BIOGÁS COMO FONTE DE ENERGIA, PRODUZIDO EM ATERRO SANITÁRIO

Titulação Nome do Professor(a) Prof(ª). Titulação Nome do Professor(a) Jacareí, Janeiro de 2018. RIBEIRO, Clovis Aparecido Santos. Biogás Como Fonte de Energia, Produzido em Aterro Sanitário. Número total de folhas. Além da oportunidade de reduzir os danos ambientais é possível utilizar o biogás como combustível, gerando energia elétrica ou iluminação a gás. Palavras-chave: Aterro Sanitário, Biogás, Energia Elétrica e Resíduos Sólidos. ABSTRACT The generation of residues nowadays is a world-wide problem, it does not have place and nor treatment adjusted for it. In addition, the disorderly increase of the population and the growth without planning of great urban centers make it difficult to handle solid waste, causing in social, environmental and public health problems.

The exit, then, for the Brazilian municipalities was the adoption of controlled landfill systems or sanitary landfills, much better environmentally and socially than ditchs and dumps. Figura 3 - Aterro sanitário com produção de biogás. Figura 4 - Esquema de reações na digestão anaeróbia de materiais poliméricos. Figura 5 - Fases de geração de biogás em aterros de resíduos sólidos. Figura 6 - Motor a Gás. Figura 7 - Turbina a Gás. Utilizações do Biogás gerado em Aterros Sanitários 34 4. Créditos de Carbono 34 4. Geração de Energia Elétrica 35 4. Exemplos de uso direto do Biogás 37 4. Impactos Ambientais gerados pelo Biogás 38 4. Prefeituras e empresas têm atuado no aproveitamento da energia dos gases gerados por grandes aterros sanitários para transformá-los em energia elétrica.

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. O objetivo geral deste trabalho é apresentar uma abordagem sobre o aproveitamento do gás metano gerado nos aterros sanitários, visando a redução dos potenciais impactos ambientais associados à exalação dos gases, assim como os ganhos energéticos e econômicos a partir do aproveitamento do mesmo. No ano de 1884, ao apresentar os trabalhos do seu aluno à Academia das Ciências, Louis Pasteur considerou que a fermentação podia construir uma fonte de aquecimento e iluminação (PECORA, 2006).

Nas décadas de 50 e 60, Índia e China foram os primeiros países a utilizar o processo de biodigestão, sendo que desenvolveram seus próprios modelos de biodigestores. A tecnologia da digestão anaeróbia foi trazida para o Brasil com a crise do petróleo na década de 70. Diversos programas de difusão foram implantados no nordeste, porém os resultados não foram satisfatórios e os benefícios obtidos não foram suficientes para dar continuidade ao programa (COELHO et al. De acordo com Pecora (2006), com a crise do petróleo, diversos países buscaram alternativas para sua substituição, acarretando em um grande impulso na recuperação de energia gerada pelos processos de tratamento anaeróbio. Fatores que influenciam a geração do Biogás Segundo FILHO (2005), a capacidade de um aterro gerar gás vai depender de muitos fatores como, por exemplo, a composição do resíduo, umidade, pH, entre outros.

Os fatores que afetam a geração de biogás são descritos a seguir: a) Composição do resíduo – quanto maior a porcentagem de material orgânico no resíduo, maior será o potencial de produção de biogás no aterro. Resíduos de alimentos são exemplos de matéria orgânica facilmente decomposta, o que acelera a taxa de produção do gás. Materiais que se decompõe lentamente, como grandes pedaços de madeira, não contribuem significantemente com a geração de gás; b) Umidade – Depende da umidade inicial do resíduo, da infiltração da água da superfície e do solo, e da água produzida na decomposição. Quanto maior o teor de umidade, maior será a taxa de produção do biogás; c) Tamanho das partículas – quanto menor a unidade da partícula, maior será a área da superfície específica e, portanto, a decomposição será mais rápida se comparada a uma partícula de menor área.

As cinzas e o pó de filtro (resultante dos equipamentos de controle de poluição ambiental) são rejeitos e necessitam da destinação final em aterros industriais (HENRIQUES, 2004). Os gases de combustão devem ser limpos de contaminantes (principalmente dioxinas, furanos e metais pesados) e material particulado até atingir os níveis impostos pela legislação ambiental antes de serem emitidos para a atmosfera. • Gaseificação de RSU Tecnologia conhecida há muito tempo, mas pouco utilizada, principalmente no Brasil. A gaseificação é também chamada de combustão estagiada ou combustão incompleta, já que gás produzido será queimado numa etapa posterior, a gaseificação de combustíveis sólidos é um processo convencional, realizado para produzir combustível gasoso com melhores características de transporte, melhor eficiência de combustão e que possa também ser utilizado como matéria-prima para outros processos.

No processo de gaseificação, a matéria orgânica (carvão, resíduos ou biomassa) é transformada em gases combustíveis, cujos principais componentes são: monóxido de carbono, dióxido de carbono, hidrogênio, metano, nitrogênio, hidrocarbonetos leves e vapor de água, em diferentes proporções. O biogás é canalizado até a planta de extração onde é queimado em flare ou, por outro lado, convertido em energia. O gás produzido em aterros possui um grande conteúdo energético, principalmente por se tratar de um gás altamente comburente. O seu poder calorífico é de aproximadamente 5. Kcal/m³ ou 24MJ/m³. A partir destas constatações surgiram tecnologias e projetos de captação de biogás em aterros que têm, como maior finalidade, o aproveitamento da energia contida neste produto oriundo da decomposição do lixo (GONÇALVES et al.

Em especial a Resolução ANEEL 271 de 2007, mostrada abaixo, que inclui as usinas de incineração nas isenções das tarifas de transmissão (TUST) e distribuição (TUSD), desde que a potência exportada seja inferior a 30 MW e pelo menos 50% da energia seja produzida pela fração renovável de lixo. Esta última restrição inviabiliza a adoção dos ciclos combinados similares aos da usina de Bilbao uma vez que naquele caso 75% da energia é gerada pelo gás natural. As tecnologias disponíveis não são recentes, mas só agora vão poder ser adotadas no Brasil. Nos Estados Unidos, na Europa, no Japão e agora, em larga escala na China, já foram implantadas usinas termelétricas alimentadas por resíduos, notadamente a partir dos anos 80.

Essas tecnologias, embora já se mostrassem economicamente viáveis, em muitos casos apresentavam problemas ambientais, principalmente pela emissão de poluentes do ar. O interessante é salientar que os aterros sanitários podem ganhar duplamente com as atividades de projeto de MDL, como: 1. Mediante a incineração do metano contido no biogás, se faz necessário inutilizar os drenos tradicionais, fazendo com que o biogás seja queimado apenas em flares, precisando ser trabalhada sua capacidade de carga máxima (MONTAGNA, 2013); 2. Através da energia gerada com a queima do biogás, se faz necessário instalar uma subestação elétrica no local, com o intuito de que a companhia de eletricidade possa instalar seus equipamentos para a conexão com o sistema de distribuição (MONTAGNA, 2013). Conforme a ABRELPE em 2007, os projetos do MDL podem ser baseados a partir de fontes renováveis e alternativas de energia, bem como a eficiência e a conservação de energia ou reflorestamento (Gonçalves et al.

No Brasil, o tratamento de gases em aterros sanitários é praticamente feito através da queima do metano (CH4) e liberação do dióxido de carbono (CO2). Utilizou-se dos mais modernos conceitos e tecnologias para acondicionamento dos RSU. Além disso, o projeto usa o biogás gerado no aterro para a queima do chorume (evaporador de chorume). O Aterro de Adrianópolis recebia em 2010 cerca de 2000 toneladas por dia de lixo, possuindo um sistema de captação do biogás para uso no queimador de evaporação do chorume (GONÇALVES et al. De acordo com Escobar (apud ENSINAS, 2003), um projeto semelhante foi implantado na cidade de Tremembé em São Paulo, onde a gerenciadora do aterro utiliza o gás desde 2001 para a evaporação do chorume. Esse projeto utilizou-se de financiamento externo por meio do mercado de carbono do MDL.

MONTILHA, 2005). RESÍDUOS SÓLIDOS E O MEIO AMBIENTE Com o advento da Revolução Industrial e da crescente urbanização das cidades, que, por sua vez, provocou problemas relacionados à geração de resíduos sólidos, à ocupação desordenada do solo com desmatamento e impermeabilização, à contaminação dos cursos fluviais com esgotos e resíduos sólidos, etc. também nos mostra claramente a transformação que o ser humano vem submetendo à natureza, com o uso das máquinas e com a necessidade cada vez maior de matérias-primas, fez surgir uma nova relação homem-natureza, na qual o ser humano domina e explora os ambientes naturais, principalmente em decorrência dos avanços tecnológicos, do acentuado crescimento populacional e do padrão de consumo das sociedades mais desenvolvidas.

De modo geral, o consumo excessivo e a demanda por bens cada vez menos duráveis vem sendo estimulados por diversas áreas do comércio e por diferentes tipos de indústrias. Entretanto, apesar do benefício gerado para o consumidor com a inserção de novos produtos que facilitam sua vida, o consumo desenfreado tem consequências negativas preocupantes, que vão desde o esgotamento dos recursos naturais até a geração excessiva de resíduos sólidos. Os resíduos sólidos contêm espécies químicas que podem ser carreadas pelas chuvas e entrar em contato com os cursos d’água, podendo haver o comprometimento do uso dessas fontes (SISINNO, 2002). Destinação final de Resíduos Sólidos Urbanos Na cidade de São Paulo, o lixo coletado pela Prefeitura, Concessionárias ou por Cooperativas de Catadores, durante a 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. Além dos aterros sanitários existem outros processos para a destinação do lixo, como, por exemplo, as usinas de compostagem, os incineradores e a reciclagem (NUNESMAIA, 1997). A incineração de lixo sempre foi proibida por causa do carbono que despejava no ambiente. Por problemas de emissões, a CETESB é contra a incineração. 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. Com a reciclagem, esses materiais podem ser usados como matéria-prima na manufatura de novos produtos. O principal objetivo deste processo é a reintegração dos resíduos sólidos no ciclo de produção e consumo, baseado no princípio dos 3 R’s: Reduzir, Reutilizar, Reciclar (AMBSC, 2008). A disposição final de RSU é a distribuição ordenada de rejeitos em aterros sanitários. Os rejeitos são os resíduos que depois de esgotadas as possibilidades de tratamento não apresentam outra possibilidade que não a disposição final ambientalmente adequada.

Historicamente, três formas básicas de destinação final de resíduos sólidos são adotadas pela sociedade, são elas os lixões ou vazadouros, os aterros controlados e os aterros sanitários, uma breve descrição de cada uma destas formas é apresentada a seguir. Figura 3 - Aterro sanitário com produção de biogás. Fonte: Alves, 2000. Os aterros sanitários produzem chorume e gases, subprodutos capazes de serem reaproveitados para diversos fins, sendo os principais constituintes dos gases o gás dióxido de carbono e o gás metano. Esse último, um combustível possível de ser coletado e utilizado para a geração de energia (ENSINAS, 2003). 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).

Sua disponibilidade não depende das características de cada região e a potência energética depende apenas da composição do lixo de cada localidade variando com a época do ano e alterações na disposição de matéria orgânica. Pecora et al (2008), relata que para a geração de gás de um aterro sanitário depende de muitos elementos, como, a umidade, composição do resíduo, entre outros. A taxa de geração e a formação dos principais componentes do biogás são variáveis durante um período de tempo. A taxa de decomposição em condições normais atinge um pico entre o primeiro e o segundo ano, diminuindo constantemente com o passar dos anos, tendo em vista que a geração do biogás se prolongue durante 20 anos, segundo estudos.

Outro benefício que a queima do biogás proporciona é a redução de gases do efeito estufa, tendo em vista que o gás metano transforma-se em gás carbônico, possibilitando um aquecimento de cerca de 20 vezes menor (MONTAGNA, 2013). Outras fontes de microrganismos podem ser o lodo de estações de tratamento, depositado em alguns aterros, e a recirculação do chorume. Esta fase, em que a decomposição é aeróbia, é de curta duração, se estendendo por poucos dias após a execução da camada de cobertura, diminuindo a presença de oxigênio. • Fase II - Transição (Fase Anóxica) Fase em que decrescem os níveis de oxigênio e inicia-se o desenvolvimento das condições anaeróbias. Enquanto o aterro se converte em anaeróbio, o nitrato e o sulfato que podem servir como aceptores de elétrons em reações de conversão biológica, frequentemente são reduzidos a gás nitrogênio e gás sulfídrico.

O início das condições anaeróbias pode ser verificado através do potencial de oxidação e redução que possui o resíduo. O pH do chorume, se este é formado, é muito baixo (4 – 5), devido à presença de ácidos orgânicos e pelas elevadas concentrações de CO2 dentro do aterro. Também devido ao baixo pH, constituintes inorgânicos como os metais pesados serão solubilizados. • Fase IV – Metanogênica (Fase de fermentação do Metano) Nesta fase de produção do metano, predominam um grupo de microrganismos estritamente anaeróbios, denominados metanogênicos, que convertem o ácido acético e o gás hidrogênio em CH4 e CO2. A formação do metano e dos ácidos ocorre simultaneamente, embora a taxa de formação dos ácidos seja reduzida consideravelmente.

O pH do chorume nesta fase é aumentado a valores mais neutros, na faixa de 6,8 a 8,0. Este acordo realizado em dezembro de 1997 denomina-se Protocolo de Quioto. Desta forma, o Protocolo de Quioto determina que países desenvolvidos signatários reduzam suas emissões de gases de efeito estufa (GEE) em 5,2%, em média, relativas ao ano de 1990, entre 2008 e 2012. Esse período é também conhecido como primeiro período de compromisso. Para não comprometer as economias desses países, o protocolo estabeleceu que parte desta redução de GEE pode ser feita através de negociação com nações através dos mecanismos de flexibilização. Um dos mecanismos de flexibilização é o Mecanismo de Desenvolvimento Limpo (MDL). Como o Protocolo de Quioto determina uma cota máxima que países desenvolvidos podem emitir, alguns países por sua vez criam leis que restringem as emissões de GEE.

Desta forma, aqueles países ou empresas que não conseguem atingir as metas de reduções de emissões, tornam-se compradores de créditos de carbono. Por outro lado, aquelas empresas que conseguiram diminuir suas emissões abaixo das cotas determinadas, podem vender o excedente de "redução de emissão" ou "permissão de emissão" no mercado nacional ou internacional. Cabe ressaltar que esses créditos só poderão ser comercializados a partir do momento que as empresas elaboram um documento de Concepção do Projeto (DCP) ou em inglês Project Design Document (PDD) que é enviado para avaliação ao órgão brasileiro, no caso Ministério da Ciência e Tecnologia e depois ao órgão da ONU responsável denominado United Nations Framework Convention on Climate Change (UNFCCC) que contemple a melhoria ambiental em função da redução de emissões de GEE que a empresa deixará de emitir para a atmosfera.

Os créditos gerados podem ser comercializados com empresas privadas, ou através de bolsas de valores como a de São Paulo, Chicago e Europa. Fonte: OLIVEIRA JÚNIOR, 2007. Se adotada a alternativa de turbinas a gás, resultará em uma eficiência estimada entre 20 e 30% da energia do gás bioquímico gerado por resíduos sólidos (Figura 8) (COELHO, 2007). Figura 8 - Turbina a Biogás. Fonte: COELHO, 2007. Exemplos de uso direto do Biogás Além da Geração de Energia elétrica, o biogás pode ser utilizado para geração térmica, aplicação em caldeiras que substitui gás natural, carvão ou óleo combustível, como a empresa; Aquecimento de Estufas, como é realizado na cidade de Nova York onde o biogás é fonte de Energia Elétrica e aquecimento para estufa; Uso Térmico Direto (secadores, Fornos), como para produção de Artesanato (Ferraria, cerâmica e Vidro); Abastecer Frota de caminhões, tratores e veículos com motores adaptados par ao uso do biogás Transformação em Gás Natural Comprimido (GNC) para alimentar equipamentos, como é realizado no Aterro de Puentes Hills na cidade de Los Angeles, na Califórnia Produção de Metanol como matéria prima para produção de Biodiesel, como será realizado no Condado de Franklin, em Ohio (CETESB, WORKSHOP, 2006).

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. A produção de biogás, a partir de aterros sanitários, vem a calhar, contribuindo para melhoria de dois sistemas, o da disposição de resíduos e também podendo ser utilizado como fonte renovável de energia.

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