pi- biogás
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Engenharia de Petróleo e Gás
André Luis Ramalho CangianiBárbara Aline Chimentão Cardoso
Fernando José Portella CunhaRenato Kloper Pimentel
BIOGÁS
SÃO PAULO
2010
André Luis Ramalho CangianiBárbara Aline Chimentão Cardoso
Fernando José Portella CunhaRenato Kloper Pimentel
BIOGÁS
Trabalho de Projeto Integrado apresentado a
ESTÀCIO/UNIRADIAL, no curso de Engenharia de
Petróleo e Gás, trazendo como tema “Biogás”.
Tutor: Pedro Duarte
São Paulo
2
2010
DEDICATÓRIA
Dedicamos este trabalho primeiramente a
Deus, pois sem ele, nada seria possível e
não estaríamos aqui reunidos, desfrutando,
juntos, destes momentos que são tão
importantes.
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Aos nossos familiares pelo apoio e a todos
que nos ajudaram de alguma maneira com o
nosso Projeto Integrado.
AGRADECIMENTOS
Agradecemos aos professores, especialmente o Professor Tutor
Pedro Duarte, pela contribuição, dentro de sua área, para o
desenvolvimento do nosso Projeto Integrado e principalmente pela
dedicação e empenho que demonstrou no decorrer de suas
atividades para com o grupo.
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A todos os colegas de equipe; André, Bárbara, Fernando e
Renato; pelos momentos de aprendizagem constante e pela
amizade solidificada, ao longo deste trabalho.
Enfim, aqueles que, direta ou indiretamente, colaboraram para que
este trabalho consiga atingir os objetivos propostos.
“A verdadeira medida de um homem não é
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como ele se comporá em momentos de
conforto e conveniência, mas como ele se
mantêm em tempos de controvérsia e desafio”.
(Martin Luther King)
CANGIANI; CARDOSO; CUNHA; PIMENTEL, André; Bárbara; Fernando; Renato.
Biogás (em Aterro Sanitário). 2010. 34. Trabalho de Projeto Integrado
(Graduação – Engenharia de Petróleo e Gás) – UNIRADIAL – Estácio
Participações, São Paulo, 2010.
RESUMO
Este é um trabalho que busca entender o Biogás. O foco será o desenvolvimento
em aterros sanitários. Também suas definições, história, surgimento, processo de
transformação em energia elétrica, enfim os seus principais aspectos e impactos.
As fundamentações são baseadas a partir do principio que a intensificação das
atividades humanas nas últimas décadas tem gerado um acelerado aumento na
produção de resíduos sólidos (lixo), tornando-se um grave problema para as
administrações públicas. O aumento desordenado da população e o crescimento
sem planejamento de grandes núcleos urbanos dificultam as ações de manejo dos
resíduos além de que, o uso de lixões nos grandes centros urbanos ainda é muito
comum, o que acarreta problemas de saúde e ambientais. A decomposição da
matéria orgânica promove a liberação do biogás, cujos principais constituintes são
o gás carbônico e o metano, que corresponde a cerca de 50% e é um gás de
efeito estufa, cuja emissão favorece o aquecimento global. Além disso, gera
odores desagradáveis e oferece riscos de explosão.
Além da oportunidade de reduzir os danos ambientais é possível utiliza o biogás
como combustível, gerando energia elétrica e até mesmo iluminação a gás.
Portanto, neste estudo é avaliado o potencial de geração de biogás em aterros
sanitários. Porque atualmente é muito importante a utilização de fonte renovável.
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Palavras-Chave: Aterro Sanitário. Biogás. Energia Elétrica. Resíduos Sólidos.
SUMÁRIO
1. Introdução.............................................................................................................91.1. Situação Problema.............................................................................101.2. Hipótese.............................................................................................101.3. Objetivo Geral.....................................................................................111.4. Objetivo Específico.............................................................................111.5. Caracterização da escola...................................................................111.6. Caracterização do grupo....................................................................121.7. Contribuições das disciplinas.............................................................13
2. Capítulo I: A Pesquisa (Metodologia).................................................................143. Capitulo II: Fundamentação Teórica...................................................................15
3.1 Biogás..................................................................................................153.2 Histórico do Biogás..............................................................................163.3 Formação do Biogás...........................................................................17 3.3.1 Características..........................................................................18 3.3.2 Composição do biogás.............................................................18 3.3.3 Aspectos físico-químicos..........................................................18 3.3.4 Fatores que influenciam a geração do biogás.........................193.4 Biodigestor...........................................................................................21 3.4.1 Localização do Biodigestor.......................................................21 3.4.2 Biodigestor em Sistema Contínuo............................................21 3.4.3 Biodigestor em Sistema Descontínuo......................................22 3.4.3.1. Exemplo de Sistema Descontínuo.............................22
3.5 Sistema de coleta, extração e tratamento..........................................234. Capítulo III: Análise e discussão de dados.........................................................24 4.1 Vantagens do Biogás..........................................................................24 4.1.1 Em termos de tratamento de rejeitos.......................................24 4.1.2 Em termos de energia..............................................................24 4.1.3 Em termos de meio-ambiente..................................................25 4.1.4 Em termos econômicos...........................................................25 4.2 Desvantagens do Biogás...................................................................265. Capítulo IV: Encaminhamento de Soluções...................................................... 276. Considerações Finais.........................................................................................287. Referências Bibliográficas..................................................................................308. Anexos................................................................................................................31
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LISTA DE FIGURAS
Figura 1. Biogás......................................................................................................15
Figura 2. Desvantagens pra o mundo.....................................................................26
Figura 3. Usina de Biogás.......................................................................................27
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1. INTRODUÇAO
Biogás é um biocombustível, pois é considerado uma fonte de energia
renovável. É produzido a partir de uma mistura gasosa de dióxido de carbono com
gás metano. A produção do biogás pode ocorrer naturalmente por meio da ação
de bactérias em materiais orgânicos (lixo doméstico orgânico, resíduos industriais
de origem vegetal, esterco de animal). Também pode ser produzido de forma
artificial. Portanto, utiliza-se um equipamento chamado biodigestor anaeróbico.
Este equipamento é uma espécie de reator químico que produz reações químicas
de origem biológica.
O gás metano é importante fonte de energia e também um gás de efeito
estufa com potencial de aquecimento cerca de 20 vezes maior que o dióxido de
carbono e responsável por 25% do aquecimento global. Uma das fontes
emissoras de gases são os aterros e lixões.
Desta forma, a geração de energia por meio da utilização do biogás de
aterros se enquadra nos quesitos de desenvolvimento sustentável, visto que
deixaria de ser lançado na atmosfera grande quantidade de metano.
A presente pesquisa visa o estudo do biogás proveniente de aterro sanitário
e sua conversão em energia elétrica e iluminação a gás.
É apresentado o histórico do biogás, seus aspectos físico-químicos o os
fatores que influenciam na sua geração. Os resíduos sólidos, sua classificação
quanto à origem e quanto aos riscos potenciais ao meio ambiente. Mostrado que,
para fins de geração de biogás, a alternativa mais interessante é ao aterramento
dos resíduos.
A definição de aterro sanitário e são apresentados os sistemas de coleta,
extração e tratamento do biogás de aterro, desde sua captação até a sua queima.
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São estudadas as tecnologias de conversão do biogás em energia elétrica e
iluminação a gás por meio de uma análise comparativa entre turbinas a gás, micro
turbinas a gás e motores de combustão interna.
É realizado um estudo de caso na Central de Tratamento de Resíduos –
Caieiras, controlada pelo grupo Essencis, localizado na cidade de Caieiras, onde
será instalado um sistema de geração de energia elétrica e outro de iluminação a
gás. Foi realizada, neste capítulo, a determinação do potencial de biogás a ser
produzido além da potência e energia disponíveis. O sistema de geração de
energia elétrica e iluminação a gás que será implantado no aterro foi apresentado,
além dos cálculos de consumo de biogás necessários.
O último capítulo trata-se das conclusões de pesquisas desenvolvidas no
presente trabalho, demonstrando a viabilidade técnica e econômica da
implementação desse sistema.
Situação-problema
Os aterros são responsáveis por grande parte das emissões de gás metano
na atmosfera; o que é um grande problema visto que o metano é 20 vezes mais
prejudicial se comparado ao dióxido de carbono. Além disso, tem-se a formação
do chorume, líquido proveniente de resíduos sólidos; resultado principalmente da
água de chuva que se infiltra no lixo e da decomposição biológica da parte
orgânica dos resíduos sólidos; altamente poluidor que acarreta na poluição dos
recursos hídricos, o que gera conseqüências negativas em nosso abastecimento
além da fauna e flora aquáticas.
Hipótese
Desta forma, este trabalho pretende apresentar a possibilidade de
diminuição das emissões de metano para a atmosfera e a busca de novas
tecnologias para geração de energia elétrica por meio de uma fonte renovável,
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bem como o incentivo ao saneamento básico. Além disso, representará oferta de
energia, reduzindo o consumo de energia proveniente de fontes não renováveis.
Objetivo Geral
Este trabalho tem por objetivo apresentar as propriedades do Biogás
demonstrando a viabilidade técnica, econômica e as vantagens do mesmo, as
principais tecnologias da sua conversão em energia elétrica e iluminação a gás.
Objetivo Específico
Conhecer a origem do biogás.
Conhecer a evolução histórica.
Estudar sua composição.
Sua utilização no aterro sanitário.
Definir as características gerais.
Conhecer as aplicações.
Suas tecnologias em conversão elétrica.
Captação, Tratamento e queima.
Viabilidade ambiental
Caracterização da Escola
A Faculdade localiza-se na Vila dos Remédios. Instalado em um local de
fácil acesso e abundante fluxo de transporte coletivo. Fica na Avenida dos
Remédios, 810 – São Paulo/SP.
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Caracterização do Grupo
O grupo é composto por uma mulher e três homens. Apesar de serem
poucos integrantes, o aproveitamento, a participação e o envolvimento de todos é
bastante satisfatório.
No primeiro dia, o grupo manifestava desconhecimento dos objetivos do
trabalho, mas ao longo das pesquisas as decisões necessárias foram tomadas.
Em relação ao conteúdo, foi absorvida muita informação importante para
cada um de nós. E também para o curso de engenharia ao qual todos fazem
parte, pois enriquece nosso aprendizado.
Este grupo é formado por:
André Cangiani, estudante do curso de engenharia de petróleo e gás,
Empresa Pharmako (Confarm engenharia), projetista junior de tubulação.
Bárbara Chimentão, estudante do curso de engenharia de petróleo e gás,
(Banco CitiBank), analista financeiro.
Fernando Cunha, estudante do curso de engenharia de petróleo e gás,
Formação em Marketing, ( Grão Lume Produções e Eventos ), gerente de
marketing.
Renato Pimentel, estudante do curso de engenharia de petóleo e gás.
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Contribuição das Disciplinas
As disciplinas cursadas são de extrema importancia na realização do trabalho:
Linguagem oral e escrita: Formatação do conteúdo escrito, conhecimento
das normas ABNT ( Associação Brasileira De Normas Técnicas), Formas
de expressão , Técnicas de redação, resumo e resenha , Coesão e
Coerência.
Cálculo I e Cálculo II: Conceitos básicos de matemática , essencial para
cálculos existentes no dia a dia de projetos , análises e resultados.
Informática básica: Noções de formatação , uso de softwares para
realização do trabalho.
Química Geral e Ciências dos Materiais: Essencias para o
conhecimentos e entendimento dos elementos quimicos e materiais, gases,
Reações quimicas no processo de biogás.
Geometria analitica e Algebra linear: execução e projeção de gráficos
para analises comparações, resultados obtidos.
Eletricidade aplicada: Conhecimento de unidades SI, Cargas elétricas,
Grandezas , unidades fundamentais, simbologia.
Sociologia e Gestão Econômica : Analisar impactos sociais, econômicos
em uma visão ampla e futura.
Introdução a engenharia: Noções da pratica aplicada na profissão.
Ciencias do Ambiente: Analisar impactos ambientais obtendo soluções
para os problemas.
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De alguma maneira, todas as disciplinas contribuem com uma orientação
fundamental para Projeto Integrado.
CAPÍTULO I – METODOLOGIA
A metodologia a ser utilizada será, basicamente, a coleta de
dados/informações do Biogás e o desenvolvimento do estudo de caso que serão
analisadas, principalmente, através de páginas na Internet. Além disso, pesquisas
bibliográficas, que ira permiti que se absorva conhecimento do material,
baseando-se no que já foi publicado em relação ao tema, de modo que se possa
delinear uma nova abordagem sobre o mesmo, chegando a conclusões que
possam servir de fundamento para pesquisas futuras. A primeira parte do
trabalho foi realizada teoricamente, baseada em pesquisas em artigos técnicos,
relatórios, dissertações de mestrado, teses de doutorado, juntamente com a
literatura disponível. Dessa forma, foi feito o levantamento do biogás, além da
classificação dos resíduos sólidos e métodos de aterramento desses resíduos em
aterros sanitários. Um estudo comparativo das técnicas de conversão de biogás
em energia também foi realizado.
Pesquisas
Do ponto de vista da forma de abordagem no tema será
utilizada pesquisa explicativa que visa aprofundar o conhecimento do
assunto em questão. Pesquisa descritiva definirá as características
gerais. Pesquisa qualitativa para obter dados indutivos onde processos
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e significados são os focos principais de abordagem. E pesquisa
quantitativa, informações numéricas e estatísticas do Biogás.
Para proporcionar uma boa conclusão iremos realizar uma breve reflexão,
sobre a aplicação prática desta metodologia, que teve como principal ponto
orientar no processo de formação do trabalho.
CAPÍTULO II – FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
(Figura 1 – Biogás)
3.1 BIOGÁS
A decomposição da matéria orgânica na ausência de oxigênio libera um gás
que é composto em sua maior parte por metano e dióxido de carbono ao qual se
dá o nome de biogás. É um gás incolor, altamente combustível que pode ser,
eventualmente, encontrado na natureza onde surge de forma espontânea em
locais como pântanos, fundos de lagos e jazidas de carvão. E que por sua
característica combustível, pode ser usado para gerar energia de forma barata,
descentralizada e limpa. O biogás é uma mistura gasosa combustível, produzida
através da digestão anaeróbia que é a fermentação da matéria orgânica dentro de
limites de temperatura, umidade e acidez, ou seja, é a biodegradação dessa
matéria que resulta da ação de bactérias na ausência de oxigênio.
A alta dos preços dos combustíveis convencionais e o crescente
desenvolvimento econômico vêm estimulando pesquisas de fontes renováveis
para produção de energia tentando criar, deste modo, novas formas de produção
energética que possibilitem a redução da utilização dos recursos naturais
esgotáveis.
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A conversão energética do biogás pode ser apresentada como uma
solução para o grande volume de resíduos produzidos por atividades agrícolas e
pecuárias, destilarias, tratamento de esgotos domésticos e aterros sanitários, visto
que reduz o potencial tóxico das emissões de metano ao mesmo tempo em que
produz energia elétrica, agregando, desta forma, ganho ambiental e redução de
custos.
3.2 HISTÓRICO DO BIOGÁS
A formação da biomassa tem origem com os povos agrícolas hindus,
chineses e japoneses, nas décadas de 50 e 60.
Pela necessidade de limpar os solos das fazendas os agricultores faziam
valas para depositar resto de frutas, dejetos humanos e de animais, água suja,
etc.
Essas valas, após a decomposição anaeróbica da matéria orgânica
armazenada, transformavam-se em verdadeiros pântanos, que liberavam gases
oriundos dessa decomposição .
Por esse processo observou-se que a parte sólida, chorume, poderia ser
utilizado como fertilizante natural como solução para a agricultura e a parte
gasosa, resultante da fermentação por decomposição anaeróbica da matéria
orgânica poderia ser utilizada como fonte de energia.
A partir do domínio do processo o biodigestor foi criado para facilitar e
acelerar a fermentação da matéria orgânica e o Biogás, resultante dessa
fermentação passou a ser considerado uma grande fonte de energia alternativa e
não apenas um subproduto do processo, o que favorece imensamente a não
utilização de recursos naturais esgotáveis.
A descoberta do biogás, também denominado gás dos pântanos, foi
atribuída a Shirley em 1667. Já em 1776, Alessandro Volta reconheceu a
presença de metano no gás dos pântanos. No século XIX o aluno de Louis
Pasteur Ulysses Grayon realizou a fermentação anaeróbia (decomposição sem
presença de oxigênio) de uma mistura de estrume e água, a 35ºC, obtendo então
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100 litros de gás/m³ de matéria. No ano de 1884, ao apresentar os trabalhos do
seu aluno à Academia das Ciências, Louis Pasteur considerou que a fermentação
podia construir uma fonte de aquecimento e iluminação. Índia e China foram
os primeiros países a utilizar o processo de biodigestão, sendo que
desenvolveram seus próprios modelos de biodigestores. A tecnologia da digestão
anaeróbia foi trazida para o Brasil com a crise do petróleo na década de 70.
Diversos programas de difusão foram implantados no nordeste, porém os
resultados não foram satisfatórios e os benefícios obtidos não foram suficientes
para dar continuidade ao programa.
De acordo com Pecora (2006), com a crise do petróleo, diversos países
buscaram alternativas para sua substituição, acarretando em um grande impulso
na recuperação de energia gerada pelos processos de tratamento anaeróbio.
Porém, as soluções para os problemas de desenvolvimento devem ser
apropriadas às necessidades, capacidades e recursos humanos, recursos
financeiros e cultura. Deste modo, o impulso recebido durante a crise não chegou
a substituir os recursos não renováveis por fontes renováveis.
3.3 FORMAÇÃO DO BIOGÁS
O biogás é formado a partir da degradação da matéria orgânica. Sua
produção é possível a partir de uma grande variedade de resíduos orgânicos
como lixo doméstico, resíduos de atividades agrícolas e pecuárias, lodo de
esgoto, entre outros. É composto tipicamente por 60% de metano, 35% de
dióxido de carbono e 5% de uma mistura de outros gases como hidrogênio,
nitrogênio, gás sulfídrico, monóxido de carbono, amônia, oxigênio e aminas
voláteis. Dependendo da eficiência do processo, o biogás chega a conter entre
40% e 80% de metano.
Até ser compactado e coberto, o lixo permanece por certo tempo
descoberto no aterro, em contato com o ar atmosférico. Neste período já é
verificada a presença do biogás, que continuará sendo emitido após a cobertura e
encerramento da célula do aterro.
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A formação e taxa de geração dos principais constituintes do aterro é
variável ao longo do tempo. Em condições normais, a taxa de decomposição
atinge um pico entre o primeiro e segundo ano e diminui continuamente por
alguns anos. Porém, uma previsão geral é que a geração do biogás após o
encerramento da célula se prolongue por cerca de 20 anos.
3.3.1 Características
o Gás incolor e inodoro (se livre de impurezas) e insolúvel em água;
o É mais leve que o ar de baixa densidade;
o O poder calorífico é de aproximadamente 6 kwh/m3
o Produzido pela degradação de resíduos orgânicos;
o Fonte de energia renovável e inesgotável.
3.3.2 Composição do biogás
O biogás é uma mistura gasosa composta principalmente de:
o Metano (CH4): 40 – 70% do volume de gás produzido.
o Dióxido de carbono (gás carbônico, CO2): 30 – 60% do volume de
gás produzido.
Traços de outros gases:
o Sulfeto de hidrogênio (gás sulfídrico, H2S): 0 – 3% do volume.
o Hidrogênio (H2): 0 – 1% do volume.
o Gás sulfídrico (H2S): 0 – 3% do volume.
o Oxigênio (O2): 0 – 2% do volume.
o Amoníaco (NH3): 0 – 1% do volume.
o Nitrogênio (N2): 0 - 7% do volume.
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3.3.3 Aspectos físico-químicos
Visto que no biogás as concentrações de outros gases são muito pequenas
se comparados ao metano e gás carbônico, podem-se restringir as propriedades
físico-químicas apenas a esses dois componentes. Porém, esses gases presentes
em menor quantidade, como por exemplo, o gás sulfídrico, influencia na escolha
da tecnologia de operação, limpeza e combustão.
O principal componente do biogás é o metano, quando se trata de utilizá-lo
como combustível. A presença de substâncias não combustíveis no biogás
(água, dióxido de carbono) prejudica o processo de queima tornando-o menos
eficiente. Estas substâncias entram com o combustível no processo de combustão
e absorvem parte da energia gerada. O poder calorífico do biogás se torna menor
à medida que se eleva a concentração das impurezas.
Outros aspectos importantes que devem ser considerados são a umidade,
visto que afeta a temperatura da chama, diminuição do poder calorífico e limites
de inflamabilidade. Outro parâmetro importante quando se deseja a manipulação
do gás para armazenamento é o volume específico, representado pelo peso
específico. Estudos realizados mostraram que, de acordo com a quantidade de
metano no biogás seu poder calorífico aumenta, visto que o CO2 é a forma mais
oxidada do carbono não podendo ser queimado.
3.3.4 Fatores que influenciam a geração do biogás
A capacidade de um aterro gerar gás vai depender de muitos fatores como,
por exemplo, a composição do resíduo, umidade, pH, entre outros. Os fatores que
afetam a geração de biogás são descritos a seguir:
o Composição do resíduo - quanto maior a porcentagem de material
orgânico no resíduo, maior será o potencial de produção de biogás no
aterro. Resíduos de alimentos são exemplos de matéria orgânica
facilmente decomposta, o que acelera a taxa de produção do gás.
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Materiais que se decompõe lentamente, como grandes pedaços de
madeira, não contribuem significantemente com a geração de gás;
o Umidade - Depende da umidade inicial do resíduo, da infiltração da
água da superfície e do solo, e da água produzida na decomposição.
Quanto maior o teor de umidade, maior será a taxa de produção do
biogás;
o Tamanho das partículas - quanto menor a unidade da partícula, maior
será a área da superfície específica e, portanto, a decomposição será
mais rápida se comparada a uma partícula de menor área. Por
exemplo, a decomposição de um tronco de madeira ocorrerá mais
rápida se este for cortado em pedaços menores ao invés de ser
disposto inteiro;
o Idade do resíduo - a geração do biogás num aterro possui duas
variáveis dependentes do tempo: tempo de atraso (período que vai da
disposição do resíduo até o início da geração do metano) e tempo de
conversão (período que vai da disposição do resíduo até o término da
geração do metano);
o pH - Dentro da faixa ótima de pH a produção do metano é maximizada e
fora dessa faixa - um pH abaixo de 6 ou acima de 8 - a produção de
metano fica estritamente limitada;
o Temperatura - As condições de temperatura de um aterro influenciam
os tipos de bactérias predominantes e o nível de produção de gás. As
máximas temperaturas do aterro freqüentemente são alcançadas dentro
de 45 dias após a disposição dos resíduos, como um resultado da
atividade aeróbia microbiológica. Elevadas temperaturas de gás dentro
de um aterro são o resultado da atividade biológica. As temperaturas
típicas do gás produzido eu um aterro variam, tipicamente, entre 30 a
60º C;
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o Outros fatores - Outros fatores que podem influenciar a taxa de
geração de gás são os nutrientes, bactérias, compactação de resíduos,
dimensões do aterro (área e profundidade), operação do aterro e
processamento de resíduos variáveis.
3.4 BIODIGESTOR
É um grande recipiente fechado dentro do qual os microorganismos se
encarregam de provocar a decomposição anaeróbica dos restos de matéria
orgânica.
Funciona com mistura de água, esterco animal e fibras vegetais como
capim, cascas etc.
Suas principais funções são garantir um meio anaeróbico (sem oxigênio),
favorável a biodigestão e, permitir a alimentação sistemática da matéria orgânica e
armazenar o gás produzido.
Existem dois tipos de sistema de biodigestores: contínuo e descontínuo.
A escolha do sistema depende das características do substrato, das
necessidades de depuração, da disponibilidade de mão-de-obra e de condições
de ordem econômica.
3.4.1 Localização do Biodigestor
O local escolhido para implantação do biodigestor deve ser bastante
arejado, tanto por motivo segurança, como para evitar odores.
Deve ser evitada a incidência direta da luz do sol.
Em lugares muito frios deve ser providenciado uma cobertura para a
câmara de fermentação.
Também pode ser colocado sob o solo onde não existem variações de
temperatura.
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3.4.2 Biodigestor em Sistema Contínuo
A matéria orgânica é introduzida na câmara de fermentação, com uma
determinada taxa de diluição
Fornecimento contínuo de substrato.
A produção de Biogás é uniforme no tempo e a quantidade produzida é em
função do tipo de matéria orgânica utilizada.
3.4.3 Biodigestor em Sistema Descontínuo
O funcionamento do sistema descontínuo não é regular. A câmara de
fermentação é totalmente carregada periodicamente. Neste a temperatura é um
fator menos crítico.
3.4.3.1. Exemplo de Sistema Descontínuo
Há duas partes distintas: câmara de fermentação e gasômetro.
Câmara de Fermentação: comporta a mistura do material orgânico com
água, formando um meio anaeróbico, onde as bactérias metanogânicas atuarão,
resultando na produção do biogás
Peças da câmara de fermentação:
o Agitador : evita que o CO², produzido na biodigestão, forme bolhas
estacionárias no afluente e dificulta a ação das bactérias
metanogânicas, diminuindo a velocidade do processo.
o Coroa: estreitamento da câmara na altura média que evita a perda
do biogás pela folga entre as paredes externas do gasômetro e as
paredes internas da câmara.
o Tela de retenção de sólidos : tem a função de manter estes sólidos
abaixo da altura da coroa, ao alcance do agitador.
o Dreno para descarga : permitir a descarga do material orgânico.
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Gasômetro: tem função de captar e armazenar o gás, permitindo ainda
uma pressão de saída constante. Peça agregada é a torneira para controlar a
saída do gás.
3.5 SISTEMAS DE COLETA, EXTRAÇÃO E TRATAMENTO DO BIOGÁS DE
ATERRO
A forma mais simples de coletar gases do aterro é através da extração do
biogás por meio de tubos verticais perfurados. Podem ser colocados tubos de
sucção horizontais quando o lixo ainda está sendo depositado no aterro e assim
ele poderá ser extraído desde o início da sua produção.
Algumas vezes, uma membrana impermeável protetora é colocada sobre o
aterro e assim, quase todo o biogás pode ser coletado e recuperado. Porém esta
solução é muito cara, utilizada em países com demanda limitada. Essa membrana
obstrui a entrada de água impedindo assim a formação do biogás. Para que haja
continuidade na produção de biogás, se faz necessária à injeção de água sob a
membrana ou promover a recirculação do chorume injetando-o da mesma
maneira.
Um sistema padrão de coleta do biogás de aterro é composto por poços de
coleta e tubos condutores, sistema de compressão e sistema de purificação do
biogás. O sistema de coleta possui tubos verticais perfurados ou canais e em
alguns casos membrana protetora. Além disto, a maioria dos aterros sanitários
com sistema de recuperação energética possui flare para queima do excesso do
biogás ou para uso durante os períodos de manutenção dos equipamentos.
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CAPÍTULO III - ANÁLISE E DISCUSSÃO
4.1 VANTAGENS DO BIOGÁS
4.1.1 Em termos de tratamento de rejeitos:
o É um processo natural para se tratar rejeitos (resíduos) orgânicos;
o Os tanques de biodigestores requer menos espaço que aterros sanitários;
4.1.2 Em termos de energia:
o É uma fonte de energia renovável;
o Produz um combustível de alta qualidade e ecologicamente correto (a
combustão do metano só produz água e dióxido de carbono, não gerando
nenhum gás tóxico).
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o A substituição do GLP, um derivado de petróleo importado;
o Comodidade e segurança para o consumidor;
o Vantagens inerentes ao gás canalizado;
o Não é necessária a sua purificação, removendo-se apenas os líquidos
condensados ao longo das vias de captação e distribuição;
o Os equipamentos adaptados mostraram um desempenho razoável;
o As donas-de-casa que utilizam o gás têm se mostrado satisfeitas com a
mudança, pois, a chama é bastante limpa, não deixando resíduos de
fuligem nas panelas.
4.1.3 Em termos de meio-ambiente:
o Maximiza os benefícios da reciclagem/reaproveitamento da matéria
orgânica;
o Produz como resíduo o biofertilizante, rico em nutrientes e livres de
microorganismos patogênicos;
o Reduz significativamente a quantidade emitida de dióxido de carbono (CO2)
e de (CH4), gases causadores do efeito estufa.
o O grupo de bactérias fundamental nesse processo é o grupo de bactérias
metanogênicas, que atuam na última etapa, formando o metano (CH4).
4.1.4 Em termos econômicos:
o Apesar do alto custo inicial, numa perspectiva a longo prazo resulta numa
grande economia, pois reduz gastos com eletricidade, transporte de botijão
de gases, esgoto, descarte dos demais resíduos.
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4.2 DESVANTAGENS DO BIOGÁS
(Figura 2 - Desvantagens pra o mundo)
o Investimentos muito elevados, para compensar flutuações na produção de
gás, pois não se contam com sistemas de reserva de gás para horários de
pico de consumo.
o A construção de gasômetros, ou mesmo o armazenamento em tubulações,
a altas pressões, pode ser considerado bastante oneroso para o baixo
retorno previsível do investimento;
o Investimentos elevados para a distribuição do gás, inclusive para
residências localizadas nas proximidades do aterro, pois estas, não
possuem instalações internas para gás canalizado;
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o Necessidade de reconversão dos fogões após o esgotamento do gás do
aterro.
o Sempre há formação de gás sulfídrico (H2S), um gás tóxico. Dependendo
do tipo de resíduo essa quantidade será maior ou menor, o que implica
numa possível etapa de tratamento do gás obtido, dependendo do uso
dado ao mesmo.
CAPÍTULO IV - ENCAMINHAMENTO DE SOLUÇÕES
(Figura 3 – Usina de Biogás)
Na Áustria, por exemplo, a geração de energia elétrica e de energia térmica
a partir de biogás representa 10% da matriz energética do país. São 325 plantas
de biogás (usinas), com capacidade média de 300 kilowatts, totalizando 80
megawatts de potência instalada. Pois a meta é chegar a 8 mil usinas, em poucos
anos.
Uma das particularidades do Brasil é que aqui, por causa do clima, não
existe uma necessidade tão grande como na Europa de canalizar parte do biogás
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para a geração de calor. Então as aplicações na eletricidade e no transporte
poderão ter mais prioridade.
Este biogás pode assim ser utilizado como combustível (após um pré-
processamento de limpeza, removendo componentes nocivos como o H2S -
Sulfureto de Hidrogênio, que pode danificar os equipamentos conversores de
energia e tubagens) em Motores de Combustão Interna ou Turbinas a Gás,
produzindo energia elétrica, permitindo também a recuperação de calor, num
conceito de cogeração.
6. CONSIDERAÇÕES FINAIS
Este trabalho mostrou que, por meio de gestão eficiente dos resíduos
sólidos urbanos é possível aproveitar o potencial energético do biogás e
conseqüentemente diminuir o consumo de combustíveis fósseis, reduzindo assim
o impacto ambiental e contribuindo para melhoria social e econômica.
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Concluiu-se, então, que os aterros sanitários representam uma das
alternativas mais interessantes para a disposição final do lixo, considerando,
posteriormente, a geração de biogás, pois dispõem de técnicas de captação dos
gases liberados através de dutos e queima em flares, onde o metano, principal
constituinte do biogás, é transformado em gás carbônico, com potencial de
aquecimento global cerca de 20 vezes menor.
A implantação de um sistema de geração de energia em um aterro tem alto
custo, porém, é a solução eficaz para problemas provocados pela emissão de
metano, reduzindo dessa forma a emissão de gases de efeito estufa. A energia
gerada pelo sistema poderá ser consumida pelo próprio aterro e a excedente
vendida para empresa privadas.
Portanto, o retorno dos investimentos se dá em um curto intervalo de
tempo, justificando a viabilidade econômica deste projeto.
Devido à alta capacidade de geração de energia elétrica e iluminação a gás
a partir do biogás de aterros sanitários e o elevado consumo energético no setor
elétrico brasileiro, a proposta deste trabalho poderá ser considerada viável, visto
que a geração a partir de biogás pode diminuir sobrecarga das concessionárias,
além da diminuição da emissão de gases de efeito estufa.
É, portanto, de grande importância, que sejam realizados estudos e
monitoramento do sistema em funcionamento, visto que o mesmo encontra-se
ainda em fase de implementação, para que possa servir de modelo para o
desenvolvimento de projetos futuros.
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7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
SUA PESQUISA, Acesso em 02/03/2010. Disponível em: < http://www.suapesquisa.com/o_que_e/biogas.htm>
ENCICLOPÉDIA LIVRE, Acesso em 02/03/2010.
Disponível em: < http://pt.wikipedia.org/wiki/Biog%C3%A1s >
BIOGÁS, Acesso em 09/03/2010. Disponível em:
<http://www.biodieselbr.com/energia/biogas/biogas-aterros-sanitarios.htm >
O QUE É, Acesso em 09/03/2010. Disponível em:
<http://www.demec.ufmg.br/disciplinas/ema003/gasosos/biogas/oquee.htm >
VALORIZAÇÃO DO BIOGÁS, Acesso em 09/03/2010. Disponível em:
< http://www.youngreporters.org/article-imprim.php3?id_article=3523>
SUA PESQUISA, Acesso em 09/03/2010. Disponível em:
30
< http://www.biodieselbr.com/energia/biogas/recuperacao-energetica-biogas.htm>
BIOGÁS ( Importância – energia biogás), Acesso em 09/03/2010.
Disponível em: < http://www.portal-energia.com.br>
BICOMBUSTÍVEIS, Acesso em 09/03/2010.
Disponível em: < http://www.biologo.com.br >
FORMAÇÃO DO BIOGÁS, Acesso em 09/03/2010.
Disponível em: < http://www.usp.gov.br>
8. Anexos
Trem movido a vacas “Biogás” 11/2005 – Suécia
Disponível: http://www.resol.com.br/curiosidades/curiosidades2.php?id=2157
O primeiro trem movido a biogás fez sua viagem inaugural nesta segunda-
feira na Suécia. O combustível pode ser feito a partir dos restos mortais de
animais. No caso sueco, vacas estão sendo abatidas e trituradas para dar impulso
ao trem.
O material orgânico é misturado à água e plantas e, após semanas de
composição, dá origem ao gás metano que alimenta os motores. A Suécia tem
apostado nos biocombustíveis para proteger o meio ambiente e, ao mesmo,
escapar dos altos preços do petróleo no mercado internacional.
O trem movido a vacas percorreu sem problemas os 80 km que separam
Linkoeping, ao sul de Estocolmo, à cidade litorânea de Vaestervik. 1 vaca = 4 km -
Segundo a empresa responsável pelo projeto, a Svensk Biogás, uma vaca dá
origem a combustível suficiente para transportar o trem por 4 km. Ou seja, 20
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vacas serão abatidas para cada viagem do trem. Inicialmente, o trem percorrerá
este trajeto uma vez por dia, mas nossa ambição é que, eventualmente, ele faça
duas ou mais viagens, disse Peter Unden, diretor de marketing da Svensk Biogás.
Com apenas um vagão, o primeiro trem movido a biogás tem assentos para
60 passageiros. Trata-se de um antigo trem da Fiat, cujos motores a diesel foram
substituídos por motores Volvo movido a gás. O trem está equipado com 11
reservatórios que comportam gás suficiente para percorrer 600 km sem
necessidade de reabastecimento. Sua velocidade máxima é de 130 km/h.
A Suécia, país conhecido por iniciativas ambientalistas, está na vanguarda
do uso do biogás como fonte de energia renovável e não poluente. Em Linkoeping,
uma frota de 65 ônibus já utiliza o biogás, assim como táxis, caminhões de lixo e
muitos carros particulares.
Segundo a Svensk Biogás, vários países já mostraram interesse no projeto
do trem movido a biogás, entre eles a Índia - um país em que as vacas são
consideradas sagradas.
FEZES HUMANAS ALIMENTAM O MUNDO
6/5/2010 - Matéria da Superinteressante sobre “Ecocônomia”, do repórter Maurício Horta:
Outro fim economicamente interessante pode ser dado ao coco: produzir
energia. Afinal, as fezes têm gás combustível de montão. Some a criação de
animais domesticados do mundo – 1,34 bilhões de vacas, 1,8 bilhão de cabras e
ovelhas, 941 milhões de porcos e 18 bilhões de galinhas. Se você pegar só a
metade do que essa bicharada solta em um ano, poderá produzir em gás o
equivalente a 2,28 bilhões de barris de petróleo por ano, ou 8% do que o mundo
consome. Juntando isso à produção intestinal dos 6,9 bilhões de seres humanos…
bem, as chances energéticas parecem ilimitadas.
Ainda assim, a produção de gás de origem biológica (o biogás) está
engatinhando. É que um biodigestor comum precisa de em média 30 litros de
matéria orgânica por dia para se tornar viável, enquanto uma pessoa faz cerca de
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250 gramas de coco e 1 litro de urina nesse período. Não dá grande coisa em
biogás. Para manter acesa uma única lâmpada de 100 W, por exemplo, só com a
produção diária de 10 pessoas.
Mas com uma forcinha dos animais a coisa funciona. Uma vaca produz 30
quilos de estrume por dia. Juntando isso com a porção humana, já dá para
conversar. Tanto que, hoje, 15 milhões de lares na China rural conectam suas
privadas a um biodigestor – e, poucas horas depois de terem dado a descarga,
podem acender o fogão e cozinhar o almoço. Com 1,6 bilhões de pessoas, o país
conseguiu então estampar mais um título auto-atribuído de grandeza: o de país
que aproveita mais energia do coco. Num vilarejo-modelo na província de
Shaanxi, todo coco, humano ou animal, é aproveitado para produzir energia. A
Índia segue o mesmo caminho, com seus 283 milhões de vacas. Mas é o Nepal o
país com mais biodigestores per capita. Com 83% da população no campo e
constante falta de combustível, 4% dos nepaleses usam o biodigestor a coco de
vaca. O Brasil vai devagar, mas São Paulo e Mato Grosso já têm fazendas com
biodigestores de fezes de porcos.
Esse tipo de iniciativa pode fazer toda a diferença para o bolso dos
criadores de animais. E para o seu. Por exemplo: se todas as criações de frango
aproveitassem à quantidade mastodôntica de titica que produzem, a carne poderia
ficar 4% mais barata no supermercado, segundo um estudo de Julio César
Palhares, pesquisador da Embrapa. Isso corresponde ao custo do aquecimento
elétrico, uma necessidade dos criadouros. E a energia da titica, sozinha, daria
conta de eliminá-lo.
Mas nem sempre é necessário criar animais para que os biodigestores
sejam viáveis. Em lugares de população grande e concentrada o sistema pode
vingar. Foi o que aconteceu nas prisões Ruanda. O genocídio de 1994 inflou a
população carcerária do país, bombando tanto os gastos com lenha para cozinha
quanto à produção de fezes, que acabava nos rios. O coco dos presos tinha virado
um problema nacional! A solução? Cozinhar a comida deles com biogás feito de
suas próprias fezes. Pronto. Desde então, esse combustível humano permite uma
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economia de 60% nos gastos com lenha – gastos que chegariam a US$ 1 milhão
por ano.
Os europeus também já podem entrar no banheiro e sair com a consciência
ambiental mais limpa. A Alemanha transforma 60% de suas fezes em energia, e a
Inglaterra deve fechar 2010 passando a marca de 75%. Na Suécia já há carros
funcionando, indiretamente, à base de coco. A cidade de Linkoeping transforma
todo o esgoto de seus habitantes (e mais o coco de porcos e bois) no biogás
usado nos 64 ônibus do lugar e no primeiro trem movido a coco do mundo, que
tem autonomia para percorrer 600 quilômetros. Enquanto isso, 12 postos
abastecem os carros locais, economizando 5,5 milhões de litros de gasolina. Com
isso, 9 toneladas de CO2 deixam de ser lançadas no ar por ano.
Mesmo assim, ainda existe um pré-sal de coco a ser explorado.
Simplesmente porque quase todo ano ele é desperdiçado por falta de saneamento
básico. No mundo, 2,5 bilhões de pessoas não contam com esse luxo. Não é que
não tenham acesso ao esgoto. Eles não possuem sequer uma fossa: vão para
campos abertos de defecação, linhas de trem, florestas… E em algumas favelas,
partem para o toalete-helicóptero: fazem num saquinho e jogam no telhado do
vizinho.
Inspirador, não? Bom, para o empresário sueco Andrés Wihelmson foi.
Primeiro ele viu saquinhos de coco voando em favelas do Quênia. Depois,
constatou que esses lugares tinham bastante espaço livre que poderia ser usado
para plantar. Aí ele juntou as duas coisas numa idéia só: fazer saquinhos-privada
biodegradáveis e com produtos químicos que matam os germes do coco. Depois
de se aliviar, você enterra a caca e ela vira adubo. Andrés já testou a coisa na
África e deve começar a produção neste ano. A intenção não é fazer caridade,
mas vender os saquinhos pelo equivalente a R$ 0,05. Com lucro. Pois é: com
coco não se brinca.
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