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UNIVERSIDADE REGIONAL DO CARIRI – URCA
CENTRO DE CIÊNCIAS E TECNOLOGIA - CCT
CURSO DE TECNOLOGIA DA CONSTRUÇÃO CIVIL (EDIFÍCIOS)
TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO-TCC
ESTUDO DA APLICAÇÃO DE BIODIGESTORES NA CIDADE DE MISSÃO
VELHA/CEARÁ COMO ALTERNATIVA ECONÔMICA E ENERGÉTICA
JOSÉ EDMILSON RIBEIRO VIEIRA
JUAZEIRO DO NORTE, CE
2017
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado à
Comissão Examinadora do Curso de Tecnólogo da
Construção Civil com habilitação em Edifícios, da
Universidade Regional do Cariri – URCA, como
requisito para conclusão do curso.
Orientadora: Prof. Tatiane Lima Batista.
JUAZEIRO DO NORTE, CE
2017
ESTUDO DA APLICAÇÃO DE BIODIGESTORES NA CIDADE DE MISSÃO
VELHA/CEARÁ COMO ALTERNATIVA ECONÔMICA E ENERGÉTICA.
JOSÉ EDMILSON RIBEIRO VIEIRA
JOSÉ EDMILSON RIBEIRO VIEIRA
ESTUDO DA APLICAÇÃO DE BIODIGESTORES NA CIDADE DE MISSÃO
VELHA/CEARÁ COMO ALTERNATIVA ECONÔMICA E ENERGÉTICA.
Este trabalho de Conclusão de Curso foi julgado
adequado à obtenção do título de Tecnólogo em
Construção Civil em Edifícios e aprovado em sua
forma final pelo curso de Tecnologia da Construção
Civil da Universidade Regional do Cariri.
Juazeiro do Norte, _____ de ______________ de 2017.
Prof. Tatiane Lima Batista (Orientadora)
Universidade Regional do Cariri - URCA
Prof. Esp. Jefferson Heráclito Alves de Souza (Examinador)
Universidade Regional do Cariri - URCA
Prof. Miguel Adriano Gonçalves Cirino (Examinador)
Universidade Regional do Cariri- URCA
AGRADECIMENTOS
Agradeço primeiramente ao meu amigo e estimado Senhor Jesus Cristo por ter
estado comigo em toda essa minha imensa batalha e que não me faz desistir fácil de ir em
busca de minhas promessas.
À minha mãe que não está mais aqui, mas sempre sinto a sua presença como se
estivesse me dando força para continuar. Ao meu pai que não está mais aqui também e
não tive convívio como um pai, mas agradeço-lhe por ter contribuído para que eu
nascesse.
À minha amada e querida filha que amo, razão maior do meu hoje e existência.
À minha orientadora que me deu uma grande força, aos meus colegas que me
aturaram no dia a dia e aos meus estimáveis professores, sem exceção de nenhum. Essa é
a vida, tudo tem começo, meio e fim.
Fica a saudade, porém sempre nos encontraremos dentro dos nossos corações e
torcemos para que Deus ilumine a todos.
RESUMO
O presente trabalho discutiu a utilização do biodigestor como alternativa limpa e barata
de geração de energia elétrica, biofertilizante e de combustível para populações de baixa
renda e como solução para a destinação dos resíduos dos grandes centros urbanos. Foram
abordados exemplos da utilização do biodigestor em alguns países e em algumas regiões
do Brasil e comparações entre a utilização de biodigestores e outras fontes de energia
foram realizadas com o intuito de destacar as vantagens da utilização dessa fonte de
energia. Dois estudos de caso, um real e um fictício, foram realizados tendo como área
de estudo a cidade de Missão Velha – Ceará. Para essas duas situações foram analisados
numericamente os impactos da implantação e utilização de biodigestores, obtendo
resultados satisfatórios.
Palavras – chave: Biodigestores. Energia renovável. Resíduos urbanos.
LISTA DE FIGURAS
Figura 01- Processo de gaseificação por Biodigestão anaeróbia....................................12
Figura 02- Unidade de gaseificação................................................................................13
Figura 03- Processo de gaseificação por pirólise anaeróbica..........................................14
Figura 04- Biodigestor modelo chinês............................................................................15
Figura 05- Biodigestor modelo indiano...........................................................................15
Figura 06- Biodigestor modelo canadense......................................................................16
Figura 07- Biodigestor urbano da UFMG.......................................................................17
Figura 08- Esquema de funcionamento de um biodigestor.............................................17
Figura 09- Gráfico de comparação entre fontes de energia no Brasil.............................20
Figura 10- Região metropolitana do Cariri.....................................................................30
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO...... ......................................................................................................8
2 OBJETIVOS................................................................................................................10
2.1- Geral...................................................................................................................10
2.2- Específicos..........................................................................................................10
3 JUSTIFICATIVA.......................................................................................................10
4 REFERENCIAL TEÓRICO......................................................................................11
4.1 Biodigestor................................................................................................................11
4.1.1- Tipos de biodigestores...........................................................................................11
4.1.2- Funcionamento de um biodigestor........................................................................17
4.1.3- Biogás....................................................................................................................18
4.1.4- Biofertilizante........................................................................................................21
4.2 Análise Das vantagens e desvantagens da utilização de biodigestores................22
4.2.1- Biodigestores urbanos...........................................................................................22
4.2.2- Biodigestores rurais...............................................................................................24
4.3 Biodigestor sertanejo: Projeto Biogás do Sertão..................................................24
4.4 Utilização de biodigestores em outros países..........................................................25
5.4.1-O caso da Alemanha: exemplo de preocupação com resíduos dos centros
urbanos............................................................................................................................27
4.5 Utilização do biodigestor no Nordeste Brasileiro...................................................27
4.5.1- Biodigestores no Cariri: preocupação com o lixão do Juazeiro do Norte e Região
Metropolitana do Cariri...................................................................................................28
5 METODOLOGIA.......................................................................................................29
5.1- Estudo de caso 01: família de baixa renda do município de Missão Velha-CE.......30
5.2 - Estudo de caso 02: avícola no Sítio Logradouro em Missão Velha-CE..................31
6 RESULTADOS E DISCUSSÃO................................................................................31
6.1 Análise comparativa entre a utilização de um biodigestor e outras fontes de
energia.............................................................................................................................31
6.1.1- Preço médio de construção de um biodigestor modelo indiano...........................31
6.1.2- Preço médio de instalação de energia fotovoltaica residencial............................32
6.2 Estudo de caso 01: família de baixa renda da cidade de Missão velha.................33
6.3 Estudo de caso 02: Avícola.......................................................................................36
7 CONCLUSÃO.............................................................................................................38
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS........................................................................39
8
1 INTRODUÇÃO
A desigualdade social da população brasileira é uma realidade desde o período colonial,
sendo a divisão de renda um dos fatores que ainda podem ser percebidos na sociedade dos dias
atuais. Os dados do Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE), do ano de 2016,
mostram que a maior parte da renda produzida no país está concentrada na camada da população
mais rica, camada esta que constitui a menor parcela da população.
Observa-se que, ao longo da história, o Nordeste e o Norte brasileiros foram as regiões
em que esta desigualdade se tornou ainda mais destacada, onde boa parte da população vivia
em condições precárias, com renda insuficiente para suprir suas necessidades básicas. Face a
esta situação, foram desenvolvidos inúmeros programas sociais como tentativa de amenizar o
problema. Dentre esses programas, pode-se citar o programa Bolsa Família e o programa Minha
Casa Minha Vida, já nos dias atuais.
No semiárido brasileiro, o problema da falta de água se torna um agravante da situação,
o que a deixa em destaque para programas sociais e estudos com o intuito de encontrar soluções
para esses problemas sociais e econômicos.
Diante disso, muitos projetos voltados para geração de energia limpa como alternativa de
diminuir o comprometimento da renda dos sertanejos já foram pensados e hoje servem de
modelo para novos projetos. O biodigestor compõe uma dessas tentativas, sendo uma
alternativa que viabiliza a produção de energia a baixo custo quando comparado a outras, como
a energia fotovoltaica e a energia eólica. Por outro lado, os biodigestores também estão sendo
bastante discutidos como uma das alternativas econômicas e viáveis para implementar nos
grandes centros urbanos uma solução capaz de dar destinação para quantidades gigantescas de
resíduos derivados do alto consumo e que estão de maneira constante poluindo rios, entupindo
esgotos, gerando doenças, etc. Como consequência desse alto consumo o meio ambiente sofre
bruscamente e mudanças são ocasionadas, trazendo prejuízos para as comunidades e,
principalmente, para as periferias. Os biodigestores urbanos podem, também, gerar emprego
para população desses centros, contribuindo para geração de renda.
O Brasil, um país continental, se caracteriza como um país agrícola com uma diversidade
de solos produtivos e ricos e rios que circulam internamente em grande extensão territorial,
como, por exemplo, o Rio Amazonas (maior do mundo), São Francisco dentre outros. O Brasil
se destaca no mundo com essa qualificação como um grande produtor de frutas, carnes,
primeiro lugar na produção de soja, etc.
9
Diante dessas informações, pode-se associar as soluções para o problema energético com
a produção agrícola e pecuária e também com a captação de grandes quantidades de resíduos
produzidos pelos grandes centros urbanos do país. Para a população de baixa renda do
semiárido, a energia barata produzida pelo biodigestor estaria associada ao resgate das culturas
de algodão e da cana de açúcar, principalmente nos estados do Ceará, Pernambuco e Paraíba,
com a implantação de células agrícolas e pecuárias e diminuição do êxodo rural. Dessa forma,
os biodigestores alcançariam um destaque gigantesco como uma alternativa limpa de geração
de energia e gás de cozinha e na fertilização do solo com o biofertilzante, unindo as novas
tecnologias, a ação governamental e de ONG’s que seriam de fundamental importância,
principalmente para a questão do semiárido. Nos grandes centros, uma alternativa seria a busca
de parcerias com tecnologias e experiências estrangeiras aliadas às políticas já existentes de
combate às desigualdades sociais. Mediante todas essas informações, este trabalho propõe
discutir sobre a aplicação do biodigestor para a produção de energia elétrica, biofertilizante e
de combustível como auxílio na resolução de problemas sociais e ambientais urbanos e rurais.
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2 OBJETIVOS
2.1 Geral
Discutir sobre a aplicação do biodigestor como alternativa limpa e barata de geração de
energia elétrica, biofertilizante e de combustível para populações de baixa renda e criadores de
animais.
2.2 Específicos
Expor as vantagens e desvantagens dos biodigestores como alternativa energética;
Analisar a eficiência da utilização do biodigestor utilizando estudos de casos.
3 JUSTIFICATIVA
O processo de utilização do biodigestor possui vários produtos finais: o biogás, que pode
ser utilizado como alternativa ao GLP, os biofertilizantes, como alternativa aos fertilizantes
industriais, e energia elétrica, que pode ser alternativa aos meios tradicionais de produção.
Sendo assim, foi formulado os seguintes problemas:
É vantajoso utilizar o biodigestor como alternativa para produção de energia elétrica,
biofertilizante e de combustível no semiárido brasileiro?
É vantajoso utilizar o biodigestor como alternativa para dar destinação aos resíduos dos
grandes centros urbanos?
11
4 REFERENCIAL TEÓRICO
4.1 Biodigestor
O biodigestor é um equipamento que transforma o esterco de curral em gás (biogás)
inflamável, que pode substituir o gás de cozinha comprado em botijões (Gás Liquefeito do
Petróleo ou GLP) e tem como subproduto os biofertilizantes, usados na agricultura e também
na criação de peixes. (MATTOS; FARIAS JÚNIOR, 2011).
Segundo Magalhães (1986), o biodigestor é uma câmara na qual ocorre um processo
bioquímico denominado digestão anaeróbia, que tem como resultado a formação de
biofertilizante e produtos gasosos, principalmente o metano e dióxido de carbono (biogás).
4.1.1 Tipos de biodigestores
Os biodigestores se classificam de acordo com o processo de gaseificação em:
biodigestores por biodigestão anaeróbica e biodigestores por pirólise anaeróbica.
O biodigestor anaeróbio é um sistema fechado onde é feita a degradação da matéria
orgânica por ação microbiológica, que geralmente conta com um sistema de entrada de material
orgânico, um tanque onde ocorre a digestão e um mecanismo para retirada de subproduto
(REIS, 2012).
A Biodigestão Anaeróbia se dar pelo processo de decomposição de matéria orgânica que
na ausência do oxigênio gera o biogás e o biofertilizante, resíduo rico em minerais. Há quatro
etapas no processo de biodigestão anaeróbia quando se refere a nível bacteriano que são: a
Hidrólise, a Acidogênese, a Acetogênese e a Metanogênese.
As ligações moleculares complexas (polímeros) como carboidratos, proteínas e gorduras
na Hidrólise são quebradas por enzimas em um processo bioquímico onde essas enzimas são
liberadas por um grupo específico de bactérias dando origem à compostos orgânicos simples
(monômeros) como ácidos graxos, aminoácidos e açucares. A equação abaixo representa esse
processo:
𝑅𝐶𝑂𝑂𝑅 + 𝐻2𝑂 ↔ 𝑅𝐶𝑂𝑂𝐻 + 𝑅𝑂𝐻
Ex:
𝐸𝑠𝑡𝑒𝑟 + Á𝑔𝑢𝑎 ↔ á𝑐𝑖𝑑𝑜 𝑐𝑎𝑟𝑏𝑜𝑥í𝑙𝑖𝑐𝑜 + Á𝑙𝑐𝑜𝑜𝑙
Na etapa da Acidogênese as bactérias fermentativas transformam as substâncias
resultantes da Hidrólise em ácido propanoico, ácido butanoico, ácido láctico e álcoois e também
em hidrogênio e gás carbônico. Nessa fase a quantidade de hidrogênio dissolvido na mistura
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cria uma dependência na formação de produtos e que quanto mais alta a concentração de
hidrogênio existe uma interferência negativa na eficiência da Acidogênese causando o acúmulo
de ácidos orgânicos e com isso o pH da mistura e o processo podem se tornar ineficientes.
Na Acetogênese que é a fase mais delicada do processo as bactérias acetogênicas
transformam o material resultante da Acidogênese em ácido etanoico, hidrogênio e gás
carbônico. Nessa fase é necessário manter o equilíbrio para que a quantidade de hidrogênio
gerado seja absorvida pelas bactérias Archeas que são responsáveis pela Metanogênese.
Na Metanogênese ocorre ação de diferentes grupos de bactérias e que ocorre basicamente
através de duas reações onde se mostra na equação abaixo:
1) 𝐶𝐻3𝐶𝑂𝑂𝐻 → C𝐶𝐻4 + 𝐶𝑂2
2) 𝐶𝑂2 + 4𝐻4 → 𝐶𝐻4 + 2𝐻2𝑂
A geração de metano e gás carbônico derivados do ácido acético ocorre na primeira
reação e o hidrogênio e o gás carbônico que dão origem ao metano e a água na segunda reação
(PORTAL DO BIOGÀS,2013).
Figura 01- Processo de gaseificação por Biodigestão Anaeróbia
Fonte: Portal do biogás, [2013]
O sistema de gaseificação por Pirólise Anaeróbica está baseado em reatores potentes, que
abrangem de, no mínimo, 250 kg/h. Os reatores centrais do processo estão padronizados e
podem ser multiplicados para alcançar a capacidade máxima desejada na execução da pirólise,
13
portanto, praticamente, não existe um limite superior. O resíduo é preparado e o gás é tratado
através de sistemas unificados. (W2E BIOENERGIA, [2013]).
A seguir são apresentados exemplos de resíduos que podem ser usados no processo de
gaseificação por pirólise anaeróbica:
- Resíduos agrícolas;
- Resíduos Hospitalares;
- Combustível Derivado de Resíduos Urbanos (CDR);
- Resíduos Sólidos Urbanos (RSU);
- Carvão;
- Pneus;
- Resíduos animais;
- Lascas de madeira;
- Bagaço de cana;
- Biossólidos em geral;
- Lodo de esgotos;
- Biomassas sem exceção.
A Figura 02 representa um sistema de unidade de gaseificação onde ocorre o processo de
pirólise anaeróbica.
Figura 02- Unidade de Gaseificação
Fonte: W2E Bioenergia, [2013].
14
A Figura 03 representa o diagrama do processo de gaseificação por Pirólise anaeróbica.
Nele são representadas todas as fases, desde a inserção dos resíduos no sistema, passando por
todas as etapas do processo que engloba a classificação, secagem e distribuição dos resíduos, o
processo de gaseificação propriamente dito e a produção da energia térmica e elétrica, dentre
outras.
Figura 03- Processo de gaseificação por Pirólise anaeróbica
Fonte: W2E Bioenergia, [2013].
Quanto ao modo de operação dos biodigestores, eles podem ser classificados em
biodigestores contínuos ou a batelada. Biodigestores Contínuos são biodigestores que operam
com cargas diárias de matéria orgânica. Essa matéria orgânica é diluída e, se possível, triturada
antes de ser colocada no biodigestor, pois isso evita possíveis entupimentos e formação de
crostas no seu interior. (COELHO, 2012).
Biodigestor a batelada é o que recebe carga total de biomassa (esterco e outros) e somente
é esvaziado após a total conversão da biomassa em biofertilizantes e biogás. Os biodigestores
a batelada são os que funcionam de forma descontinua, ou seja, são alimentados de uma vez,
com uma grande quantidade de matéria orgânica e, depois são fechados hermeticamente (sem
entrada de oxigênio) por um curto período de tempo (podendo variar de 40 até 60 dias). Após
esse período a produção de biogás começa a cair dando indicação de que a matéria orgânica já
foi decomposta. Com isso, pode-se fazer a retirada de 80% da matéria restante (biofertilizantes),
mantendo 20% para fornecer as bactérias necessárias para a decomposição da matéria orgânica
que vai ser colocada na próxima batelada. O biodigestor a batelada foi posto em funcionamento
15
regular pela primeira vez em Bombaim, em 1900. Os biodigestores a batelada são mais comuns
em granjas avícolas. (COELHO, 2012).
Os modelos mais comuns de biodigestores são o modelo indiano e o chinês que são
encontrados em maior quantidade nas propriedades rurais e que se adaptam melhor ao modelo
contínuo, os que operam com carga diária de matéria orgânica. (COELHO, 2012).
A Figura 04 representa um biodigestor no modelo chinês e a Figura 05 representa um
biodigestor no modelo indiano. Esses são modelos bastante utilizados no meio rural e de preço
mais acessível.
Figura 04- Biodigestor modelo chinês
Fonte: Andrade et al. (2001).
Figura 05- Biodigestor modelo indiano
Fonte: Andrade et al. (2001).
16
Existe também o modelo canadense, menos utilizados do que o indiano e o chinês. A
Figura 06 mostra um biodigestor modelo canadense com capacidade de armazenamento de 250
m³ de líquido em seu interior com 50,5 m de comprimento, 1,8 de profundidade, 4,5m de largura
(na parte superior) e 1,0m de largura (na parte inferior) e com uma membrana constituída de
uma borracha de etileno-propileno-dieno.
Figura 06-Biodigestor modelo canadense
Fonte: Manual de treinamento em biodigestão (2008) apud Rocha (2016).
Ainda podemos citar os biodigestores urbanos que estão ligados diretamente ao processo
de crescimentos de grandes cidades e que são alimentados com os resíduos industriais,
comerciais e residenciais derivados do alto consumo dos grandes centros urbanos (FARIAS
JÚNIOR, 2015).
Como exemplo podemos citar o biodigestor da Universidade Federal de Minas Gerais
(UFMG) que possui um reator de câmara única de resíduos orgânicos. (ROCHA, 2016). A
Figura 06 ilustra esse biodigestor.
17
Figura 07- Biodigestor urbano da UFMG.
Fonte: Ferreira (2015) apud Rocha (2016).
4.1.2 Funcionamento de um biodigestor
O funcionamento de um biodigestor pode ser descrito de uma forma bem simples como
ilustra a Figura 08.
Figura 08 – Esquema de funcionamento de um biodigestor.
1
Fonte: PORTAL DO BIOGÁS (2017).
Para o funcionamento do biodigestor, o esterco deverá ser coletado dia a dia e misturado
com água dentro da caixa de entrada (1), na proporção 1:1 de onde passa por um tubo (2) que
1
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5
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vai para o biodigestor (3). O biodigestor é um tanque, revestido por plástico ou alvenaria, dentro
do qual ocorre a fermentação. Esse tanque é composto por duas saídas: uma para o biogás (5)
e outra para o biofertilizante (4). O biogás passa por uma tubulação que alimenta o fogão, o
motor, a geladeira ou outro ponto de uso. Já o biofertilizante é retirado da caixa de saída (6) e
aplicado nas áreas de cultivo (FARIAS JUNIOR, 2015).
As matérias primas a seguir podem ser utilizadas como fontes de entrada para o processo
da biodigestão.
a) Fezes de suínos;
b) Fezes de bovinos;
c) Fezes de aves;
d) Resíduos orgânicos;
e) Resíduos de abatedouros;
f) Esgoto;
g) Resíduos de cervejarias e vinícolas;
h) Soros de queijo.
O material ou resíduo do qual o biogás é retirado se constitui num substrato
bastante equilibrado com diluição em água, o qual é um meio propício para instalação e
desenvolvimento de vários tipos de microrganismos (bactérias) envolvidos no processo de
fermentação (GRYSCHEK; BELO, 1983).
Cada matéria prima ou fonte de resíduos possui um potencial de geração de biogás
distinto. Quando se fala em resíduos altamente fibrosos, como bagaço de cana e casca de arroz,
considerados de baixa digestibilidade, apresentam então um menor potencial para a produção
do biogás. Já os materiais que são ricos em amidos, proteínas, celulose e carboidratos, como
exemplo os grãos, as gramíneas, os restos de abatedouros e as fezes, apresentam então alto
potencial de produção do biogás (GRYSCHEK; BELO, 1983).
O biogás e o biofertilizante passam a ser subprodutos da biodigestão e estão descritos
com mais detalhes nos tópicos seguintes.
4.1.3 Biogás
O biogás pode ser definido como um tipo de energia renovável. Além do biogás, existem
diversos tipos de energias renováveis, dentre elas:
a) Energia solar;
b) Energia das ondas;
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c) Biodiesel;
d) Energia das marés;
e) Biomassa;
f) Energia hídrica;
g) Energia eólica;
h) Energia geotérmica
As maiores vantagens de todas as energias renováveis, com exceção da energia de
hidrelétricas, estão diretamente ligadas a conservação do meio ambiente.
As desvantagens de algumas dessas energias estão listadas abaixo:
a) Energia eólica – impactos visuais negativos ao meio ambiente e poluição sonora,
custos elevados de investimentos e infraestrutura apropriadas;
b) Energia solar – custos iniciais muito elevados;
c) Energia de hidrelétricas – causam grandes erosões e mudanças bruscas no
ecossistema local;
d) Energia das ondas – bastante dispendiosa;
O gráfico da Figura 09 demonstra a oferta de energia elétrica por fonte em 2011 no Brasil.
Figura 09- Gráfico de comparação de fontes de energia no Brasil
Fonte: Balanço Energético Nacional (BRASIL, 2012, p.16)
O biogás é um composto de gases contendo principalmente metano e dióxido de carbono,
encontrando-se ainda em menores proporções: gás sulfúrico e nitrogênio. O biogás é um
20
produto resultante da fermentação de dejetos de animais, resíduos vegetais e de lixo orgânico
industrial ou residencial, com condições devidamente adequadas de umidade. A reação dessa
natureza é denominada digestão anaeróbica onde tem o seu principal componente o gás metano
(60 a 80%).
O Metano (C𝐻4) é um gás incolor, altamente combustível, que quando queimado se torna
então uma chama azul lilás que não deixa fulígem e que polui o mínimo possível e tem um
poder calorífico variando de 5000 a 7000 kcal/m³ podendo chegar até a 12000 kcal/m³, quando
eliminado todo gás carbono (DEGANUTTI et al., 2002).
Segundo Deganutti et al. (2002), um metro cúbico de biogás corresponde a:
a) 0,61 litros de gasolina;
b) 0,57 litros de querosene;
c) 0,55 litros de óleo diesel;
d) 0,45 litros de gás liquefeito do petróleo (GLP);
e) 0,79 litros de álcool combustível;
f) 1,538 kg de lenha;
A conversão do biogás em energia elétrica pode acontecer de diversas formas. Com os
atuais avanços tecnológicos, as conhecidas microturbinas a gás e os motores de combustão
interna de ciclo Otto são as formas mais utilizadas no processo. As microturbinas custam muito
caro e o seu tempo de vida útil operando a gás ainda é pouco (SOUSA, et al., 1995).
Os motores de combustão interna do ciclo Otto para poderem utilizar o biogás como
combustível precisam de pequenas modificações, no entanto não são os mais indicados para
geração de eletricidade. O motor de ciclo diesel com maior robustez e mais barato para uma
mesma potência, comparada ao de ciclo Otto é mais apropriado. A introdução de biogás em
motores de ciclo diesel pode ser obtida mediante as seguintes tecnologias: a ottolização e a
conversão biocombustível diesel/gás (PEREIRA, 2005).
Grandes modificações nos motores são necessárias, na ottolização. O sistema de injeção
de diesel é subtraído e, em seu lugar, instala-se um sistema de carburação do gás ao ar de
admissão e o sistema elétrico com velas para ignição, que passa a ser feita por centelha. Há
necessidades de modificações também nos cabeçotes dos motores para serem adequados a sua
taxa de compressão, já que os motores do ciclo Otto trabalham também com taxas de
compressão inferiores aos motores Diesel. (SOUSA, et al, 1995).
21
Na operação biocombustível (diesel e biogás) em motores de ciclo diesel, o gás é
introduzido juntamente com o ar na fase de admissão, e a ignição é efetuada por uma pequena
injeção-piloto de diesel para proporcionar a ignição por compressão e, assim, dar início a
combustão do gás que é admitido no cilindro pelo coletor de admissão. Esse sistema apresenta
a vantagem de não exigir modificações no motor (OBERT, 1971).
4.1.4. Biofertilizante
Biofertilizante é considerado um resíduo aquoso de natureza orgânica que pode ser usado
de forma bastante eficiente na fertilização do solo e que tem origem da fermentação de resíduos
vegetais e animais em biodigestores com a finalidade de se obter o biogás (SOUZA; PEIXOTO;
TOLEDO,1995).
Na fermentação o material orgânico utilizado para produzir o biogás transforma-se em
fertilizante orgânico. Este material não cauda doenças e pragas às plantas, não apresenta odor
e, por isso, não atrai moscas, insetos e roedores, agentes proliferadores e causadores de doenças.
Caso isso venha a acontecer, faz-se necessário aumentar o tempo de retenção hidráulica do
material (SOUZA; PEIXOTO; TOLEDO, 1995).
O biofertilizante apresenta maior concentração de nutrientes se comparado ao resíduo
original devido haver grandes perdas de carbono, hidrogênio e oxigênio (SOUZA; PEIXOTO;
TOLEDO, 1995).
A composição média do biofertilizante é: 1,5 a 4,0% de nitrogênio, 1,0 a 5,0% de fósforo
e 0,5 a 3,0% de potássio. Os nutrientes que se encontram no biofertilizante são: cálcio,
magnésio, enxofre, boro, cobre, ferro, manganês, molibdênio e zinco, o que lhe garante grandes
vantagens para utilização como complemento ou substitutos de adubos nitrogenados químicos
(PARCHEN, 1979).
O biofertilizante apresenta um pH entre 7,0 a 8,0, ou seja, pouco alcalino e que propicia
o crescimento de microrganismos que são úteis para fertilização da terra, que restabelecem a
vida do solo, levando o equilíbrio do pH. Se o afluente do biodigestor apresenta o pH menor
que 7,0 (afluente ácido) deve-se avaliar o processo, uma vez que este valor indica que a digestão
está incompleta ou com sobrecarga no biodigestor. Já se o afluente apresentar pH superior a
8,0(afluente alcalino) deve-se novamente avaliar a operação, uma vez que este valor indica que
há um excesso de retenção hidráulica (SOUZA; PEIXOTO; TOLEDO, 1995).
22
4.2 Análise das vantagens e desvantagens da utilização de biodigestores
De um modo geral, pode-se considerar duas facetas de aplicação dos biodigestores, ambas
com resultados positivos e importantes para preservação do meio ambiente e melhoria da
qualidade de vida da população mais pobre.
Para a população que vive na zona rural, o fornecimento de subsídios e incentivos e a
garantia de energia para a sobrevivência do sertanejo no campo é o que se destaca no mundo
moderno como um dos benefícios da utilização dos biodigestores, sem que fique na escuridão
do passado onde só candeeiros e velas traziam luz para suas noites e a queima da lenha para
cozinhar seus alimentos. No que diz respeito a zona urbana, se diminuiria os impactos
ambientais acondicionando os resíduos produzidos em extremo nas grandes cidades, gerando
também assim emprego e renda. Quanto aos proprietários, os biodigestores lhes dariam lucros
financeiros e satisfação em produzir sua própria fonte de energia dentro sua propriedade.
Como desvantagens da utilização do biodigestor pode-se citar a necessidade de
manutenção periódica, que consiste na limpeza da caixa de entrada. A falta de manutenção pode
acarretar problemas na biodigestão e consequentemente na geração do biogás e biofertilizante.
4.2.1 Biodigestores urbanos
Os biodigestores urbanos no Brasil prometem se tornar muito importantes e podem
movimentar a partir de agora uma nova onda de empreendimentos pelo país. A utilização de
biodigestores urbanos é uma solução capaz de dar destinação correta aos resíduos sólidos das
grandes cidades sem agredir o meio ambiente.
Os Aterros Sanitários são grandes geradores de biogás e a qualidade do gás de aterro ou
biogás depende do sistema microbiológico, do tipo de substrato (resíduo) que está sendo
decomposto e das variáveis específicas do aterro como acesso a oxigênio para o aterro. O teor
de gás gerado é o seguinte: aproximadamente 50% de metano e 50% de dióxido de carbono
com menos de 1% de outros componentes gasosos, inclusive sulfetos de nitrogênio (H2S) e
mercaptanos (McBEAN et al., 1995).
Cidades como Salvador, São Paulo e Rio de Janeiro já adotaram as medidas e limitam a
coleta de resíduos sólidos de empresas. Em Salvador, empresas que já geram mais de 300 l/d
(litros por dia) são obrigadas a dar destinação final ambientalmente adequada dos resíduos. Em
São Paulo e no Rio de Janeiro, a legislação é mais dura e atinge empresas que geram 200 a 150
l/d, respectivamente. Assim como na Europa, a tendência a partir de agora é essas empresas se
unirem em busca de uma solução rápida e economicamente viável (MACHADO, 2014).
23
A Política Nacional de Resíduos Sólidos Brasileira, Lei 12.305 de 2010, junto com
Decreto 7.404 de 2010, estimula a implantação de biodigestores no Brasil e fortalece os
argumentos de incentivos para a implementação de projetos de biodigestão de resíduos sólidos
urbanos. O Guia do Ministério do Meio Ambiente (MMA), 2011, mostra que os biodigestores
estão sendo vistos no Brasil como uma tecnologia capaz de fazer o tratamento adequado de
resíduos orgânicos, diminuir a necessidade de importação de biofertilizantes, contribuir
enormemente na diversificação da matriz energética brasileira e contribuir significativamente
para a saúde pública e ambiental do país, além de gerar emprego e incentivar o desenvolvimento
de biotecnologias no país. Os incentivos legais para construção de biodigestores no Brasil
começam com a Política Nacional de Resíduos Sólidos, que estabelece uma ordem de
prioridades na gestão e gerenciamento de resíduos sólidos como mostrado abaixo:
Lei 12.305/2010 Art. 9º - na gestão e gerenciamento de resíduos sólidos,
deve ser observada a seguinte ordem: não geração, redução,
reutilização, reciclagem, tratamento dos resíduos sólidos e disposição
final ambientalmente adequada dos rejeitos.
&1º- Poderão ser utilizados tecnologias visando a recuperação
energética dos resíduos sólidos urbanos, desde que tenha sido
comprovado sua viabilidade técnica e ambiental e com a implantação
de programas de monitoramento de emissão de gases tóxicos aprovado
pelo órgão ambiental,
&2º- A Política Nacional de Resíduos Sólidos e as Políticas de Resíduos
Sólidos dos Estados, do Distrito Federal e dos Municípios serão
compatíveis com o disposto no caput e no &1º deste artigo e com as
demais diretrizes estabelecidas nesta lei.
A ampliação do conceito de não geração e redução de resíduos pode também ser aplicado
aos resíduos orgânicos, contudo, em muitos casos haverá uma grande quantidade de resíduos
gerados. Segundo a ordem de prioridades da Lei 12.305/2010, temos a reutilização e reciclagem
de resíduos que não podem ser aplicadas aos resíduos orgânicos (PORTAL DO BIOGÁS,
2017).
24
4.2.2 Biodigestores rurais.
Comer e cozinhar são atividades essenciais na vida dos seres humanos e muitas vezes a
forma de cozinhar os alimentos pode ter um impacto negativo no meio ambiente. Cerca de 7
milhões de famílias brasileiras ainda usam a lenha como combustível na cozinha, sobretudo no
Sertão nordestino e na Amazônia, segundo organizações internacionais. O que leva à queima
de lenha pelas famílias mais carentes é, realmente a necessidade econômica.
A queima da lenha e carvão para cozinhar é uma das grandes preocupações de saúde
mundial, segundo a Organização Mundial de Saúde (OMS), liberando monóxido de carbono e
micropartículas invisíveis, absorvidas pelos os pulmões, causando problemas respiratórios que
podem levar à morte. A comparação é como se cada habitante de uma casa que possui fogão a
lenha fumasse dois maços de cigarros por dia. O efeito causado ao organismo por essa poluição
interna é oito vezes maior do que o de toda poluição do ar da cidade de São Paulo. (SCHELLER,
2015).
Muitas das famílias que moram no interior do Ceará têm fogão a gás, mas não costumam
utilizá-lo devido as suas poucas condições financeiras. No fogão a lenha essas famílias fazem
todo tipo de comida que exige mais tempo no fogo (como doces, carnes e feijão). É uma maneira
de economizar o gás de cozinha.
Por muito tempo a população do semiárido viveu na dependência total da queima do
carvão e da lenha para cozinhar. Hoje, apesar de tanta tecnologia, milhares de pessoas ainda
não tem acesso ao GLP e a fogões à gás, sofrendo para obter algum tipo de combustível, até
mesmo para iluminar suas casas. Dessa forma, projetos de instalações gratuitas de biodigestores
simples em residências de família de baixa renda se constituiriam de um alívio e uma solução
para esses problemas, de maneira a aproveitar os dejetos de animais e o lixo produzido na
própria residência como entrada para produção da energia elétrica e fornecimento de
combustível para cozinhar, além da produção de biofertilizantes que poderiam ser utilizados
como adubo nas plantações. Já existem projetos que objetivam a instalação de biodigestores em
famílias de baixa renda. Um deles é o projeto Biogás do Sertão que está melhor detalhado no
item a seguir.
4.3 Biodigestor sertanejo: Projeto Biogás do Sertão
Muitos projetos já estudaram a produção de biogás, e, como consequência de energia,
através de dejetos de animais, e podem servir de modelo, entre os quais podemos citar o Projeto
Biogás do Sertão, no qual foi criado o manual do biodigestor sertanejo, que tem como autoria
25
Luiz Cláudio Mattos e Mario Farias Júnior. É importante destacar este projeto pois o mesmo
foi capaz de encontrar formas mais baratas para a produção do biogás, de modo que seria
bastante interessante para ser aplicado à população do semiárido brasileiro.
O biodigestor sertanejo é uma tecnologia social de simples manutenção que se apresenta
como ferramenta para manejar resíduos orgânicos convertendo o esterco em biogás (metano)
inflamável que substitui o gás de cozinha e o fogão a lenha, além de produzir biofertilizante.
Dessa forma, contribui para a redução de impactos ambientais gerando uma fonte alternativa
de energia.
A oferta de biogás, através dos biodigestores incidirá no fim ao uso de carvão vegetal, do
gás butano e do desmatamento de árvores da caatinga para coleta de lenha, além de fornecer os
insumos para fertilização do solo.
O projeto já está em andamento, já foram construídos sete biodigestores distribuídos nos
municípios de Forquilha, Massapê, Bela Cruz, Mucambo e Sobral. Um oitavo biodigestor já
está em processo de construção. A proposta visa a arrecadação de recursos para a construção
de mais dois biodigestores e a melhoria da qualidade de vida de famílias agricultoras do
semiárido cearense (FARIAS JÚNIOR, 2015).
O Projeto Dom Helder Câmera atua diretamente com mais de 15000 famílias distribuídas
em 337 comunidades, 77 municípios e 8 territórios da cidadania de 6 Estados da Região
Nordeste.
O projeto Biogás Sertão já conta com o apoio da Companhia Bento 50 da Suécia, empresa
que trabalha com consultoria em engenharia de automação e energia elétrica, do Centro de
Apoio ao Trabalhador e Trabalhadora-CEAT, ONG com sede em Sobral- Ce. Existe uma
equipe de apoio formada por amigos que colaboram com uma equipe fixa de execução do
projeto, além da contratação de serviços de pedreiros para a construção. (FARIAS JÚNIOR,
2015).
Como exemplo, podemos citar a família de Ismael Oliveira Mendes e Maria Iraçy
Rodrigues que foram uma das famílias contempladas por um biodigestor modelo indiano no
assentamento Tijuca/Boa Vista município de Quixadá do semiárido cearense.
4.4 Utilização de biodigestores em outros países
Nesta etapa do trabalho, buscou-se mostrar a realidade de outros países e também de
localidades do Brasil que utilizam o biodigestor como ferramenta de geração de energia e de
26
solução para os resíduos sólidos urbanos, com o intuito de fortalecer a ideia de que é possível
e vantajoso investir nesse tipo de energia renovável. As experiências vivenciadas por cidades e
países ao redor do mundo devem ser observadas e levadas em consideração para construção de
uma base técnica a respeito do tema.
Biodigestores tem demonstrado consideráveis benefícios socioeconômicos em todo o
mundo. Os Estados Unidos e o Canadá têm colocado especial ênfase na pesquisa e
desenvolvimento de biodigestores anaeróbicos, tal qual ocorre em países emergentes como a
China e a Índia, que possuem programas extensos para implementar biodigestores.
A China é o segundo maior consumidor de energia do mundo e é responsável por boa
parte da liberação de gases do efeito estufa para a atmosfera e, assim tem investido pesadamente
em projetos de proteção ambiental e na geração de energia renovável. Com a adoção de tal
política, o governo chinês vem estimulando pesquisas através da constante operação e eficiência
de biodigestores.
Na segunda metade do século XIX se deu a primeira instalação operacional destinada a
produzir o gás combustível. O biogás há muito tempo já era conhecido e a produção de gás
combustível a partir de resíduos orgânicos não é um processo descoberto agora. Em 1776, o
pesquisador italiano Alessandro Volta veio a descobrir que o gás metano já existia incorporando
ao chamado “gás dos pântanos”, como resultado da decomposição de restos de vegetais em
ambientes confinados. Em 1806, Humpley Davy veio a identificar na Inglaterra um gás rico em
carbono e dióxido de carbono que resulta da decomposição de dejetos animais em lugares
úmidos. Por volta de 1857 na cidade de Bombaim, Índia, ao que parece foi construída a primeira
instalação operacional destinada a produzir gás combustível, para um hospital nesta cidade. Em
1890, Donald Cameron fez um projeto de uma fossa séptica para a cidade de Exeter, Inglaterra,
onde o gás produzido foi utilizado para iluminação pública. Bombaim é conhecido como o
“berço” do biodigestor, já que o primeiro biodigestor posto em funcionamento regular na Índia
foi no início do século passado em Bombaim. Em 1950, foi instalado na Índia, o primeiro
biodigestor contínuo. Na década de 60, Fry, um fazendeiro, desenvolveu pesquisas com
biodigestores na África do Sul (NOGUEIRA,1986).
Segundo Nogueira (1986), durante e depois da 2ª Guerra Mundial, alemães e italianos,
entre outros povos mais atingidos pela devastação da guerra, desenvolveram técnicas para obter
biogás de dejetos e restos de culturas.
Em 1939, o Instituto Indiano de Pesquisa Agrícola, desenvolveu a primeira usina de gás
de esterco. Segundo Nogueira (1986), tais pesquisas resultaram em grande difusão da
metodologia de biodigestores como forma de tratar os dejetos animais, obter biogás e ainda
27
conservar o efeito fertilizante do produto (biofertilizantes). Foi esse trabalho pioneiro, realizado
na região norte da Índia, que permitiu a construção de quase meio milhão de unidades de
biodigestores no interior daquele país. Por meio da crise energética deflagrada em 1973, a
utilização de biodigestores passou a ser uma opção adotada tanto por países ricos como países
de Terceiro Mundo e em nenhum deles se tornou tão importante como na China e na Índia.
4.4.1 O caso da Alemanha: exemplo de preocupação com resíduos dos centros urbanos.
A solução encontrada na Alemanha foi a criação de uma empresa especializada que se
responsabilizava pela coleta e destinação dos resíduos, o que se concretizava com a implantação
de biodigestores urbanos, como exemplo, o da cidade de Marl que veio a empregar cerca de
120 funcionários diretamente e tratava os resíduos urbanos de feiras, restaurantes, mercados
entre outros de cidades em um raio de 150 km.
Os resíduos sólidos urbanos orgânicos têm uma característica de possuírem impurezas
como plásticos, madeira e embalagem em geral. Em alguns casos, esses resíduos podem estar
extremamente misturados com todos os outros tipos de resíduos da cidade. Se faz necessário, a
realização de procedimentos como a triagem, que pode ser executada por catadores, a separação
automática para eliminar partículas de resíduos, mantendo a pureza necessária para que o
processo tecnológico funcione adequadamente e promova a viabilidade econômica do projeto.
Na Alemanha, assim como em outros biodigestores urbanos, o custo tende a ser mais alto do
que o de biodigestores rurais, onde os resíduos chegam puros. (MACHADO, 2014).
4.5 Utilização de biodigestores no Nordeste brasileiro.
No Brasil a destinação dos resíduos sólidos produzidos diariamente é um problema
crescente para municípios do país, pois quantidades significativas de matéria orgânica e
inorgânica com potencial para a produção de energia elétrica, biofertilizantes, biogás e
reciclagem não recebem o acondicionamento adequado.
A cidade de Recife, por exemplo, é uma grande geradora de resíduos, que vem crescendo
6% ao ano, principalmente por conta de sua função comercial e de sua alta densidade
demográfica. Estudos realizados na cidade sugerem a avaliação da viabilidade da implantação
de biodigestores como ferramenta de saneamento básico de comunidades carentes em situação
de vulnerabilidade social a fim de contribuir com a sustentabilidade ambiental das áreas urbanas
(PIMENTEL et al., 2015).
28
Na Paraíba, na década de 80, a EMATER- Empresa de Assistência Técnica e Extensão
Rural, conseguiu através de convênio com Ministério das Minas e Energia a implantação de
200 biodigestores em propriedades rurais do estado. Segundo avaliação do NERG (Núcleo de
Energia da UFPB) deste universo de biodigestores implantados somente 4,6% estão em
funcionamento e 96,9% dos proprietários não desejam reativar os seus biodigestores.
Em retrospectiva, fica claro que uma combinação de fatores técnicos, humanos e
econômicos foram responsáveis pelo abandono das iniciativas de divulgação da biodigestão.
Um dos motivos que dificultou a difusão foi o fato de no tempo não ter sido dado maior ênfase
ao aproveitamento dos biofertilizantes, cujo valor na produtividade agropecuária está se
mostrando hoje tão importante como a do biogás. Outro ponto foi à adaptação dos modelos
implantados.
Entende-se que, hoje, com as novas tecnologias e com o crescente aumento do preço da
energia elétrica e gás no Estado da Paraíba, também já se busca a utilização dos biodigestores
como uma grande possibilidade econômica, social e ambiental com muitos projetos de
implantação de biodigestores no Sertão e outros para os grandes centros urbanos.
4.5.1 Biodigestores no Cariri: preocupação com o lixão do Juazeiro do Norte e Região
Metropolitana do Cariri.
Segundo informações do Jornal Diário do Nordeste, no ano de 2016, no Cariri, algumas
parcerias estavam sendo feitas para tentar solucionar o problema do lixão no Município de
Juazeiro do Norte, onde uma empresa de tecnologia alemã estaria disposta a investir em torno
de R$ 70 milhões na produção de energia e biofertilizantes a partir do lixo orgânico coletado
em Juazeiro do Norte. Entende-se que cidades do porte de Juazeiro do Norte, assim como
outras, como Sobral, no Sertão do Ceará, e a região metropolitana de Fortaleza, juntando-se a
inúmeras outras espalhadas no interior e capital de outros estados do Nordeste, poderiam se
tornar grandes geradoras de energia e biogás por intermédio do aproveitamento dos resíduos
produzidos das mesmas. Ainda com um propósito mais ambicioso, poderiam transformar usinas
desativadas sem nenhuma utilidade, como por exemplo a usina Manoel Costa Filho, da Cidade
de Barbalha no Cariri Sul do Ceará, em possível captadora dos resíduos. Essas usinas poderiam
ser transformadas, através de estudos futuros de engenharia mecânica, em produtoras de biogás
e energia, podendo ser por meio da tecnologia de pirólise anaeróbica de alta eficiência ou da
fermentação anaeróbica feitas por empresas especializadas.
Como resultado da pesquisa, pôde-se notar que, no Cariri, os biodigestores ainda não
tiveram grande importância e nem destaque. Talvez isso se deva ao fato da falta de
29
conhecimento e incentivos por parte dos governantes e desinteresse pela produção agrícola e
pecuária na região, ficando restritos a pouquíssimas unidades construídas com recursos próprios
e algumas já desativadas.
Como solução, pode-se sugerir a realização de estudos científicos das universidades da
região a respeito do tema e apresentação desses resultados à sociedade e ao poder público como
incentivo a construção de novas unidades de biodigestores em propriedades rurais do semiárido
e também nas zonas urbanas.
5 METODOLOGIA
Neste trabalho, foi realizado um estudo comparativo entre a geração de energia por meio
de biodigestores e outras fontes de geração. Também foram realizados dois estudos de caso,
uma situação real e uma situação fictícia, com o objetivo de abordar quantitativamente a
utilização dos biodigestores em diferentes cenários. Os tópicos a seguir descrevem melhor as
características desses dois estudos de caso.
A área de estudo utilizada como base para a realização desses estudos de caso foi a cidade
de Missão Velha situada no interior do estado do Ceará. A Figura 10 mostra a Região
Metropolitana do Cariri, onde está inserida a cidade de Missão Velha.
30
Figura 10 – Região Metropolitana do Cariri.
Fonte: Instituto de Pesquisa e Estratégia Econômica do Ceará – IPECE (2014).
5.1 Estudo de caso 01 (fictício): família de baixa renda do município de Missão Velha
– CE.
Para realização do estudo foi considerada uma família padrão fictícia composta por três
pessoas e que possui uma criação de 10 suínos. Foi realizada, então, uma pesquisa na cidade
para encontrar:
- O valor médio de um botijão de gás;
- O valor médio gasto com energia elétrica em famílias compostas por três pessoas com
um padrão de vida simples;
De acordo com os valores encontrados foi possível calcular a quantidade de dinheiro gasto
em média com gás e energia elétrica para essa família estudada.
Com base na quantidade de biogás produzido por cada suíno, pode-se avaliar se é
vantajosa a utilização do biodigestor como fonte de energia e gás para essa casa.
31
5.2 Estudo de caso 02 (real): Avícola no Sítio Logradouro em Missão Velha-CE
O local de estudo utilizado como base para a realização do caso 02 foi o Sítio Logradouro
próximo a Estrada que liga a sede do município de Missão Velha ao Distrito de jamacaru.
Para a realização desse estudo foi considerada uma entrevista com o proprietário da
avícola Flávio Luciano Lucena, comerciante e produtor agrícola que reside neste local e que
pretende concluir a construção de um biodigestor modelo indiano nessa propriedade onde
afirma que os gastos com energia elétrica e gás estão excessivos. O mesmo relata que possui
aproximadamente 100 galinhas caipiras e em torno de 500 galinhas de granja. Dessa granja
pretende obter o esterco que se juntarão ao esterco de suas 20 cabeças de gado para gerar o
biogás.
Para a realização da entrevista, o local de construção do biodigestor foi visitado. Os
dados de despesas com energia elétrica e com gás GLP de cozinha também foram obtidos.
Depois de realizada a entrevista e a observação das características do local no qual será
construído um biodigestor, foram efetuados os cálculos, com base em dados da literatura, como
objetivo de avaliar a eficiência e adequação do biodigestor para a situação do proprietário.
6 RESULTADOS E DISCUSSÃO
6.1 Análise comparativa entre a utilização de um biodigestor e outras fontes de
energia
É importante discutir valores que representam as despesas de construção de um
biodigestor e de instalação de outras fontes de energia, como também comparar a energia
produzidas por eles.
6.1.1Preço médio de construção de um biodigestor indiano
Segundo Farias Junior (2015), o orçamento gasto para construção de um biodigestor
modelo indiano está descrito a seguir:
32
a) Material de construção= R$ 3.500,00
b) Custeio fixo com deslocamento= R$ 1.200,00
c) Mão de obra com pedreiro= R$ 600,00
Somando esses três itens, obtém-se um valor de R$ 5300,00. Para efeito de cálculos, neste
trabalho, utilizaremos esse valor arredondado para cima (R$ 6000,00), considerando uma
margem de erro e as variações de preços.
De acordo com a concentração de metano no biogás e com variações de poder calorífico,
01 m³ cúbico de biogás pode produzir 4,95 kWh a 7,92 kWh (COSTA, 2006).
6.1.2 Preço médio de instalação de energia fotovoltaica residencial.
Segundo informações do Portal Solar, o orçamento para a instalação de um sistema de
energia fotovoltaica residencial é o descrito a seguir:
a) Casa pequena com 2 a 3 pessoas: sistema de1,6 kwp (kw por pessoa) custa em média
de R$ 12.700,00 a R$ 16.900,00;
b) Casa média com 3 a 4 pessoas: sistema 2,2 kwp custa de R$ 16.000,00 a R$ 20.900,00;
c) Casa média de 4 a 5 pessoa: sistema 4,4 kwp custa de R$ 20.500,00 a R$ 34.500,00;
d) Casa grande com 5 pessoas: sistema 5,3 kwp custa R$ 31.000,00 a R$ 40.500,00;
e) Mansões com mais de 5 pessoas: sistema 10 kwp custa de R$ 60.000,00 a R$
72.000,00.
Para a realização de uma comparação de custos entre diferentes tipos de energias,
consideremos um biodigestor modelo indiano, em perfeito funcionamento, que produz 10
metros cúbicos diários de biogás. A Tabela 01 mostra uma comparação de relações custos entre
o biogás, a gasolina e o diesel. Os valores correspondentes aos preços da gasolina e do diesel
foram obtidos através de pesquisas realizadas em postos de combustível da Região de Juazeiro
do Norte e os valores da correspondência entre o biogás e as outras fontes de energia foram
obtidas de Deganuttti et al. (2002) e já foram citadas anteriormente neste trabalho.
33
Tabela 01: Relações entre o biogás, a gasolina e o diesel
Fonte: Elaborada pelo autor.
Se o proprietário já vem de anos no ramo da produção agrícola e pecuária e já tem
implementos suficientes para gerar biogás com diminuição de gasto, somente gastando para
construir um biodigestor com sua devida instalação e com a compra de um gerador, o ganho
com a instalação do biodigestor é ainda maior, já que todos os resíduos produzidos serão
aproveitados e, a partir deles, serão gerados produtos que serão utilizados como fonte de energia
e adubo, construindo um ciclo sustentável e eficaz.
6.2 Estudo de caso 01: família de baixa renda da cidade de Missão Velha
Esse estudo de caso se baseou em uma família fictícia composta por três pessoas cuja
residência se localiza na cidade de Missão Velha – Ceará. A criação de animais dessa família
consiste em 10 suínos.
Numa família de 03 pessoas, de acordo com a conta de consumo de energia elétrica
mensal se gasta uma média de 70 kWh a 80 kWh segundo pesquisa realizada em algumas casas
da cidade de Missão Velha compostas por 03 pessoas. Considerando as despesas relativas ao
consumo mensal, taxa de iluminação pública, adicional do tipo de bandeira (vermelha ou
amarela) e multas moratórias referentes a algum tipo de atraso, o gasto médio mensal dessa
residência fica em torno de R$ 60,00 a R$ 70,00. Observa-se, então, um consumo anual médio
de 900KWh, gerando um gasto de R$ 780,00 por ano com energia elétrica. A Tabela 02 resume
todos esses dados e valores calculados.
Fonte de energia Gasolina Diesel
Preço do litro R$ 3,90 R$ 3,30
Correspondência a 1m³ de biogás (L) 0,61 0,55
Gasto diário de combustível (L) 6,1 5,5
Valor diário gasto R$ 23,79 R$ 18,15
Valor mensal gasto R$ 713,70 R$ 544,50
Valor anual gasto R$ 8.564,40 R$ 6.534,00
34
Tabela 02: Despesas médias relacionada à energia elétrica.
Fonte: Elaborado pelo autor.
Com relação ao gás GLP utilizado para cozinhar, foi realizada uma pesquisa na cidade de
Missão Velha – Ceará com o intuito de verificar a média de preços de um botijão de gás (13kg).
Foram pesquisados 03 estabelecimentos fornecedores desses botijões e os resultados
encontrados estão dispostos na Tabela 03 a seguir:
Tabela 03: Preços pesquisados relativos a um botijão de gás
Fonte: Elaborado pelo autor.
De acordo com a Tabela 03, foi escolhido utilizar como base, o preço médio de um botijão
de gás pago à vista (R$ 75,00). Foi constatado durante a pesquisa que um botijão de gás dura,
em média, 02 meses para as famílias pesquisadas. Dessa forma, o valor gasto médio anual fica
em torno de R$ 450,00, de acordo com a Tabela 04.
Tabela 04: Despesas médias relacionada ao gás GLP.
Fonte: Elaborado pelo autor.
Somando as despesas relacionadas à energia elétrica e gás GLP, anualmente, essa família
gasta, em média, R$ 1230,00.
Segundo Andrade et al. (2002), um kg de dejeto de suíno produz cerca de 63 litros de
biogás em um biodigestor e cada suíno produz em média 2,3 kg de dejetos por dia.
Consumo mensal médio 75 KWh
Consumo anual médio 900 KWh
Valor médio gasto mensalmente R$ 65,00
Valor médio gasto anualmente R$ 780,00
Energia elétrica
Estabelecimento Valor à vista Valor à prazo
1 R$ 80,00 R$ 85,00
2 R$ 75,00 R$ 80,00
3 R$ 70,00 R$ 75,00
Média R$ 75,00 R$ 80,00
Valor de um botijão R$ 75,00
Qtd média de tempo de durabilidade de um botijão 2 meses
Valor médio gasto anualmente R$ 450,00
Gás GLP
35
Considerando, então, que cada um dos 10 suínos produza 2,3 kg de dejetos por dia, em
um mês a produção de dejetos na residência chega à 690 kg, o que corresponde à 43470 L de
biogás ou 43,47m³ de biogás.
A Tabela 05 resume esses dados.
Tabela 05: Cálculo da quantidade de biogás produzida por mês.
Fonte: Elaborada pelo autor.
Segundo Andrade et al. (2002) um metro cúbico (1m³) de biogás corresponde à: 0,45 kg
de gás GLP e segundo Costa (2006) 1 m³ de biogás produz cerca de 4,95 a 7,92 kWh. Como
disposto anteriormente, a família estudada gasta, em média, 75kWh e 6,5kg de gás GLP por
mês, o que corresponde à:
- 75 kWh = 11,82 m³ de biogás; (utilizando a média de 6,345kWh produzidos por m³
de biogás.)
- 6,5 kg de gás GLP = 14,45 m³ de biogás.
Dessa forma, por mês, a família necessitaria, em média, de 26,27 m³ de biogás. Como a
produção de biogás mensal conforme a Tabela 04 é de 43,47m³ por mês, então, essa necessidade
estaria suprida.
Com a instalação de um biodigestor, esses gastos com energia elétrica e gás GLP não
existiriam mais, sem contar o ganho com a produção de biofertilizante.
Considerando os gastos para a construção de um biodigestor (R$ 6000, 00) somado ao
valor de um gerador de médio porte (R$ 1.433,70, conforme pesquisa realizada na cidade de
Missão Velha) o total gasto com o investimento seria de R$ 7.433,70. Sabendo que o material
produzido pelos animais criados por essa família é suficiente para a geração dessa quantidade
de energia, pode-se calcular o tempo necessário para o investimento ser totalmente liquidado:
𝑡 =7433,70
1230= 6,04 anos.
Qtd de suínos 10 suínos
Qtd de dejetos por suíno por dia 2,3 kg/dia/suino
Qtd de dejetos produzidos por mês 690 kg/mês
Qtd de biogás produzido com 1kg de dejetos 63 L
Qtd total de biogás produzido em 1 mês 43470 L/mês
36
Dessa forma, em aproximadamente 6 anos, o dinheiro investido para a construção do
biodigestor já estaria totalmente liquidado, sem contar com o ganho com a venda de porcos e
de biofertilizante.
Com isso, pode-se perceber a importância dos projetos que possuem como objetivo a
construção de biodigestores para famílias que não possuem o capital necessário para realização
desse investimento, contribuindo para economia de dinheiro, preservação do meio ambiente e
produção de biofertilizante.
6.3 Estudo de caso 02: Avícola
Esse estudo de caso se baseou na entrevista feita com o proprietário Flávio Luciano
Lucena que pretende construir um biodigestor modelo indiano.
De acordo com a pesquisa realizada o proprietário gasta em média 1730 kWh por mês
para abastecer sua residência e a avícola, o que corresponde a uma despesa média de
R$1.500,00 por mês com energia elétrica. Observa-se, então, um consumo anual médio de
20.760 kWh, gerando um gasto de R$ 18.000,00 por ano com energia elétrica. A Tabela 06
resume todos esses dados e valores calculados.
Tabela 06: Despesas médias relacionada à energia elétrica.
Fonte: Elaborado pelo autor.
Com relação ao gás GLP utilizado para cozinhar são gastos 03 botijões por mês conforme
pesquisa realizada. Foi considerada a mesma média de preço calculada no estudo de caso 01, já
que se trata da mesma cidade.
A Tabela 07 resume as despesas médias gastas relacionadas ao gás GLP para o local de
estudo.
Consumo mensal médio 1730 KWh
Consumo anual médio 20760 KWh
Valor médio gasto mensalmente R$ 1.500,00
Valor médio gasto anualmente R$ 18.000,00
Energia elétrica
37
Tabela 07: Despesas médias relacionada ao gás GLP.
Fonte: Elaborado pelo autor.
Somando as despesas relacionadas à energia elétrica e gás GLP, anualmente, essa família
gasta, em média, R$ 20.700.00.
Segundo Nogueira (1986) apud Silva (2016), um kg de dejeto de bovino produz cerca de
0,04m³ por kg de esterco e cada ave produz 0,43m³ de biogás por kg de esterco.
Considerando, então, que cada um dos 20 bovinos produza 10 kg de dejetos por dia e
cada ave produza 0,18 kg por dia, de acordo com Collato e Langer (2012 apud SANTOS;
NARDI JUNIOR, 2013), em um mês a produção de dejetos das aves chegará à 2.700 kg e dos
bovinos à 6.000 kg, o que corresponde no total à 1.401 m³ por mês de biogás.
A Tabela 08 resume esses dados.
Tabela 08: Cálculo da quantidade de biogás produzida por mês.
Fonte: Elaborada pelo autor.
Como disposto anteriormente, o produtor gasta em média 1730 kwh e 39 kg de gás GLP
por mês, o que corresponde à:
- 1730 kWh = 272,65 m³ de biogás; (utilizando a média de 6,345kWh produzidos por
m³ de biogás.)
- 39 kg de gás GLP = 86,67 m³ de biogás.
Dessa forma, por mês, o produtor necessitaria, em média, de 359,32 m³ de biogás. Como
a produção de biogás mensal conforme a Tabela 07 é de 1401 m³, então, essa necessidade estaria
suprida, ou seja, o produtor economizaria R$ 20.700,00 por ano.
Valor de um botijão R$ 75,00
Qtd média de tempo de durabilidade de um botijão 10 dias
Valor médio gasto anualmente R$ 2.700,00
Gás GLP
Animal
Quantidade 500 aves 20 suínos
Qtd de dejetos por dia 90 kg/dia 200 kg/dia
Qtd de dejetos produzidos por mês 2700 kg/mês 6000 kg/mês
Qtd de biogás produzida com 1 Kg de dejetos 0,43 m³ 0,04 m³
Qtd de biogás produzida por mês 1161 m³ / mês 240 m³/mês
Qtd total de biogás produzida por mês
Aves Bovinos
m³ / mês1401
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Considerando os gastos para a construção de um biodigestor o valor de R$ 6000, 00 mais
gerador grande (valor de R$ 2.772,39) totalizando R$ 8.772,39, conforme visto anteriormente
com diferença no potencial do gerador de energia que tem que ser maior, e sabendo que o
material produzido pelos animais criados por essa família é suficiente para a geração dessa
quantidade de energia, pode-se calcular o tempo necessário para o investimento ser totalmente
liquidado:
𝑡 =8772,39
20700= 0,42 anos.
Dessa forma, em pouco mais de 5 meses, o dinheiro investido para a construção do
biodigestor já estaria totalmente liquidado, sem contar com o ganho com a venda de frangos,
ovos, além do biofertilizante.
7 CONCLUSÕES
De acordo com a metodologia aplicada e com os resultados obtidos pode-se concluir que
a utilização de biodigestores como alternativa energética e tratamento de resíduos sólidos tanto
na área rural como na área urbana é uma aposta vantajosa que deve ser mais explorada nas
universidades, em políticas públicas e nas empresas privadas.
Os resultados dessa pesquisa indicaram que a utilização de biodigestores no semiárido
brasileiro trará uma vantagem econômica, social e ambiental e também se constitui de uma
forma simples de gerar energia barata para população de baixa renda, atingindo pequenos e
médios produtores agrícolas e mostrando um novo horizonte na diminuição de gastos com
energia elétrica, gás de cozinha e biofertilizantes.
Os resultados também mostram a importância das tecnologias descritas no trabalho como
uma alternativa genial para solucionar o problema dos altos acúmulos de resíduos produzidos
pelos grandes centros urbanos, dando uma destinação eficaz para esses resíduos resolvendo os
problemas com lixões e contribuindo com a preservação do meio ambiente, na saúde da
população, principalmente, a de baixa renda e na geração de emprego e renda.
Conclui-se ainda que o investimento com a instalação do biodigestor não se restringirá
apenas ao setor energético da propriedade e ao gás de cozinha e ao biofertilizante, englobando
também os devidos lucros provindos das criações de animais como, por exemplo, a produção
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de queijo e leite, vendas de porcos, bois e ovelhas, produção provinda das hortas orgânicas
adubadas com o biofertilizante e outros.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
ANDRADE, Marcio Antonio Nogueira et al. Biodigestores rurais no contexto da atual crise
de energia elétrica brasileira e na perspectiva da sustentabilidade ambiental. In:
ENCONTRO DE ENERGIA NO MEIO RURAL, 4., 2002, Campinas. Disponível em:
<http://www.proceedings.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=MSC00000000220020
00100030&lng=en&nrm=abn>. Acesso em: 12 Nov. 2017.
BRASIL, Lei N° 12.305 de 02 de agosto de 2010 - Política Nacional de Resíduos Sólidos
(PNRS).
GUIA DO MINISTÉRIO DO MEIO AMBIENTE,2011- Guia para elaboração dos planos de
gestão de resíduos sólidos- Secretaria de recursos hídricos e ambiente urbano-SRHU/MMA.
COELHO, Pedro. Biodigestores Contínuos e de Batelada. 2012. Disponível em:
<http://www.engquimicasantossp.com.br/2012/07/biodigestores.html>. Acesso em: 10 out.
2017.
COSTA, D.F. Geração de energia elétrica a partir do biogás do tratamento de esgoto. 2006. 176
f. Dissertação (Mestrado em Engenharia) - Universidade de São Paulo, São Paulo, 2006.
DEGANUTTI, Roberto, et al. Biodigestores rurais: modelo indiano, chinês e batelada.. In:
ENCONTRO DE ENERGIA NO MEIO RURAL, 4., 2002, Campinas. Disponível em:
<http://www.proceedings.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=MSC00000000220020
00100031&lng=en&nrm=abn>. Acesso em: 15 Out. 2017.
DIÁRIO DO NORDESTE, Disponível em:
<blogs.diáriodonordeste.com.br/cariri/cidades/empresa-alema-quer-investir-r-70-milhoes-em-
juazeiro-do-norte-na-prod-de-energia-e-biofertilizantes> Acesso em: 12 Nov. 2017.
FARIAS JUNIOR, Mário. Biogás Sertão: Biodigestores como alternativa agroecológica e
de sustentabilidade no semiárido cearense. 2015. Disponível em:
<https://www.catarse.me/biogassertao>. Acesso em: 2 out. 2017..
GRYSCHEK, J.M.; BELO, F.R. – Produção e uso do gás metano na agricultura e agroindústria.
Piracicaba, ESALQ, 1983.15p.
MACHADO, Gleysson B. Biodigestores Urbanos no Brasil. 2014. Disponível em:
<http://www.portalresiduossolidos.com/biodigestores-urbanos-brasil/>. Acesso em: 02 out.
2017.
MAGALHÃES, A.P.T. Biogás: um projeto de saneamento urbano. São Paulo: Nobel, 1986.
120p.
40
MATTOS, Luis Claudio; FARIAS JÚNIOR, Mário. Manual do Biodigestor
Sertanejo. Recife: Projeto Dom Helder Câmara, 2011. 60 p.
McBEAN, E.A.; ROVERS, F.A.; FARQUHAR, G.J. Solid waste handfill Engineerig and
design. New Jersey: Prentice Hall, 1995.
NOGUEIRA, Biodigestão: a alternativa energética. Editora Nobel, São Paulo,1986.
OBERT, E.F. Motores de combustão Interna, Porto Alegre- RS. Globo, 1971.
PARCHEN, C.A.P- Manual do biogás. Curitiba, EMATER – PR, 1979, 26p.
PEREIRA, R.H., Geração Distribuída de Energia Elétrica – Aplicação de motores
Biocombustível Diesel/Gás Natural, In: lll Congresso Brasileiro de P&D em Petróleo e Gás,
Salvador,2005.
PIMENTEL, Thúlio José Ferreira Ferreira et al. Geração de Energia e Biogás usando
biodigestores: uma opção ambientalmente correta para Região Metropolitana do Recife. In:
XXII SIMPÓSIO DE ENGENHARIA DE PRODUÇÃO, 2015, São Paulo. Anais. São Paulo:
Unesp, 2015.
PORTAL DO BIOGÁS. Mercado dos biodigestores no Brasil. Disponível em:
<http://www.portaldobiogas.com/>. Acesso em: 04 out. 2017.
REIS, A. S. Tratamento de resíduos sólidos orgânicos em biodigestor anaeróbio. Dissertação
de Mestrado. Universidade Federal de Pernambuco. 2012. 79f
ROCHA, Camila Marçal da. PROPOSTA DE IMPLANTAÇÃO DE UM BIODIGESTOR
ANAERÓBIO DE RESÍDUOS ALIMENTARES. 61 f. TCC (Graduação) - Curso de
Engenharia Ambiental e Sanitária, Universidade Federal de Juiz de Fora, Juiz de Fora, 2016.
SANTOS, Edval Luiz Batista dos; NARDI JUNIOR, Geraldo de. PRODUÇÃO DE BIOGÁS
A PARTIR DE DEJETOS DE ORIGEM ANIMAL. Tekne e Logus, Botucatu, v. 4, n. 2, p.80-
90, ago. 2013.
SILVA, Haroldo Wilson da. PRODUÇÃO DE BIOGÁS COM DEJETOS DE VACAS
LEITEIRAS COMO ALTERNATIVA DE REDUÇÃO DE IMPACTOS AMBIENTAIS. In:
SIMPÓSIO NACIONAL DE TECNOLOGIA EM AGRONEGÓCIO, 8., 2016, Jales. São
Paulo. 2016.
SOUSA, J.S.I.; PEIXOTO, A.M.; TOLEDO, F.F- Enciclopédia Agrícola Brasileira. São
Paulo: Edusp, 1995.
UFPB, Núcleo de energia- NERG, Paraíba.
W2E BIOENERGIA. Unidades de Gaseificação. [2013]. Disponível em:
<http://w2ebioenergia.com.br/>. Acesso em: 1 nov. 2017.