¹ Graduando em Engenharia Civil na Universidade de Gurupi; Graduando em Física na Universidade Federal do Tocantins

2 Bacharel em Engenharia Civil; Especialista em Engenharia de Segurança no Trabalho; Mestrando em Agroenergia na

Universidade Federal do Tocantins

ESTIMATIVA TEÓRICA DA GERAÇÃO DE BIOGÁS DO ATERRO SANITÁRIO DE

GURUPI-TO

THEORETICAL ESTIMATION OF THE BIOGAS GENERATION OF THE GURUPI-TO SANITARY

LAND

Michel Alves Ferreira1 Willian Mateus de Sousa Almeida2.

RESUMO

O desenvolvimento sustentável vem ganhando espaço cada vez maior, sua importância e como sua presença na sociedade geram mudanças positivas e fundamentais para as gerações atuais e futuras. A Lei 12305/10 que versa sobre a Política Nacional de Resíduos Sólidos, sustenta que os resíduos sólidos sejam reciclados, reaproveitados ou utilizados como forma de geradores de energia, sendo que a destinação final dos resíduos sejam de modo adequado, aplicando a premissa do princípio do desenvolvimento, pois os resíduos podem apresentar grande produção de biogás, que em sua composição apresenta o metano, um gás com elevado potencial energético. O presente artigo tem como objetivo estimar teoricamente a quantidade de biogás gerado no aterro sanitário de Gurupi localizada na região sul do Estado do Tocantins com base em duas metodologias sendo o Método do Inventário e o Método de Projeto, além disso determinar a melhor tecnologia presente no mercado para fazer a conversão do produto em energia elétrica. A metodologia utilizada foi a pesquisa quantitativa, contemplando a pesquisa de campo para análise técnico do aterro sanitário de Gurupi com o intuito de nortear o trabalho e também a leitura de publicações de notícias e artigos na web, que possuem como tema principal o desenvolvimento sustentável nos aterros sanitários, inclusive estudos da Política Nacional de Resíduos Sólidos, do Plano Municipal de Gestão Integrada de Resíduos Sólidos de Gurupi-TO, da Lei Complementar 019/2014. No aterro de Gurupi, valores obtidos pelos métodos chegam a 6,3 milhões de m3 de biogás gerado por ano e a capacidade de potencial de geração de biogás dos resíduos foi de aproximadamente 228 m3 de biogás por tonelada de resíduo. O potencial energético do aterro nos primeiros anos foi estimado em 163 MW por mês, sendo que uma década depois, a capacidade chegaria a 434 MW/mês podendo abastecer aproximadamente 2.700 residências.

Palavras-chave: Potencial Energético. Resíduos Sólidos. Metano.

ABSTRACT

Sustainable development is gaining increasing space, its importance and how its presence in society generate positive and fundamental changes for the present and future generations. Law 12305/10, which deals with the National Solid Waste Policy, maintains that solid waste is recycled, reused or used as a form of energy generators, and that the final destination of the waste is adequate, applying the premise of the principle of the development, since the residues can present great production of biogas, that in its composition presents the methane, a gas with high energetic potential. The present article aims to theoretically estimate the amount of biogas generated in the Gurupi landfill located in the southern region of the State of Tocantins based on two methodologies being the Inventory Method and the Design Method, in addition to determining the best technology present in the to convert the product into electricity. The methodology used was the quantitative research, including the field research for the technical analysis of the Gurupi landfill with the purpose of guiding this work, as well as the reading of news publications and articles on the web, whose main theme is sustainable development in landfills, including studies of the National Solid Waste Policy, the Gurupi-TO Municipal Solid Waste Integrated Management Plan, and Complementary Law 019 / 2014. In the Gurupi landfill, values obtained by methods reach 6.3 million m3 of biogas generated per year and the potential biogas generation capacity of the waste was approximately 228 m3 of biogas per ton of waste. The energy potential of the landfill in the first years was estimated at 163 MW per month, and a decade later, the capacity would reach 434 MW / month and can supply approximately 2,700 residences.

Keywords: Energy Potential. Solid Waste. Methane.

2

1. INTRODUÇÃO

Localizada na região sul do Estado do Tocantins, a cidade de Gurupi evoluiu

de maneira considerável seu grau de urbanização, ocorrendo conjuntamente a

elevação do número populacional, e ao mesmo tempo aumentando o seu consumo

per capita, resultando na elevação da geração de resíduos.

Em todo o mundo as energias renováveis estão hoje estabelecidas como fontes

importantes de energia. Particularmente no setor elétrico, o seu crescimento é rápido,

e impulsionado por vários fatores, dentre esses fatores é a evolução das tecnologias

renováveis, maior possibilidade ao financiamento, responsabilidades ambientais e de

proteção energética, procura gradativa de energia nas economias em crescimento e

emergentes e a indispensabilidade de aquisição à energia moderna. Como resultado,

novos mercados para energia renovável centralizada e distribuída estão surgindo em

todas as regiões.

Resíduos sólidos urbanos (RSU) contém uma fração significativa (30 a 50%)

de orgânicos. Pode ser útil recurso se esta fração orgânica puder ser usada para

geração de energia. Além disso, esgotamento rápido de convencional fontes de

energia exigiu a busca por fontes alternativas de energia (ABRELPE, 2017).

Os aterros de resíduos sólidos municipais atuais geram biogás devido a

quantidade de resíduos, a produção de biogás representa uma maneira muito

promissora de resolver o problema do tratamento de resíduos. Além disso, o sólido

resíduos de fermentação podem ser reutilizados como fertilizantes (TOLMASQUIM,

2014). O gás de aterro é uma mistura de gás saturada de água contendo cerca de

40-60% de metano, sendo o restante principalmente dióxido de carbono (CO2). Gás

de aterro também contém quantidades variadas de nitrogênio, oxigênio, vapor de

água, enxofre e centenas de outros contaminantes (PERSSON, 2006).

O teor de metano nos aterros sanitários é geralmente de 45% a 55%, dióxido

de carbono de 30% a 40% . Devido ao fato de o gás de aterro (biogás) ser perigoso,

é necessário estudar sobre ele para ter um plano para usar biogás em aterros sem

quaisquer problemas ambientais. Isso faz com que forneça uma situação qualificada

para ambos produção e a melhor maneira de usar o biogás.

Devido à crise energética pela escassez de chuva e o aumento da demanda de

energia elétrica para os próximos anos, há a preocupação por novas fontes de energia

que sejam possíveis e sustentáveis para população.Com isso, há a necessidade de

3

se discutir uma alternativa de matriz energética menos poluente, a qual possibilite

tanto a preservação dos recursos naturais quanto o crescimento econômico.

O trabalho realizado teve por objetivo, estimar teoricamente a quantidade de

biogás gerado no aterro sanitário de Gurupi-TO e determinar a melhor tecnologia

presente no mercado para fazer a conversão do produto em energia elétrica.

O local escolhido para o desenvolvimento deste trabalho fica na cidade de

Gurupi, sendo a cidade localizada no sul do estado do Tocantins, às margens da BR-

153 (Rodovia Belém-Brasília), a 214 km de Palmas, capital do Estado (DADOS, 2015).

Para subsidiar as discussões e análises da temática – Estimativa do biogás - a

referência deste trabalho foi a Política Nacional de Resíduos Sólidos, do Plano

Municipal de Gestão Integrada de Resíduos Sólidos de Gurupi-TO, da Lei

Complementar 019/2014, sendo este um instrumento estratégico da política municipal

de desenvolvimento que orienta e norteia as ações públicas da Prefeitura municipal,

outro utilizado como referência foi o modelo Intergovernmental Panel on Climate

Change (1996) para determinar a quantidade de metano gerado em m³.

2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

2.1 RESÍDUOS SÓLIDOS URBANOS

A composição dos resíduos sólidos urbanos varia muito de município para

município, e muda significativamente com o tempo. Nos municípios que têm um

sistema de reciclagem de resíduos bem desenvolvido, o fluxo de resíduos consiste

principalmente em resíduos intratáveis, como filme plástico e materiais de embalagem

não recicláveis. Em áreas desenvolvidas sem atividade de reciclagem significativa,

inclui predominantemente jardim, plástico e materiais de embalagem de produtos e

outros resíduos sólidos diversos de fontes residenciais, comerciais, institucionais e

industriais (ALVES, 2000).

Conforme o Ministério do meio ambiente (2015) levando em consideração a

sua origem consegue relacionar os resíduos sólidos. Assim, os diferentes tipos de

resíduos são:

a) Lixo residencial ou doméstico

4

O lixo domiciliar, doméstico ou residencial é todo tipo de resíduo gerado pelos

habitantes das residências, que podem ser materiais orgânicos (restos de alimentos,

madeira, dejetos humanos) ou inorgânicos (as embalagens, os vidros, os papéis).

b) Lixo comercial

O lixo comercial são os resíduos provenientes do comércio e serviços, ou seja,

pelo terceiro setor. São produzidos em diversos estabelecimentos os quais são

geradores de grandes quantidades de lixo como os bancos, restaurantes, bares,

supermercados, lojas, hotéis, escritórios, dentre outros.

c) Lixo industrial

O lixo ou resíduo industrial é aquele proveniente das indústrias, ou seja, do

setor secundário. Dentre todos os tipos de lixo, os resíduos industriais tem sido um

dos maiores problemas quando se trata de preservação do meio ambiente.

d) Lixo radioativo

O lixo nuclear, lixo radioativo ou lixo atômico é aquele produzido sobretudo

pelas usinas nucleares. Elas produzem energia elétrica através de materiais

radioativos, donde o principal elemento é o urânio.

2.2 ESTRUTURA DE UM ATERRO SANITÁRIO

A ideia básica da construção de aterros sanitários é isolar o lixo do ambiente

com um revestimento de material sintético (plástico) para mantê-lo seco das águas

subterrâneas e tanto quanto possível, não entrar em contato com o ar. Sob tais

condições, o lixo não será decomposto em grandes quantidades. Para esse fim, a

localização do aterro é importante, exige que a rocha de formação seja tão

impermeável quanto possível, mantendo-se longe de rios, córregos ou zonas úmidas

para garantir que qualquer possível vazamento do aterro não entre na água

subterrânea ou na bacia hidrográfica (ENSINAS, 2010).

O aterro dos rejeitos é viável após a perfuração do solo até o lençol freático

para verificar se não é arenoso demais e calcular o limite da escavação, sendo que

esse não pode ficar a menos de 2 metros do lençol freático, só então após essa

verificação é feita a abertura da vala. Máquinas compactam o fundo da terra que sobre

esse solo é colocada uma manta de polietileno de alta densidade e sobre ela uma

5

camada de pedra britada que passarão os líquidos e gases liberados pelo resíduo. A

cada 5 metros de rejeitos é feita uma camada de impermeabilização.

Para drenar o líquido que sai dos rejeitos e se mistura a água das chuvas é

feito calhas de concreto que são instaladas a cada 20 metros que levam essa mistura

até a lagoa de acumulação. Esse mesmo líquido é tratado no aterro e lançado no

esgoto, em alguns casos eles são levados por caminhões para grandes piscinas, onde

lá são tratados e despejados na rede de esgoto.

Para evitar que algum desavisado jogue resíduos clandestinos no aterro a área

deve ser totalmente cercada. Os rejeitos também produzem gases, especialmente o

metano, que são captados por uma rede de tubos verticais cheios de furos. Por esses

canos, os gases chegam até a superfície do aterro. Alguns gases são recolhidos em

depósitos e outros são liberados na atmosfera (PNRS, 2017).

2.3 FORMAÇÃO DO BIOGÁS

Segundo o Ministério do Meio Ambiente (2015), o gás de aterro é uma mistura

complexa de diferentes gases criados pela ação de microrganismo dentro de um

aterro. Esse gás é composto de aproximadamente quarenta a sessenta por cento de

metano, ficando a outra parte sendo principalmente dióxido de carbono. As

quantidades vestigiais de outros compostos orgânicos voláteis compreendem o

restante (<1%). Esses traços de gases incluem uma grande variedade de espécies,

principalmente hidrocarbonetos simples.

Os gases de aterro são o resultado de três processos:

- Evaporação de compostos orgânicos voláteis (por exemplo, solventes).

- Reações químicas entre componentes de resíduos.

- Ação microbiana, especialmente metanogênese.

Os dois primeiros processos dependem fortemente da natureza do lixo. O

processo dominante na maioria dos aterros sanitários é o terceiro processo pelo

qual as bactérias anaeróbicas decompõem os resíduos orgânicos para produzir

biogás, que consiste em metano e dióxido de carbono, juntamente com vestígios de

outros compostos. Apesar da heterogeneidade dos resíduos, a evolução dos gases

6

segue um padrão cinético bem definido. A formação de metano e CO2 começa cerca

de seis meses após o depósito do material do aterro. A evolução do gás atinge um

máximo em cerca de 20 anos, depois diminui ao longo de décadas (MENDES, 2010).

2.4 PROPRIEDADES FÍSICO-QUÍMICO DO BIOGÁS

O biogás é um gás incolor, odorífero e tóxico, seu principal componente o metano,

é um gás incolor, inodoro e atóxico à temperatura ambiente. A fórmula do metano é

CH4, um hidrocarboneto simples com um átomo de carbono combinado com quatro

átomos de hidrogênio. A relação de peso do metano para o ar é de 0,54, o que é cerca

de metade mais leve que o ar. A solubilidade do metano é muito pequena: a 20 °C e

0,1 kPa, 100 unidades de água só podem dissolver 3 volumes unitários de metano

(CENBIO, 2006).

O metano é um composto orgânico simples que é um combustível gasoso de boa

qualidade. Queima com uma chama azul e a temperatura máxima é de

aproximadamente de 1400 °C. O valor calorífico do metano puro por metro cúbico é

de 36,8 kJ. O valor calorífico por metro cúbico de biogás é de cerca de 23,4 kilo joules,

o que equivale a 0,55 kg de diesel ou 0,8 kg de carvão. A partir da análise da eficiência

térmica, a quantidade de calor que pode ser utilizada por metro cúbico de biogás é

equivalente à quantidade de calor que pode ser usada para queimar 3,03 kg de carvão

(COSTA, 2012).

3 METODOLOGIA

A metodologia utilizada foi a pesquisa quantitativa, contemplando a pesquisa

de campo para análise técnico do aterro sanitário de Gurupi com o intuito de nortear

este trabalho, e também a leitura de publicações de notícias e artigos na web, que

possuem como tema principal o desenvolvimento sustentável nos aterros sanitários,

inclusive estudos da Política Nacional de Resíduos Sólidos, do Plano Municipal de

Gestão Integrada de Resíduos Sólidos de Gurupi-TO, da Lei Complementar 019/2014.

O estudo foi desenvolvido considerando o aterro sanitário construído no

município de Gurupi-TO sendo o município conforme dados do IBGE (2018) terceiro

do Estado de Tocantins em população e economia, localizado na região sul do estado

e possui uma população de 85.737 habitantes. O Aterro Sanitário de Gurupi (Figura

7

3) está implantado no Lote nº 12-F do Loteamento Fazenda Santo Antônio, Gleba 8,

4ª Etapa, Gurupi-TO, e em área anexa ao antigo Aterro Controlado de Gurupi. Não se

encontra em área de proteção ambiental e nem com restrição urbana. A precipitação

anual média em Gurupi é de 1804 mm/ano (ANA, 2013), sendo que, a região

apresenta duas estações bem definidas, uma chuvosa nos meses novembro a maio,

e outra seca, de junho a outubro.

De acordo com a Prefeitura Municipal de Gurupi (2019), o aterro sanitário

recebe anualmente em média 32.760 toneladas de resíduos, sendo aproximadamente

60% de origem domiciliar. A drenagem do chorume (Figura 1) é feita através de tubos

PVC de 100 mm , indo direto para o Tanque (Figura 2).

Figura 1. Tubo PVC para a drenagem do chorume

FONTE. ACERVO PRÓPRIO

Figura 2. Tanque com o chorume FONTE. ACERVO PRÓPRIO

8

O Aterro Sanitário de Gurupi que está delimitado por uma linha vermelha na

(Figura 3) encontra-se distante de aglomerado populacional, entretanto, seu acesso é

fácil, em toda época do ano.

Figura 3. Visão panorâmica do aterro sanitário de Gurupi através do Google Earth

FONTE: AUTORIA PRÓPRIA.

O aterro foi implantado em conformidade com as condicionantes estabelecidas

na LO n° 262/2006 e com todas as exigências e recomendações estabelecida pelo

NATURATINS. Para realizar as estimativas de biogás presente no aterro foi utilizado

métodos já consagrados na literatura, sendo eles o Método do Inventário e o Método

de Projeto.

3.1 MÉTODO DO INVENTÁRIO DESENVOLVIDA PELO IPCC (1996)

Esse método foi exibido pelo IPCC (1996), onde estima a emissão de metano

dos aterros sanitários (Equação 1).

Sendo:

CH4 = (Pop.Urb x Taxa RSU x RSDf x L0 − R) x (1 − OX)

2 (EQ. 1)

Onde:

CH4 - quantidade de gás metano emitido em toneladas de CH4/ano;

Pop.Urb - número de habitantes residentes na área urbana;

Taxa RSU - resíduos sólidos urbanos em toneladas de RSU/habitante /ano;

RSDf - fração dos resíduos coletados e depositados no aterro sanitário;

9

L0 - potencial de geração de metano dos resíduos em toneladas de CH4/toneladas

de resíduo;

R - metano que é captado e aproveitado em toneladas de CH4/ano;

OX - fator de oxidação do metano na superfície do aterro sanitário;

Atualmente, a maioria dos países industrializados com Resíduos Sólidos bem

gerenciados usa 0,1 para OX, o que é um pressuposto baseado na informação

disponível. Nos países em desenvolvimento com práticas de gestão menos

elaboradas, o valor médio é provavelmente mais próximo de zero. O uso do valor de

oxidação de 0,1 é justificado para aterros, em outros casos o uso de um valor de

oxidação diferente de zero deve ser claramente documentado e referenciado.

O valor de (R) para recuperação de metano é zero. Este padrão só deve ser

alterado quando as referências documentarem a quantidade de recuperação de

metano está disponível. Volumes de gás recuperados devem ser reportados como

CH4 não como aterro gás, pois o gás de aterro contém apenas uma fração de CH4.

O potencial de geração do metano (LO), assume valores típicos entre 125 m³

de tonelada de CH4 / tonelada de resíduo a 310 m³ de tonelada de CH4 / tonelada de

resíduo e pode ser calculado através da fórmula 1 abaixo.

L0 = FCM x COD x CODf x F x W (Fórmula 1)

Sendo:

L0: Potencial de geração de metano do lixo [kg de CH4 / kg de resíduo]

FCM: Fator de correção do metano [%];

COD: Carbono orgânico degradável [kg de C / kg de resíduo];

CODf: Fração de COD dissociada [%];

F: Fração em volume de metano no biogás [%];;

W: Fator de conversão de carbono em metano [kg de CH4 / kg de C]; sendo utilizado

a constante de 4

3.

Para determinar o fator de correção de metano (FCM) da fórmula 1, deve-se

considerar a maneira que os resíduos são depositados no aterro sanitário, pois

dependendo da forma da deposição pode influenciar na geração de metano no aterro.

Com essa condição apresentada, para o FCM ter o valor de 1 necessita ser um local

adequado, com nivelamento do terreno e deposição controlada de lixo, compactação

mecânica e material de cobertura, agora se tiver em condições de deposição

inadequado com profundidades de lixo menores que 5 m o FCM será de 0,4 e se tiver

com as mesmas condições anteriores citadas mas com deposição de lixo com

profundidade maior que 5 m o FCM será de 0,8.

10

A fração de metano (F) da (formula 1), está presente no biogás, e o seu

percentual de metano em sua composição pode variar, ficando entre 35 a 65 %

(PERSSON, 2006). Para determinar o (COD) da (fórmula 1), foi levando em conta a

quantidade de carbono presente em cada componente do lixo e a composição

gravimétrica dos resíduos sólidos urbanos de Gurupi- TO. Na tabela 1 descreve a

porcentagem de COD de cada componente que pode estar no aterro sanitário.

Tabela 1. Teor de carbono orgânico degradável em cada componente dos resíduos.

* exclusão da fração da madeira pois a sua decomposição é muito lenta.

Fonte: Britto (2006).

O COD é calculado da seguinte forma:

COD = 0,40∗𝐴 + 0,17∗𝐵 + 0,15∗𝐶 + 0,4∗𝐷 ( Fórmula 2)

Na zona anaeróbia a temperatura de um local de disposição de resíduos

sólidos (LDRS) é constante por volta dos 35ºC, assim, CODf assume o valor de igual

a 0,77, sendo:

𝐷𝑂𝐶𝑓=0,014∗𝑇+0,28 (Fórmula 3)

Para estimar o crescimento populacional do município de Gurupi foi adotado o

método de Projeção Geométrica, considerando o ano de 2014 com 83.707 habitantes

e 2019 com 85.737 habitantes e depois foram calculados os anos de 2024, 2029, 2034

e 2039. Sendo a fórmula:

P= P2 x 𝑒𝐾𝐺 (𝑡−𝑡2) KG= lnP2−lnP1

t2−𝑡1 (Fórmula 4)

P= População estimada

P1= População de 2014

P2= População de 2019

t= ano estimado

t2= ano de 2019

11

3.2 MÉTODO DE PROJETO

O método de projeto varia-se em duas equações, onde a equação 2 é para

aterros em funcionamento normal, que ainda está sendo utilizado para despejo de

resíduos e a equação 3 para aterros fechados que já não podem mais receber

resíduos, porém ainda produzem biogás devido a matéria orgânica disposta nos anos

anteriores.

Para aterros com vida útil:

Q = F x R x L0 x (1 – 𝑒−𝐾𝑡 ) (EQ.2)

Para aterros fechados:

Q = F x R x L0 x (𝑒−𝐾𝐶 - 𝑒−𝐾𝑡) (EQ.3)

Sendo que:

Q - metano gerado em m3/ano;

F - fração de metano no biogás %;

R- quantidade média de resíduos assentados durante a vida útil do aterro kg

RSU/ano;

L0 - potencial de geração de biogás em m3 de biogás/kg resíduo;

k - constante de decaimento (ano-1);

C - tempo decorrido desde que o aterro foi fechado em anos;

t - tempo decorrido desde que o aterro foi aberto em anos.

A constante de decaimento (k), variam principalmente em função da

precipitação pluviométrica da região e umidade, para tanto, pode chegar a ter valores

como 0,01 ano-1 a 0,09 ano-1 em função das precipitações anuais. Precipitações

maiores que 1.000 mm e resíduos considerados de alta decomposição o valor de (k)

pode ser considerado 0,09 ano-1.

12

3.3 DETERMINAÇÃO DA MELHOR TECNOLOGIA DISPONÍVEL NO MERCADO

PARA A CONVERÇÃO

Segundo a fabricante (BRASMETANO, 2007), os conjuntos motogeradores

LANDSET (Figura 4) são capazes de gerar energia a partir do biogás de aterros

sanitários. São compostos por motores ciclo Otto adaptados para funcionar a biogás,

com potência nominal de 200 kW, de fabricação brasileira, e fornecidos prontos para

instalação em container de 6 metros.

Os sistemas de ignição e alimentação são gerenciados eletronicamente e

existe uma unidade independente de resfriamento e controle de temperatura. A

aspiração do biogás dispensa central para sua sucção e bombeamento, já que é feita

pelo conjunto motor-compressor. Possui vida útil de 40 a 80 mil horas e possuindo

uma eficiência elétrica de 28%. O calor rejeitado pelos motores poderá ser utilizado

pelo aterro para evaporação do chorume (FIGUEIREDO,2011).

Figura 4. MOTOGERADOR LANDSET

Fonte: BRASMETANO, 2009

Para estimar a vazão de biogás necessária para a alimentação do motor para

gerar uma potência de 200 kW foi utilizada a fórmula 5.

Pot = (Q x PCI x n)

v (Fórmula 5)

Sendo :

Pot - potência gerada;

Q - vazão de biogás em m3/h;

13

PCI - poder calorífero do biogás;

n - eficiência elétrica do motor;

V - conversão kcal para KW, sendo este um fator constante de 860;

4. RESULTADOS E DISCUSSÃO

4.1 EQUAÇÃO DE INVENTÁRIO DESENVOLVIDA PELO IPCC (1996)

Para o estudo deste trabalho, as porcentagens da composição para o cálculo

do carbono degradável (COD) estão estimadas, frente a dificuldade de conseguir

dados oficiais detalhados da operação do aterro estudado, porém alguns fatores são

relevantes e garantem grande proximidade com os reais fatores de operação. Como

o aterro recebe na sua grande maioria resíduos domésticos, os coeficientes B e C

foram unidos. Como base para a estimativa, utilizou-se FIGUEIREDO, 2011, onde o

estudo de caso é realizado em um aterro sanitário muito semelhante ao estudado,

sendo assim, abaixo tem-se o cálculo de DOC.

COD = 0,40∗𝐴+0,16(𝐵+𝐶) +0,4∗𝐷 (Fórmula 2)

Na equação modificada, os fatores dos coeficientes B e C foram unidos

realizando a média entre eles. Sendo assim, tem-se:

COD=0,40∗0,10+0,16∗0,65+0,4∗0,05

COD = 0,164 tonelada de Carbono / tonelada de Resíduo

Considerando a seguinte composição:

A – Papel e Papelão: 10%;

C + B - Alimentos e outros resíduos orgânicos + Resíduos de jardins: 65%

D – Tecidos: 5%

Para o cálculo do CODf, utiliza-se a Fórmula 2 onde T é a temperatura na

zona anaeróbica em [°C]. Valores típicos de CODf variam de 0,42 para temperaturas

de 10°C a 0,98 para temperaturas de 50°C. Segundo BIRGEMER E CRUTZEN, 1987

a temperatura na zona anaeróbica de um local de disposição de resíduos sólidos se

mantém constante a um valor aproximado de 35°C, independente da temperatura

ambiente.

Sendo:

COD𝑓 = 0,014∗𝑇+0,28 (Fórmula 3)

Logo, CODf = 0,77 utilizando T=35°C.

14

Para definir o (L0) foram feitas importantes considerações. O gás de aterro

consiste principalmente de CH4 e dióxido de carbono (CO2). A Fração em volume de

metano no biogás foi considerado 0.5, mas pode variar entre 0,4 e 0,6, dependendo

de vários fatores, incluindo a composição do lixo (por exemplo, carboidrato e celulose).

A concentração de CH4 no gás de aterro recuperado pode ser menor do que o valor

real devido a diluição potencial pelo ar, pelo que os valores de F estimados desta

forma não serão necessariamente representativos.

O fator de correção do metano (FCM) explica o fato de que os aterros

sanitários não gerenciados produzem menos CH4 de uma determinada quantidade

de resíduos, porque uma fração maior de resíduos se decompõe aerobicamente no

camadas superiores nos aterros bem gerenciados. O FCM varia de 0,4 a 1 e para o

presente trabalho, foi definido sendo igual a 1, pois para aterros bem manejados é

considerado este valor. O potencial de produção do metano é dado por:

L0 = FCM x COD x CODf x F x W (Fórmula 1)

𝐿0= 1 ∗ 0,164 ∗ 0,77 ∗ 0,5 ∗ 4

3

𝐿0= 0,08419 tonelada𝐶𝐻4 / tonelada 𝑟𝑒𝑠í𝑑𝑢𝑜

Considerando a densidade do metano sendo 0,74 kg/m³ em condições de (0°C e

1,013 bar), tem-se :

L0= 0,08419

0,0007168/2 = 0,2275 m3

de biogás/kg de resíduo

Com uma parte do cálculo já definido, foi feita uma estimativa da população de

Gurupi para os anos de 2019, 2024, 2029, 2034 e 2039 (Tabela 1) utilizando o método

de Projeção Geométrica sendo 2039 o ano de fechamento, ou seja, totalizando um

tempo de vida útil de 20 anos.

Devido à dificuldade de definir a taxa de geração de resíduos por habitante foi

considerado uma taxa de 1 kg/hab/dia ou 0,365 t/hab/ano. Segundo a Prefeitura

Municipal de Gurupi (2019) responsável pela coleta dos resíduos, a taxa da população

urbana atendida é de 100%.

De acordo com o IPCC (1996), o fator de oxidação do metano (OX) ainda vem

sendo estudado e como ainda não foi apresentado novos dados utiliza-se o valor de

OX sendo 0,1 já que Miller et al. (2009) utilizou este valor em aterros bem manejados

em seu trabalhos. O valor de R representa a quantidade de metano que é captada no

aterro, logo é considerado como sendo zero.

15

Sendo assim, com a Eq. 1 para o ano de 2019, a quantidade de metano gerada

no aterro sanitário seria de:

CH4 = (Pop.Urb x Taxa RSU x RSDf x L0 – R)x (1 – OX)

2 (EQ.1)

CH4 = [(85.737 x 0,365) x 1 x 0,2275 – 0] x (1 – 0,1)

2

CH4 = 3.203.723,8 m3/ano

Refazendo o cálculo anterior, substituindo a população urbana de 2019 pelas

populações estimadas pelo método pode-se obter a tabela 1.

Tabela 1. Valores de emissão de metano

ANO POULAÇÃO ESTIMADA

QUANTIDADE DE METANO GERADO (m³)

2019 85.737 3.281.446,90

2024 87.817 3.281.446,90

2029 89.946 3.361.000,90

2034 92.127 3.442.498,09

2039 94.361 3.525.975,69

Fonte: ACERVO PRÓPRIO

4.2 MÉTODO DE PROJETO

Para estimar o metano gerado pelo Método de Projeto foram utilizados alguns

valores já encontrados no Método do Inventário, sendo: O valor do potencial de

geração de Biogás (L0); o valor da fração de metano presente no Biogás (F). Isso se

faz necessário para a comparação entre os valores estimados pelas duas

metodologias.

Devido a precipitação média do município de Gurupi- TO ser de 1.804 mm/ano,

a Constante de decaimento (k) = 0,09 (foi definido com base nos valores sugeridos

pelo World Bank (2003). Para os cálculos, foram considerados os anos de 2019 até o

ano de 2049 sendo respectivamente o ano que inicia o projeto e o ano final onde em

2049 as emissões já aconteceria com menor quantidade.

A equação 2 é o período onde o aterro está recebendo resíduos e na equação

3 considera quando o aterro está fechado. Para a fim de mostrar o comportamento do

16

aterro e de suas emissões com o passar dos anos, foi produzido um Gráfico (figura 5)

para melhor exemplificar os resultados, onde, é possível observar o pico de produção

do aterro sanitário que ocorre no último ano de deposição (2039), e a sua geração de

metano nesse ano chega a 2.875.365,6 m3.

Durante a vida útil do aterro:

Q = F x R x L0 x (1 – 𝑒−𝐾𝑡 ) (EQ.2)

Q2039 = 0,5 x 32.760 x 0,2275 x (1 – 𝑒−0,09∗20 )

Q2039 = 3.110.471,96 metano gerado em m3 /ano

Após o fechamento do aterro:

Q2040 = F x R x L0 x (𝑒−𝐾𝐶 - 𝑒−𝐾𝑡) (EQ.3)

Q2040 = 0,5 x 32.760 x 0,2275 x (𝑒−0,09∗1 - 𝑒−0,09∗20)

Q= 2.789.740,82 96 metano gerado em m3 /ano

Figura 5. Gráfico com as estimativas de emissão de metano para os anos de 2019 a 2049 no aterro sanitário de Gurupi-TO

A fração de metano presente no biogás é de 50%, ou seja, a quantidade de

biogás será o dobro do valor de Q2039, (ICLEI, 2009, p. 64). Sendo assim, com um

percentual teórico de metano de 3.110.471,96 m³CH4/ano, a estimativa teórica da

0

1.000.000

2.000.000

3.000.000

4.000.000

5.000.000

6.000.000

7.000.000

2019 2021 2023 2025 2027 2029 2031 2033 2035 2037 2039 2041 2043 2045 2047 2049

Vazão de Metano por Hora [m³/h]

17

geração de biogás será de 6.220.943,92 m³CH4/ ano, sendo este valor incrementado a

cada ano através da taxa de crescimento populacional do município.

4.3 EQUIVALÊNCIA ENERGÉTICA DO BIOGÁS

Através dos resultados das equações 2 e 3 apresentadas anteriormente,

substituindo os valores na fórmula 5 e sabendo que segundo o fabricante, o motor

LANDSET possui uma eficiência elétrica de 28%. Com essa informação anterior, é

possível estimar a vazão de biogás necessária para a alimentação do motor para gerar

uma potência de 200 kW.

Pot = (Q x PCI x n)

v (Fórmula 5)

Sendo que:

Pot - potência gerada em kW;

Q - vazão de biogás em m3/h;

PCI - poder calorífero do biogás = 4.613 kcal/m3 (PRICE e CHEREMISINOFF,

1981);

n - eficiência elétrica do motor = 0,28;

V - conversão kcal para kW, sendo este um fator constante de 860.

É notório que através da vazão do biogás é possível determinar a potência e a

energia que será produzida pelo aterro sanitário de Gurupi-TO. “Não a possibilidade

de coletar 100% do biogás, nessas condições valores comuns da chamada eficiência

de coleta do biogás chegam a 75%”, Figueiredo (2011). Portanto, com estas

considerações obtemos a tabela 2 com as vazões de biogás (m3/h), considerando uma

eficiência de coleta de 75%, encontradas pelo Método de Projeto.

A partir do terceiro ano de funcionamento do aterro (2022), já haverá vazão

suficiente de (150,99 m3/h) para a alimentação de um motor LANDSET, com uma

potência de 227 KW, sendo possível gerar mais de 144 MW de energia por mês, sendo

assim 227 kW x 24h x 30 dias = 163 MW.

Pot = (150,99x 4.613 x 0,28)

860 = 226,77 KW

18

Tabela 2. Vazão de biogás no aterro sanitário de Gurupi-TO.

ANO Vazão Biogás

(m3/ano)

Vazão Biogás (m3/hora)

(75%)

Potência disponível

(kW)

2020 641.462,27 54,92 82,48

2021 1.227.714,64 105,11 157,87

2022 1.763.508,97 150,99 226,77

2023 2.253.188,11 192,91 289,73

2024 2.700.721,15 231,23 347,28

2025 3.109.735,55 266,24 399,87

2026 3.483.546,57 298,25 447,94

2027 3.825.184,11 327,50 491,87

2028 4.137.417,32 354,23 532,02

2029 4.422.776,98 378,66 568,72

2030 4.683.576,08 400,99 602,25

2031 4.921.928,51 421,40 632,90

2032 5.139.766,22 440,05 660,91

2033 5.338.854,91 457,09 686,51

2034 5.520.808,26 472,67 709,91

2035 5.687.101,11 486,91 731,29

2036 5.839.081,33 499,92 750,84

2037 5.977.980,79 511,81 768,70

2038 6.104.925,33 522,68 785,02

2039 6.220.943,92 532,62 799,94

2040 5.579.481,65 477,70 717,45

2041 4.993.229,28 427,50 642,07

2042 4.457.434,95 381,63 573,17

2043 3.967.755,81 339,71 510,21

2044 3.520.222,77 301,39 452,66

2045 3.111.208,37 266,37 400,06

2046 2.737.397,35 234,37 352,00

2047 2.395.759,80 205,12 308,07

2048 2.083.526,60 178,38 267,92

2049 1.798.166,93 153,95 231,22

De acordo com a tabela 2, no ano de 2021 atingiu uma capacidade de energia

de 163 MW por mês. Sendo assim possível segundo a Empresa de Pesquisa

Energética (EPE, 2017) abastecer com energia elétrica cerca de 1018 residências por

igual período de tempo, pois o consumo médio das residências brasileiras é de 160

kWh/mês. No ano de 2030, apresenta uma vazão suficiente para abastecer 3

conjuntos geradores com potência de 200 kW, gerando 434 MW por mês, suficiente

para abastecer cerca de 2.700 residências.

Residências com energia elétrica = 163 x 106

160 x 103 = 1.018

19

5. CONSIDERAÇOES FINAIS

O atual cenário de biogás corrobora com a tomada de decisão e as iniciativas

de investimento no mundo, visando reduzir as emissões baseadas em fósseis e

aumentar a energia renovável. Com a utilização dos métodos de estimativa, foi

observado que no município de Gurupi–TO teria uma grande capacidade de geração

de biogás em seu aterro sanitário, chegando a 6,3 milhões de m3 de biogás gerado

por ano e a capacidade de potencial de geração de biogás dos resíduos foi de

aproximadamente 228 m3 de biogás por tonelada de resíduo.

O método de projeto considera que a geração de metano vai crescendo com o

tempo, levando em consideração os anos de 2019 a 2039, sendo em maturação e

com os resíduos no aterro sanitário acumulados. Com essas características, o método

de projeto passa a ser mais fiel do que o método de inventário em relação ao real

comportamento do aterro e além disso também estima a geração de metano nos anos

posteriores ao fechamento do aterro, sendo aos anos de 2040 a 2049, ou seja, através

deste modelo podemos verificar que as emissões continuam por longos períodos de

tempo.

O potencial energético do aterro nos primeiros anos foi estimado em 163 MW

por mês, sendo que, uma década depois, a capacidade chegaria a 434 MW/mês

podendo abastecer aproximadamente 2.800 residências. Mesmo sendo considerado

um aterro de pequeno porte, poderá gerar uma quantidade significativa de energia

sendo viável tanto do ponto de vista técnico e econômico quanto do ambiental, é

notório também que esta é uma tecnologia crescente nos países desenvolvidos e que

futuramente se tornará importante no Brasil.

Por fim, são necessárias novas perspectivas sobre a redução de custos de

implantação e operação de unidades de biogás e principalmente o incentivo ou apoio

político para a produção e uso de biogás, não só no município de gurupi, mas em

todas as regiões com potencial para aproveitamento do biogás, que transforma o

custo do gerenciamento de resíduos em uma oportunidade de receita para o

município. A conversão dos resíduos em eletricidade, fornece uma fonte renovável de

energia que pode reduzir a dependência das importações de energia elétrica, reduzir

as emissões de gases de efeito estufa, melhorar a qualidade ambiental e aumentar os

empregos locais.

20

6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

Associação Brasileira de Empresas de Limpeza Pública e Resíduos Especiais –

ABRELPE. Panorama dos Resíduos Sólidos no Brasil, 2010. Disponível em:

<http://www.abrelpe.org.br/panorama_envio.cfm.ano=2010>. Acessado em 20 fev.

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de Mestrado). Programa Interunidades de Pós-Graduação em Energia (PIPGE) do

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2000.

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CENBIO. Centro Nacional de Referência em Biomassa. Projeto Instalação e Testes

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Biogás de Tratamento de Esgoto – ENERG-BIOG. Relatório Técnico Final. São

Paulo, 2006.

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(Monografia). Programa Interunidades de Pós-Graduação em Energia (PIPGE) do

Instituto de Eletrotécnica e Energia (IEE) da Universidade de São Paulo. São Paulo,

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Gerenciamento de Resíduos Sólidos Urbanos: O Caso de Marechal Cândido Rondon

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ENSINAS, A. V. Estudo da geração de biogás no aterro sanitário Delta em

Campinas/SP. (Dissertação de Mestrado) Universidade de Campinas, UNICAMP.

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21

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Universidade de São Paulo, São Paulo. 2011.

GOOGLE. Google Earth. Versão Pro. 2018. Nota (Gurupi-TO). Disponível

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25 de Janeiro de 2019.

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MENDES, Luiz G. G.; SOBRINHO, Pedro M. Estimativa de métodos de geração de

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515 p. Rio de Janeiro, 2014.

PREFEITURA MUNICIPAL. Plano Municipal De Gestão Integrada De Resíduos Sólido

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publicados/planos-municipais/residuos_solidos_2013.pdf>. Acesso em: 20 de Janeiro

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