Biogás

Além disso, gera odores desagradáveis e oferece riscos de explosão. Os aterros sanitários são considerados atualmente uma das alternativas mais interessantes para geração do biogás, visto que podem dispor de técnicas de captação dos gases liberados através de dutos de captação e queima posterior em flares, onde o metano, principal constituinte do biogás, será transformado em gás carbônico, que possui um potencial de aquecimento global cerca de 20 vezes menor. Nestes aterros também existem dutos para captação do chorume, líquido proveniente da decomposição de resíduos orgânicos que se não for devidamente coletado, acarreta poluição dos recursos hídricos. Além da oportunidade de reduzir os danos ambientais é possível utilizar o biogás como combustível, gerando energia elétrica e até mesmo iluminação a gás.

Palavras-chave: Aterro Sanitário. Biogas. Electric Energy. Solid Residues. SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO. OJETIVOS. Resíduos Sólidos Comercial. Resíduos Sólidos Público. Resíduos Sólidos de Serviços de Saúde e Hospitalar. Resíduos Sólidos de Portos, Aeroportos, Terminais Rodoviários e Ferroviários. Resíduos Sólidos Industrial. ESTIMATIVA DA GERAÇÃO DE BIOGÁS EM ATERROS SANITÁRIOS. DECOMPOSIÇÃO DA MATÉRIA ORGÂNICA. FASES DE GERAÇÃO DE BIOGÁS. UTILIZAÇÕES DO BIOGÁS GERADO EM ATERROS SANITÁRIOS. CRÉDITOS DE CARBONO. Entre 1992 e 1997 o crescimento no consumo de eletricidade foi de mais de 16%, surgindo, dessa forma, grande preocupação com o déficit de energia e riscos de interrupção no fornecimento (VELÁZQUEZ, 2000) Historicamente, a utilização sistemática de energia não renovável tem levado a uma redução drástica dos recursos naturais do planeta como um todo.

Desta forma, o desenvolvimento sustentável se torna um processo de vital importância no que diz respeito não apenas à qualidade de vida da população, mas, sobretudo, no que tange à problemática ambiental. Neste contexto, uma das grandes preocupações dos países em desenvolvimento são os seus resíduos domésticos e industriais, os quais são depositados em grandes aterros sanitários, criando um grande problema para as metrópoles. Esses aterros, devido ao resíduo orgânico neles armazenado, geram gases que poluem o ar e contaminam o meio ambiente. Com a produção dos gases oriundos destes resíduos, podem-se realizar o aproveitamento dos mesmos para a geração de energia elétrica. O metano é produzido através dos seguintes processos naturais: - Decomposição de lixo orgânico; - Digestão de animais herbívoros; - Metabolismo de certos tipos de bactérias; - Vulcões de lama; - Extração de combustíveis minerais (principalmente o petróleo); - Aquecimento de biomassa anaeróbica O biogás, produzido nos aterros sanitários, é uma opção de aproveitamento, devido ao seu poder energético e à quantidade disponível.

Sendo esse gerado pelo sistema de aterramento dos rejeitos, faz-se necessária a destinação correta e, portanto, um novo custo para o empreendimento. Dessa maneira, o seu aproveitamento é, cada vez mais utilizado, geralmente na geração de energia, diminuindo os custos e contribuindo com a manutenção do aterro. OBJETIVOS Este trabalho apresenta uma abordagem metodológica sobre o projeto de aproveitamento do gás metano gerado nos aterros sanitários visando a redução dos potenciais impactos ambientais associados de exalação dos gases, assim como os ganhos energéticos e econômicos do aproveitamento do mesmo. O trabalho apresenta critérios técnicos bem como planejamento técnico e construtivo da estrutura do sistema de captura e condução de biogás gerado a partir de resíduos sólidos depositados em aterros sanitários.

Estando canalizado o biogás, pode-se aplicar seu potencial como exemplo na venda de crédito de carbono, geração de energia elétrica com eficiência em motores ciclo otto e de turbinas movidas a biogás. Além dos benefícios energéticos e da queima do biogás para venda de crédito de carbono citados, há outro benefício que podemos destacar como alternativa da substituição de parte ou total do gás provido de combustível fóssil. O ESTADO DA ARTE DO BIOGÁS O biogás, até pouco tempo, era considerado como um subproduto obtido por meio da decomposição de lixo urbano, do tratamento de efluentes domésticos e resíduos animais. Porém, a alta dos preços dos combustíveis convencionais e o crescente desenvolvimento econômico vem estimulando pesquisas de fontes renováveis para produção de energia tentando criar, deste modo, novas formas de produção energética que possibilitem a redução da utilização dos recursos naturais esgotáveis.

A conversão energética do biogás pode ser apresentada como uma solução para o grande volume de resíduos produzidos por atividades agrícolas e pecuárias, destilarias, tratamento de esgotos domésticos e aterros sanitários, visto que reduz o potencial tóxico das emissões de metano ao mesmo tempo em que produz energia elétrica, agregando, desta forma, ganho ambiental e redução de custos (COSTA, 2002). FORMAÇÃO DO BIOGÁS O biogás é formado a partir da degradação da matéria orgânica. Sua produção é possível a partir de uma grande variedade de resíduos orgânicos como lixo doméstico, resíduos de atividades agrícolas e pecuárias, lodo de esgoto, entre outros. É composto tipicamente por 60% de metano, 35% de dióxido de carbono e 5% de uma mistura de outros gases como hidrogênio, nitrogênio, gás sulfídrico, monóxido de carbono, amônia, oxigênio e aminas voláteis.

Dependendo da eficiência do processo, o biogás chega a conter entre 40% e 80% de metano (PECORA, 2006). Até ser compactado e coberto, o lixo permanece por certo tempo descoberto no aterro, em contato com o ar atmosférico. Elevadas temperaturas de gás dentro de um aterro são o resultado da atividade biológica. As temperaturas típicas do gás produzido em um aterro variam, tipicamente, entre 30 a 60ºC; g) Outros fatores – Outros fatores que podem influenciar a taxa de geração de gás são os nutrientes, bactérias, compactação de resíduos, dimensões do aterro (área e profundidade), operação do aterro e processamento de resíduos variáveis. PROJETOS PARA APROVEITAMENTO DO BIOGÁS De acordo com Silva (2006), o inevitável esgotamento das reservas de combustíveis fósseis, e a crescente procura por combustíveis alternativos e ambientalmente sustentáveis, levam ao desenvolvimento de tecnologias de aproveitamento dos resíduos.

Além de incentivar a racionalização do uso dos recursos naturais, minimizando o consumo de matérias primas e desenvolvendo mecanismos de redução da geração de resíduos, seu aproveitamento visa aperfeiçoar a matriz energética, utilizando um combustível renovável e abundante (CETESB, 2002). O gás produzido em aterros possui um grande conteúdo energético, principalmente por se tratar de um gás altamente comburente. O Banco Nacional de Desenvolvimento Econômico e Social – BNDES, disponibiliza uma linha de crédito para “estudos de viabilidade, custos de elaboração do projeto, documentos de concepção de projeto (PDD) e custos relativos ao processo de validação e registro”. A Caixa Econômica Federal conta com uma linha de crédito para o financiamento integral de projetos no âmbito do MDL em áreas como saneamento, bombeamento de água e pequenas hidrelétricas.

No Brasil, o tratamento de gases em aterros sanitários é praticamente todo feito através da queima do metano (CH4) e liberação do dióxido de carbono (CO2). Em geral, o sistema de drenagem de gases é individual (tipo aberta) utilizando-se queimadores do tipo flare, havendo algumas exceções em sistemas conjugados de drenagem, com extração forçada de gás. O tratamento de gás com queima do tipo aberta não é o mais aconselhado, uma vez que a queima não é completa (queima entre 300 a 400°C), como acontece nos queimadores do tipo enclausurado (queima acima dos 1000°C). Alguns projetos foram abandonados com a estabilidade do preço do petróleo. O Projeto Nova Gerar de Aproveitamento do Biogás no Aterro Sanitário de Adrianópolis, no Estado do Rio de Janeiro, é bastante importante, principalmente por ter revitalizado um lixão, transformando-o num modelo de aterro sanitário no Brasil.

Utiliza-se dos mais modernos conceitos e tecnologias para acondicionamento de RSU. Além disso, o projeto usa o biogás gerado no aterro para a queima do chorume (evaporador de chorume). O Aterro de Adrianópolis recebe atualmente cerca de 2000 toneladas por dia de lixo e possui um sistema de captação do biogás para uso no queimador de evaporação do chorume. Em Pernambuco, o uso da biomassa para produção de energia elétrica ainda está restrito ao bagaço da cana. Contudo, o estudo de mercado dos resíduos sólidos pôde constatar a existência de algumas cidades ou aterros com potencial de exploração energético. O desenvolvimento desta tecnologia em outros países e estados e as experiências adquiridas anteriormente terão papel importante para o surgimento crescente de usinas produtoras de energia elétrica no País (JUCÁ, 2002).

Segundo Francisco Maciel apud Revista ELO 27 (2006), diretor de energia e meio ambiente da CTBC, “no Brasil são geradas 149 mil toneladas de lixo ao dia e que poderiam render entre US$ 125 e US$ 336 milhões de créditos de carbono ao ano, pelo valor atual da tonelada (entre 5 e 8 €)”, e que “há uma linha de corte para os projetos, sendo preferenciais os aterros que atendam a partir de 200 mil habitantes, como o dos Bandeirantes e o do São João, também em São Paulo (SP)”. Além das perspectivas de maior desenvolvimento desta tecnologia em todo mundo, o setor elétrico brasileiro vem utilizando mecanismos de incentivos ao uso da biomassa (inclusive do Biogás) para geração de energia elétrica. A poluição é o resultado do uso dos recursos naturais para diversas atividades antrópicas, a fim de atender às demandas da sociedade contemporânea e a seus respectivos setores econômicos, ou seja, bens de consumo e serviços.

Todas as ações acarretam alterações indesejáveis nas características físicas, químicas e biológicas da atmosfera, litosfera ou hidrosfera, além de outros compartimentos ambientais que cause ou possa causar danos à saúde, à sobrevivência ou à biota ou ainda deteriorar materiais (BRAGA et al. Para Silva et al. o risco de degradação ambiental decorre do material orgânico existente nos resíduos sólidos, que produz gases e líquidos de alto potencial poluidor depreciativo. Os resíduos sólidos contêm espécies químicas que podem ser carreadas pelas chuvas e entrar em contato com os cursos d’água. A proporção de gás depende do tipo de material degradado e de outros fatores estruturais do local de tratamento, sendo o metano combustível empregado para movimentar motores e geradores de energia elétrica que, queimado por combustão completa, minimiza a poluição atmosférica e a contribuição para redução do efeito estufa (ALVES FILHO, 2004).

Mesmo sendo a forma mais adequada de disposição de resíduos, os aterros são responsáveis por parte das emissões de gás metano na atmosfera e possuem vida útil aproximadamente de 15 a 20 anos. O gás de aterro sanitário é produzido durante a decomposição de substâncias orgânicas provenientes do lixo. A geração de gás e chorume é consequência inevitável da prática de disposição de resíduos em aterros e, de forma descontrolada, apresenta sérios problemas ambientais. O conhecimento da área destinada ao aterro, capacidade de suporte tecnológico locacional, bem como o monitoramento dos resíduos em suas etapas, dos líquidos e gases gerados torna-se necessário, para que sejam adotadas soluções viáveis e sustentáveis, tanto do ponto de vista ambiental e sanitário, como socioeconômicos, para evitar os possíveis impactos ambientais provocados pela disposição dos resíduos (MELO; JUCÁ, 2001), além do efeito estufa, danos à vegetação, gera odores desagradáveis e oferece riscos de explosão.

BIDONE, 2001). Resíduos Sólidos de Serviços de Saúde e Hospitalar Constituem os resíduos sépticos, ou seja, que contêm ou potencialmente podem conter germes patogênicos. São produzidos em serviços de saúde, tais como: hospitais, clínicas, laboratórios, farmácias, clínicas veterinárias, postos de saúde etc. São agulhas, seringas, gazes, bandagens, algodões, órgãos e tecidos removidos, meios de culturas e animais usados em testes, sangue coagulado, luvas descartáveis, remédios com prazos de validade vencidos, instrumentos de resina sintética, filmes fotográficos de raios X etc. Resíduos assépticos destes locais, constituídos por papéis, restos da preparação de alimentos, resíduos de limpezas gerais (pós, cinzas etc. Entulho Resíduos da construção civil: demolições e restos de obras, solos de escavações etc.

O entulho é, geralmente, um material inerte, passível de reaproveitamento (D’ ALMEIDA & VILHENA, 2000). DESTINAÇÃO FINAL DE RESÍDUOS SÓLIDOS A cidade de São Paulo O lixo coletado por Prefeituras, Concessionárias ou por Cooperativas de Catadores, na Seleção/Reciclagem o que for considerado reciclado, são separadas e reaproveitadas. O que sobra do lixo não reciclável, é enviado para destinação adequada em aterros sanitários apropriados. A Grande São Paulo descarta 59% de lixo produzido em Aterros Sanitários, e 23 % em lixões. Hoje, e para o futuro, graças a uma moderna técnica (o plasma térmico), onde calor produzido pela queima não gerará fumaça, em vez de fogo, usam-se tochas de plasma ultra quente que transformam o lixo num gás que impulsiona as turbinas geradoras de eletricidade, e resíduos sólidos desta queima, são utilizados na indústria de cimento ou para pavimentar vias públicas.

O investimento necessário para uma usina assim está calculado em torno de 125 milhões de dólares (ou pouco menos de 300 milhões de reais). COMPOSTAGEM É o processo biológico de decomposição da matéria orgânica contida em restos de origem animal ou vegetal. Seu resultado final é um produto - o composto orgânico - que deve permitir sua aplicação no solo sem ocasionar riscos ao meio ambiente. É muito praticado no meio rural. LIXÃO Local onde há 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 sem levar em consideração, segundo Bidone (2001): - A área em que está sendo feita a descarga; - O escoamento de líquidos formados, que percolados, podem contaminar as águas superficiais e subterrâneas; - A liberação de gases, principalmente o gás metano que é combustível, embora seja produzido em menor quantidade devido a não compactação, pois há presença de ar; - O espalhamento de lixo, como papéis e plásticos, pela redondeza, por ação do vento; - A possibilidade de criação de animais como porcos, galinhas, etc.

nas proximidades ou no local bem como a ação humana vasculhando o lixo como forma de sustento. ATERROS Aterro é a disposição ou aterramento do lixo sobre o solo e deve ser diferenciado, tecnicamente, em aterro sanitário, aterro controlado e lixão ou vazadouro (D’ ALMEIDA & VILHENA, 2000). Aterro Controlado É uma técnica de disposição de resíduos sólidos urbanos no solo em antigos Lixões transformados em Aterros Controlados, sem causar danos ou riscos à saúde pública e a sua segurança, minimizando os impactos ambientais. Antes de se projetar o aterro, são feitos estudos geológico e topográfico para selecionar a área a ser destinada para sua instalação não comprometa o meio ambiente. É feita, inicialmente, impermeabilização do solo através de combinação de argila e lona plástica de impermialização (PEAD) para evitar infiltração dos líquidos percolados, no solo, os quais são captados (drenados) através de tubulações e escoados para lagoa de tratamento.

Para evitar o excesso de águas de chuva, são colocados tubos ao redor do aterro, que permitem desvio dessas águas, do aterro (AMBIENTEBRASIL, 2008). A quantidade de lixo depositado é controlada na entrada do aterro através de pesagem em balança. Os gases liberados durante a decomposição são captados e podem ser queimados com sistema de purificação de ar ou ainda utilizados como fonte de energia (aterros energéticos) (AMBIENTEBRASIL, 2008). Os ácidos graxos de cadeia longa são decompostos em produtos intermediários e hidrogênio. Os produtos da degradação final são o dióxido de carbono e o metano (Figura 4) (BORBA, 2006). Figura 4: Esquema de reações na digestão anaeróbia de materiais polímeros. FASES DE GERAÇÃO DE BIOGÁS Tchobanoglous et al (1997), descrevem a geração de gás em aterros de resíduos em cinco fases, ou quatro se for desconsiderada a segunda, por ser uma fase de transição.

Estas fases são ilustradas abaixo no gráfico 1 e descritas logo a seguir (BORBA, 2006). Com a queda do potencial de óxido-redução os microorganismos responsáveis pela conversão da matéria orgânica em metano e dióxido de carbono iniciam a conversão do material orgânico complexo em ácidos orgânicos e outros produtos intermediários. Nesta fase o pH do chorume começa a cair devido à presença de ácidos orgânicos e pelo efeito das elevadas concentrações de CO2 dentro do aterro. • Fase III: Ácida. Fase que antecede a formação de metano, em que as reações iniciadas na fase de transição são aceleradas com a produção de quantidades significativas de ácidos orgânicos e pequenas quantidades de gás hidrogênio.

A acidogênese envolve a conversão microbiológica dos compostos resultantes da primeira etapa em compostos intermediários com baixa massa molecular, como o ácido acético (CH3COOH) e pequenas concentrações de outros ácidos mais complexos. Com valores mais elevados de pH, menos constituintes inorgânicos permanecerão dissolvidos, tendo como consequência a redução da concentração de metais pesados no chorume. • Fase V: Maturação. Esta fase ocorre após grande quantidade do material ter sido biodegradado e convertido em CH4 e CO2 durante a fase metanogênica. Como a umidade continua migrando pela massa de lixo, porções de material biodegradável até então não disponíveis acabam reagindo. A taxa de geração do gás diminui consideravelmente, pois a maioria dos nutrientes disponíveis foi consumida nas fases anteriores e os substratos que restam no aterro são de degradação lenta.

Cada RCE corresponde a uma tonelada de Dióxido de carbono equivalente (CO2). O CO2 equivalente é o resultado da multiplicação das toneladas emitidas do GEE pelo seu potencial de aquecimento global. O potencial de aquecimento global do CO2 foi estipulado como 1 e o metano 21. Esses créditos de carbono são certificados emitidos quando ocorre a redução de emissão de gases do efeito estufa (GEE) e negociado no mercado internacional, dando um valor monetário à poluição. O Mecanismo de Desenvolvimento Limpo (MDL) nasceu de uma proposta brasileira à Convenção Quadro das Nações Unidas sobre Mudança do Clima (CQNUMC). GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA As alternativas mais usuais para geração de energia elétrica a partir de biogás são através de motores a combustão interna e turbinas a gás.

O Motor Alternativo de Combustão Interna (figura 5), apresenta capacidade de Geração de Energia Elétrica entre 100Kw a 3 MW por motor. Atualmente os motores nacionais variam de 4Kw a 264Kw. Acima destes valores onde valores até 1. Mw, os motores são importados não sendo produzidos no Brasil. BENEFÍCIOS AMBIENTAIS As emissões de Biogás gerado pela decomposição de resíduos sólidos em aterros sanitários contribuem para formação do efeito estufa, assim como os gases emitidos pela utilização de combustível fóssil os quais contribuem fortemente para o efeito estufa. O gráfico abaixo apresenta um comparativo entre as emissões já convertidas em CO2 equivalente que é o resultado da multiplicação das toneladas emitidas do Gases de Efeito Estufa pelo seu potencial de aquecimento global.

BENEFICIOS ENERGÉTICOS Como visto 19,7% da matriz elétrica mundial, 3. TWh em 2005 era devido ao gás natural, cujo poder calorífico de 11 KWh/m3, representando um consumo aproximado de 1,0 x 10 12 m3/h de gás natural para geração de Energia Elétrica que representaria aproximadamente 33% da eficiência energética dos sistemas geradores. Tabela 1) Tabela 1: Potencia elétrica gerado pelo Biogás de Aterros Sanitários no Brasil. CONSIDERAÇÕES FINAIS Os problemas causados pela geração, acúmulo e destinação inadequada de resíduos em nossa sociedade são mais evidentes e urgentes, à medida que a quantidade e variedade dos resíduos aumentam. Os aterros sanitários, por mais bem projetados e operados, conferem riscos ao meio ambiente. Tais empreendimentos não podem ser vistos como o ponto final para muitas das substâncias existentes e que se formam nas reações químicas e biológicas, visto que existem tecnologias eficientes para tratamento e aproveitamento dessas substâncias geradas.

O estudo dos resíduos sólidos e sua destinação final estão em crescente foco por parte da sociedade, pois explora questões de grande importância para o meio ambiente e saúde pública. Medidas alternativas para geração de energia, cada vez mais limpas e viáveis, estão sendo mais exploradas, devido à necessidade de assegurar a matriz energética de forma sustentável. p. ALVES FILHO, M. Tese mostra potencial energético do biogás. Disponível em: http://www. unicamp. ed. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2005. BRASIL. Presidência da República. Casa Civil. João Pessoa. Anais. Rio de Janeiro: ABES, 2001, p. CASTRO, L. R. f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) - Faculdade de Engenharia Mecânica, Universidade Estadual de Campinas, Campinas, 2003.

FIGUEIREDO, V. J. N. Dissertação (Mestrado em Engenharia Ambiental) - Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis, 2008. KHALAF, P. I. et al. Produção de gás de síntese por plasma térmico via pirólise de metano e dióxido de carbono. F. T. Diagnóstico Ambiental em Aterros de Resíduos Sólidos a partir de Estudos de Referência. In: Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental, 21. João Pessoa. MOTA, S. Introdução à engenharia ambiental. Rio de Janeiro: ABES, 2003. OLIVEIRA, P. A. Dissertação (Mestrado em Tecnologia Nuclear) – Instituto de Pesquisa Energéticas Nucleares, Universidade de São Paulo, São Paulo, 2007.