VIABILIDADE DO USO DE BIOGÁS GERADO POR BIODIGESTOR COMO FONTE DE ENERGIA TÉRMICA EM PROPRIEDADES RURAIS

UNIVERSIDADE SÃO JUDAS TADEU

VIABILIDADE DO USO DE BIOGÁS GERADO POR BIODIGESTOR COMO FONTE DE ENERGIA TÉRMICA EM PROPRIEDADES RURAIS

ANA CLARA CHIJO

LEONARDO BIASI DO NASCIMENTO

Orientador: .Professor Willyams Bezerra de Melo.

Coorientador: Professor Lucas Diego R. Ferreira

Resumo

Este trabalho tem por objetivo analisar aspectos técnicos e econômicos relacionados à geração de energia térmica em propriedades rurais utilizando biogás gerado por biodigestores. No aspecto técnico, o trabalho apresenta uma revisão bibliográfica sobre a recuperação do biogás gerado através do tratamento anaeróbico de resíduos. Em relação ao aspecto econômico, estudou-se a viabilidade de geração de energia térmica de forma a conciliar a geração própria e a demanda do consumo médio de uma propriedade, sendo uma alternativa para o gasto de energia elétrica. Do ponto de vista ambiental, destaca-se o tratamento de resíduos poluentes, gerados em diferentes atividades, contribuindo para a não emissão de carbono na atmosfera.

Palavras-chave: Biogás; Fontes de Energia Renováveis; Energia térmica; Biodigestor.

Abstract

This work aims to analyze technical aspects and related to the generation of thermal energy in rural properties using biogas generated by biodigesters. In the technical aspect, the work presents a bibliographic review on the recovery of biogas generated through the anaerobic treatment of waste. Regarding the economic aspect, the feasibility of generating thermal energy was studied in order to reconcile own generation and the demand for average consumption of a property, being an alternative for the expenditure of electricity. From the environmental point of view, the treatment of polluting residues, generated in different activities, stands out, contributing to the non-emission of carbon in the atmosphere.

Keywords: Biogas; Renewable Energy Sources; Thermal energy; Biodigester.

Introdução

O início do século XX coincide com mais uma revolução energética desencadeada pelo petróleo. Na década de 70, países dependentes do seguimento energético, seguido por uma grande crise na busca de substituição de sua matriz energética tiveram que investir em fontes alternativas. No Brasil, não houve um caminho contrário ao restante das nações, onde a procura de novas fontes energéticas encaminhou a alternância da utilização do petróleo, com o uso do álcool, o xisto, etanol e biogás (SantosGuimarãesGonçalves, 2017).

De acordo com DOTTO (2012) , a atividade agropecuária brasileira tem tido, nos últimos anos, uma importante participação na economia, sendo uma componente relevante do Produto Interno Bruto - PIB e da geração de riqueza do País. A pecuária bovina, por sua vez, tem ganhado relevância, tanto no cenário interno quanto externo, tornando o Brasil o possuidor do principal rebanho comercial bovino do mundo.

O Brasil só despertou para os biodigestores, com vistas à produção de biogás, após a eclosão dos primeiros “choques de petróleo”, apesar de possuir um dos maiores rebanhos bovinos do mundo. As sucessivas altas de preço do petróleo, que desequilibravam vigorosamente a balança de pagamentos, os governos militares da segunda metade dos anos 70 passaram a investir na busca das então chamadas “energias alternativas”. Foi assim que foram desenvolvidos programas como o Proálcool e inúmeros planos de aproveitamento da energia solar, desenvolvidos na época por centros de pesquisa de importantes universidades brasileiras (Barreira, 2017).

objetivo

O objetivo deste estudo trata-se de uma revisão bibliográfica sobre o tema junto a uma pesquisa exploratória, a fim de reunir informações referente ao uso de biodigestores em propriedades rurais atrelado à produção de biogás e analisar a viabilidade econômica de sua produção de energia térmica relacionada à quantidade de matéria orgânica necessária para suprir parte da demanda de energia de uma residência padrão, tendo como base artigos de relevância nacional e internacional.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Analisar a produção média de biogás de uma propriedade rural padrão e avaliar a sua conversão em energia térmica, levando em consideração a viabilidade econômica do processo em relação ao uso convencional de energia térmica.

justificativa

A utilização do gás em forma de energia é uma ótima forma de redução dos gastos, sendo a tecnologia dos biodigestores para produção de energia a partir de dejetos de animais em propriedades rurais e os benefícios que o tratamento e uso desses resíduos podem trazer à agricultura e ao meio ambiente, com a produção de biogás e biofertilizantes (BarbosaLanger, 2011).

Atualmente por uma questão energética em que uma boa parte das atenções do mundo estão voltadas hoje às questões de preservação do meio ambiente, falar de fontes de energia renováveis torna-se algo cada vez mais comum, popular e necessário. Porém os incentivos às práticas em si, à difusão das informações relacionadas, à busca por essas informações encontram-se em um patamar minimizado pelos órgãos responsáveis, sejam quais forem (Roya et al., 2011).

De acordo com Barbosa e Langer (2011) , Os problemas ambientais causados pela destinação inadequada de dejetos no meio rural estão se tornando, cada vez mais, um problema para o meio ambiente e para as pessoas que vivem nas áreas rurais. Os resíduos (dejetos) da propriedade rural, quando não tratados e dispostos inadequadamente, podem causar prejuízos incalculáveis ao meio ambiente, sociedade e economia, pois podem contaminar o ar, o solo e a água. Um dos problemas da pecuária é a produção de dejetos animais, quando mal manipulados, estes podem contaminar os aquíferos, o solo e as pessoas, pois os dejetos de animais contêm bactérias patogênicas, fosfatos, nitratos e matéria orgânica em quantidades excessivas.

O biodigestor é uma alternativa barata e eficiente para resolução dessa problemática, já que através da fermentação anaeróbica ou biodigestão é possível reduzir até 85% dos coliformes fecais e 95% dos fungos contidos nos dejetos animais com possibilidades de biofermentação, e por sua vez podem produzir biogás e biofertilizantes (DanielOtenio).

O uso de biodigestores (tratamento de dejetos de forma anaeróbia) minimiza os impactos ambientais causados pela geração distribuída de energia elétrica, através da produção de biogás. Além disto, possibilita uma nova opção de receita à propriedade (PRATI , 2010).

Acesso a energia eletrica em áreas rurais no brasil 

O acesso à energia elétrica é um direito básico da população. O acesso permite, além da possibilidade de uso domestico, maior inclusão social e digital que, consequentemente, resulta no aumento da qualidade de vida e no meio rural, no aumento da produtividade agrícola. 

Atualmente existem programas governamentais para a eletrificação rural, como o Programa Luz Para Todos, instituído pelo decreto nº 4.873, de 11 de novembro de 2003, pelo governo federal, onde foi definida uma política de ampliação da rede elétrica, principalmente nos meios rurais, comunidades isoladas e áreas indígenas, e seu objetivo é atender às necessidades da população.

De acordo com dados da Eletrobras (2020), o número de unidades consumidoras não atendidas pelo programa, é estimado em 130.256, dentre os estados brasileiros. 

autogeração de energia no brasil 

A geração de energia no Brasil é concentrada principalmente nas hidrelétricas, cerca de 80% da produção total são geradas por hidrelétricas, mas a crise hídrica e a falta de investimentos em outras fontes renováveis agravaram a crise energética enfrentada pelo país. Com os valores das contas crescendo, a autogeração de energia ganha força entre os consumidores de pequeno e médio porte. (SEBRAE..., 2015).

O aumento da demanda gera a necessidade de mais investimentos no desenvolvimento e ampliação do setor energético do país. Há expectativa de que, nos próximos anos, o consumo das empresas que utilizam até 100kW/dia dobre. Por isso, o Governo Brasileiro pretende investir em outras fontes de energia: serão R$ 43 milhões em novos projetos de parques eólicos e R$ 7 bilhões em energia solar (nos próximos 20 anos). (SEBRAE..., 2015).

A autogeração de energia vem sendo incentivada, como a criação do sistema de compensação de energia elétrica por meio da aprovação, pela Agência Nacional de Energia Elétrica (Aneel), da normativa 482/2012; O Conselho Nacional de Política Fazendária (Confaz) liberou para os estados a não cobrança dupla do ICMS, que incide sobre a energia gerada e consumida. Com isso, as famílias que aderirem à autogeração de energia pagarão apenas uma vez pelo ICMS. O convênio já conta com a adesão dos estados de Goiás, Pernambuco, São Paulo e Minas Gerais. (SEBRAE..., 2015).

destinação de resÍduos sÓlidos agropecuÁrios

A correta destinação de resíduos no meio rural é de suma importância para a preservação ambiental. Resíduos sólidos contaminam o solo, o ar, as águas, sendo nocivos às plantas e aos animais, sejam silvestres ou domésticos. Dejetos de animais, resíduos de podas, serragem, restos agrícolas são caracterizados como resíduos orgânicos, sendo mais facilmente reciclados no meio rural, muitas vezes constituindo-se em valioso adubo para a recuperação da capacidade produtiva do solo ou mesmo para a produção de combustível, como é o caso dos biodigestores movidos a dejetos animais, suínos e/ou bovinos (Gestão..., 2019).

Quanto à destinação inadequada de resíduos, é importante ressaltar que, diante da Política Nacional de Resíduos Sólidos, é vedada a disposição de resíduos sólidos a céu aberto (à exceção dos resíduos de mineração), seu lançamento em quaisquer corpos hídricos ou a sua queima em locais e equipamentos não especificamente licenciados para essa finalidade, lembrando que a queima irregular de resíduos sólidos é tipificada como crime, podendo resultar em multa ou até mesmo em detenção (Gestão..., 2019).

REVISÃO BIBLIOGRAFICA

Energias alternativas

As fontes de energias convencionais têm causado grandes impactos negativos ao meio ambiente. Os modelos energéticos baseados no uso de combustíveis fósseis e seu processo de queima para obtenção de energia lançam à atmosfera gases poluentes que agravam o efeito estufa, aumentam o aquecimento global e alteram as condições climáticas de várias regiões. Esses modelos também são problemáticos porque são recursos não renováveis, e seu esgotamento já faz parte de intensos debates a respeito da necessidade de se ampliar a matriz energética por meio do uso de fontes alternativas de energia (Sousa, com adaptações).

A agricultura é uma das atividades econômicas mais importantes de qualquer país e também uma das que demandam maior quantidade de recursos. Insumos como água e energia na agricultura são indispensáveis para a obtenção de uma boa safra.

As fontes renováveis têm se mostrado boas alternativas para o produtor rural que deseja manter a produção e, ao mesmo tempo economizar com a energia. Além de serem mais baratas, elas também são mais sustentáveis, pois consomem recursos que se renovam na natureza. 

Há diversas fontes energéticas que o produtor pode aproveitar. Escolher a melhor delas para a sua propriedade é o segredo para conseguir os melhores resultados. Essa decisão deve levar em consideração o clima da sua região e os recursos disponíveis na sua propriedade (Agrosomar, 2019).

Conforme levantamento realizado pela Ministério de Minas e Energia - MME  o Brasil vem crescendo no desenvolvimento de energia renováveis conforme figura 01.

Figura 1 — Balanço Energético Nacional
Balanço Energético NacionalMinistério de Minas e Energia (2020)

Na figura acima, pode-se observar uma amostra do cenário brasileiro sobre as demais fontes de energia renováveis e como ele vem crescendo ao longo dos anos de 2018 e 2019. Cada vez mais a busca por fontes de energias alternativas se torna um estudo essencial e necessário, principalmente para os países interessados em se aprimorar e diversificar seu consumo energético.

O agronegócio e sustentabilidade são fatores determinantes para a economia de países como o Brasil. Não se pode abrir mão deles, pois são questões relevantes que envolvem proteção do meio ambiente com a segurança alimentar. 

Impactos ambientais da agricultura e pecuária tornam-se problemas e elevam os custos financeiros quando não se tem um fechamento no ciclo produtivo. Fatalmente, gasta-se mais dinheiro com importação de produtos. Por outro lado, quando feitos de maneira correta, você pode economizar e ainda tornar-se lucrativo através da comercialização dos subprodutos pós tratamento. (Portal do Biogás).

ENERGIA TÉRMICA 

Termodinâmica é a ciência que descreve as transformações de energia térmica em suas diferentes formas e interações. Deste modo, um ciclo termodinâmico se constitui de qualquer série de processos energéticos tais que, ao percurso de todos eles, o sistema regresse a seu estado inicial, ou seja, que a variação das grandezas termodinâmicas próprias do sistema seja nula.

A caldeiras, utilizadas, sobretudo para produção de vapor para processos agroindustriais, secadores térmicos de grãos e fornos de ar forçado para aquecimento de instalações rurais de produção animal. 

Caldeiras baseiam-se na transferência do calor da combustão, de biomassa vegetal ou gás natural, para água, ou outro fluido contido em um sistema fechado sem contato direto. Segundo Colorado, A.F., HERRERA, B. A. e AMELL, A. A. (2013), a utilização de gás natural em caldeiras pode ser facilmente substituída pelo biogás, uma vez que este biocombustível apresenta eficiência na geração de energia e perdas de energia, através dos produtos da combustão (chaminé), bastante semelhantes aos dados obtidos com gás natural. Cabe ressaltar que neste estudo o gás natural empregado continha aproximadamente 97% de gás metano (CH4), já o biogás possuía uma composição de 60% de (CH4) e 40% de gás carbônico (CO2), o que favorece ainda mais a utilização do biogás in natura

A utilização de caldeiras para a combustão direta do biogás, além de produzir vapor para processos agroindustriais, podem ser utilizadas para o próprio aquecimento do biodigestor, quando se tem o controle de temperatura e a eficiência de conversão energética destes equipamentos, quando alimentados com biogás, variam em torno de 75-85% de eficiência de conversão (KRICH, KAUGENSTEIN, DBATMALE, J. P2005).

Responsável por produzir vapor por meio do aquecimento da água, substância encontrada facilmente e de valor relativamente baixo, as caldeiras são utilizadas em vários setores industriais e em diversas etapas dos processos de produção, sendo que o tipo de vapor dependerá da pressão da caldeira utilizada pela indústria. Quanto maior a pressão, maior é a temperatura que a água atinge.

Muito semelhante à utilização em caldeiras, é a utilização em fornos de ar forçado e secadores de grãos, onde se tem uma câmara de combustão e o calor gerado nesta aquece uma massa de ar, sem contato direto. Esta massa de ar pode ser conduzida tanto para a secagem de grãos, como para aquecimento de berçários de suínos ou mesmo na produção de aves de corte, caracterizando assim uma forma de geração de energia distribuída (KRICH, KAUGENSTEIN, DBATMALE, J. P2005).

Por outro lado, ao considerar o menor poder calorífico, a baixa pressão do armazenamento do biogás (quando armazenado) e a baixa velocidade de combustão  (AMESTOY, E. AFERREYRA, R. D1987),  em alguns casos, se faz necessários algumas adaptações como aumento da vazão.

BIOGÁS

O biogás é um biocombustível gasoso produzido a partir da decomposição da matéria orgânica por bactérias fermentadoras, por meio de um processo chamado de biodegradação anaeróbia, isto é, na ausência de oxigênio, que libera um gás rico em metano. Para gerar energia usando biogás, utiliza-se a conversão da energia química do gás em energia mecânica por meio de um processo controlado de combustão, que ativa um gerador. O biogás também pode ser usado em caldeiras por meio de sua queima direta para a cogeração de energia. Durante o processo, também há produção de biofertilizante. O biogás também pode ser purificado para a geração de biometano, que é equivalente ao gás natural veicular (CBIE - CENTRO BRASILEIRO DE INFRA ESTRUTURA, 2018).

O principal método de produção do biogás é a quebra biológica de material orgânico na ausência de oxigênio, conhecida como digestão anaeróbica. Em plantas industriais, os micro-organismos digerem a matéria-prima em um reator controlado, produzindo biogás com 50% a 70% de metano. A partir desse processo, o biogás pode ser melhorado por vários métodos (absorção, adsorção, filtração por membrana, separação criogênica), resultando em uma elevação da percentagem de metano e aproximando o biogás ao gás natural fóssil, o que permite seu uso intercambiável (BNDES - Banco Nacional de Desenvolvimento, 2018).

O biogás é composto por mistura de gases como o metano (CH4), dióxido de carbono (CO2), e em pequena proporção o hidrogênio (H2), nitrogênio (N2),  gás sulfídrico (H2S) e oxigênio (O2).

Figura 2 — Processo de fabricação do biogás
Processo de fabricação do biogásRaboni e Urbini (2014)

Estima-se que a produção de biogás gerador por dejetos de animais seja:

Tabela 1 — Potencial de geração de biogás a partir de diferentes resíduos orgânicos animais.
Potencial de geração de biogás a partir de diferentes resíduos orgânicos animais.Os autores (2020) Lima Mito et al. (2018)

UTILIZAÇÃO DO BIOGAS NO BRASIL

O uso do biogás possibilita mais do que a simples geração de um produto que é entregue ao mercado, que pode ser na forma de energia elétrica ou térmica, biometano – um combustível verde – ou biofertilizante. O biogás presta um serviço de saneamento ambiental. Tudo o que é orgânico pode virar biogás, que pode ser aplicado em diferentes abordagens. Rodrigo Regis de Almeida Galvão, diretor-presidente do Centro Internacional de Energias Renováveis-Biogás (CIBiogás) e integrante da Agência Internacional de Energia (AIE), afirma: Se todo o potencial de produção de biogás do Brasil fosse aplicado na geração de energia elétrica, seria equivalente a 24% de toda a demanda nacional de energia. (Cislaghi Dallacorte, 2018).

Tabela 2 — Cálculo da emissão anual de metano originário de dejetos da exploração
  CH4 de dejetos  
  AvesSuínosBovinosSoma
 Mundo970,008.380,007.490,0016.840,00
Brasil56,20292,781.012,701361,7
Brasil / Mundo6%3%14%8%
Agroenergia da Biomassa Residual (2009, tabela 2, p. 19) SANTOS e JUNIOR (2013)

Assim, existe um grande potencial de crescimento de mercado, pois, além de energia, o biogás pode gerar biofertilizante, outra necessidade para o Brasil, que entre 2000 e 2015 aumentou o consumo de fertilizantes em 87% e ampliou a produtividade da produção de grãos em 150%. Isto é, o Brasil demanda muito fertilizante, e atualmente mais de 75% é importado. A vantagem é que o biogás está ancorado em commodities no Brasil. Somente com as cadeias de avicultura, suinocultura e a produção de cana-de-açúcar, há potencial de geração de 14% de toda demanda de biofertilizante do País. Isso equivale a um mercado anual de US$ 1 bilhão, que estão sendo importados em vez de serem produzidos nacionalmente. Outra âncora considerada pelo CIBiogás é que, como o Brasil é um país em desenvolvimento, a demanda de energia dos próximos 30 anos só tende a crescer. Até 2026, a perspectiva é de aumento da demanda em praticamente 50%, o que demonstra um grande potencial de negócios e de investimento (Cislaghi Dallacorte, 2018).

biOdigestorES

Um biodigestor compõe-se, basicamente, de uma câmara fechada na qual uma biomassa (em geral detritos de animais) é fermentada anaerobicamente, isto é, sem a presença de oxigênio. Como resultado desta fermentação ocorre a liberação de biogás e a produção de Biofertilizante. É possível, portanto, definir biodigestor como um equipamento destinado a conter a biomassa e seu produto: o biogás. Segundo Barreira (2017, p. 11). “O biodigestor, como toda grande ideia, é genial por sua simplicidade”. Sua função é fornecer as condições propícias para que um grupo especial de bactérias, as metanogênicas, degrade o material orgânico, com a consequente liberação do gás metano (DOTTO, 2012).

Existem vários tipos de biodigestores, mas, em geral, todos são compostos, basicamente, de duas partes: um recipiente (tanque) para abrigar e permitir a digestão da biomassa, e o gasômetro (campânula), para armazenar o biogás. Dentro do biodigestor em total ausência de oxigênio e luz, as bactérias anaeróbias digerem a biomassa, sendo essa digestão ou fermentação, constituída de 3 etapas. Na etapa 1 (ou etapa sólida), substâncias como carboidratos, lipídios e proteínas são atacadas por bactérias fermentativas comuns para a produção de ácidos graxos, glicose e aminoácidos. Na etapa 2 (ou etapa líquida), as substâncias formadas anteriormente são atacadas pela propion-bactéria, bactérias acetogênicas e bactérias acidogênicas, formando ácidos orgânicos, principalmente, o propiônico e o acético, ainda formando o dióxido de carbono, acetatos e na etapa 3 (ou etapa gasosa), as bactérias metanogênicas atuam sobre os ácidos orgânicos para produzir biogás, sendo esse formado principalmente por metano (CH4) e dióxido de carbono (CO2) (Farret, 1998).

Figura 3 — Esquema de um biodigestor
Esquema de um biodigestorCristina Guimarães (2012)

O Biodigestor é formado principalmente por um coletor de biomassa, fermentador e um tanque de armazenamento onde ocorrerá a biodigestão. Depois de preparada no coletor de biomassa (Substrato), esse material segue diretamente para o fermentador. Esse, tem a função de acelerar o processo de biodigestão dando condições ideais para a ação bacteriana responsável pelo processo.

A biodigestão é realizada por bactérias do esterco, e acontece naturalmente quando ele se encontra em um ambiente onde não exista oxigênio. Após passar pelo biodigestor, o esterco se transforma em uma fração gasosa (biogás), uma líquida e outra sólida. Em resumo:

Biogás: é uma mistura de vários tipos de gases, que pode ser queimado em fogões, motores, caldeiras ou geradores para gerar energia elétrica. Substitui o gás de botijão, lenha, querosene ou gasolina. 

Biofertilizante: é um adubo líquido que fornece os principais nutrientes para o crescimento de plantas. 

PRODUÇÃO DO BIOGÁS EM UM BIODIGESTOR

O biogás é constituído através mistura de gás metano (CH4) e dióxido de carbono (CO2). Para produzir o biogás através de materiais orgânicos, são necessários diferentes grupos de microrganismos, que atuam juntamente com algumas séries de fatores, como, por exemplo: Temperatura, pH e o tipo de substrato. Todos esses fatores afetam a composição do biogás produzido.

O gás metano se forma natural com ao decorrer do tempo, e um fator importante para que haja formação de gás a partir de material orgânico é que não tenha presença de oxigênio no ambiente.

Normalmente o biogás bruto é formado por um terço de metano (CH4), um terço de outros gases, como: Sulfeto de hidrogênio (H2S), Oxigênio (O2), Amoníaco (NH3) e um terço de dióxido de carbono (CO2). 

Conforme é demonstrado na figura abaixo o diagrama das etapas do processo de digestão anaeróbia, ou seja, a transformação da matéria orgânica em gases. 

Esquema 1 — Representação esquemática das etapas da digestão
Representação esquemática das etapas da digestãoKarlsson et al. (2014, p. 10)

HIDRÓLISE

O processo de digestão anaeróbia divide-se em quatro etapas, sendo essa a  primeira dela. Essa etapa é de extrema importância para uma instalação de biogás, pois o material orgânico é dividido em diversas moléculas afim que os  microrganismos consigam se alimentar delas. As bactérias disponíveis no biodigestor também separam enzimas que rompem as moléculas de proteína e as transformam em aminoácidos, hidratos de carbono em açúcares simples e álcoois e graxas em ácidos graxos. Esse processo de quebra das moléculas do material orgânico faz com que os microrganismos absorvam as pequenas partes do material orgânico e tirem proveito da energia que nelas estão contidas. A velocidade do depende do tipo de material e de como este é estruturado.

FERMENTAÇÃO

A próxima etapa do processo de digestão é a fermentação. O processo nessa etapa depende principalmente tipo de material orgânico que é adicionado ao processo de digestão anaeróbia, bem como os microrganismos que estão a disposição do sistema. Assim como na etapa da hidrólise a maioria dos microrganismos estará presente nesta etapa. Com isso conforme os componentes menores vão se dividindo da ruptura de moléculas grandes na hidrólise, nessa etapa as moléculas continuam a ser quebrado em moléculas cada vez menores.

Nesta etapa, ácidos são formados por meio das reações e dividem-se em ácidos orgânicos, álcoois e amoníaco, além de hidrogênio e dióxido de carbono. Exemplos de ácidos orgânicos são o acético, butírico e láctico. Os produtos formados dependem dos microrganismos disponíveis e de fatores ambientais. Os ácidos graxos formados durante a hidrólise não são quebrados durante a fase de fermentação, e sim, na etapa de oxidação anaeróbica, a terceira etapa da digestão (KARLSSON et al.2014, p. 11).

OXIDAÇÃO ANAERÓBIA

Nesta etapa, as moléculas, rompidas durante as fases de hidrólise e fermentação, rompem-se em moléculas ainda menores pela oxidação anaeróbia, sendo necessário que haja boa interação entre os microrganismos produtores de metano.

Esta etapa também é conhecida como acetogênese. As bactérias acetogênicas convertem o material degradado nas etapas anteriores em ácido acético, hidrogênio e dióxido de carbono. Entretanto, essas bactérias não são resistentes a grandes quantidades de hidrogênio e, por este motivo, faz-se necessário que as bactérias metanogênicas consumam o hidrogênio. Mais informações sobre esta etapa podem ser obtidas na descrição da quarta e última etapa (KARLSSON et al.2014, p. 11).

FORMAÇÃO DE METANO

Conhecida também como metanogênese, essa fase de formação de metano, sendo o metano o produto da reação que mais nos interessa. O metano formado pelos microrganismos metanogênicos necessitam, para sua formação, de ácido acético e CO2 e de mais alguns produtos de menor importância. São subprodutos das três etapas anteriores, sendo na fase metanogênica também formados dióxido de carbono e água.

Infelizmente, os microrganismos metanogênicos são mais sensíveis a interferências do que os microrganismos que atuaram em fases anteriores da digestão anaeróbia, pois não pertencem ao mesmo grupo de microrganismos, chamado Archaea. As bactérias metanogênicas não são resistentes às perturbações de alterações no pH e substâncias tóxicas, as quais podem ser alteradas ao longo do processo (KARLSSON et al.2014, p. 12).

DEJETO

A composição dos substratos oriundos de animais tem características diferentes e apresenta potenciais distintos para a geração de biogás. Os dejetos dividem-se em duas categorias, fase líquida e seca, dependendo do teor de sólidos secos que contêm em cada fase. A fase sólida geralmente tem um alto teor de carbono e o teor de sólidos secos entre 27% é 70% maior que na fase líquida, pois também contém material fecal. Lodos são mais acessíveis à digestão, pois contêm maior quantidade de nitrogênio e teor de sólidos secos entre 5% e 10% (KARLSSON et al.2014, p. 28).

O manejo dos dejetos é extremamente importante para a produção de biogás, em quantidade e qualidade. O ideal é haver um abastecimento contínuo de dejetos para dentro do biodigestor e com carga orgânica (sólidos voláteis) suficiente para a produção de biogás.

Normalmente, os dejeto bovino contem menos potencial para a produção de biogás do que os de suínos e de aves. O motivo é que uma grande quantidade da matéria orgânica disponível no dejeto é degradada e convertida em metano nos estômagos dos animais ruminantes. Algumas vezes, o dejeto bovino pode causar um efeito estabilizador no processo de biogás, quando há algum tipo de perturbação no processo.

Além disso, a diluição pode diminuir os níveis de componentes inibidores, tais como amoníaco ou ácidos graxos voláteis. O dejeto que apodrece também oferece muitos benefícios ambientais, sobretudo a redução das emissões de metano. Dejeto de suínos e aves contém mais proteína do que o dejeto bovino, o que pode resultar em inibição no processo causada pela amônia, quando eles são digeridos na ausência de material rico em carbono (KARLSSON et al.2014, p. 28).

ODOR

Em torno das plantas de biogás, há odores desagradáveis, os quais são resultado de vários compostos formados durante a decomposição do material orgânico. Exemplos de substâncias que causam os odores são sulfuretos, compostos de enxofre, aminas, compostos de nitrogênio, ácidos orgânicos e aldeídos. Os compostos aromáticos formados dependem da composição do material orgânico, dos microrganismos presentes no biodigestor e da operação do processo.

Mesmo escolhendo os materiais e com o controle adequado do processo, ainda assim se podem ter emissões de odor, uma vez que sempre se formarão compostos odoríferos, por fazerem parte do processo natural de decomposição no processo de biogás. No entanto, existem várias técnicas para reduzir e minimizar os odores, como, por exemplo, tratá-los por meio de um filtro biológico na saída do biogás.

A natureza do substrato influencia no rendimento do processo de biogás e também na estabilidade. Por isso, para o planejamento de uma instalação de biogás, é de suma importância que sejam garantidos a disponibilidade e o fornecimento de substratos apropriados. Dependendo do tipo de material, pode também ser importante analisar o tipo de pré-tratamento a ser utilizado, pois este tem um grande significado, em se tratando dos gases que são formados.

TEMPERATURA

A temperatura é um fator muito importante a ser considerado na digestão anaeróbia. O oxigênio liberado durante a degradação da matéria orgânica faz com que o composto aerado esquente. No processo de biogás são liberadas quantidades muito pequenas de energia em forma de calor. A maior parte da energia liberada pela respiração celular está diretamente ligada ao produto final, o metano. Este produto vai ser enérgico, enquanto o processo em si não aquece de forma significativa. Para que os microrganismos se desenvolvam da melhor maneira possível e gerem quantidades satisfatórias de biogás, é necessário que o calor seja fornecido externamente (KARLSSON et al.2014, p. 37).

As temperaturas utilizadas para os processos de geração de biogás são em torno de 37°C para as fases em que atuam bactérias mesofílicas e de 55°C para as com bactérias termofílicas, desenvolvendo-se melhor os microrganismos em condições termofílicas. A digestão de culturas energéticas pode conseguir um processo estável entre 35°C a 50°C. Em alguns casos, boa parte da energia convertida em metano pode ser destinada para aquecer o processo (KARLSSON et al.2014, p. 37).

Em relação a temperatura, no geral, os microrganismos envolvidos no processo de biodigestão são ativos tanto em temperaturas altas como baixas, podendo então ser classificados como: mesofílicos e termofílicos (OLIVEIRABRUNO2008).

DIGESTÃO MESOFÍLICA

A faixa de temperatura em que atuam bactérias mesofílicas é entre 25°C e 40°C, porém o processo de geração de biogás tem maior rendimento acima de 32°C, pois a temperatura ideal para a formação de metano é entre 35°C e 37°C. Caso a temperatura de fermentação esteja abaixo da ideal, há a produção de ácidos graxos e álcoois pelos microrganismos que não foram perturbados pelas variações de temperatura, fazendo com que não haja formação de metano, resultando em decréscimo do pH e interrupção do processo (KARLSSON et al.2014, p. 37).

DIGESTÃO TERMOFÍLICA

Entre 40°C e 50°C os microrganismos hemofílicos são inativados, podendo causar a morte desses microrganismos, mesmo que existam no meio microrganismos termo tolerantes sobreviventes. Estudos têm mostrado que aproximadamente 10% da flora microbiana de um processo anaeróbico pode ser mesofílica com espécies termofílicas. A faixa de temperatura em que atuam os microrganismos termofílicos é entre 50°C e 60°C, sendo a temperatura de funcionamento das plantas de biogás geralmente entre 50°C e 55°C. O calor faz com que os microrganismos tenham uma atividade entre 25% e 50% mais elevada do que a digestão mesofílica (KARLSSON et al.2014, p. 38).

ALCALINIDADE E PH

A geração de biogás obtém maior rendimento em pH neutros ou ligeiramente superior (pH entre 7,0 e 8,5). A fim de manter um pH neutro e estável é necessário que a alcalinidade do meio seja relativamente elevada e constante. A alcalinidade é uma medida da quantidade de substâncias alcalinas (básicas) presentes no processo de geração de biogás. Quanto maior for a alcalinidade, maior será a capacidade tampão do processo, que, por sua vez, promove um pH estável (KARLSSON et al.2014, p. 44).

A alcalinidade é composta principalmente por íons de bicarbonato, os quais estão em equilíbrio com o dióxido de carbono. Embora o dióxido de carbono e íons de carbonato contribuam para a alcalinidade, a degradação dos substratos ricos em nitrogênio com altas proporções de proteínas e aminoácidos aumentam a alcalinidade, devido à liberação de amoníaco que reage com o dióxido de carbono, dissolvido para a formação de bicarbonato de amônio (KARLSSON et al.2014, p. 44).

Metodologia

O trabalho foi desenvolvido e realizado através de revisões de literatura, onde usamos como base, pesquisas, artigos periódicos, livros e dissertações, com a finalidade de analisar os benefícios e funcionamento de um modelo de biodigestor em uma propriedade rural e consequentemente verificar as suas vantagens na aplicação de energia térmica para a propriedade.

Sendo assim, esse trabalho apresentará as seguintes características de um biodigestor: Produção do biogás em biodigestor, aplicação do uso como fonte de energia térmica e viabilidade de aplicação do biodigestor para uma residencial rural padrão.

DIMENSIONAMENTO DE UM BIODIGESTOr

Na literatura, existem diversos tipos de biodigestores, sendo que cada um é específico para a realidade do local onde será construído. Existem dois tipos operacionais mais comuns: biodigestor em batelada e o contínuo.

Neste trabalho, optamos pelo modelo do tipo contínuo em função do: local onde o biodigestor será instalado, cuidados necessários com a operação desse modelo de biodigestor e o resultado da biodigestão que é gerado.

CÁLCULO PARA A CAPACIDADE VOLUMETRICA DO BIODIGESTOR

O volume do biodigestor está relacionado de acordo com as necessidades da propriedade: com a capacidade de consumo do biogás produzido, com o número de animais existentes e com a área disponível. 

Com base nos dados iniciais, calcula-se o volume diário de dejetos através da equação.


VD=DAxN(1)\displaystyle VD = DA xN \tag{1}

VD = Volume de dejeto

N = Numero de Animais

DA = Quantidade de dejetos por animal (L/dia)

Com o Volume diário de dejetos, calcula-se então a proporção e água necessária para a mistura, através da equação.


𝑉𝐴=𝑉𝐷×𝑅A(2)\displaystyle 𝑉𝐴 = 𝑉𝐷 × 𝑅A \tag{2}

VA = Volume de água

VD = Volume de dejetos diário

R= Fator de relação dejeto e água

Calcula-se então o volume da carga diária produzida, através da equação.


𝑉𝐶=𝑉𝐴+𝑉𝐷(3)\displaystyle 𝑉𝐶 = 𝑉𝐴 + 𝑉𝐷 \tag{3}

VC = Volume da carga diária (m³)

VA = Volume de água

VD = Volume de Dejetos diário

O cálculo do Volume total da fossa do biodigestor é realizado através da equação.


𝑉𝐹𝐵=𝑉𝐶×𝑇𝑅H(4)\displaystyle 𝑉𝐹𝐵 = 𝑉𝐶 × 𝑇𝑅H \tag{4}

VC = Volume da carga diária (m³)

VFB = Volume da fossa do biodigestor (m³)

TRH = Tempo de retenção hidráulica (dias)

O Volume total da fossa do biodigestor encontrado em função do volume da carga diária e Tempo de retenção hidráulica deve ser equivalente ao volume geométrico da fossa em formato de trapezoide. Dessa forma, considera-se que volume geométrico é calculado através da equação.


𝑉G=(𝑎+𝑏)2×h×L(5)\displaystyle 𝑉G = (𝑎 + 𝑏) 2 × ℎ × L \tag{5}

Figura 4 — Biodigestor - Modelo tubular
Biodigestor - Modelo tubularOs autores (2021)

VG = Volume Geométrico

L = Comprimento longitudinal da fossa

a = Base superior

b = Base inferior 

h = Altura útil fossa

 

 Conforme apresentado, para as três incógnitas no calculo do volume geométrico, que representam as medidas gerais da fossa do biodigestor, deve-se levar em conta, segundo Kuczman (2017), as condições de funcionamento do sistema de biodigestão, como a inclinação correta do talude (GERSCOVICH, 2009), a proporção entre largura e comprimento da superfície da fossa (VON SPERLING, 1996); (FEIDE Net al., 2004) e a altura útil.

Para o desenvolvimento dos cálculos, optou-se por considerar o ângulo de inclinação do talude equivalente a 110º como referência média para taludes. A partir dessa definição, é possível montar relações entre as medidas da seção do biodigestor

A seção da fossa do biodigestor é representada por um trapézio cujas medidas são denominadas como sendo as variáveis a (largura da base superior), b (largura da base inferior) e h (altura). Nesse trapézio, ao se isolar um dos cantos inclinados, forma-se um triângulo retângulo, cujo ângulo adjacente à altura (h) foi denominado θ, e equivale a subtração do ângulo reto da inclinação do talude.

Figura 5 — Área do trapézio
Área do trapézio Os autores (2021)

Ao se isolar o triângulo retângulo na seção trapezoidal da fossa, obtém-se então novas relações entre as medidas a (largura da base superior), b (largura da base inferior) e h (altura). Considerando a inclinação inicial do talude igual a 110º, obtém-se que o valor de θ é equivalente a 20º. Com base nisso, obtém-se a equação, através da função tangente, cuja igualdade é representada pela divisão do cateto oposto pelo cateto adjacente:


tanθ(((ab))/2)/h(6)\displaystyle tanθ (((a-b))/2)/h \tag{6}


tan20((ab)xh)/20,7279=(ab)xha=0,7279xh+b(7)\displaystyle tan20 ((a-b) x h)/2→0,7279=(a-b)x h →a=0,7279xh+b \tag{7}

Figura 6 — Inclinação do talude
Inclinação do taludeOs autores (2021)

A próxima relação a ser determinada, trata-se das dimensões de largura (a) e comprimento (L) da superfície superior da fossa. Para biodigestores do tipo tubular, a relação largura/comprimento usual variando entre 1:3 (Lima Mito et al., 2018) (LIMA, 2011) e 1:5 (FEIDEN et al, 2004). Essa proporção deve ser respeitada pois diz respeito a manutenção das características do fluxo hidráulico (tipo pistão) garantido por esse modelo de biodigestor (KUCZMAN, 2007).

A proporção escolhida para figurar a relação entre a largura (a) e comprimento (L) da superfície superior da fossa foi de 1:5

Após encontrar o valor equivalente ao Volume que a fossa do biodigestor deverá ter em função da quantidade de dejeto produzida na propriedade, é possível encontrar as dimensões b, a e L, através das equações


𝑏=5,459h2+29,80h226,49h3+20𝑉G10h(8)\displaystyle 𝑏 = −5,459ℎ 2 + √29,80ℎ 2 − 26,49ℎ 3 + 20𝑉G 10ℎ \tag{8}


𝑎=0,7279h+𝑏(9)\displaystyle 𝑎 = 0,7279ℎ + 𝑏 \tag{9}


𝐿=3,6395h+5b(10)\displaystyle 𝐿 = 3,6395ℎ + 5b \tag{10}

O Valor do volume (VG) da fossa do biodigestor é determinado pela Equação (5), no entanto o valor de da altura (h) deve ser definido arbitrariamente.

No que se refere à altura, a literatura pesquisada trata de valores variando entre 1,50 a 4,50m para biodigestores modelo tubular e entre 1,50 a 3,00m no dimensionamento de lagoas anaeróbias (SILVA, s.d.). Ficando assim definido que para Volumes até 100m, a altura ideal é de 1,5m, entre 100 e 500m³, a altura ideal é de 2,5m, entre 500 e 200m³ a altura ideal é de 3,5m e acima de 2000m³, a altura ideal é de 4,5m.

ESTIMATIVA DA PRODUÇÃO DE DEJETO ANIMAL

A produção animal é uma das atividades de grande impacto ambiental, considerada pelos órgãos de controle ambiental como uma das causadoras de degradação, tendo um grande potencial poluidor no que diz respeito aos recursos hídricos. As implantações de biodigestores nas propriedades rurais criadoras de animais podem representar medidas eficazes no combate à poluição dos rios (GASPAR, 2003).

Na Tabela 3, pode-se observar a produção diária estimada de biomassa animal:

Tabela 3 — Produção diária de dejetos por animal
TIPO DE ANIMAL MÉDIA DE PRODUÇÃO DE DESEJOS (Kg por dia)
Bovinos 
 10
Suínos  2,25
Aviários 0,18 
Equinos  10
Barbosa e Langer (2011)

ESTIMATIVA DA PRODUÇÃO DE GÁS

A contribuição principal deste sistema é que os dejetos, produzidos nas propriedades, sejam transformados em gás, além de utilizar os resíduos como fertilizantes. Sendo o gás metano (CH4) participante na composição do biogás, tendo poder calorífico deste variando de 5.000 a 7.000 kcal por metro cúbico, pode chegar a 12.000 kcal por metro cúbico uma vez eliminado todo o gás carbônico da mistura, produzindo energia barata e aproveitando os resíduos animais, evitando que sejam despejados no meio ambiente (SANTOSJUNIOR, 2013).

Na Tabela 4, observa-se a capacidade de produção de biogás, assim como a concentração de metano, por espécie animal. Nota-se que dejetos suínos têm melhor rendimento, cerca de 560m³ de biogás, com percentual de gás metano de 50%, demonstrando que a produção de biogás a partir de dejetos suínos é maior em relação aos dejetos citados. Salienta-se que a produção de CH4 pode variar dentro das espécies devido a sua alimentação, visto que animais confinados tendem a produzir quantidades maiores de CH4 (BarbosaLanger, 2011).

Tabela 4 — Expectativa de produção de biogás por biomassa
Biomassa utilizada
(dejetos)
Produção de Biogás
(a partir de material seco em m³.t-1)
Percentual de gás metano
produzido
Bovinos27055%
Suínos56050%
Equinos260Variável
Aves250Variável
Ovinos25050%
SANTOS e JUNIOR (2013)

Mas, em termos práticos e mais simples, pode-se considerar a produção de biogás variando entre 0,5 – 0,7 m³ biogás/dia por m³ de biomassa (volume do biodigestor). Se considerar-se um biodigestor com 100m³ de volume, este teria potencial para gerar entre 50 – 70 m3 biogás/dia. Porém, a produção de biogás tem um fator determinante que é o tipo de esterco que será usado para a produção deste. Qualquer material orgânico pode ser utilizado na biodigestão, porém os que apresentam maior rendimento são os de aves e suíno, conforme observado na Tabela 4, porém os mais utilizados são os dejetos de suínos (Tabela 5) (PEREIRA , 2005).

Tabela 5 — Produção de biogás em função do tipo de esterco
MaterialRendimento (m³) de biogás por kg
de material orgânico
Esterco fresco de bovinos0,04
Esterco seco de aves0,43
Esterco seco de suínos0,35
PEREIRA (2005)

ESTIMATIVA DAS DIMENSÕES DO GASÔMETRO

O gasômetro de um biodigestor tubular usualmente é construído de uma cúpula de lona plástica de PVC, no qual seu volume deve ser capaz de armazenar a quantidade máxima de biogás.

Figura 7 — Lona Plastica
Lona PlasticaOs autores (2021)

É importante ressaltar que a área da lona que deverá ser comprada terá uma área maior, de modo que na construção do biodigestor tubular a lona é fixada em canaletas abaixo do solo, em que água circula nas extremidades não permitindo vazamentos com uma melhor fixação da lona

Figura 8 — Canaletas
CanaletasOs autores (2021)

Sabendo o volume de gás que deverá ser contido pelo gasômetro, é possível estimar a área total da lona, encontrando o valor do raio (R) da secção transversal.

Onde (R) é raio da circunferência da lona , (b) a largura superior da caixa de dejetos e (F) a altura da lona.

Figura 9 — Área secção transversal do gasômetro
Área secção transversal do gasômetroOs autores (2021)

A área da secção transversal do gasômetro pode ser encontrada dado que:


At=V/L(11)\displaystyle At = V /L \tag{11}

A área calculada acima também pode ser encontrada pela seguinte equação, que permite encontrar o raio R da secção transversal necessário para estimar a área da lona:


At=(πR2θ)/(2π)(b(RF))/2(12)\displaystyle At = (π · R2 θ)/ (2 · π) − (b · (R − F))/ 2 \tag{12}

O ângulo θ do setor circular e altura F do gasômetro são adotados como 120º e 2 m respectivamente por restrições de construção do biodigestor. A área da lona e dada pela seguinte equação:


AL(AˊreaLona)=(2πR(θ/360))L(13)\displaystyle AL (Área Lona) = (2 · π · R · (θ/360) ) ∗ L \tag{13}

PRESSÃO DO BIOGÁS EXERCIDA NA GEOMEMBRANA

A partir do formato da geomembrana e seguindo a seguinte relação (r/t) ≥ 10 é possível uma aproximação para vasos de pressão de paredes finas (HIBBELER, 2010), onde r é o raio (r=2m), ou seja, a altura máxima da geomembrana considerando a capacidade máxima de armazenamento, e t é a espessura da mesma. Sabendo que a espessura poderia variar somente de 0.008 m à 0.002 m.

De acordo com (HIBBELER, 2010) a tensão de escoamento de um vaso de pressão de parede fina por se tratar de um rompimento transversal, é dado por:


Te=(Pr)/t(14)\displaystyle Te = (P · r)/ t \tag{14}

Onde P é a pressão exercida pelo gás na geomembrana, r a altura máxima atingida pela lona conforme a produção de biogás, ou seja, o raio considerando ser vaso de pressão de paredes finas e t a espessura da lona anteriormente citada. Então já tendo obtido a tensão de escoamento com o fator de segurança, a partir da manipulação da formula obtém-se os valores de pressão de acordo com a espessura e tensão de cada modelo de lona.

PRESSÃO MÁXIMA NA CÂMARA DE BIODIGESTÃO

Levando em consideração que a pressão na câmara aumenta de acordo com a profundidade da mesma, foi preciso calcular além da pressão do gás, uma pressão exercida pelo conjunto dejetos/gás na parte mais funda da câmara onde esta seria descrita como a pressão do gás somada com a pressão dos dejetos (Pd).


Pf=P+Pd(15)\displaystyle Pf = P + Pd \tag{15}

Para este cálculo, adotou-se os dejetos como material incompressível, considerando a densidade como linear, calculada a partir da fórmula Pd = ρ . g . h e assim obtendo os valores exibidos nos resultados e discussões, com os valores da pressão dos dejetos (Pd) e da pressão final (Pf ) para cada modelo de lona.

CARREGAMENTOS NAS PAREDES FRONTAIS E LATERAIS DA CÂMARA DE BIODIGESTÃO

Obtendo as pressões finais (Pf) e iniciais (P), é possível o cálculo do carregamento distribuído (w) nas paredes laterais e frontais da câmara de biodigestão, os carregamentos são distribuídos em máximos e mínimos onde o carregamento mínimo utiliza da pressão do gás ou pressão mínima e o máximo utiliza da pressão máxima ou pressão final.

Para o carregamento mínimo nas paredes laterais utiliza-se da fórmula wmin = P · l onde P é a pressão do gás e l é o comprimento do biodigestor, já para o carregamento máximo nas paredes laterais wmax = (P + Pf ) · l onde Pf é a pressão final.

Para as paredes frontais, obtém-se o carregamento mínimo sendo wmin = P · a, onde P é a pressão do gás é o tamanho da base maior do trapézio, forma geométrica das paredes frontais, já para o carregamento máximo das paredes frontais wmax = (P + Pf ) · b, onde b é a base menor do trapézio.

CÁLCULO DA VIABILIDADE ECONÔMICA  

A viabilidade econômica feita a partir do levantamento de todos os custos com a implantação e manutenção do biodigestor, descontados dos valores economizados pela produção de energia térmica.

Serão utilizados critérios da matemática financeira para realizar os cálculos de viabilidade, como o Valor presente líquido (VPL), Taxa interna de retorno (TIR) e o Payback.

CUSTO DA CONSTRUÇÃO DO BIODIGESTOR

Utilizando um método elaborado por Alves (2017), será calculado o custo de implantação do biodigestor em função do volume, em m3 da caixa de carga, obtendo-se um valor em R$ por m3 ,sendo o valor do investimento:


Cbio=VFatorInv(16)\displaystyle Cbio = V · F atorInv \tag{16}

Tabela 6 — Custo do biodigestor por m³
Custo do biodigestor por m³ALVES, 2017

TAXAS E IMPOSTOS

Segundo (JUNGES et al., 2009) devem também ser considerados valores referentes ao licenciamento do biodigestor.

Tabela 7 — Taxas e impostos aplicados
Taxas e impostos aplicadosOs autores (2021)

CUSTOS DE REGULAMENTAÇÃO PARA USO DE CRÉDITOS DE CARBONO (MDL)

Para que se possa fazer uso dos créditos de carbono, é necessário implementar o MDL (Mecanismo de Desenvolvimento Limpo), que é um dos mecanismos de flexibilização criados pelo Protocolo de Kyoto para auxiliar o processo de redução de emissões de gases do efeito estufa.

Essa regulamentação é um processo extremamente longo e burocrático, que pela demora e falta de informações, pode ter afastado potenciais fontes de créditos de carbono (FOLSTER; FERREIRA, 2013).

Segundo Folster e Ferreira (2013), as etapas do processo de validação de um projeto MBL são:

  • Preparação de um projeto MDL para validação: As entidades promotoras do projeto devem preparar um documento denominado Documento de Concepção do Projeto (DCP), em inglês, Project Design Document (PDD), contendo uma descrição geral do projeto;
  • Validação ou rejeição do projeto: encaminhar o projeto para a entidade operacional designada, responsável pela aprovação ou reprovação do projeto;
  • Registro pela Comissão Executiva: recebido o relatório de validação, a Comissão Executiva tem oito semanas para aceitar formalmente o projeto ou expor suas reservas;
  • Verificação, Certificação e Emissão de CRE: depois de registrado o projeto, os interessados devem monitorar a redução de emissões, em conformidade com o plano apresentando no PDD.

As despesas associadas a esta regulamentação, são basicamente despesas de viagens, com auditoria, mão de obra própria entre outras. Os custos inerentes desse processo, tem uma incerteza associada, principalmente no que diz respeito aos gastos com viagens. Por isso, serão utilizados dados fornecidos por Junges et al. (2009), uma vez que o mesmo obteve resultados sólidos em sua análise.

Tabela 8 — Custos para implementação do MDL
Custos para implementação do MDLJUNGES, D. M. et al (2009)

Também devem ser contabilizados os custos de manutenção anuais do MDL.

Figura 10 — Custos para manutenção do MDL
Custos para manutenção do MDLJUNGES, D. M. et al (2009)

CUSTOS DE MANUTENÇÃO

Os custos de manutenção associados ao biodigestor, tais como: manutenção dos equipamentos, limpeza interna do biodigestor, troca de manta, renovação das licenças e depreciação.

Tabela 9 — Discriminação dos custos de manutenção do biodigestor
Discriminação dos custos de manutenção do biodigestorJUNGES, D. M. et al (2009)

Resultados e DISCUSÕES 

Consumo de gás utilizado nas propriedadeS rurais

O biogás é extremamente inflamável. Pode ser usado para qualquer fim que necessite de combustível. O biogás pode ter o seu potencial energético aproveitado em cozimento, aquecimento, refrigeração, iluminação, incubadores, misturadores de ração, geradores de energia elétrica, etc. No presente estudo optamos em utilizar o biogás como fonte de energia térmica, proporcionando mais conforto ao homem do campo e auxiliar na economia da residência. Pois em muitas cidades do interiores do Brasil ainda não utiliza o biogás para auxiliar na renda da família como fonte de energia térmica.

Um dos usos do biogás é dado pela substituição do gás GLP, adquirido para fins de domestico. Verificou-se que cada domicílio utiliza, em média, 1 botijão por mês, sendo utilizados 12 botijões ao ano. Ao custo de R$ 75,00 por botijão, em cada domicílio, verifica-se economia de custos de R$ 900,00 por ano.

Outra utilização para o biogás é o aquecimento de água para banhos. Verifica-se que o chuveiro elétrico apresenta consumo de 5,50 kWh, sendo estimado 547,5 horas por ano (família com 3 pessoas), totalizando um consumo de 3.011,25 kWh por ano em cada domicílio, com aquecimento de água para banho. A uma tarifa de energia elétrica estimada de R$ 0,92 por kWh, para cada domicílio é gerada economia anual no uso do chuveiro de R$ 2.770,35 por ano.

As caldeiras são uma das fontes principais de emissão de poluentes em uma fazenda. São equipamentos com a finalidade de transformar água em vapor, onde a energia necessária para tal operação é dada pela queima de um combustível.

Estes equipamentos podem ser classificados, de uma maneira genérica, de acordo com o tipo, em caldeiras aquatubulares e caldeiras flamotubulares (ALTAFINI, 2002). 

Através dos estudos realizado conseguimos estimar o preço do metro cúbico de cada combustível utilizado e o custo mensal para as fazendas onde foi realizada a pesquisa, a partir do consumo de combustível na caldeira conforme tabela 10.

Demais atividade como secagem do grão, secagem de equipamento, limpeza e desinfecção de equipamentos, etc. Tais atividade devemos buscar no fabricante o consumo gerado de gás, pois depende do rendimento do maquinário e a aplicação na qual o equipamento estará exercendo. Para efeito de estimativa estaremos considerando tais equipamento com o consumo de gás como caldeira aquatubulares.

Tabela 10 — Preço de combustíveis e custo médio para empresas
Preço Combustível (R$/m³)Custo médio para fazenda (R$/Mês)
Lenha50,001.713,60
Diesel2.325,002.557,50
GN5,8522.815,00
GLP5,1219.968,00
Briquete300,0045.000,00
Cavaco35,003.080,30
Xisto186,465.027,70
Os autores (2021)

Estimativa de quantidade de animais para viabilidade do biodigestor

Para as pessoas que trabalham com bovinos, o número recomendado é de pelo menos 80 animais em confinamento. Caso a propriedade tenha bovinos e suínos, o número de animais que viabiliza o sistema pode ser menor.

Isso porque a viabilidade da montagem do processo não depende somente da questão econômica, ou seja, não basta ter recursos financeiros para que seja viável montar um sistema de biodigestor. É necessário avaliar a viabilidade do processo biológico. Com menos de 80 animais em confinamento, o volume de esterco produzido diariamente não será suficiente para que o biodigestor funcione.

A produção total de dejetos em granjas de suínos é muito variável, dependendo principalmente do número e categoria dos animais (leitões, fêmeas em lactação ou gestação, machos em idade de crescimento ou terminação, machos reprodutores), instalações, equipamentos e manejo de limpeza adotado em cada granja. Essas variáveis são determinantes para maior ou menor quantidade de água utilizada. A composição e volume dos dejetos tem papel fundamental para o planejamento e estabelecimento de programas e técnicas de tratamento e armazenamento de dejetos, além da agregação de valor aos estercos produzidos. O interesse no aproveitamento dos dejetos gerados nas suinoculturas tem aumentado, pelo aproveitamento energético do biogás indicando a existência de um potencial para que se desenvolvam métodos que possibilitem às propriedades (CATAPAN, 2011).

Em geral, nas condições da pesquisa, a adição de dois carrinhos de mão de esterco suíno por dia é suficiente para gerar todo o biogás necessário a uma família média de 3 pessoas. Isto requer entre 6 a 7 suínos na granja.

Considerações Finais

 Os resultados obtidos através do dimensionamento demonstram que o biodigestor rural é uma alternativa tecnológica viável e acessível para a produção de energia térmica através do tratamento dos dejetos de animais.

O biodigestor projetado neste trabalho proporcionará uma nova dinâmica tendo em vista que os dejetos dos animais serão utilizados para produção do biogás e biofertilizante. O biogás irá diminuir a demanda do uso de gás natural (GLP) e da lenha, que são atualmente utilizados para atividades diárias. Além disso, produzirá o biofertilizante, um insumo necessário para o tratamento e enriquecimento do solo.

CONCLUSÃO E PROPOSTA de continuação da pesquisa

A biodigestão anaeróbia se mostrou muito eficiente para a redução da carga orgânica presente nos dejetos da produção leiteira, tornando atrativo economicamente e ambientalmente o uso dos biodigestores e seus subprodutos, o biogás e o biofertilizante.

Entre as propostas de continuação da pesquisa:

  • Realizar uma visita em campo de uma residência rural com um sistema de biodigestor em funcionamento e coletar dados reais para substanciar a pesquisa;
  • Fazer o levantamento real dos gastos em gás GLP de uma residência rural, levando em consideração os demais gastos (não apenas os gastos domésticos) para validar os valores estimados;
  • Realizar um orçamento para a construção e implantação de um biodigestor e analisar o prazo do retorno para o investimento.

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