Geração De Energia Elétrica Através Da Utilização Do Biogás

GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA ATRAVÉS DA UTILIZAÇÃO DO BIOGÁS Fabianna Stumpf Tonin [Bolsista PIBIC CNPQ] 1, Prof.Dr. Christian Luiz da Silva [orientador]2 1 2

Departamento de Elétrica

Departamento de Gestão e Economia (DAGEE)

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Resumo – O presente trabalho mostra as equações que permitem com que seja calculado o potencial de geração de biogás por um aterro sanitário. Além disso, conceitua o biogás e revela como a geração e captação do mesmo podem ser realizadas e quais são as técnicas empregadas. Palavras-chave: Biogás, Metano, Aterro, Energia. Abstract - The present work shows the equations that allow it to be calculated the potential to generate biogas for a landfill. Moreover, conceptualizes and biogas generation and reveals how the capture of the same can be done and what techniques are used. Key-words: Biogas, Methane, Landfill, Energy.

INTRODUÇÃO O protocolo de Kyoto firmado no ano de 1997 não apenas discute e implanta medidas de redução de gases, mas também, incentiva e estabelece medidas com o intuito de substituir produtos oriundos do petróleo por outros que provocam menos impacto. Dentre as alternativas de mecanismos de energia limpa estão os processos que tratam de resíduos e geram gás metano (CH4), através da disposição de resíduos sólidos, do tratamento de esgoto sanitário e de efluentes líquidos e também pela incineração de resíduos. De acordo com SINGER, os aterros sanitários possuem a maior contribuição para a redução do CO2 (37%), em virtude disso, salienta-se a importância da utilização do biogás que é gerado nos aterros sanitários a fim de reduzir o CO2 e dessa forma, minimizar o efeito desse gás no processo do efeito estufa. METODOLOGIA Realizou-se uma vasta pesquisa bibliográfica sobre o conceito, a geração e a captação do biogás pelos aterros sanitários, além das tecnologias utilizadas para isso. Além disso,

foram mostradas as equações que permitem calcular o potencial de geração de biogás pelos aterros. Também foi pesquisado sobre as diferentes formas disposição dos resíduos no Brasil. Lixão é um local, no qual existe uma inadequada disposição final de resíduos sólidos, que se caracteriza pela simples descarga sobre o solo sem medidas de proteção ao meio ambiente ou à saúde pública. É o mesmo que descarga de resíduos a céu aberto. Os resíduos assim lançados acarretam problemas à saúde pública, como proliferação de vetores de doenças, geração de maus odores e, principalmente, a poluição do solo e das águas superficiais e subterrâneas através do chorume (líquido de cor preto, mal cheiroso e de elevado potencial poluidor produzido pela decomposição da matéria orgânica contida no lixo), comprometendo os recursos hídricos. A incineração é uma alternativa que visa reduzir o volume e o peso do lixo, transformando-o em cinzas. Porém, essa técnica emite dióxido de carbono além de liberar sustâncias tóxicas. A compostagem é um processo biológico no qual os microrganismos decompositores transformam a matéria orgânica (estrume, folhas, papel e restos de comida) em um material semelhante ao solo, o qual é denominado composto e este por sua vez, pode ser utilizado como adubo. O aterro sanitário consiste em uma área especialmente preparada para receber o lixo. Esse local recebe alto investimento com relação à infra-estrutura, pois o seu solo é inteiramente impermeabilizado, fato esse que evita que o chorume contamine o subsolo. Além disso, o chorume e o gás metano passam por um sistema de canalização onde são tratados e reaproveitados como geradores de energia, pois a própria energia do gás metano é utilizada para a vaporização do chorume. O material depositado passa por uma triagem mecanizada para a retirada de materiais recicláveis e a cada camada é recoberto por outra camada de terra. O biogás que pode ser produzido em aterros sanitários é considerado uma forma de energia renovável, pois com esse gás pode-se gerar energia elétrica e, em virtude disso é considerado um biocombustível. Além da produção natural de biogás, que se dá por meio da ação das bactérias, pode-se também produzir esse biocombustível de forma artificial. Para tanto, utiliza-se um equipamento denominado biodigestor anaeróbico, equipamento este que é uma espécie de reator químico com a função de produzir reações químicas de origem biológica. O biogás é uma mistura gasosa de dióxido de carbono e metano, proveniente da decomposição anaeróbica- ausência de oxigênio gasoso- da matéria orgânica (lixo doméstico orgânico, resíduos industriais de origem vegetal, esterco de animal, palhas), a qual ocorre através da ação de determinadas espécies de bactérias. A fermentação realizada por essas bactérias acontece em patamares definidos de temperatura, teor de umidade e acidez.

RESULTADOS E DISCUSSÃO A partir dos cálculos da geração de metano, pode-se calcular a potência elétrica útil disponível para geração de energia no aterro sanitário. (Equação 1).

(1)

Onde:

Px: potência disponível a cada ano (KW). Qx: vazão de metano a cada ano (m3 CH4/ ano). Pc: poder calorífico do metano = 8.500 Kcal/ m3 CH4. : eficiência do motor. Energia disponível é dada por: (Equação 2). (2)

Onde: : energia disponível (KW). 365: dias por ano (dias/ano).

Px: potência disponível (KW). 24: horas por dia (h/dia).

Exemplos do potencial de geração de energia com dados da CENBIO Resíduos agrícolas: Para a estimação do potencial de geração de energia a partir de resíduos agrícolas, forma levados em conta os valores das produções agrícolas em cada município do Brasil. Como exemplo, cita-se o arroz, cujo dado apresentado pelo IBGE (Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística, 2005a) é em toneladas de arroz em casca produzido. Portanto, faz-se necessário considerar apenas a casca como resíduo agrícola aproveitável. Além disso, o poder calorífico inferior (PCI) da casca é de 3.384,09 kcal/kg [3] e, a conversão de kcal/kg para kWh/kg é dada pela divisão pelo número 860. (Equação 3).

(3)

Cana de açúcar: A utilização da cana de açúcar para a co-geração de energia já foi largamente estudada. Utilizado para a geração de energia (30kW/t) a partir dos resíduos desta cultura, pode-se calcular o potencial da seguinte forma: (Equação 4).

(4)

Faz-se necessário salientar que na geração de metano, a partir da disposição de resíduos sólidos, existe uma variação ao longo do tempo, conforme se aumenta ou se diminui a disposição de matéria orgânica. Além disso, a quantidade de metano emitida poderá aumentar de acordo com o aumento de lixo contido no aterro com o passar do tempo, pois a curva de geração de metano tem comportamento crescente durante o período em que o aterro recebe lixo – a cada nova tonelada de lixo depositado neste local, soma-se um novo potencial de geração de biogás. O ponto máximo dessa curva ocorre no último ano de disposição do lixo no aterro e, a partir de então, a curva mostrada na Figura 1, é regida pela constante de decaimento referente à degradação da matéria orgânica no tempo. [3].

Figura 1 – Comportamento da vazão de metano. Fonte: FIGUEIREDO, 2007. CONCLUSÕES Com a realização desse trabalho, verifica-se que o Brasil possui um potencial de geração de eletricidade com a utilização do biogás, obtido pela digestão anaeróbica de resíduos orgânicos, a qual poderia suprir a demanda de energia em locais com altas taxa de produção do mesmo. Além disso, pôde-se perceber que os aterros sanitários são uma das alternativas mais interessantes para a disposição final do lixo, já que posteriormente pode-se gerar biogás nesses locais, visto que existem técnicas de captação dos gases liberados através de dutos e queima em flares, onde o metano que é o principal componente do biogás transforma-se em gás carbônico, com potencial de aquecimento global cerca de 20 vezes menor. O desenvolvimento e a implementação de alternativas tecnológicas com vistas à geração de energia a custos reduzidos para esse segmento podem gerar impactos socioeconômicos e ambientais positivos, dessa forma, diminuindo assim, a sobrecarga das concessionárias de energia, além de reduzir a emissão de gases de efeito estufa. Por fim, a utilização do biogás proveniente de aterros sanitários pode promover benefícios para o governo local, estimulando assim, a adoção de práticas de engenharia que maximizam a geração e a coleta do biogás, diminuindo também, os riscos ambientais. AGRADECIMENTOS A realização desse trabalho só foi possível graças ao auxílio e orientação do Professor Dr.Christian Luiz Da Silva, do Departamento de gestão e Economia (DAGEE) da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR) e, graças à contribuição do Conselho Nacional de desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPQ). REFERÊNCIAS [1] SINGER,S.F.”The Scientific Case Against the Global Climate Treaty”(SEPP, 1997). [2] CENBIO. Atlas de Bioenergia do Brasil. Disponível em: http://cenbio.iee.usp.br/download/atlas_cenbio.pdf

Acesso em 08 de Março de 2012 [3] COELHO, S. T.; PALETTA, C. E. M.; FREITAS, M. A. V. 2000. Medidas mitigadoras para a redução de emissões de gases de efeito estufa na geração termelétrica. Brasília. Dupligráfica, 222p. [4] FIGUEIREDO, N. J. V., Utilização do biogás de aterro sanitário para geração de energia elétrica e iluminação a gás – estudo de caso. (Trabalho de Graduação Interdisciplinar).Universidade Presbiteriana Mackenzie. Escola de Engenharia, Departamento de Engenharia Mecânica. São Paulo, 2007.