,5 cada.). A taxa de separao de 7%, altamentevivel. Payback < 1 ano.Q Vendem-se as fibras no cenrio mais optimista 500 /ton (fazendo compostageme venda em sacos de 15kg a 7,5 cada.). A taxa de separao de 25%. Altamentevivel. Payback < 1 ano.

Fibra M Fibra N Fibra O Fibra P Fibra QLucro 0 8795 31413 293195 1047000 TIR 4,13% 5,8% - - -

VLA 6% -22364 -3324 216350 2758800 10080000 VLA 15% -83530 -98482 33774 1564500 5972100

Paybackcorrigido

(6%)>15 anos >15 anos 7 anos


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VLAs (fibras)

-1000000

0

1000000

2000000

3000000

4000000

5000000

6000000

7000000

8000000

9000000

10000000

11000000

12000000

13000000

14000000

15000000

16000000

17000000

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15


VLA

Fibra Q

Fibra P

Fibra O

Fibra M

Fibra N

Grfico 6

5.6 Cenrio ptimo

Consideramos para cenrio optimizado o Biodigestor A, os custosoperacionais E, a poupana elctrica L e uma fibra com taxa de separao de fibras de18%, (valor interpolado a partir dos valores para 7% e para 25%). Estes cenriosincluem a compra da unidade de cogerao, do separador, do equipamento decompostagem e da tubagem de gua quente.


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Cenrio optimizado (15 anos) Cenrio optimizado (20 anos)TIR - -

VLA 6% 7660900 9089200 VLA15% 4520100 4854900

Payback

corrigido


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A possvel viabilidade econmica encontra-se dependente de vrios factores ecenrios possveis do caso em estudo. A taxa de actualizao do capital, a utilizaoou no da energia produzida (possvel venda rede), quais os equipamentos a utilizar,aproveitamento ou no das fibras de biofertelizante, infra estruturas j existentes, etc.No caso estudado, considerando as taxas de actualizao descritas, conclumos que aviabilidade econmica do projecto depende dos cenrios considerados. Pode-se no

entanto dizer que no cenrio base (seco 5.1) a inviabilidade econmica um facto.Analisando o custo do Biodigestor (seco 5.2) para os vrios cenrios conclui-setambm que existem dois casos de inviabilidade e dois de alto risco (C, D e A, B)

A viabilidade pode ser possvel caso haja necessidades energticas e ou vendada prpria energia a rede, neste caso apesar do risco (seco 5.4) seria possvelviabilizar o projecto. O caso de viabilidade assegurada encontra-se com a possvelvenda de fibras (seco 5.5).

Conclui-se que alm de uma excelente ferramenta de tratamento de resduos,poder ter resultados interessantes caso se suponham poupanas energticasconsiderveis, e caso haja possibilidade de garantia de mercado na rea dosboifertelizantes. Resta acrescentar que mesmo que no haja condies para arealizao de ganhos financeiros, tem-se por certo ganhos a nvel ambiental e caso

este se torne prioridade, os benefcios podem exceder os prprios ganhos financeiros.


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Referncias Bibliogrficas:

Apontamentos de Economia Sorensen, Bent Renewable Energy 2 edico (2000) Direco Geral Energia Energias Renovveis em Portugal

Boyd, Rachel Internalising Environmental Benefits of Anaerobic Digestionof Pig Slury in Norfolk [1]

Pereira, Ana Seminrio de Biogs FEUP (2002) www.cdcc.sc.usp.br/escolas/juliano/biodiges.html www.energiahp.hpg.ig.com.br/biodig.htm www.aondevamos.eng.br/boletins/edicao03.htm www.roseworthy.adelaide.edu.au/~pharris/biogas www.biogasworks.com

biogas from waste

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