utilizaÇÃo do sistema de biodigestÃo anaerÓbia

02 a 05 de junho 2008 Campus Irati

UTILIZAÇÃO DO SISTEMA DE BIODIGESTÃO ANAERÓBIA PARA A VINHAÇA: UMA REVISÃO SOBRE OS POTENCIAIS ENERGÉTICOS E CRÉDITOS DE CARBONO

Autores: Mariani Silvia Szymanski (Acadêmico do curso de Engenharia Ambiental) e-mail: [email protected] Rafaelo Balbinot (Prof., M.Sc., Departamento de Engenharia Ambiental) e-mail: [email protected] 1 Introdução

Considera-se como marco da evolução do setor sucroalcooleiro a implantação do Programa Proálcool, em 1978, no entanto, apenas na década de 90 ocorreu um aumento expressivo na produção de açúcar e, apenas na década de 2000 ocorreu a evolução no aproveitamento integral da cana, incluindo bagaço, palha e co-produtos (OLIVÉRIO, 2004). Neste trabalho, será dado enfoque à vinhaça, visto que, de acordo com a COPERSUCAR (1979), este é considerada o principal subproduto da fabricação do álcool, não apenas pelo seu volume, mas principalmente, devido ao seu elevado potencial poluidor. Além disso, existem controvérsias quanto aos efeitos da aplicação da vinhaça in natura no solo, prática de grande parte das usinas e destilarias (CORAZZA, 1996).

Com a implantação do Proálcool e a crescente produção de etanol no Brasil, houve o conseqüente aumento na produção de vinhaça, agravando o problema de sua destinação. Neste cenário, a biodigestão anaeróbia da vinhaça surge como uma alternativa viável de tratamento deste subproduto, apresentando ainda um fator econômico, a produção de metano (CORAZZA, 1996). No entanto, a biodigestão apenas se tornou atraente a partir do desenvolvimento de reatores de alto desempenho, com tempo de detenção hidráulica bastante reduzido. Com base em análises dos custos de produção do biogás os que mais se adaptam à vinhaça são os reatores UASB (GRANATO, 2003; citado por CAMILO, 2006)

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Além disso, com a implantação do Programa de Incentivo às Fontes Alternativas de Energia (PROINFA) pelo governo federal e o Mercado de Créditos de Carbono, espera-se aumentar a rentabilidade e o interesse pela produção de energia elétrica nas usinas de açúcar e álcool (MENEGUELLO, 2006).

O tratamento da vinhaça, além de reduzir sua carga orgânica poluente, produz um energético competitivo com os combustíveis fósseis, o biogás, composto principalmente por metano e dióxido de carbono. Portanto, trata-se de uma alternativa viável economicamente e benéfica ao ambiente (TERMO DE REFERÊNCIA, 2007). Sabe-se que os “combustíveis limpos” podem ser uma alternativa sustentável para suprir a demanda crescente por energia, portanto, este trabalho tem por objetivo propor a utilização da vinhaça como alternativa energética. 2 Subprodutos da indústria sucrolacooleira Demattê (1992) citado por Rafaldini et. al. (2006) afirma que, no processo de industrialização da cana, os resíduos produzidos em maior volume são: vinhaça, torta de filtro e bagaço. 2.1 Vinhaça A vinhaça é considerada o principal subproduto da indústria sucroalcooleira, devido ao seu elevado volume e potencial poluidor, sendo produzida a partir da destilação e fermentação da cana no processo de fabricação do álcool e na cristalização do caldo de cana para fabricação de açúcar (Figura 1) (LUDOVICE, 1997). Segundo Ludovice (1997), apesar de apresentar algumas variações em sua composição, em geral, a vinhaça é rica em nutrientes minerais como potássio, cálcio e enxofre, além de apresentar elevado teor de matéria orgânica (Demanda Bioquímica de Oxigênio - DBO de 20.000 a 35.000 mg/L), com pH variando de 3,7 a 5. Devido à essas características e por se tratar de um método eficiente e de custo relativamente baixo, a vinhaça vem sendo amplamente utilizada na fertirrigação de áreas para plantio da cana (BELAI, 2006). No entanto, deve-se utilizar esta tecnologia com cautela, uma vez que sua elevada DBO pode contaminar águas subterrâneas e mananciais superficiais, devido à percolação ou arraste de altas concentrações de amônia, magnésio, alumínio, ferro, manganês, cloreto e matéria orgânica ou alterar as características do solo (SZMRECSÁNYI, 1994, HASSUDA, 1989 citados por PIACENTE, 2004).


Figura 1 - Fluxograma do processo de produção de álcool (XAVIER, 1970 citado por CAMILO, 2006)

Além da fertirrigação, outras alternativas surgiram com a finalidade de promover uma destinação final à vinhaça. Entre elas se destacam a incineração, onde alguns sais minerais presentes na vinhaça, como potássio, são recuperados e então podem ser aplicados na agricultura sem riscos de contaminação, e a biodigestão anaeróbia da vinhaça, onde ocorre uma significativa redução de sua carga orgânica garantindo maior segurança em sua aplicação na fertirrigação sem alterar as suas características nutricionais (FREIRE e CORTEZ, 2000 citados por PIACENTE, 2004).

As características físico-químicas apresentadas pela vinhaça, salvo pequenas variações, estão expressas nas Tabelas 1 e 2. Admite-se que os sólidos suspensos na vinhaça equivalem, em geral, a menos de 10% dos sólidos totais e que sua carga orgânica corresponda, em média, a 300 g.DQO.L-1álcool (GRANATO, 2003; ELIA NETO, 2007). A fim de regulamentar a prática de disposição final da vinhaça o governo federal, através da Portaria MINTER nº 323, de 29/11/1978, proibiu a disposição ou eliminação da vinhaça em leitos d' água, estando sujeito à multa a usina que descumprir a proibição (CORAZZA, 1996).

Além da Portaria, há ainda a Resolução CONAMA nº 002, de 05/06/1984 que determina da realização de estudos e apresentação de resolução contendo normas para controle da poluição causada pelos efluentes das destilarias de álcool e pelas águas de lavagem da cana. A Resolução CONAMA nº 0001, de 23/01/1986 determina a obrigatoriedade da realização da Avaliação de Impacto Ambiental (AIA) para novas indústrias instaladas ou qualquer ampliação efetuada nas já existentes.

CANA

PREPARO

EXTRAÇÃO

CALDO

TRATAMENTO DE CALDO

FERMENTAÇÃO

DESTILAÇÃO

ÁLCOOL

VINHAÇA

BAGAÇO

GERAÇÃO DE VAPOR

TURBINAS ELÉTRICAS


Tabela 1 – Características Físico-químicas da Vinhaça in natura e biodigerida (Usina São Martinho)

Parâmetro Vinhaça (antes da biodigestão)

Vinhaça (depois da biodigestão)

pH 4,0 6,9 DQO (mg/L) 29.000 9.000 N Total (mg/L) 550 600 N Amoniacal (mg/L) 40 220 Fósforo P2O5 (mg/L) 17 32 Sulfato (mg/L) 450 32 Potássio K2O (mg/L) 1.400 1.400

Fonte: Cortez, Magalhães, e Happi, 1992 citado por Salomon, 2007. 2.2 Torta de filtro

A torta de filtro é um subproduto da indústria sucroalcooleira composto basicamente por bagaço moído e lodo de decantação, que é produzido no processo de clarificação do açúcar. Estima-se que cada tonelada de cana moída produza em torno de 30 a 40 kg de torta (CORTEZ, MAGALHÃES, e HAPPI, 1992 citados por BELAI, 2006).

A torta é um composto orgânico rico em nutrientes como cálcio, nitrogênio e potássio cujas concentrações variam conforme a maturação e a variedade da cana, o que torna viável sua aplicação no cultivo da cana. Usualmente, a torta é aplicada em substituição aos insumos tradicionais, principalmente a base de potássio, nos sulcos de plantio. No entanto, torna-se fundamental o monitoramento das áreas que recebem a aplicação da torta de filtro já que esta apresenta elevada DBO. De acordo com a CETESB (1992), admite-se que a torta de filtro seja constituída por 70 a 75% de água, 28 a 29% de compostos orgânicos e 1 a 2% de constituintes minerais (CORTEZ, MAGALHÃES, & HAPPI, 1992, RAMALHO & AMARAL, 2001 citados por PIACENTE, 2004). Tabela 2 – Demanda de Água na Fabricação de Álcool por m3/ton (cana).

Seção Finalidade Quantidade Descargas e Estocagem Lavagem da Cana 5 - 10

Moendas Embebição 0,25 Resfriamento mancais 0,15

Caldeiras Produção de Vapor 0,25 – 0,35 Tratamento água lavagem Preparo Leite Cal 0,015 Pré-fermentação Preparo Levedura 0,1 Fermentação Resfriamento Dornas 5 Destilação Resfriamento condensador 6 Laboratório Usos Gerais 0,01 Diversos Limpezas Gerais 0,015

Fonte: Uso de água nas Destilarias Autônomas. Disponível em: http://www.terravista.pt/ilhadomel/uso de aguas. Acesso de 30/04/2005 2.3 Bagaço

Segundo Piacente (2004), o bagaço é produzido durante a extração do caldo da cana, sendo sua característica mais marcante o teor de fibras, o qual depende da variedade da cana. Esta característica torna o bagaço um subproduto amplamente utilizado na geração de calor e,


mais recentemente, de energia elétrica para os processos industriais em usinas de açúcar e álcool. Conforme Rosseto (2004), admite-se que cada tonelada de cana moída produza aproximadamente 250 kg de bagaço, o que corresponde a aproximadamente 560.000 kcal ou 70kw.h-1 de energia.

A produção de energia a partir da queima de biomassa em usinas de açúcar e álcool foi uma iniciativa bastante incentivada principalmente a partir da crise energética que ocorreu no Brasil no ano de 2001. No entanto esta capacidade energética ainda se encontra subutilizada em grande parte das usinas. Isso ocorre, em grande parte, devido aos elevados custos envolvidos na ampliação e modernização dos sistemas de co-geração, desde a substituição de caldeiras até o aumento da eficiência de geradores de eletricidade, além do deficitário incentivo oferecido pelo governo no que diz respeito à comercialização da energia elétrica produzida (PIACENTE, 2004). 3 Caracterização do processo de geração de resíduos e efluentes na indústria sucroalcooleira

De acordo com Theodoro (2005) sabe-se que, ao se considerar a matéria-prima, água e energia utilizada em um processo produtivo, qualquer resíduo ou efluente gerado pode ser caracterizado como perda. Sendo assim, torna-se fundamental o conhecimento das características dos subprodutos ou resíduos gerados a fim de melhor escolher o sistema de tratamento ou reaproveitamento. A partir disto, o gestor pode propor soluções tendo como alternativas a manutenção do processo atual promovendo pequenas melhorias, ou optar por um processo novo, caracterizando uma inovação tecnológica (FALCONI, 1998 citado por THEODORO, 2005).

Ao se fazer referência à destinação de resíduos, é inerente a questão do gerenciamento ambiental, onde são integrados aspectos de redução de impactos e riscos ao ambiente e ao homem; cumprimento à legislação específica e desenvolvimento de tecnologias visando minimizar a geração de resíduos e o consumo de matéria e energia. A fim de facilitar o entendimento dos resíduos gerados nos processos produtivos em uma usina sucroalcooleira torna-se necessário um entendimento das diversas fases de produção, são elas (KESSERLINGH, 2002, CARVALHO, 1997, NAKAHODO 2003, ROSSETO, 2004, TINOCO & KRAEMER, 2004 citados por THEODORO, 2005): a) Recepção da cana-de-açúcar A cana-de-açúcar é transportada da lavoura à usina onde primeiramente é pesada e, em seguida, retirada uma amostra para análise do teor de sacarose. A cana é então descarregada no pátio enquanto aguarda processamento. b) Lavagem da cana-de-açúcar Com o objetivo de diminuir a quantidade de detritos (areia e terra) que danificam equipamentos e interferem na qualidade do caldo, a cana passa pelo processo de lavagem na mesa alimentadora onde a cana é descarregada. Na maioria dos casos, a água de lavagem passa por reuso até saturação, onde é encaminhada aos tanques de vinhaça. c) Moagem cana é encaminhada para moendas compostas por rolos que a esmagam extraindo o caldo e obtendo o bagaço, o qual é encaminhado à caldeira e queimada para geração de vapor. d) Tratamento do caldo Nesta fase as impurezas contidas no caldo são removidas através de processos de floculação e decantação, as quais ficam retidos em filtros de tela, vindo a compor a torta de filtro, utilizada como fertilizante em áreas de plantio. e) Destilação:


Após o tratamento do caldo segue-se ao processo de fermentação onde os açúcares são transformados em álcool. Nesta fase do processo é produzida a vinhaça. Pode-se afirmar que os principais efluentes gerados em usinas sucroalcooleiras são as águas de colunas barométricas, águas de lavagem de cana; águas condensadas; águas de lavagem de pisos e equipamentos; águas de resfriamento de dornas e condensadores e a vinhaça, considerada o principal efluente de maior quantidade em geração. Atualmente, a demanda média de água por tonelada de cana processada de 1,8 m3 em algumas usinas do Centro-Sul do Brasil (ROBERTO, 2007a).

É possível afirmar que para cada 1.000 t de cana processada gera-se, durante todo o processo produtivo, 270 t de bagaço; 35 t de torta de filtro e 360 m3 de vinhaça (Theodoro, 2005). 4 Características do sistema de biodigestão anaeróbia da vinhaça

O processo de biodigestão anaeróbia da vinhaça (Figura 2) consiste no processamento de sua carga orgânica. Este processo gera biogás e vinhaça biodigerida com reduzida carga orgânica, no entanto, sem alterações em suas propriedades fertilizantes (LAMONICA, 2006).

Figura 2 – Processo de Biodigestão Anaeróbia (Salomon, 2007).

4.1 O Processo de biodigestão

Por se tratar de um processo anaeróbio, é característica a baixa produção de biomassa e o reduzido consumo de energia, assim sendo, este tipo de sistema necessita, em média, apenas 10% dos nutrientes que seria exigidos para um processo aeróbio (CORTEZ et al., 2007).


O processo anaeróbio de biodigestão se desenvolve em duas principais etapas: uma acidogênica e outra metanogênica. Na primeira etapa, os compostos orgânicos de cadeias complexas, como gorduras carboidratos e proteínas, são hidrolisados até a formação de compostos de cadeias carbônicas menores, ou seja, mais simples. Estes compostos de cadeias menores são então oxidados biologicamente e convertidos em ácidos orgânicos, como ácido acético (CH3OOH) e propiônico (CH3-CH2-CH2-COOH) por meio de bactérias facultativas e estritamente anaeróbias. A redução da carga orgânica do efluente se processa nesta fase (CORTEZ et. al, 2007).

Na fase metanogênica ocorre a conversão de ácidos em metano, dióxido de carbono e ácidos orgânicos, ou redução de dióxido de carbono até a formação de metano, por meio de microorganismos anaeróbios. Esta é a etapa mais lenta do processo e, portanto controla as taxas de conversão, o que torna importante a manutenção de condições adequadas a fim de favorecê-la (CORTEZ et. al., 2007).

É importante salientar as relações de simbiose e interdependência existentes entre as populações de bactérias no reator anaeróbio de fluxo ascendente (Upflow Anaerobic Sludge Blanket - UASB). As bactérias que atuam na fase acidogênica, além de garantir um meio livre de oxigênio, produzem alimento básico para as bactérias metanogênicas (NOGUEIRA, 1986 apud CAMILO, 2006).

Deve-se atentar, na construção do biodigestor de alta produtividade, às questões de saneamento (redução da carga orgânica), determinação e atendimento a uma demanda energética (produção de metano) e utilização do material biodegradado como fertilizante (GRANATO, 2003). Segundo Souza (1992) citado por Granato (2003), para o controle a operação de um biodigestor, o critério utilizado deve ser a estimativa da produção potencial de biogás a partir de um resíduo, considerando os seguintes fatores:

• A produção de metano, mantendo-se constantes os demais fatores intervenientes, é proporcional a DQO consumida no reator. Adota-se o valor médio de 0,35 L de CH4 produzidos por 1 g de DQO consumida (CNTP);

• Parte do biogás produzido é dissolvido no efluente; • Parte da DQO é convertida em biomassa.

4.1.1 Fatores que interferem no processo

Pode-se destacar como fatores intervenientes no processo de biodigestão (CORTEZ et al., 2007).

• Tipo de Reator e Processo Diversos sistemas de biodigestores foram desenvolvidos, levando em consideração a

aplicação (resíduos) e o nível tecnológico. Dessa forma, ao proceder a escolha de um reator, deve-se observar critérios como o tipo de resíduo a ser digerido, a eficiência do processo e a finalidade que se pretende com a construção do sistema No caso da vinhaça, observa-se que o reator que mais se adapta é o UASB (CORTEZ et al., 2007).

• Temperatura Sabe-se, atualmente, que a produtividade do processo é profundamente afetada pela

temperatura do sistema. Isso porque, por se tratar de um processo biológico, é fundamental que os microorganismos estejam adaptados ao meio. Sendo assim, determinou-se que quando a temperatura é inferior a 10°C, ou ocorrem variações bruscas de temperatura (acima de 5°C), há uma inibição da atividade microbiológica (CORTEZ et al., 2007). Respeitando-se a faixa de temperatura tolerável pelos microorganismos, pode-se afirmar que temperaturas mais elevadas aceleram as reações biológicas. Isto tem reflexo direto no dimensionamento do reator, já que por se tornar mais eficiente, o tempo de retenção hidráulica é menor, reduzindo assim os custos de instalação. Sendo assim, admite-se como temperatura


ótima para biodigestão anaeróbia, 35°C para a faixa mesofílica, e 50°C na faixa termofílica (BENINCASA et al. 1991 apud CORTEZ et al., 2007). No caso específico da vinhaça (temperatura inicial de aproximadamente 85°C), torna-se interessante o processamento da biodigestão na fase termófila, minimizando assim custos de aquecimento da biomassa para desenvolvimento do processo tornando necessário apenas um isolamento térmico eficiente do reator (CORTEZ et al., 2007).

• pH

Assim como os demais seres vivos, os microorganismos necessitam de condições adequadas ao seu desenvolvimento, por isso a importância da manutenção do pH do meio numa faixa tolerável. Admite-se que esta faixa se encontre entre 6 e 8, sendo considerado ótimo de 7 a 7,2 (CORTEZ et. al., 2007).

• Composição e concentração do resíduo No que diz respeito à carga nutricional no efluente, têm-se como adequada a relação de

5 para N/P; 30 a 43:1 para C/N e inferior a 187:1 para C/P. Sabe-se ainda que quanto menor a relação C/N, maior a produção de metano (CORTEZ et al. 1996 citados por CORTEZ et al., 2007). 4.2 Tecnologias de biodigestão anaeróbia da vinhaça 4.2.1 Reator UASB

Desenvolvido na Holanda, os biodigestores UASB são indicados para o tratamento de efluentes com teor de sólidos de até 2% (CORTEZ et al., 2007). Os reatores UASB são sistemas muito compactos, necessitando de volume reduzido devido à sua elevada concentração de biomassa. Neste tipo de reator, a biomassa cresce dispersa no meio, ocorrendo, eventualmente, a formação de grânulos que servem de suporte para o crescimento de outras bactérias, aumentando assim a eficiência do sistema (VON SPERLING, 2005). O funcionamento do UASB consiste na entrada do efluente pelo fundo do reator onde se encontra a manta de lodo que adsorve grande parte da matéria orgânica. Na parte superior do reator há uma estrutura com formato tronco piramidal denominada separador trifásico. A finalidade do separador é reter a biomassa no sistema por meio do deslizamento dos sólidos na parte superior externa da estrutura e conduzir o gás produzido pelo processo anaeróbio até a parte superior (compartimento de gases), onde é retirado. Devido à existência desta estrutura, há uma eficiente retenção de sólidos e, conseqüentemente, a idade do lodo se torna muito elevada e o tempo de detenção hidráulica bastante reduzido (VON SPERLING, 2005).

Estes reatores podem apresentar várias configurações, como tanques cilíndricos, quadrados e retangulares. Em todas as configurações, o efluente é bombeado ao topo do reator onde é distribuído na “estrutura de distribuição de vazão”, constituída por uma ou mais caixas distribuidoras de fluxo. Estas caixas são divididas internamente conduzindo o efluente aos seus compartimentos internos. De cada um destes compartimentos, parte um tubo que conduz o efluente à parte inferior do reator, onde é liberado e inicia seu fluxo ascendente, passando pela manta de lodo e vindo a ser coletado na parte superior em vertedores ou tubulações perfuradas. Este é o efluente do reator UASB. O gás que é produzido no compartimento de reação na forma de bolhas é coletado na parte central do separador trifásico (VON SPERLING, 2005). Como a entrada de matéria orgânica no reator é contínua, a biomassa cresce continuamente. Isso traz a necessidade de remoção periódica de parte da manta de lodo, evitando assim que a biomassa venha a sair juntamente com o efluente. No entanto, a


produção de lodo em reatores UASB é muito baixa e de elevada qualidade, podendo ser simplesmente desidratado em leitos de secagem ou em equipamentos mecânicos. A retirada do lodo é feita na parte lateral do reator, próximo ao fundo, em diferentes níveis (VON SPERLING, 2005). Por ser um processo anaeróbio, ocorre a formação de gases com odor desagradável. No entanto, se o projeto for bem elaborado e o reator bem vedado, incluindo a saída do efluente, a liberação destes odores é bastante minimizada Segundo Von Sperling (2005), a eficiência de remoção de DBO do reator UASB situa-se em média em 70%. Os biodigestores UASB podem ser construídos utilizando diversos tipos de materiais, entre eles, concreto e plástico (VON SPERLING, 2005). 4.3 Vantagens do processo

A biodigestão anaeróbia da vinhaça apresenta como principais benefícios (SALOMON,

2007; CORTEZ et al., 2007; TRATAMENTO..., 2007). • Menor consumo de energia, em comparação com sistemas aeróbios; • Menor produção de lodo em virtude da menor produção de biomassa e, além disso, o

lodo produzido já é espessado, reduzindo, portanto os custos com seu tratamento; • É um sistema de alta taxa, ou seja, suporta elevadas concentrações de DBO; • O biogás produzido possui finalidades econômicas; • Garante a qualidade ambiental, uma vez que reduz a carga orgânica da vinhaça para

sua aplicação no solo e elimina seu odor característico; • Provoca a neutralização do pH da vinhaça (aproximadamente 6,0 a 6,9), necessitando

menores doses de corretores de acidez nos solos; • O efluente da biodigestão pode ser utilizado para fertirrigação.

4.4 Desvantagens do processo

Cortez et al. (2007) cita como principais inconvenientes do processo de biodigestão anaeróbia:

• Maior tempo de detenção, em comparação com sistemas aeróbios; • Produção de gases com odor desagradável e corrosivos, que podem ser

inconvenientes se o reator não for bem projeado; 4.5 Biogás

Biogás pode ser definido como o gás obtido a partir da conversão da biomassa em energia, pelo processo de biodigestão anaeróbia. O biogás é uma mistura gasosa composta por CH4, CO2, O2, N2, H2O e H2S (GRANATO, 2003).

Segundo Camilo (2006) o poder calorífico do biogás é expresso pela concentração de metano. Admite-se ainda, que o metano seja equivalente a 55 a 65% da mistura gasosa. Lamo (1991) citado por Camilo (2006), descreve as etapas principais pelas quais a vinhaça deve passar, para se obter um biogás de qualidade e isento de contaminantes (Figura 3).


Figura 3 – Fluxograma das Etapas seguidas para obtenção da Vinhaça com ausência de

contaminantes 4.5.1 Purificação do biogás

Apesar de não ser tóxico, devido à sua baixa concentração de monóxido de carbono (inferior a 0,1%), o biogás pode apresentar-se corrosivo em função da presença de sulforeto de hidrogênio (H2S) que pode atacar cobre, latão e aço, dependendo da concentração. Além do H2S, o amoníaco e o vapor d’água (depois de condensados) podem ser corrosivos (CORTEZ et. al, 2007).

Sendo assim, torna-se fundamental o processo de purificação do biogás para sua posterior utilização. A remoção, por exemplo, de CO2, quando o objetivo é o emprego do biogás em motores de combustão interna é fundamental (CORTEZ et. al., 2007).

Dentre as metodologias existentes para remoção de H2S, pode-se citar o uso de limalha de ferro oxidado que, ao entrar em contato com o H2S produz Fe2O3. Já a remoção de CO2 pode ser facilmente conseguida de duas formas: reagindo-o com cal hidratado [Ca(OH)2] produzindo carbonato de cálcio (CaCO3) que possui valor comercial e, submetendo o CO2 à lavagem com água sob pressão e, conseqüente absorção do gás e formação de H2CO3 (ácido carbônico) (CORTEZ et. al, 2007). O sistema de purificação do biogás tem por objetivo remover compostos de enxofre e a umidade do biogás. O processo ocorre em três etapas. Na primeira a maior parte da umidade do biogás é removida por um recipiente onde a água é condensada. Em seguida o biogás é direcionado ao sistema de purificação composto por duas telas moleculares, removendo a umidade remanescente e os compostos sulfúricos (H2S). Na terceira etapa o biogás passa através da limalha de ferro, removendo o H2S residual (MOREIRA et al., 2006). Para provar a eficiência do sistema de purificação e para determinar a composição gás química do biogás, duas análises são necessárias, uma antes e outra após o processo de purificação. Estas análises determinam a concentração de: O2, N2, CO2, H2S, CH4 e H2O, sendo expressas em %, em volume ou ppm (MOREIRA et al., 2006). Depois que o biogás passa pela tubulação, acumulador de água, material absorvente, tela molecular e limalha de ferro, ele está pronto para ser armazenado em um “gasholder” (“saco” flexível feito com PVC) e ser empregado no motor Otto como combustível para produzir eletricidade. Um esquema do processo de purificação é apresentado na Figura 4, cujos equipamentos estão descritos na Tabela 5 (MOREIRA et al., 2006).


Figura 4: Esquema do Sistema de Geração de Energia Elétrica

Tabela 5: Equipamentos Envolvidos na Geração de Energia Elétrica

Equipamento Número na Figura Tubulação 1 Medidor da Vazão da Vinhaça 2

Biodigestor 3 Acumulador de Água 4 Válvula Esférica 5 Material Absorvente e tela molecular 6

Limalha de Ferro 7 Medidor de Vazão do Biogás 8 Manômetro 9 Acumulador de Biogás 10 Turbina/Gerador 11

Fonte: MOREIRA et al., 2006 4.6 Aplicações dos produtos da biodigestão

A biodigestão anaeróbia da vinhaça resulta na formação de dois produtos: a vinhaça biodigerida e o biogás. Quanto ao efluente líquido (vinhaça biodigerida), a aplicação mais conhecida é a fertirrigação, como biofertilizante, já que o processo de biodigestão degrada a matéria orgânica em compostos mais simples e facilmente disponíveis à fauna e flora do solo, com nutrientes parcialmente solubilizados. Além disso, devido á produção de metano e dióxido de carbono, há uma redução da relação C/N, o que favorece sua aplicação como biofertilizante (CORTEZ et. al, 2007).

Devido à elevada concentração de metano no biogás produzido e, conseqüente potencial inflamável, as principais aplicações são geração de calor, frio e potência. O poder calorífico do biogás se situa em torno de 5.000 a 7.000 kcal.m-3, no entanto, este potencial poderia atingir 12.000 kcal.m-3

caso o CO2 fosse retirado da mistura (CORTEZ et. al, 2007). Na indústria sucroalcooleira, as opções para o aproveitamento do biogás são as seguintes (GRANATO, 2003):

a. Queimado, em sua totalidade, na caldeira para geração de vapor e acionamento da moagem da cana. Procedendo-se assim, cerca de 25 a 28% do bagaço atualmente queimado nas caldeiras pode ser destinado para outros fins.


b. Utilização da terça parte do biogás, após purificação e produção de gás metano em substituição aos combustíveis utilizados na agroindústria durante o período da safra e, o restante queimado nas caldeiras provocando uma sobra de 18% do bagaço;

c. Utilizar a totalidade do biogás para acionar uma turbina a gás, conjugada a um gerador elétrico. Este tipo de tecnologia produz 2,5 vezes o total de energia elétrica necessária em uma destilaria autônoma. 5 Geração de energia elétrica

Para realizar o cálculo da geração torna-se necessário determinar a eficiência do sistema, que depende da tecnologia utilizada na conversão do biogás. Basicamente, considera-se três diferentes tecnologias: turbinas à gás, microturbinas e motores de ciclo Otto (MOREIRA et al., 2006). Sabe-se que a vinhaça produzida a partir de uma tonelada de cana moída (1 m3) após passar pelo processo de biodigestão, apresenta 7,2 kg de metano (poder calorífico de 50 MJ.kg-1). Logo, obtém-se um total de 100 kWh.ton-1 cana (Termo de Referencia, 2007). Cabe salientar que, além dos benefícios já descritos para a produção de energia elétrica a partir da biodigestão de efluentes industriais, a Resolução Normativa 217/07 da ANEEL garante a isenção dos encargos de transmissão (Termo de Referencia ,2007). 5.1 Principais tecnologias de conversão energética com o uso do biogás

Segundo Costa (2006), pode-se definir conversão energética como o processo que

transforma um tipo de energia em outro. Quanto se trata do biogás, submetendo-o a um processo de combustão controlada, a energia química contida em suas moléculas é convertida em energia mecânica, a qual ativa um alternador que a converte em energia elétrica. As tecnologias mais utilizadas neste tipo de conversão são as microturbinas a gás e os motores de combustão interna do tipo Ciclo-Otto. Destacam-se como vantagens da geração de energia elétrica a partir do biogás (Costa, 2006):

• Vantagens estratégicas: geração descentralizada; próxima aos pontos de carga; • Vantagens econômicas: utilização de combustível disponível no local e de baixo custo

(resíduo de processo); 5.1.1 Turbinas a gás As turbinas a gás são constituídas de compressor, câmara de combustão e turbina de expansão (ciclo Brayton). O processo de funcionamento consiste na injeção de oxigênio na câmara de combustão para a queima do combustível. Esta reação transfere energia química para os gases, provocando uma elevação em sua temperatura. O gás resultante é expandido na turbina, resultando em energia mecânica para acionamento do compressor e da carga acoplada ao eixo da turbina, a qual pode ser constituída por um gerador de energia elétrica, bomba, entre outros (COSTA, 2006). A maior eficiência da turbina a gás está relacionada com a elevada temperatura e pressão dos gases na entrada do primeiro estágio da turbina e a reduzida temperatura dos gases de exaustão. A faixa de potência das microturbinas pode variar de algumas centenas de kW até quase 300 MW (COSTA, 2006). 5.1.2 Motores de combustão


De acordo com Costa (2006), os motores de combustão consistem na conversão de energia térmica de um combustível em energia mecânica pelo acionamento de pistões confinados em cilindros. Os mais comumente usados são os ciclos Otto e Diesel. Este tipo de motor pode ser aplicado tanto para a geração de energia elétrica, acoplando-se um gerador ao motor, quanto para geração de energia mecânica. A principal diferença entre o ciclo Otto e Diesel refere-se à forma em que ocorre a combustão. No ciclo Otto a combustão ocorre pela explosão do combustível, na câmara de combustão, por meio de uma fagulha. Enquanto que no ciclo Diesel a combustão ocorre pela compressão do combustível na câmara de combustão (COSTA, 2006). 5.2 A Legislação brasileira referente à produção e comercialização de energia elétrica

A produção e comercialização de energia elétrica é regulamentada por inúmeros instrumentos legais, sendo os principais descritos a seguir:

• Portaria do Departamento Nacional de Energia Elétrica (DNAAE) 246, de 23 de dezembro de 1988.

“Autoriza os concessionários de serviço público de energia elétrica, integrantes dos sistemas elétricos interligados, a adquirirem energia elétrica excedente de autoprodutores”.

Além disso, a Portaria define o preço máximo a ser pago pelo concessionário, isto é “O valor a ser pago pela concessionária para a energia produzida pelos autoprodutores fica vinculado ao custo obtido pela concessionária, a partir das outras fontes convencionais de energia elétrica interligadas ao sistema elétrico, e também deve ser aprovado pelo DNAAE”.

• Lei 9.074, de 07 de julho de 1995. Inicia o processo de regulamentação da co-geração definindo em sua Seção II a figura

do Produtor Independente de Energia Elétrica (PIE) como “a pessoa jurídica, ou empresas reunidas em consórcio, que recebem concessão ou autorização do poder concedente para produzir energia elétrica destinada ao comércio de toda ou parte da energia produzida, por sua conta e risco” e sua participação no mercado de energia. Define também em sua Seção III as condições de compra de energia elétrica por parte dos grandes consumidores que, acima de determinadas potências, passam a ter a livre escolha do fornecedor de energia mediante o pagamento do custo do transporte da energia pelos sistemas de transmissão e distribuição.

Esta lei regulamentou a atividade de produção independente de energia elétrica como atividade econômica, definindo suas regras operacionais e comerciais.

• Decreto 2.655, de 02 de julho de 1998. ”Regulamenta o Mercado Atacadista de Energia Elétrica (MAE) e define as regras de

organização do Operador Nacional do Sistema Elétrico (ONS)”. Este decreto também regulamenta as atividades de geração, transmissão, distribuição e comercialização de energia elétrica.

• Resolução da ANEEL 112, de 18 de maio de 1999. “Estabelece os requisitos necessários para obtenção de Registro ou Autorização para a

implantação, ampliação ou repotenciação de centrais geradoras termelétricas, eólicas ou de outras fontes alternativas de energia”.

Nesta resolução, surge pela primeira vez a menção às fontes alternativas de energia e é direcionada diretamente aos produtores independentes e autoprodutores.

• Resolução da ANEEL 233, de 24 de outubro de 2006. “Estabelece os critérios e procedimentos para o cálculo, a aplicação e o recolhimento, pelas concessionárias, permissionárias e autorizadas, dos recursos a serem destinados aos Projetos de Eficiência Energética e / ou Pesquisa e Desenvolvimento, bem como ao Fundo Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (FNDCT) e ao Ministério de Minas e Energia (MME), previstos na Lei 9.991 de 24.07.2000”;

• Resolução da ANEEL 248, de 06 de maio de 2002.


“Atualiza procedimentos para o cálculo dos limites de repasse dos preços de compra de energia elétrica, para as tarifas de fornecimento”. 6 A Biodigestão anaeróbia de vinhaça e o mecanismo de desenvolvimento limpo

O mercado de créditos de carbono surgiu em 1997 com a assinatura do Protocolo de Kyoto, a partir de uma iniciativa dos países da Organização das Nações Unidas como medida de controlar as intervenções humanas sobre o clima bem como promover o desenvolvimento sustentável em países em desenvolvimento. O Protocolo determina que os países desenvolvidos que assinaram o acordo (países do Anexo I), reduzam em 5,2% suas emissões de gases do efeito estufa (relativas ao ano de 1990), no período entre 2008 e 2012 (ROCHA, 2002).

Neste contexto, o Mecanismo de Desenvolvimento Limpo (MDL) surge como um atrativo às reduções das emissões globais visto que, cada tonelada de CO2 deixada de ser emitida ou retirada da atmosfera por países em desenvolvimento pode ser comercializada no mercado mundial.

Os projetos de MDL consistem, portanto, numa alternativa para as empresas que não conseguirem cumprir suas obrigações, as quais poderão comprar Certificados de Redução de Emissões (CRE) de países em desenvolvimento e usá-los para cumprir suas metas (ROCHA, 2002).

Segundo Rocha (2002), os MDL tem dois objetivos: a redução das emissões ou seqüestro dos gases do efeito estufa e promover o desenvolvimento sustentável do país onde se desenvolve o projeto, podendo ser divididos nas seguintes modalidades:

• Fontes renováveis e alternativas de energia; • Eficiência / conservação de energia; • Reflorestamento e estabelecimento de novas florestas; • Outros projetos de redução de emissões: projetos de aterros sanitários e projetos

agropecuários. Quanto à remuneração, esta se dá em função da análise de risco do projeto, entre outros parâmetros. A remuneração tem oscilado entre 6 e 16 euros por tonelada de CO2e. A título de comparação, no primeiro semestre de 2006 os créditos de carbono foram vendidos por 8,95 euros no mercado regulado pela UNFCCC e a 5,9 euros no mercado voluntário (ROBERTO, 2007b). 6.1 Passos para certificação de emissões reduzidas (CER)

É importante destacar que existe, além do mercado de carbono regulado pela UNFCCC,

o mercado voluntário, onde os prazos são menores e, conseqüentemente, os preços são desvalorizados. Sendo assim, serão descritos os passos para negociação de créditos gerados em MDL e regulados pela UNFCCC, são eles (ROBERTO, 2007b): Planejamento da Atividade (PIN): Consiste na análise de viabilidade de implantação do projeto;

1. Documento de Concepção do Projeto (PDD): é o projeto onde são definidas a linha de base (cenário de emissões sem o projeto), fronteira do projeto, metodologia, entre outros aspectos;

2. Validação: é realizada por empresas certificadoras que seguem procedimentos indicados pela ONU para validar os projetos;

3. Aprovação: no Brasil, a aprovação do projeto é realizada por uma comissão do governo federal, formada por onze ministérios;

4. Registro: após aprovação, o projeto segue para ser registrado na ONU;


5. Verificação: depois de um período determinado, uma emprese certificadora verifica se o projeto está sendo realizado e gerando créditos;

6. Certificação de Emissões Reduzidas: é a geração dos créditos de carbono para negociação;

Os créditos de carbono podem ser comercializados, no mercado mundial, principalmente através do Banco Mundial após a validação e registro do projeto (ROBERTO, 2007b). 7 Considerações finais O aumento inexorável dos custos ambientais da exploração de combustíveis fósseis e as dificuldades de suprimento energético, a partir da geração energética centralizada em grandes usinas, viabilizam economicamente o aproveitamento de uma gama de recursos que estavam sendo negligenciados. Este mesmo processo forçou a retomada da produção de Álcool Combustível em grande escala no Brasil que, por sua vez, acarreta impactos ambientais que precisam ser controlados. No caso da indústria sucroalcoleira, a geração da vinhaça, subproduto da produção do álcool, é um de seus principais aspectos ambientais. A revisão, hora apresentada, fornece informações importantes sobre os problemas com a destinação e tratamento da vinhaça. O sistema de tratamento de efluentes denominado UASB, mostra-se como excelente opção para tratamento deste efluente. Além disto, o biogás produzido neste processo possui grande atratividade energética e econômica, podendo economizar recursos da compra de energia elétrica (queima de metano), e economia com a logística de disposição final da vinhaça tratada, em comparação com os custos de disposição final da vinhaça in natura Outro efeito que pode ser atribuído à projetos nesta linha, é a minimização da emissão de CH4, gás de efeito estufa incluído no Protocolo de Quito e portanto, com possibilidades de geração de créditos de carbono por meio do Mecanismo de Desenvolvimento Limpo. 8 Referências bibliográficas BELAI, H. T., Uso De Subprodutos da Indústria Sucroalcooleira no Manejo de um Neossolo Quartzarênico Órtico Típico. 2006. 77p. Dissertação (Mestrado) Programa de Pós-graduação em Agricultura Tropical, Universidade Federal do Mato Grosso, Cuiabá, 2006. BENINCASA, M.; ORTOLANI, A. F.; LUCAS JUNIOR, J., Biodigestores convencionais. Faculdade de Ciências Agrárias e Veterinárias. Jaboticabal, 1991. 25p. BRASIL. Departamento Nacional de Energia Elétrica (DNAAE). Portaria 246, de 23 de dezembro de 1988. Autoriza os concessionários de serviço público de energia elétrica, integrantes dos sistemas elétricos interligados, a adquirir energia elétrica excedente de autoprodutores. Diário Oficial da União, BRASIL. Portaria MINTER n.º 323, de 29 de novembro de 1978. Proíbe, a partir da safra 1979/1980, o lançamento, direto ou indireto, do vinhoto (vinhaça) em qualquer coleção hídrica, pelas destilarias de álcool instaladas ou que venham a instalar no País. Diário Oficial da União. BRASIL. Presidência da República, Casa Civil. Decreto-Lei Nº 1.872, de 21 de maio de 1981. Dispõe sobre a aquisição, pelos concessionários, de energia elétrica excedente gerada por autoprodutores, e dá outras providências. Diário Oficial da União,


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