O Aproveitamento Energético do Biogás

O uso do Biogás na geração de energia elétrica

O Biogás tem origem nos efluentes agropecuários, da agroindústria e urbanos (lamas das estações de tratamento dos efluentes domésticos) e ainda nos aterros de RSU (Resíduos Sólidos Urbanos) e resulta da degradação biológica anaeróbia da matéria orgânica contida nos resíduos anteriormente referidos.

Constituído por uma mistura de metano (CH4) em percentagens que variam entre os 40% e os 70% sendo o restante essencialmente CO2. Existem ainda outros gases, porém em proporções bastante pequenas, entre eles o gás sulfídrico SH2 que pode atingir até 1,5% na composição do biogás, o qual deve ser eliminado antes da utilização do Biogás e o hidrogênio (H2): 0 – 1% do volume..

O poder calorífico do Biogás varia de 5.000 a 7.000Kcal/m3, dependendo das concentrações de metano (quanto maior a concentração de metano maior o poder calorífico). A purificação do Biogás através da remoção do gás carbônico, pode aumentar o seu poder calorífico para valores superiores a 8.700Kcal/m3.

O metano, principal componente do biogás, não tem cheiro, cor ou sabor, mas os outros gases presentes conferem-lhe um ligeiro odor desagradável. O peso do metano é pouco mais da metade do peso do ar, ou seja:   1 m3 de metano/1 m3 de ar = 0,716 kg/1,293 kg = 0,554, daí sua facilidade de dispersão.

O Biogás produzido depois de purificado pode ser queimado em caldeiras ou grupos motor-gerador produzindo energia elétrica e energia térmica. A energia elétrica é utilizada para consumo próprio e para venda à rede elétrica como forma de autofinanciamento. O calor é aproveitado para o aquecimento do biodigestor.

O poder calorífico do biogás é de aproximadamente 6 kWh/m3, o que corresponde a aproximadamente meio litro de óleo diesel. A combustão do metano, de forma completa, produz água e dióxido de carbono (que influencia no Efeito Estufa), sendo que o envelhecimento do equipamento de queima acarreta uma combustão incompleta gerando monóxido de carbono e fuligens.

Tecnologia

O Biodigestor é um dispositivo onde se processa a digestão da matéria orgânica em meio anaeróbio (sem oxigênio) necessário para a produção do Biogás.

A reação química dá-se em três fases: 1ª Hidrólise enzimática, 2ª acidificação e a 3ª a da metanização, sendo que apenas na última é que se inicia a produção de metano e dióxido de carbono.
As bactérias metanogênicas estão ativas a diferentes faixas de temperatura, sendo que abaixo dos 10º C temos as bactérias do grupo Criofílico, entre 20-45º C temos as mesofílico e entre 45-60º C temos as termofílico. A maior parte dos biodigestores trabalham na faixa mesofilica.

As condições ótimas de vida para os microorganismos anaeróbios são:

1. Impermeabilidade ao Ar: Nenhuma das atividades biológicas dos microorganismos, inclusive, o seu desenvolvimento, reprodução e metabolismo, exige oxigênio. A decomposição de matéria orgânica na presença de oxigênio produz dióxido de carbono (CO2); na ausência de ar (oxigênio) produz metano. Se o biodigestor não estiver perfeitamente vedado, a produção de biogás é inibida.
   
2. Temperatura adequada: A temperatura no interior do digestor afeta sensivelmente a produção de biogás. Os microorganismos produtores de metano são muito sensíveis a alterações de temperatura; qualquer mudança brusca que exceder a 30°C afeta a produção. É preciso, pois, assegurar uma relativa estabilidade de temperatura.
   
3. Nutrientes.Os principais nutrientes dos microorganismos são o carbono, nitrogênio e sais orgânicos. A principal fonte de nitrogênio são os dejetos humanos e de animais, enquanto que os polímeros presentes nos restos de culturas representam o principal fornecedor de carbono. A produção de biogás não é bem sucedida se apenas uma fonte de material for utilizada.
   
4. Teor de Água: O teor de água deve normalmente situar-se em torno de 90% do peso do conteúdo total. Tanto o excesso quanto a falta de água são prejudiciais. O teor de água varia de acordo com as diferenças apresentadas pelas matérias-primas destinadas à fermentação.
   
5. Substâncias prejudiciais: Materiais poluentes, como NaCl, Cu, Cr, NH3, K, Ca, Mg e Ni, são conciliáveis se mantidas abaixo de certas concentrações diluídas em água, por exemplo.
   

O Metano obtido a partir da vinhaça no Setor Sucroalcooleiro.

Nos 3º. Encontro de Energia no Meio Rural (Set/2000), os autores Raquel de Souza Pompermayer e Durval Rodrigues de Paula Júnior apresentaram o seguinte artigo: Estimativa do potencial brasileiro de produção de biogás através da bio-digestão da vinhaça e comparação com outros energéticos. Apresentamos a seguir, a título de exemplo servindo de base para futuras discussões.

“Através da relação etanol/biogás (1 m3 de etanol = 185 m3 de biogás - 60% de metano), pode-se estimar o potencial de produção de metano a partir da vinhaça gerada pela produção brasileira de etanol proveniente da cana de açúcar. A produção brasileira de etanol, a partir da cana de açúcar, é de cerca de 16 milhões de m3 por ano [MME, 1998], o que corresponde a uma produção anual de cerca de 3 bilhões de m³ de metano”.

Isso corresponde a 1,65x1016 cal. Em termos de equivalência com o petróleo, isso corresponde a 1.527.778 tEP (tonelada Equivalente de Petróleo); o que significa 0,82% da produção nacional de energia e 0,67% do consumo. Os dados mostram também a importância que o biogás teria em relação a várias fontes, particularmente carvão mineral e gás natural cujo potencial de substituição corresponderia, respectivamente, a 72% e 16% de toda a produção nacional. Em relação ao petróleo, o biogás representaria 2,2% do consumo e 3,6% da produção.

A equivalência energética do biogás em relação a outros energéticos é determinada levando em conta o poder calorífico e a eficiência média de combustão. A partir desses dados, pode-se estimar o potencial brasileiro de substituição desses energéticos pelo biogás. Segundo NOGUEIRA (1986), exceto para a eletricidade e GLP (1m3 equivale a 1,25 kWh e 0,40 Kg, respectivamente - MOTTA, 1986).

Conforme se observa, o biogás poderia substituir 5% de todo o consumo nacional de diesel (33.037.000 m3), índice este que corresponde aproximadamente à parcela de diesel destinada à geração de eletricidade.

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