projeto biodigestor

Transformações nos seres vivos e ambiente- Bc0306-UFABC

Universidade Federal do ABC

Biodigestores: uma forma de mitigar os efeitos ambientais

relacionados à pecuária, avicultura e suinocultura de corte,

principalmente o que tange o destino dos dejetos e a redução

da emissão dos gases do efeito estufa (GEE).

*Disciplina: Transformações nos seres vivos e ambiente- BC-0306

*Alunos:

Bárbara Molina Mourad

Caio Rozzetti silva

Flavia Ribeiro

Mariana Macieira

*Professor Doutor: Carlos Miyazawa

*Turma C

Transformações nos seres vivos e ambiente-Bc0306-UFABC 2

Santo André- SP

Novembro/2010

Conteúdo 1.Objetivos ............................................................................................................................... 3

3.Biodigestores ......................................................................................................................... 3

3.1. História dos biodigestores .............................................................................................. 3

3.2.Definição e composição de um biodigestor ..................................................................... 4

3.3.Cálculos dos parâmetro iniciais utilizados no dimensionamento de biodigestores

modelos indiano, Chinês e batelada. ..................................................................................... 5

3.4. Biodigestor modelo indiano ............................................................................................ 5

3.5. Biodigestor modelo Chinês ............................................................................................. 6

3.5.1 comparação de desempenho entre biodigestores modelo indiano e chinês ............. 7

3.6.Biodigestor modelo batelada ........................................................................................... 8

3.7. Protocolo de Kyoto a respeito dos biodigestores ............................................................ 8

4. Biogás ................................................................................................................................... 9

4.1. Composição química do biogás ....................................................................................... 9

4.2. Equivalência energética do biogás ................................................................................ 10

4.3. Relação entre a geração de material orgânico e a produção do biogás ......................... 10

5. Relação entre dieta animal e GEE. ....................................................................................... 11

6.Efluentes .............................................................................................................................. 12

6.1.Biofertilizante ................................................................................................................ 12

6.2.Substrato(substrato organomineral) .............................................................................. 13

7. A fermentação anaeróbica .................................................................................................. 13

8. Custo X Benefício. ............................................................................................................... 13

9.Conclusão ............................................................................................................................ 15

10.Referências Bibliográficas .................................................................................................. 15


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1.Objetivos O presente trabalho tem por objetivo apresentar os modelos de biodigestores conhecidos

até o presente momento, e os principais problemas ambientais atualmente relacionados à

pecuária, à avicultura e à suinocultura de corte , principalmente no que tange o destino

dos dejetos e emissões de gases efeito estufa(GEE), e as possíveis formas de mitigar

essas externalidades.

Os principais problemas apontados são degradação dos sistemas ambientais, degradação

do solo, emissão de gases efeito estufa e poluição dos recursos hídricos. [1]

2.Introdução

Em sistemas de confinamento de bovinos e suínos, um grande volume de dejetos é

gerado diariamente. Estes dejetos são compostos orgânicos de alto teor energético, que

armazenados e destinados corretamente podem ser fonte de energia.

Os biodigestores anaeróbicos representam uma forma de tratamento dos resíduos, pois

além de permitir a redução do potencial poluidor, e dos riscos sanitários dos dejetos

(como zoonoses, em geral acarretadas pela transmissão da bactéria E. coli,

Campylobacter spp. ,podendo ser transmitida para o gado e para o homem),promove a

geração do biogás e permite a reciclagem do efluente, este podendo ser utilizado como

fertilizante.

3.Biodigestores

Um biodigestor é composto basicamente uma câmara fechada, na qual a biomassa( em

geral detritos animais ) é fermentada anaerobicamente. Como resultado desta

fermentação anaeróbica, surgem o biogás e o fertilizante. Assim sendo, podemos definir

um biodigestor como um aparelho designado para conter a biomassa e, seu produto, o

biogás.

3.1. História dos biodigestores O biogás já é conhecido início do século XIX, embora a primeira instalação operacional

destinadas a produzir gás combustível só ter sido posta em operação aos meados deste

século.

Segundo a literatura existente, o primeiro biodigestor posto em funcionamento regular

na Índia foi no início deste século em Bombaim. Em 1950, ainda na Índia, foi instalado

o primeiro Biodigestor de sistema contínuo. Na década de 1960, foram desenvolvidas

pesquisas com biodigestores da África do Sul, o primeiro biodigestor a batelada foi

posto em funcionamento no ano de 1900 também posto em Bombaim, na índia.


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Tais pesquisas resultaram em grande difusão de metodologia de biodigestores como

forma de tratar os dejetos animais, obter biogás e ainda conservar o efeito fertilizante do

produto final (biofertilizante). Foi esse trabalho pioneiro, realizado na região de Ajitmal

(Norte da Índia), que permitiu a construção de quase meio milhão de unidades de

biodigestão no interior daquele país. [2]

3.2.Definição e composição de um biodigestor

O biodigestor é um tanque protegido do contato com o ar atmosférico, onde toda a

biomassa contida nos dejetos e efluentes, é metabolizada (fermentada) por bactérias

anaeróbicas.

Os biodigestores são câmaras fechadas, no geral sendo compostos de duas partes: Um

recipiente para abrigar e permitir a digestão da biomassa (tanque), e um gasômetro para

abrigar o biogás (campânula)[2]

Fonte: Andrade et al. 1994


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3.3.Cálculos dos parâmetro iniciais utilizados no dimensionamento de

biodigestores modelos indiano, Chinês e batelada.

Para o dimensionamento de biodigestores, deve-se tomar cuidado em armazenar o

biogás, para que no horário de pico seja o suficiente para manter os aparelhos

funcionando, sendo necessário o conhecimento do valor de biogás a ser consumido (B).

Este valor é conhecido(equação 1) e, através da soma do valor de consumo específico

de cada equipamento (c) e o tempo utilizado durante as 24 horas do dia (t). Para obter o

volume útil do biodigestor(v)modelos indiano, chinês e batelada, basta multiplicar o

fator de rendimento (k) pelo valor necessário de biogás por dia (a) (equação 2)

B = c + t

(1)Valor de biogás a ser consumido

V = k a

(2)Volume útil do biodigestor

O valor de k pode variar de 0,7 a 4, dependendo de fatores como: tipo de biomassa,

diluição, temperatura e tipo de reabastecimento.[3]

3.4. Biodigestor modelo indiano

Este modelo de biodigestor caracteriza-se por possuir uma campânula como gasômetro,

a qual pode estar mergulhada sobre a biomassa em fermentação, ou em um selo d’água

externo, e uma parede central que divide o tanque de fermentação em duas câmaras. A

função da parede divisória faz com que o material circule por todo o interior da câmara

de fermentação. O modelo indiano possui pressão de operação constante, ou seja, à

medida que o volume de gás produzido não é consumido de imediato, o gasômetro

tende a deslocar-se verticalmente, aumentando o volume deste, portanto, mantendo a


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pressão no interior deste constante. O fato de o gasômetro estar disposto sobre o

substrato ou sobre o selo d’água, reduz as perdas durante o processo de produção do

gás.

O resíduo a ser utilizado para alimentar o biodigestor indiano, deverá apresentar uma

concentração de sólidos totais (ST) não superior a 8%, para facilitar a circulação do

resíduo pelo interior da câmara de fermentação e evitar entupimentos dos canos de

entrada e saída do material. O abastecimento também deverá ser contínuo,ou seja,

geralmente é alimentado por dejetos[5]

Fig.2.-Esquema de um biodigestor modelo indiano

Fonte- Eco-vilagge, 2002

3.5. Biodigestor modelo Chinês

O modelo chinês é mais rústico, ficando quase que totalmente enterrado no solo.

Formado por uma câmara cilíndrica em alvenaria (tijolo) para a fermentação, com teto

abobado, impermeável, destinado ao armazenamento do biogás. Este biodigestor

funciona com base no princípio de prensa hidráulica, de modo que aumentos de pressão

em seu interior, e o acúmulo de biogás resultarão em deslocamentos do efluente da

câmara de fermentação para a caixa de saída, e em sentido contrário quando ocorre

descompressão. O modelo Chinês é constituído quase que totalmente em alvenaria,

dispensando o uso de gasômetro em chapa de aço, reduzindo os custos, contudo podem

ocorrer problemas com vazamento do biogás caso a estrutura não seja bem vedada e

impermeabilizada. Neste tipo de biodigestor uma parcela do gás formado na caixa de

saída é libertado para a atmosfera, reduzindo parcialmente a pressão interna do gás, por

este motivo as construções de biodigestor tipo chinês não são utilizadas para instalações

de grande porte. Semelhante ao modelo indiano, o substrato deverá ser fornecido


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continuamente, com a concentração de sólidos totais em torno de 8%, para evitar

entupimentos do sistema de entrada e facilitar a circulação do material. [5]

Fig.3. Biodigestor modelo chines.

Fonte:Andrare et al.1994

3.5.1 comparação de desempenho entre biodigestores modelo indiano e chinês

Em termos comparativos, os modelos Chinês e Indiano, apresentam desempenho

semelhante, apesar do modelo Indiano ser ligeiramente mais eficiente quanto a

produção de biogás e redução de sólidos no substrato, conforme podemos visualizar na

tabela a seguir.[5]

BIODIGESTORES

CHINÊS INDIANO

REDUÇÃO DE SÓLIDOS(%) 37 38

PRODUÇÃO MÉDIA( ) 2.7 3.0

PRODUÇÃO MÉDIA(l. de substrato) 489 538

Tabela 01: Resultados preliminares do desempenho de biodigestores modelo Indiano e Chinês, com

capacidade de 5,5 m3 de biomassa, operados com esterco bovino.

Fonte: Lucas Junior 1984


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3.6.Biodigestor modelo batelada

Trata-se de um sistema bastante simples e de pequena exigência operacional. Sua

instalação poderá ser apenas um tanque anaeróbio, ou vários tanques em série. Esse tipo

de biodigestor é abastecido de uma única vez, portanto não é um biodigestor contínuo,

mantendo-se em fermentação por um período conveniente, sendo o material

descarregado posteriormente após o término do período efetivo de produção de biogás.

Enquanto, os modelos chinês e indiano prestam-se para atender propriedades em que a

disponibilidade de biomassa ocorre em períodos curtos, como exemplo aquelas que

recolhem o gado duas vezes ao dia para ordenha, permitindo coleta diária de biomassa,

que deve ser encaminhada ao biodigestor, o modelo em batelada adapta-se melhor

quando essa disponibilidade ocorre em períodos mais longos, como ocorre em granjas

avícolas de corte, cuja a biomassa fica a disposição após a venda dos animais e limpeza

do galpão.[5]

Fig 4. Biodigestor modelo batelada

Fonte: Jornal folha d’oeste.

3.7. Protocolo de Kyoto a respeito dos biodigestores

As preocupações com as mudanças climáticas são expressas no protocolo de Kyoto,

que por sua vez autoriza mecanismos de redução de emissão de gases do efeito estufa

(GEE), denominado de “ mecanismo de desenvolvimento limpo ” -MDL, destinado aos

países desenvolvidos e em desenvolvimento

Projetos de biodigestores têm o aval da ONU.


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4. Biogás

O biogás é uma mistura gasosa feita principalmente, de dióxido de carbono (CO2) e de

metano (CH4). Tem uma baixa densidade e é mais leve que o ar, apresentando desta

forma menores riscos de explosões, já que a sua acumulação se torna mais difícil que a

dos demais gases. A mistura de gases cuja composição depende de diversos fatores,

como a temperatura em que se desenvolve o processo, o tipo de material a ser digerido,

o tempo de retenção etc. O poder calorífico do biogás é em média aproximadamente a

5500 kcal/m

4.1. Composição química do biogás

O biogás, além do CO2 e CH4, contém uma mistura de vários elementos gasosos,

sendo estes das seguintes configurações:

ELEMENTO PORCENTAGEM

METANO (CH4) 50 A 75

DIÓXIDO DE CARBONO (CO2) 25 A 40

HIDROGÊNIO (H2) 1 A 3

AZOTO (N2) 0.5 A 2.5

OXIGÊNIO (O2) 0.1 A 1.0

SULFETO DE HIDROGÊNIO (H2S) 0.1 A 0.5

AMONÍACO (NH3) 0.1 A 0.5

MONÓXIDO DE CARBONO (CO) 0 A 0.1

ÁGUA (H2O) VARIÁVEL

Tab.2- elementos componentes do biogás(%)

Fonte: “Biodigestor energia renovável.”


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4.2. Equivalência energética do biogás

O biogás, além de ser um combustível de fácil acesso e de custos baixos, não polui, e

em certas escalas obtemos um melhor resultado com ele do que com combustíveis

fósseis. Como podemos observar:

CARVÃO VEGETAL 0.8 Kg

QUEROSENE 0.62l

LENHA 3.5Kg

GLP (BUTANO-PROPANO) 1.43Kg

ÓLEO DIESEL 0.55l

KWH 0.74l

GASOLINA 0.61l

CARVÃO MINERAL 0.74Kg

ÁLCOOL CARBURANTE 0.80l

XISTO 4.0Kg

Tabela 3. Equivalência energética para 1 m3 de biogás

Fonte: Dagannuti, Roberto; Palhaci, M. do.C. J. Palácido; et al

4.3. Relação entre a geração de material orgânico e a produção do

biogás

MATERIAL ORGÂNICO Produção de biogás( tonelada de material

seco)

Bovino 360-270

Bubalino 360-270

Sumo 560-460

Eqüino 380-260

Ovino 350-250

Avícola 620-520

Palha de arroz 300

Palha de trigo 300

Palha de feijão 380

Palha de soja 300

Haste de linho 359

Resto de girassol 300

Folhas de parreira 270

Folhas de batateira 270

Folhas de árvore 245

Tabela 4. Potencial biogás

Fonte: Dagannuti, Roberto; Palhaci, M. do.C. J. Palácido; et al


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5. Relação entre dieta animal e GEE.

Dentro do rúmen, a primeira parte do estômago dos animais ruminantes como os

bovinos, bubalinos, ovinos e caprinos, o capim é fermentado por bactérias, fungos e

protozoários. Nessa reação, os carboidratos das plantas são convertidos em ácidos

graxos e há liberação de gás carbônico e metano – que vão para a atmosfera pela

eructação e pela flatulência.

As emissões gasosas estão diretamente relacionadas à alimentação que o gado recebe. O

maior vilão é o capim muito fibroso, passado, de difícil digestão e pouco nutritivo.


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Fig.5.Produção anual de dejetos por animal

Fonte: Lucas Júnior 1984

6.Efluentes O biofertilizante e o substrato são os insumos efluentes, resultado da fermentação

anaeróbica dos dejetos contidos no biodigestor.

6.1.Biofertilizante

No biofertilizante, está contida a parte liquida provenientes da separação,por meio de

decantação do efluente .

O biofertilizante é um adubo orgânico produzido a partir de uma mistura de materiais

orgânicos (esterco, frutas, leite), minerais (macro e micronutrientes) e água. A partir dos

princípios de produção de todos os tipos de biofertilizantes, existem várias maneiras de

se aumentar à concentração de nutrientes, originando assim os biofertilizantes

enriquecidos. O processo de enriquecimento pode se dar com a adição de cinza de

madeira ou cinza de casca de arroz, urina de vaca, plantas trituradas, frutas, farinha de

rochas naturais, leite, esterco bovino e de aves ou macro e micronutrientes

concentrados[10]


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6.2.Substrato(substrato organomineral)

A parte sólida chamada substrato adubo organomineral, após seca ao sol e misturada

com areia grossa (em geral na proporção 1:1), certas vezes o substrato é ainda misturado

a cascas como as de amendoim triturado e arroz, se torna importante para o sistema de o

cultivo aberto, que torna o sistema radicular mais aerado. [7] [8].

7. A fermentação anaeróbica

A fermentação anaeróbia pode ser considerada como um processo de três estágios, no

primeiro, compostos orgânicos insolúveis são transformados, por meio de hidrólise

enzimática, em compostos orgânicos solúveis de cadeia de carbono mais curta, devido à

ação de microorganismos. Os compostos solúveis formados constituem-se em

substratos para os microorganismos do segundo estágio, quando são transformados em

ácidos orgânicos, principalmente o acético, de cadeias com até 6 átomos de carbono. No

terceiro estágio ocorre a formação de metano. As bactérias metanogênicas utilizam o

ácido acético do estágio anterior para produção desse gás [8]

8. Custo X Benefício.

A construção de biodigestor tem custos relativamente elevados e concentrados num

único período, sendo rateados ao longo da vida útil dos biodigestores. Além dos custos

de construção de biodigestores, têm de ser levados em conta também os custo

operacionais necessários para manter o equipamento em funcionamento; estes custos

compõem-se predominantemente de mão-de-obra necessária para a coleta, manipulação

e transporte de dejetos, e custos de manutenção do biodigestor ( estes não têm valor

realmente significativo)[6]


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Tabela 5.custos de materiais para a construção de um biodigestor em alvenaria(modelo indiano) em

2005.

Fonte: Maura S. T. Esperancini; Fernando Colen; et al-2007

Tabela 6.Benefícios decorrentes da economia de gastos pela substituição de energia elétrica e gás

GLP, por biogás, em assentamento rural em São Paulo, em 2005.

Fonte: Maura S. T. Esperancini; Fernando Colen; et al.2007


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9.Conclusão Neste projeto, conseguimos listar as características comuns aos biodigestores, sua forma

de funcionamento, e seus benefícios, tanto na redução da emissão de GEE, quanto na

diminuição de dejetos sem tratamento e não aproveitados.

Ficou evidente que o número crescente de biodigestores, só vem a beneficiar a

sociedade como um todo. A geração do biogás, biofertilizantes, e substrato

organomineral transformam o que antes era resíduo inútil e poluente em formas de

redução de gastos e até mesmo lucro em grandes propriedades e assentamentos.

Uma outra alternativa que ajudaria a reduzir a emissão de GEE provenientes da

atividade pecuarista , em associação à adoção do sistema de biodigestores, seria:

• melhorar as condições de criação de gado nacionais, através do sistema de

confinamento para pecuaristas com rebanhos superiores a 50 cabeças, juntamente com a

avaliação e controle dos gases emitidos;

• aumentar o recurso financeiro dos produtores a fim de que os mesmos cuidem melhor

do solo utilizado para pastagem;

• alterar geneticamente os rebanhos a fim de diminuir a emissão de metano – redução de

30%;

• criação de rebanhos juntamente com árvores cultivadas – fazendas neutras na emissão

de GEE.

Desta forma, seria possível diminuir de forma significativa a emissão de GEE

provenientes das atividades pecuaristas.

10.Referências Bibliográficas

[1]Zen, S. de; Barioni, L, Gustavo; et al.Pecuária de corte brasileira:impactos

ambientais e gases do efeito estufa (GEE)Piracicaba-SP.Universidade de São

Paulo(USP)-Departamento de Economia, Administração e Sociologia-Escola superior

de agricultura “Luiz de Queiros”-CEPEA.2p.2008

[2]Gaspar,R.M.B leme. Utilização de biodigestores em pequenas e médias

propriedades rurais com ênfase na agregação de valor: um estudo de caso na região

de Toledo- PR. Florianópolis- SC. Universidade federal de Santa Catarina(UFSC).12,

13p. 2003.

[3]Portes, Z. Aparecida; Florentino, H de Oliveira. Aplicativo computacional para

projetos e construção de biodigestores rurais. Botucatu- SP.Universidade estadual

paulista(UNESP)- Departamento de bioestatística- Energia da agricultura.121p.2006


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[4] Engenharia & projetos - projetos e consultoria de engenharia civil e ambiental.

Disponível em: <http://enge.com.br/biodigestor_indiano.htm>. Último acesso em:

14/11/2010.

[5]Dagannuti, Roberto; Palhaci, M. do.C. J. Palácido; et al. Biodigestores rurais:

modelo indiano, chinês e batelada.Bauru-SP.Universidade estadual paulista (UNESP)-

Departamento de Artes e Representação Gráfica, FAAC - Faculdade de Arquitetura,

Artes e Comunicação.

[6] Maura S. T. Esperancini; Fernando Colen; et al. Viabilidade técnica e econômica da

substituição de fontes convencionais de energia por biogás em assentamento rural do

Estado de São Paulo. .Jaboticabal-SP. Universidade estadual paulista. Departamento

de gestão e tecnologia agroindustrial.2007.

[7] Luiz V. E. Villela Jr., Jairo A. C. de Araújo; et al. Substrato e solução nutritiva

desenvolvidos a partir de efluente de biodigestor para cultivo do meloeiro. Revista

Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental. v.11, n.2, p.152-158, 2007.

[8] Luiz Vitor E. Villela Junior; Jairo Augusto C. Araújo; et al . Comportamento do

meloeiro em cultivo sem solo com a utilização de biofertilizante.jaboticabal-

SP.Universidade estadual paulista.Departamento de engenharia rural.2003.

[9] Darolt, M. Roberto; et al. BIOFERTILIZANTES: Caracterização Química, Qualidade

Sanitária e Eficiência em Diferentes Concentrações na Cultura da Alface. Curitiba-

PR.Universidade federal do Paraná. Departamento de Solos e Engenharia Agrícola,

Setor de Ciências Agrárias. 2006

[10] Jairo A. C. de Araújo; Thiago L. Factor; et al. Utilização do efluente de biodigestor

na produção de pimentão em substratos.Jaboticabal-SP.Universidade estadual

paulista. Faculdade de Ciências Agrárias e Veterinárias. Ano não citado.

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