relat r r r - dem.uc.pt · tratando-se de uma importante parte do ciclo biogeoquímico do carbono....

Gestão de Energia ___________________________________________________________2002/2003

Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra 1

1-Introdução A produção de Biogás vem de milhões de anos antes de Cristo. Os povos antigos essencialmente agrícolas como no caso dos Hindus , Chineses e Japoneses, foram os povos que trouxeram esta tecnologia rudimentar até os dias de hoje. Esta tecnologia evoluiu com o passar do tempo. Os agricultores faziam a limpeza do terreno e enterravam o lixo, isto permitiu observar a decomposição da matéria orgânica bem como a formação de um gás combustível a partir dessa matéria. Na verdade os biodigestores não surgiram do nada, assim como a sua finalidade primária, a criação de um dispositivo que produzisse um adubo complementado. Consequentemente alguém descobriu que o gás poderia ser utilizado, abrindo caminho à sua possível utilização como fonte energética. Tentamos neste estudo dar alguns conhecimentos básicos do processo, situação actual deste tipo de energia, concluindo com um estudo de viabilidade económica no sector da suinicultura em Portugal. 2 - Biogás 2.1- Biogás Características e Propriedades

2.1.1-Conceito de Biogás

O Biogás é uma mistura gasosa combustível, produzida através da digestão anaeróbica, ou seja, pela biodegradação da matéria orgânica, pela acção de bactérias na ausência de oxigénio.

2.1.2- Composição e Propriedades do Biogás

• O Biogás é uma mistura gasosa composta principalmente por:

Nota: Dependendo da origem COMPOSTOS QUANTIDADES Metano 55 a 66 % do volume de gás produzido Dióxido de Carbono 35 a 45 % do volume de gás produzido Nitrogénio 0 a 3 % do volume de gás produzido Oxigénio 0 a 1 % do volume de gás produzido Hidrogénio 0 a 1 % do volume de gás produzido Sulfureto de Hidrogénio 0 a 3 % do volume de gás produzido

Tabela 1

• O poder calorifico do Biogás é aproximadamente 21600 kJ/m3

• O principal componente do Biogás, quando usado como combustível é o metano (CH4)

• O metano, não tem cheiro, cor ou sabor, mas outros gases presentes,

conferem-lhe um ligeiro odor de alho ou de ovo podre.

• Apresenta menor perigo de explosão – NÃO TÓXICO.



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

(ρ= 0,72 kg/m3)

• Fonte de energia alternativa e renovável.

2.1.3- Factores de conversão e eficiência energética

Nota: (energia do Biogás produzido/energia da matéria orgânica)

• Produção de estrume e potencial produção de Biogás

ORIGEM ESTRUME POR DIA BIOGÁS POR DIA Peso molhado

(kg) MJ m3 MJ

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

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

• Medidas das eficiências de combustão

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

5 7 9 11 13 15 17

Período Fermentação (dias)

Efic

iênc

ia C

onve

rsão

pigscowspoultry

Gráfico 1 2.2- Produção de Biogás 2.2.1- Meios de produção

• A digestão anaeróbica (processo pelo qual é produzido o Biogás), trata-se de um processo natural que ocorre em pântanos, lagos, rios, tratando-se de uma importante parte do ciclo biogeoquímico do carbono. Produzido desta maneira o Biogás não é aproveitado como fonte de energia.

• A produção de Biogás é também possível a partir de diversos resíduos orgânicos:



- Excrementos de animais - Lodos de esgoto - Lixo doméstico - Resíduos agrícolas - Afluentes industriais

Neste caso a digestão anaeróbia é realizada em biodigestores especialmente projectados, estes produzem uma mistura gasosa que pode ser usada como combustível. O resíduo dos biodigestores é um excelente biofertelizante.

2.2.2-Digestão anaeróbico

A digestão anaeróbia é uma reacção química realizada basicamente em 3 estágios, através de diversos tipos de bactérias na total ausência de oxigénio, são eles:

1. Estágio (Fase de Hidrólise) A matéria orgânica é convertida em moléculas menores pela acção de bactérias:

• Hidroliticas – transformam proteínas em peptidios e aminoacidos; polissacarideos em monossacarideos; gorduras em graxos.

• Fementativas – transformam produtos anteriores, em ácidos solúveis e álcoois.

2. Estágio (Fase Acida) Nesta etapa, bactérias acetogénicas transformam os produtos do Estágio 1 em:

• Acido acético (CH3COOH) • Hidrogénio (H2) • Hidróxido de Carbono (CO2)

3. Estágio (Fase Metanogânica) As bactérias metanogénicas transformam o hidrogénio (H2), o acido acético e o Dióxido de carbono em METANO (CH4). Estas bactérias são extremamente sensíveis a mudanças do meio tais como PH ou Temperatura.

2.2.3 – Condições necessárias à produção de Biogás

Dado que a produção de Biogás é feito através de bactérias, existem condicionantes de sobrevivência das mesmas, isso afectara directamente a produção. As condições de vida para as bactérias são:

1. Impermeabilidade ao ar – A decomposição da matéria orgânica

na presença de ar (oxigénio) irá produzir apenas Dióxido de Carbono, isto implica que o Biodigestor seja totalmente vedado.

2. Temperatura – As bactérias (principalmente as que produzem o METANO) são muito sensíveis à variação da temperatura. A faixa ideal de temperatura para a produção de Biogás é de 35º a 45º, sendo mais importante a não existência de variações



bruscas da temperatura. Em países tropicais ou subtropicais o Biodigestor dispensa sistema adicional de aquecimento.

3. Alcalinidade e PH – A alcalinidade é uma medida da quantidade de carbonato na solução (proveniente do CO2, produzido durante a digestão anaeróbia). Esta é importante pois à medida que se produzem ácidos no meio, o carbonato reage com estes, o que permite um controlo de acidez do meio. As bactérias sobrevivem numa faixa de PH entre 6,5 e 8,0.

4. Teor de água - O teor de água dentro do Biodigestor deve variar entre 60 % a 90 % do peso do conteúdo total.

5. Nutrientes- Os principais nutrientes das bactérias são o carbono, nitrogénio e sais orgânicos. Uma relação especifica de carbono para nitrogénio deve ser mantida entre 20:1 a 30:1. A produção de Biogás não é bem sucedida se apenas uma fonte de material for utilizada.

6. Tempo de retenção- dado ser este o tempo necessário para que a mateira orgânica produza Biogás, dentro do Biodigestor (entre 10 a 30 dias).

Material Relação

Lixo cozinha 6-10:1 Excremento suíno 20:1 Excremento bovino 25:1 Bagaço 150:1 Planta marítima 80:1 Serrim 200-500:1 Rama de batata 25:1

Tabela 3 2.2.4 – Biodigestor

Figura 1

Vista em corte de um Biodigestor sem

aquecimento (apresentado em feiras

de ciência para demonstração)



Um modelo de Biodigestor é geralmente constituído por duas partes distintas:

• Câmara de Fermentação- esta parte comporta a mistura do material

orgânico com água, formando um meio anaeróbico, onde as bactérias metanogênicas actuarão, resultando na produção de Biogás. Esta dispõe de algumas peças:

1- Agitador – tem a função de evitar que o CO2, formado na

biodigestão, forme bolhas. 2- Coroa – é o estreitamento da câmara na altura média, para evitar

a perda de Biogás. 3- Tela de Retenção de sólidos – (uso opcional) quando utilizado

material fibroso, esta tem a função de manter este material abaixo da altura da coroa

4- Dreno para descarga – permitir a descarga do material orgânico.

• Gasómetro – tem como função a captação e armazenamento do gás, permitindo ainda uma pressão de saída constante.

Vista em corte do Biodigestor e seus componentes

Figura 2 Uma boa performance do Biodigestor dependera de vários factores:

• Condições climáticas, no caso de um local com baixas temperaturas,

deve-se utilizar uma isolação térmica adequada ou equipamento de aquecimento.

• Material que será utilizado na construção- devem ser levados em

consideração disponibilidade, preço e resistência a corrosão.



• Quantidade e tipo de matéria orgânica que alimentará o Biodigestor

- Dejectos animais - Resíduos da industria agrícola (o mais adequado é o excremento de gado, uma vez que este contêm bactérias produtoras de Metano)

Alimentação do Biodigestor:

- Por batelada , o Biodigestor é alimentado e após todo o material ser digerido, é esvaziado e realimentado novamente.

Figura 3

- Por alimentação continua – O Biodigestor é alimentado

continuamente, a quantidade que for adicionada é retirada, neste caso a produção de gás é continua.

Figura 4

2.2.5 – Resíduo da Produção de Biogás

Simultaneamente à obtenção do Biogás, a digestão anaeróbica orgânica produz, como resíduo, uma substância parecida com lodo, que quando diluída, pode ser utilizada como fertilizante agrícola.

A este fertilizante chama-se BIOFERTILIZANTE apresentando este grandes quantidades de nitrogénio e de fósforo. Este fertilizante é vantajoso, também, dada a sua facilidade de mobilização pelos microorganismos no solo devido ao avançado grau de decomposição.



2.2.6- Uso de Biogás O Biogás pode ser estritamente inflamável, oferecendo condições para:

1. uso em fogão doméstico 2. lampiões 3. combustível para motores de combustão interna 4. secadores de grão ou secadores diversos 5. geração de energia eléctrica

este pode ainda ser utilizado para a industria.

Figura 5

2.2.7 – Vantagens e Desvantagens

• Vantagens:

- em termos de tratamento de resíduos 1- É um processo natural para se tratar resíduos orgânicos. 2- Requer menos espaço que aterros sanitários ou

compostagem. 3- Diminui o volume de resíduo a ser descartado - em termos de energia 1- É uma fonte de energia renovável 2- Produz um combustível de alta qualidade, através deste

processo evita-se a libertação de METANO para a atmosfera que provoca um aumento do efeito estufa, (a combustão do METANO só produz água e Dióxido de Carbono).

- em termos ambientais 1- Reaproveitamento da matéria orgânica.



2- Produz como resíduo um biofertelizante, rico em nutrientes e livres de microorganismos patogénicos.

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

4- Por sua vez no tratamento de afluentes, reduz alguns organismos patogénicos prejudiciais a saúde publica além de reduzir o consumo de oxigénio neste tipo de reacções.

- em termos económicos 1- Apesar do elevado custo inicial, numa perspectiva a longo

prazo resulta uma grande economia, pois reduz, gastos com electricidade, transporte do bujão do gás, esgotos, descarte de resíduos, etc.

• Desvantagens

- Possível formação, caso a biodigestão não esteja a funcionar correctamente, de gás sulfidrico (H2S), gás tóxico. Implica possivelmente uma etapa de tratamento do gás obtido.

- Escolha adequada do material a utilizar na construção do

Biodigestor, pois há formação de gases altamente corrosivos

- Custo inicial

- Possibilidade de custo de manutenção.

3- Situação actual em PORTUGAL

A questão que se põem em relação ao Biogás é a avaliação da sua potencial importância no contexto das energias renováveis.

Actualmente, a geração de Biogás provém exclusivamente da degradação dos resíduos da nossa civilização. Há outros dois factores suplementares que ditam a importância do aproveitamento do Biogás: a redução da energia consumida no tratamento de resíduos e a queima do metano que faz com que não ocorra o seu lançamento na atmosfera.

As principais áreas potenciais, de produção de Biogás são as do sector agro-pecuário, das LIAR’S municipais e dos resíduos sólidos urbanos (RSU).

3.1- Potencial

3.1.1-sector Agro Pecuário

Excluindo as explorações pecuárias com dimensões reduzidas que não justificam a viabilização, por si só, o aproveitamento do excremento em instalações de tratamento ”individuais”, o potencial energético diário de excrementos das explorações de bovinos, de galinhas poedeiras e de suínos, é



de cerca de 325000 m3/dia de Biogás o que corresponde a um valor de 61100 tep. As suiniculturas representam cerca de 75% deste valor, num potencial de 226 GWh/ano de electricidade. 3.1.2- Sector Agro Alimentar Em Portugal são ainda poucas as empresas com estações de tratamento de afluentes com digestão anaeróbica. A sazonalidade da actividade de certas empresas (ex: frutas e legumes), pode ser um factor que dificulta a sua aplicação. O potencial energético diário calculado para o sector agro-alimentar é de cerca 171500 m3/dia de Biogás valor equivalente a 31000 tep/ano e a um potencial global anual de 120 GWh eléctricos.

Nota: dados retirados da DGE 3.1.3- ETAR’S municipais Para populações com dimensão superior a 10 a 15 mil habitantes é económico proceder-se à digestão anaeróbica das lamas com consequente produção de Biogás. O potencial é muito elevado tanto mais que existe tendência para a construção de LIAR’S multimunicipais ou que recebem efluentes de várias povoações. O potencial disponível aproveitado por cogeração atinge cerca de 157 GWh/ano de energia eléctrica. A energia térmica é utilizada em grande parte no aquecimento da digestão das lamas.

3.2- Constrangimentos

A digestão anaeróbica é um processo que com excepção do tratamento das

lamas das LIAR, não tem tido aceitação alargada em Portugal, contribuindo para o efeito o custo elevado de investimento. No entanto, o processo é indiscutivelmente muito vantajoso na degradação dos afluentes e resíduos orgânicos existindo tecnologias adaptáveis a qualquer tipo de substracto sendo, a sua divulgação e conhecimento insuficiente.

3.3- Medidas propostas

A legislação é um factor chave para fomentar a digestão anaeróbica e a utilização energética do Biogás produzido bem como a valorização dos subprodutos gerados. A criação de incentivos ao processamento e utilização dos sólidos tratados como fertilizantes de origem orgânica (não sintéticos). O sector agro-pecuário é muito sensível às flutuações de mercado, prejudicando todo o processo de rentabilização do aproveitamento energético do Biogás. A redução de custos de aquisição de equipamento, bem como o aumento de apoios a utilização do Biogás e dos subprodutos gerados, constituem a principal preocupação. O desenvolvimento de soluções tecnológicas e novas formas de divulgação junto de potenciais utilizadores, tem sofrido uma franca melhoria.



Na arca da indústria agro-alimentar é algo complexo, quer devido à tecnologia empregue quer em termos económico financeiros. Novas políticas fiscais estão a ser empregues na área de investimento feito por empresas. Estas medidas devem ser debatidas junto de industriais, bem como o expor e sensibilizar estas para as novas tecnologias (existência de mecanismos que tornam a digestão anaeróbia uma alternativa mais aliciante). São também necessárias acções de sensibilização dos autarcas sobre as vantagens da co-digestão e a promulgação de legislação que impeça o lançamento para a atmosfera do metano originado em LIAR’S dotadas de digestores anaeróbios. A sensibilização das entidades gestoras de aterros sanitários para as diferentes formas de aproveitamento do Biogás, assim como a criação de incentivos à investigação de tecnologias de digestão anaeróbica a aplicar no tratamento da fracção orgânica dos Resíduos Sólidos Urbanos (RSU).

3.4-Perspectivas futuras

A revelação da eficácia das tecnologias de digestão anaeróbica e de aproveitamento de Biogás no tratamento e valorização de resíduos e a contenção do efeito estufa, com baixos custos de operação, o que evita custos ambientais correspondentes às fontes convencionais. Permitindo a valorização energética dos resíduos orgânicos e dos nutrientes nela contida, assimilável pelas plantas, é um processo que se enquadra no crescimento sustentado. É de todo importante apoiar esta tecnologia para além do elevado contributo na arca do ambiente poderá no sector da energia, uma importante fatia, em termos de balanço energético.

4- Aplicação prática 4.1-Introdução

A possibilidade da implementação de um Biodigestor numa suinicultura e a

sua viabilidade económica tornam estes casos, de elevado interesse no panorama nacional. Este género de indústria tem em Portugal o maior potencial de aplicação no sector agro-pecuário, dado constituir 75% deste. Assim sendo criamos um caso que pensamos ser aplicável no contexto.

Para isso vamos pressupor que temos á nossa disposição uma quinta, que nos permitirá ter:

- N.º de suínos = 8500 (nº atribuído tendo em vista uma media a grande empresa)

Esta quinta não dispõem de terreno arável e está situada numa zona com elevado índice de nitratos nos solos. Convêm ainda salientar que levamos em linha de conta a necessidade de estabelecer contratos com quintas vizinhas de forma a estas se poderem ver livres do estrume.



4.2- Método Através de uma análise financeira, vamos calcular o valor actual dos custos e

dos benefícios para cada caso particular do projecto, usando uma taxa de actualização conveniente. Esta taxa reflecte a desvalorização do dinheiro ao longo do tempo e o ano em que o “PAY-BACK corrigido” ocorre.

Para aplicar o método são requeridos:

• custos de investimento: - digestor anaeróbio com aquecimento - sistema de cogeração - separação de fibras - equipamento de compostagem - algumas alterações ao sistema de aquecimento

• custos operacionais: - electricidade necessária ao digestor - reparação e manutenção

• poupanças: - aquecimento das divisões da suinicultura e anexos - aquecimento das casas residenciais das zonas periféricas - poupanças nos contratos de remoção de excrementos

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

4.3- Taxa de actualização Vamos adoptar duas taxas, uma será de 6% e outra de 15% ao ano para o caso em estudo.

A primeira taxa reflecte o risco de investimento nos limites governamentais, contudo este investimento é de elevado risco com muitas incertezas no que respeita aos custos operacionais e a benefícios anuais.

A segunda taxa reflecte o custo de oportunidade, isto é, o retorno que um investidor poderia esperar de um investimento equivalente de capital com o mesmo nível de risco.

4.4- Análise de sensibilidade

Para levar a efeito este tipo de análise, considera-se um cenário base utilizando valores realistas e escolhendo opções que maximizam o lucro para a quinta. Para calcular factores individuais influentes no crescimento ou decrescimento da viabilidade económica do projecto, o cenário base foi alterado 3 vezes:

1. Excluímos a hipótese de cogeração e de ganhos na

electricidade. 2. Investimento ou não no separador e possíveis vendas de fibras

provenientes do uso de separador. 3. Custos nas instalações de água quente nas divisões da quinta e

as poupanças incluídas.



A variedade de cenários foi então comparada para investigar as mudanças

sensitivas nas várias situações. As mudanças efectuadas foram as seguintes:

1. O preço dos Biodigestores 2. Maior ou menor tempo de vida para o projecto 3. Valores pessimistas para as fibras, sem investimento no

separador até valores optimistas nas vendas das fibras. 4. Sem redução nos custos relativos à remoção dos excrementos

até nenhum custo com esta tarefa. 5. Do mais barato até ao mais caro a nível de custos operacionais. 6. Benefícios fiscais para aceitar outros detritos 7. Mais ou menos eficiência das bactérias 8. Preço de electricidade, mais cara

4.4.1 – Custos de investimento

a) Biodigestor com sistema de aquecimento e possível separador.

O tamanho do digestor é calculado segundo o método descrito por Meynell (1982, pag. 82). Este método indica que a taxa de carga orgânica varia entre 0,8 e 3,2 kg de composto volátil (VS) por m3, por dia. Geralmente aplica-se 2,8 kg/m3/dia, com este valor o tamanho do Biodigestor pode ser calculado com algum grau de exactidão.

É melhor sobredimensionar que subdimensionar, para o caso de aumentos na quantidade de “lixo”, alem disso garante que o “lixo”, seja digerido correctamente.

- Tipicamente neste tipo de produção temos 5% de teor solido (TS) e mais 5% destes são constituídos por sólidos voláteis (SV).

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

• Quantidade de excrementos diários em m3 (considerado excrementos ≈1000 kg/m3)

Vtotal diário = 95,2285007,21=××

ρ m3/dia

• Quantidades de compostos sólidos voláteis 29,95 x 0,05 x 0,75 x 1000 ≈ 861 kg.VS/dia • Volume do Biodigestor Considerando-se 2,8 kgVS/dia como carga de um Biodigestor



V = 333 3085,307

//8,2/861 mmdiamkgVS

diakgVS≈=

Isto teria um tempo de retenção de 23 dias segundo Meynell (1982, pag 82). O valor encontrado está dentro do que se pratica actualmente • Perante este volume, o preço consultado no mercado para um

Biodigestor com aquecimento e separador foi o seguinte: 1. 160755 € 2. 229655 € 3. 459300 €

• O custo mais baixo foi o escolhido para o cenário base

Preço=160755 €

• Os separadores podem ser comprados à parte por: Preço do separador = 22965 €

• Podemos fazer um novo cenário para o Biodigestor

1. 160755 € - 22965 € = 137790 € 2. 229650 € - 22965 € = 206685 € 3. 459300 € - 22965 € = 436335 €

• Hipótese de financiamento por parte do estado na ordem dos 30%

sobre o valor total do Biodigestor Preço para o investidor = 137790 € - (137,790 x 0,3) = 96453 € • Tabela de Hipóteses

Cenário base Cenários Possíveis

96453 € 137790 € 206685 €

Custo do Biodigestor

137790 €

436335 € Tabela 4

Cenário base Cenário possível

Custo do separador 22965 € 0 ou 22965 € Tabela 5

b) Custo do sistema de cogeração

• No mercado escolhemos 3 tipos diferentes Preços das unidades de cogeração:

- 114825 € (CHESSHIRE) - 120000 € (GORNALL)



- 38275 € (gerador a diesel HESLOP)

O terceiro caso é o mais barato dado ser um equipamento sem grandes requisitos de aplicação. Tem a vantagem de não ser corroído pelo acido sulfídrico, porque o sistema diesel precisa de 10% deste componente para Funcionar, servindo de lubrificante.

Preço do sistema de cogeração = 38275 €

• Tabela de Hipóteses

Cenário base Cenário possível Preço da unidade de geração 38275 € 0 ou 38275 €

Tabela 6 c) Equipamentos de compostagem Para avaliar o custo da implementação de infra-estruturas para uma unidade de compostagem, analisaram-se algumas unidades de sucesso em funcionamento da Comunidade Europeia, de forma a comparar as necessidades existentes:

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

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

compostagem. No mercado indicam-nos que o preço é o seguinte, 100 € m3 .

Para as quantidades envolvidas, no processo e por comparação com algumas unidades já existentes, conclui-se que, uma cobertura de 200 m3 será suficiente.

Preço da cobertura = 200 x 100 = 20000 €. Por ultimo a necessidade de uma máquina de embalagem do

adubo proveniente da compostagem. Preço máquina compostagem = 6134 €

• Custos dos equipamentos para compostagem 25260 € + 20000 € + 6134 € = 51384 €

Cenário base Cenário possível Equipamentos de

compostagem 0 € 0 ou 51384 € Tabela 7

d) Instalação de tubagens de água quente A modelação da tubagem de água quente, por sondagem feita no mercado, será aproximadamente:

-7600 € - para as divisões da quinta -22960 € - para o laborar da suinicultura Total de 30560 €




Cenário base Cenário possível Tubagem de água quente 0 € 0 ou 30560 €

Tabela 8 4.4.2- Custos operacionais

• Os custos laborais não são contidos nesta avaliação dado supor-se que os empregados da suinicultura poderão readaptar-se num novo esquema laboral

• Os custos associados com a manutenção do Biodigestor serão

retiradas de vários estudos feitos a anteriormente, por outras entidades ligadas à área da digestão anaeróbica.

- Experiência do Wallford Callege, Shrewbury, para um tanque de 300 m3 (ETSU,1997,pág 52) – 3060 €

- The Good Practice Guidelines para D.A.(ESTU,1997,pág 27 – 10700 € a 15300 €

- AD-NETT website sugere-9490 €


Cenário base Cenário possível 3060 € 9490 € 10700 €

Custos de operação

10700 €

15300 € Tabela 9

4.4.3- Poupanças anuais A produção de Biogás é calculada por dois métodos.

Método 1 - 40% dos sólidos voláteis são destruídos e convertidas em Biogás - convencionalmente 1 m3 de Biogás com 60-65% metano é

produzido a partir de 1 kg de sólido voláteis (trata-se de uma aproximação)

Método 2 Practically Green web site diz que 26 m3 de Biogás são produzidos por cada tonelada de excremento de porco, assumindo que tem um total de sólidos de 9%. Este método dá um resultado de 73% de conversão dos sólidos voláteis em Biogás, o que é mais que o método 1

O método 1 é assim escolhido como cenário base, dado dar uma

alternativa mais conservativa, mesmo menosprezando algum potencial possível para os sólidos voláteis (VS). O método 1 é também considerado



mais razoável dado os 9% do 2º método serem ligeiramente diluídos, no nosso caso consideramos 5%.

Uma boa relação dada pela DGE é de 1m3de Biogás dará tipicamente: - Unicamente electricidade –1,7 kWh (assumindo coeficiente

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

de conversão de 70%)

• Combinação de calor com electricidade 1,7 kWh de electricidade 2 kWh de calor É mais económico para o gerador trabalhar, nas horas de pico, poupando 0,091 €/kWh na factura de electricidade em vez dos 0,0375 €/kWh das horas normais. Consideramos que o gerador funciona 5 horas por dia.

• Energia produzida na quinta/ano. Vexcremento = 22,95 x 365 =8377 m3 Massa de sólidos = 8377 x 0,05 x 1000 = 418850 kg Massa de sólidos voláteis =418850 x 0,75 = 314137 kg Sólidos voláteis transformados = 314137 x 0,40 = 125,655 kg - Unicamente para aproveitamento de calor (aquecedor) Dado: 1 kg de VS produziu 1 m3 de Biogás kWh = 125655 x 2,5 = 314137 kW. - Electricidade e Calor (cogeração)

kWh(calo) = 125655 x 2 = 251310 kwh kWh(electricidade) = 125655 x 1,7 = 213613 kWh

• Tabela da energia produzida do cenário base

m3 (excrementos) 8377

Sólidos (kg) 418850 Sólidos voláteis (kg) 314137

Sólidos voláteis convertidos (kg) 125655 m3 de biogás 125655

Unicamente para aquecimento kWh 314137

Cogeração kWh (calor) 251310

kWh (electricidade) 213613 Tabela 10



Se o gerador funcionar 5 horas por dia na hora de pico, os 213613 kWh a 0,091 €/kWh darão uma poupança de:

Utilizando o método 1

• Para 40% de conversão de solução volátil, temos: Poupança de electricidade = 213613 x 0,091 = 19438 €

Considera-se este valor como sendo o cenário base. Utilizando o método 2 A taxa de conversão é de 73%, sendo esta maior que o método 1.No nosso caso consideraremos:

• Para 60% de conversão se solução volátil, temos: Massa sólidos voláteis para 60% = 314137 x 0,60 = 188482 kg Sabendo que 1kg SV produz 1m3 de biogás kWh (electricidade) = 188482 x 1,7 = 320419 kWh Poupança de electricidade = 320419 x 0,091 = 29158 €

• Para 70% de conversão de solução volátil, temos: Massa SV para 70% = 314137 x 0,7 = 219896 kg kWh (electricidade) = 219896 x 1,7 = 373823 kWh poupança de electricidade = 373823 x 0,091 = 34017 €

Pode ainda a possibilidade de variação do preço da electricidade. O governo tem uma taxa de incentivo para a energia proveniente de Energias Renováveis. O preço da energia para as Energias Renováveis fica então 0,12 € com apoio governamental.

Para o cenário base com um preço mais elevado ficará:

- Poupança cenário base = 213613 x 0,12 = 25633 € - Poupança com 60% de custos ano

320419 x 0,12 = 38450 € - Poupança com 70% de custos ano

373823 x 0,12 = 44858 €


Cenário base Cenários possíveis 19438 € 40% 29158 € 60%

Electricidade a 0,091€

34017 € 70% 25633 € 40% 38450 € 60%

Poupanças de electricidade

19438 €

Electricidade a 0,12 € 44858 € 70%

Tabela 11 • Poupanças no aquecimento

As divisões a levar aquecimento serão 10, irão ser aquecidas com

3kWh cada uma, aproximadamente 26 semanas por ano. Cálculo da quantidade de energia necessária para aquecer as 10 divisões num ano:



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

• 17 horas por dia com um custo de 0,091€

8347091,01310402417

=×× € (poupança)

• 7 horas por dia com um custo de 0,0375€

14740375,0131040247

=×× € (poupança)

A poupança total no aquecimento será de 8347 + 1474 = 9821 €

Cenário base Cenários possíveis Poupança no aquecimento

0 €

0 € ou 9821 €

Tabela 12

• Poupanças na remoção dos excrementos

A quinta gasta anualmente na remoção dos excrementos através de contractos de 38275 €.

A digestão anaeróbia e a separação das fibras reduzem o volume dos excrementos. A digestão remove 2 - 4%, e a separação 7 – 25%. Existindo redução no volume e assim sendo, poupança, estes factores farão parte do cenário base. Esta redução será a multiplicação das duas percentagens.

%52,182

%25%72

42100 =

+

×

+

− de redução no custo

18,52 % x 38275 € = 7088 €

Cenário base Cenários possíveis Poupança na remoção dos excrementos

7088 €

0 ou 38275 €

Tabela 13

4.4.4-Lucros anuais

• Venda de fibras

- Um produtor de fibras britânico com sucesso, vende sacos de 15 kg por 0,04 m3, directamente ao público por 7,5 €, o que dará 500 €/ tonelada.

- Um perito da área das fibras afirmara que quase não tem valor, não indo além dos 15 €/ tonelada [1].



A separação das fibras é de 7 a 25% da massa original dos excrementos. Assim sendo cenários para 8377 toneladas de produção de excrementos digeridos por ano serão:

- Para os cenários mais pessimistas 1. Para 7% de separação de fibras

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

8317 x 0,25 = 2094,25 ton x 15 € =31413 € 3. Não há venda de fibras devido à não aquisição de separador.

- Para os cenários mais optimistas

1. Para 7% de separação de fibras 8377 x 0,07 = 586,39 ton Nº de sacos 586,39 . 103/ 15 = 39066 sacos Lucro = 39066 x 7,5 € = 293195 €

2 Para 25% de separação de fibras 8377 x 0,25 = 2094,25 ton Nº de sacos = 2094,25.103/15 = 139600 sacos Lucro = 139600 x 7,5 € = 1047000 €

Adoptamos como cenário base o valor mais pessimista de todos, que é 8795 € de lucro:

Cenário base Cenários possíveis

0 € 8795 € 7%

31413 € 25% 15 €/ton

293195 € 7%

Lucros com venda da fibra

8795 €

1047000 € 25% 500 €/ton

Tabela 14

Outros factores: Os tempos de vida considerado em análise de 15 anos e 20 anos. Consideramos para cenário base 15 anos.



4.4.5 Valores e Cenários possíveis

Cenário base Cenários possíveis Custos capitais

96453 € A 137790 € B 206685 € C

Custos do

Biodigestor

137790 € 436335 € D

Custo do separador 15000 € 0 a 15000 € Custo da unidade de

geração

38275 €

0 a 38275 €

Custo do equipamento de compostagem

0 €

0 a 51384 €

Custos de Tubagem de água quente

0 €

0 a 30560 €

3060 € E 9490 € F 10700 € G

Custos

Operacionais

10700 € 15300 € H

Poupanças anuais 19438 € I 29158 € 34017 € J 25633 € K 38450 €

Poupanças de electricidade

19438 €

44858 € L Poupanças no aquecimento

O € 0 ou 9821 €

Poupança na remoção de excrementos

7088 €

0 ou 38275 €

Lucros anuais 0 € M

8795 € - 7% N 31413 € - 25% O 293195 € - 7% P

Venda de fibra

8795 €

1047000 € - 25% Q Tabela 15



5- Apresentação de resultados 5.1- Cenário base • Como apresentado na Tabela 16, o cenário para um projecto de investimento a 15 anos, temos um VLA (6%) positivo. No entanto os 9,2% da TIR conferem algum risco, não atraindo grandes investidores. Se tivéssemos de pedir o dinheiro à banca, provavelmente a taxa de juro seria maior que a TIR, sendo o custo do capital maior que a reentrada de dinheiro dada pelo investimento tornando-o pouco atractivo. Assim sendo o projecto é tecnicamente viável mas pouco acertado, principalmente tendo em conta a quantidade de variáveis incertas.

Cenário base (15

anos)

Cenário base (20

anos)

Sem cogeração

Sem separador

Com canos água quente

TIR 9,2% 10,4% -10,5% 3,9% 12,3% VLA 6% 48061 € 91336 € -102450 € -21967 € 112880 € VLA 15% -47102 € -36959 € -122480 € -83266 € -20230 € Payback corrigido

(6%)

11 anos

11 anos

>15 anos

>15 anos

9 anos

Tabela 16

• No projecto a 20 anos o VLA 6% e a TIR aumenta ligeiramente. • Se o sistema de cogeração não for comprado as poupanças feitas na electricidade deixam de existir, sendo a falta destas tão significativa que torna o projecto inviável. • Comprando separador, mas não havendo cenário optimista na venda das fibras o projecto é inviável, dadas as poupanças na redução do volume para remoção não serem suficientes para tornar este projecto viável. • A tubagem para o aquecimento é tecnicamente viável para VLA 6%, sendo as poupanças feitas em electricidade compensatórias.

VLA'S

-150000-100000

-500000

50000100000150000200000250000300000350000

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

i % (taxa de actualização)

VL

A €

Com canos paraaquecimentoCenário base 20 anos

Cenário base 15 anos

Sem separador

Sem cogeração

Gráfico 2



5.2 Custo do Biodigestor • A tabela 17 mostra que o projecto é sensível ás variações do preço do Biodigestor, sendo bastante mais aliciante no caso A (ajuda governamental de 30% sobre o valor total do Biodigestor B), tendo este cenário uma TIR de 13,7% com um payback de 8 anos. O caso B é analisado no cenário base. Se os preços do Biodigestor forem superiores a B o projecto é inviável.

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

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

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

Tabela 17

VLA's (biodigestor)

-400000

-300000

-200000

-100000

0

100000

200000

300000

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

i% (taxa de actualização)

VLA

€

Bodigestor CBiodigestor ABiodigestor BBiodigestor D

Gráfico 3 5.3 Custos Operacionais • Todos os custos operacionais em análise, são estimativas dadas por algumas unidades em funcionamento e Universidades com estudos nesta área. Dependem de várias realidades das instalações tais como: localização, grandeza da unidade, qualidade, etc. A análise é pois pouco sensível aos custos operacionais.

Custo E Custo F Custo G Custo H Custos 3060 € 9490 € 10700 € 15300 €

TIR 14,58% 9,9% 9,2% 6,24% VLA 6% 122260 € 59870 € 48061 € 3379 € VLA 15% -2428 € -40027 € -47102 € -74000 € Payback

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

Tabela 18



VLA's (custos operacionais)

-100000-50000

050000

100000150000200000250000300000350000

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


VLA

€

Custo operacional ECusto operacional FCusto operacional GCusto operacional H

Gráfico 4

5.4 Poupanças Eléctricas • Consideramos para análise das poupanças eléctricas 4 casos possíveis:

I – Energia produzida com 40% de conversão de sólidos voláteis e paga a 0,091 €/kWh.

J – Energia produzida com 70% de conversão de sólidos voláteis e paga a 0,091 €/kWh.

K – Energia produzida com 40% de conversão de sólidos voláteis e paga a 0,12 €/kWh. (com apoio estatal).

L – Energia produzida com 70% de conversão de sólidos voláteis e paga a 0,12 €/kWh.

Poupança I Poupança J Poupança K Poupança L

Poupança 19438 € 34017 € 25633 € 44858 € TIR 9,2% 23% 13,31% -

VLA 6% 48061 € 190170 € 108220 € 294940 € VLA 15% -47102 € 38453 € -10877 € 101540 € Payback

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

Tabela 19 • A análise da tabela 19 diz-nos que a eficiência de conversão das bactérias é extremamente importante na viabilidade económica do projecto, sendo as duas hipóteses a 70% altamente viáveis.



VLA´s (Poupanças de electricidade)

-100000

0

100000

200000

300000

400000

500000

600000

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


VLA

€

Poupança LPoupança JPoupança KPoupança I

Gráfico 5 5.5 Fibras

• Na venda das fibras os cenários apresentados são os seguintes. M – não vendemos as fibras e como tal usamos o cenário base sem a compra do separador, e sem poupanças na remoção dos excrementos. Não é viável. N – Vendemos as fibras no cenário mais pessimista a 15 € /ton (não fazendo compostagem). A taxa de separação de fibras é de 7%. Não é viável. O – Vendem-se as fibras num cenário pessimista de 15 €/ton (não fazendo compostagem). A taxa de separação de fibras é de 25%. É um projecto viável com um payback de 7 anos a 6%. P – Vendem-se as fibras no cenário mais optimista 500 €/ton (fazendo compostagem e venda em sacos de 15kg a 7,5 € cada.). A taxa de separação é de 7%, altamente viável. Payback < 1 ano. Q – Vendem-se as fibras no cenário mais optimista 500 €/ton (fazendo compostagem e venda em sacos de 15kg a 7,5 € cada.). A taxa de separação é de 25%. Altamente viável. Payback < 1 ano.

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

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

(6%)

>15 anos

>15 anos

7 anos

<1 ano

<1 ano

Tabela 20

Nota: considera-se no entanto para as fibras P e Q, um cenário de venda de 100% da produção, ou seja conseguiríamos vender todos os sacos de biofertelizante que produzíssemos.



VLA´s (fibras)

-1000000

0

1000000

2000000

3000000

4000000

5000000

6000000

7000000

8000000

9000000

10000000

11000000

12000000

13000000

14000000

15000000

16000000

17000000

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


VLA

€

Fibra QFibra PFibra OFibra MFibra N

Gráfico 6 5.6 Cenário Óptimo • Consideramos para cenário optimizado o Biodigestor A, os custos operacionais E, a poupança eléctrica L e uma fibra com taxa de separação de fibras de 18%, (valor interpolado a partir dos valores para 7% e para 25%). Estes cenários incluem a compra da unidade de cogeração, do separador, do equipamento de compostagem e da tubagem de água quente.



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

VLA 6% 7660900 € 9089200 € VLA 15%

4520100 €

4854900 €

Payback corrigido

< 1 ano < 1 ano

Tabela 21

VLA optimizado

0

2000000

4000000

6000000

8000000

10000000

12000000

14000000

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


VLA

€

Cenário Optimizado

Gráfico 7 6- Conclusões

Concluímos, que a produção de Biogás poderá ser vista como um processo altamente benéfico, quanto ao tratamento de vários tipos de resíduos, acrescentando a vantagem de obter uma fonte de energia renovável, como consequência desse mesmo tratamento.

Entre as vantagens mais importantes da produção de Biogás citam-se as seguintes:

- Processo Natural -Diminuição do volume de resíduos no final do processo -Fonte de energia renovável -Produz como resíduo um excelente biofertelizante -Reduzem-se as emissões de METANO para a atmosfera

Entre as desvantagens citam-se: -O processo obriga a uma monitorização e manutenção adequada -Escolha de um material adequado para a construção do Biodigestor -Custo inicial elevado No panorama actual o processo de produção de Biogás terá uma maior

aceitação no sector agro-pecuário, agro-alimentar e ETAR’S.



A possível viabilidade económica encontra-se dependente de vários factores e cenários possíveis do caso em estudo. A taxa de actualização do capital, a utilização ou não da energia produzida (possível venda à rede), quais os equipamentos a utilizar, aproveitamento ou não das fibras de biofertelizante, infra estruturas já existentes, etc. No caso estudado, considerando as taxas de actualização descritas, concluímos que a viabilidade económica do projecto depende dos cenários considerados. Pode-se no entanto dizer que no cenário base (secção 5.1) a inviabilidade económica é um facto. Analisando o custo do Biodigestor (secção 5.2) para os vários cenários conclui-se também que existem dois casos de inviabilidade e dois de alto risco (C, D e A, B)

A viabilidade pode ser possível caso haja necessidades energéticas e ou venda da própria energia a rede, neste caso apesar do risco (secção 5.4) seria possível viabilizar o projecto. O caso de viabilidade assegurada encontra-se com a possível venda de fibras (secção 5.5).

Conclui-se que além de uma excelente ferramenta de tratamento de resíduos, poderá ter resultados interessantes caso se suponham poupanças energéticas consideráveis, e caso haja possibilidade de garantia de mercado na área dos boifertelizantes. Resta acrescentar que mesmo que não haja condições para a realização de ganhos financeiros, tem-se por certo ganhos a nível ambiental e caso este se torne prioridade, os benefícios podem exceder os próprios ganhos financeiros.



Referências Bibliográficas:

• Apontamentos de Economia • Sorensen, Bent – “Renewable Energy” – 2ª edicão (2000) • Direcção Geral Energia – “Energias Renováveis em Portugal” • Boyd, Rachel – “Internalising Environmental Benefits of Anaerobic Digestion

of Pig Slury in Norfolk” [1] • Pereira, Ana – “Seminário de Biogás” – FEUP (2002) • www.cdcc.sc.usp.br/escolas/juliano/biodiges.html • www.energiahp.hpg.ig.com.br/biodig.htm • www.aondevamos.eng.br/boletins/edicao03.htm • www.roseworthy.adelaide.edu.au/~pharris/biogas • www.biogasworks.com

relat r r r - dem.uc.pt · tratando-se de uma importante parte do ciclo biogeoquímico do carbono....

Documents