biogas o combustivo do futuro

biogas o combustivo do futuro

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Monografia apresentada ao Departamento de Engenharia da Universidade Federal de Lavras, como parte das exigências do curso de Pós-Graduação Lato Sensu em Fontes Alternativas de Energia, para a obtenção do título de especialista em ENERGIA ALTERNATIVA

Orientador Prof. Vitor Hugo Teixeira

LAVRAS MINAS GERAIS – BRASIL 2006

Monografia apresentada ao Departamento de Engenharia da Universidade Federal de Lavras, como parte das exigências do curso de Pós-Graduação Lato Sensu em Fontes Alternativas de Energia, para a obtenção do título de especialista em ENERGIA ALTERNATIVA.

APROVADA em _ dede 2006
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UFLA (Orientador)

LAVRAS MINAS GERAIS – BRASIL 2006

Ao Professorpor sua competência, firme e sábia orientação que nos

AGRADECIMENTOS permeou durante todo o processo.

Aos Colaboradores com as nossas pesquisas, pela desinteressada doação, embora seja de grande importância.

Aos queridos membros da nossa família, pelo empenho, envolvimento e carinho do acompanhamento.

A Deus que conhece amplamente os nossos corações.

O presente trabalho apresenta uma breve exposição sobre o Biogás, o combustível do futuro. Abordaremos conceitos, situações de uso do Biogás, como: energia elétrica produzida a partir do lixo urbano, como biofertilizante, utilizando o biogás para substituir derivados de petróleo e até mesmo como combustível automotivo; reduzindo os riscos de contaminação do meio ambiente.

The present work presents an abbreviation exhibition on Biogás, the fuel of the future. We will approach concepts, situations of use of Biogás, as: electric power produced starting from the urban garbage, as biofertilizante, using the biogás to substitute derived of petroleum and even as automotive fuel; reducing the risks of contamination of the environment.

RESUMO4
LISTA DE FIGURAS7
LISTA DE TABELAS8
1- INTRODUÇÃO9
2- BIOGÁS1
2.1 - O que é?1
2.2 - A Utilização do Biogás15
3 – CHINA: PIONEIRA NA PRODUÇÃO DE BIOGÁS18
3.1 – Uma pequena fazenda rural na China usando o biogás20
3.2 – Os progressos alcançados na cidade de Mianyang21
3.3 - Algumas mudanças com a produção de biogás2
4 – OS BIODIGESTORES24
4.1 – A utilização do biodigestor26
4.2 - Problemas enfrentados com biodigestores26
4.3 - O biofertilizante28
5 – EXEMPLO DE BONS RESULTADOS DO BIOGÁS NO BRASIL31
5.1 – Biodigestor rural no Rio Grande do Norte31
5.2 – As vantagens econômicas31
5.3 – O Projeto e a Ativação do Biodigestor3
5.4 – A manutenção e a integração do biodigestor na fazenda35
6 – POTENCIAL DE ENERGIA VINDA DO LIXO36
6.1 – Biogás produzido com lixo urbano gera energia elétrica no Brasil38
7 - BIOGÁS EM SUBSTITUIÇÃO A DERIVADOS DE PETRÓLEO45
7.1 – A segurança do Biogás como combustível automotivo46
7.2 – O fator poluição48
VALE DO AÇO50
8.1 - Central de Resíduos recebe lixo e material inservível50
8.2 – Projeto sobre aterro sanitário, prevê o uso do biogás53
8.3 – Descrição do projeto53
8.4 - Considerações sobre o biogás gerado em aterros sanitários54
PROTOCOLO DE QUIOTO57
10 – CONCLUSÃO60

6 8 – O FUTURO DO BIOGÁS A PARTIR DA CENTRAL DE RESÍDUOS DO 9 – LEGISLAÇÃO SOBRE ENERGIAS RENOVÁVEIS NÃO RESPEITA 1 – REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS........................................................61

Figura 1 – Modelo de Biodigestor26
Figura 2 – Biodigestor Rural com campânula de vinil31
armazenamento e filtros34
Figura 4 - Motor veicular utilizará biogás para bombear biofertilizante35
Vale do Aço51

LISTA DE FIGURAS Figura 3 - Parte visível do sistema de agitação: compressor, cilindro de Figura 5 – Caminhão coletor descarregando o lixo na Central de Resíduos do Figura 6 – Área da Central de Resíduos do Vale do Aço...................................52

Tabela 1 - Composição média da mistura gasosa1
Tabela 2 – Poder Calorífico Inferior de diferentes Gases:12
Tabela 3 - Equivalências Energéticas14
Tabela 4 - Características do Biodigestor da Fazenda Bebida Velha32

LISTA DE TABELAS Tabela 5 – Grau de segurança na utilização de gás natural................................48

1- INTRODUÇÃO

A partir de um ponto de vista histórico panorâmico analisaremos as diversas mudanças profundas na sociedade desde a Revolução Industrial, quando várias zonas rurais começaram a migrar para os grandes centros urbanos, em busca de emprego e consumindo cada vez mais produtos industrializados. Com isso as regiões rurais tiveram que mudar seu modelo de produção de alimentos para suprir a demanda das aglomerações urbanas. Atividades como a suinocultura, lançaram mais e mais efluentes, contaminando os recursos hídricos e o solo.

Os produtores rurais começaram a exigir mais energia através de madeira e carvão e mais tarde de derivados de petróleo, e ao mesmo tempo começaram a descartar muita matéria orgânica como o lixo.

O biogás se apresenta nesse contexto como uma solução viável para a maioria dos problemas, porque utiliza os próprios dejetos e materiais orgânicos desperdiçados, que contaminam o meio ambiente; além de economizar madeira e carvão, evitando os impactos ambientais na construção de hidrelétricas, contaminação do solo e dos recursos hídricos. Enfim, o biogás fornece uma forma de energia versátil e de baixo custo, e adubo orgânico de alta qualidade, o que influencia diretamente na balança comercial do agronegócio brasileiro, trazendo divisas para o país.

Obtido a partir de um processo que degrada a matéria orgânica, possibilitando a produção de energia térmica e elétrica, o biogás vem de uma forma inexorável proporcionar novas aplicações para os resíduos das explorações agro-pecuárias, da atividade industrial e esgotos.

• Estudar a viabilidade do biogás como solução para o problema ambiental da suinocultura;

• Conhecer os primórdios da produção de biogás na China;

• Viabilizar o biogás como ferramenta de apoio à balança comercial;

• Analisar exemplos de bons resultados do biogás no Brasil;

• Conhecer a possibilidade de gerar energia elétrica por meio do biogás, através do lixo;

• Analisar o biogás em substituição a derivados de petróleo;

• Examinar o futuro do biogás a partir da Central de Resíduos do Vale do Aço.

2- BIOGÁS

2.1 - O que é?

Atribui-se o nome de Biogás (também conhecido como gás dos pântanos) à mistura gasosa, combustível, resultante da fermentação anaeróbica da matéria orgânica (decomposição de matérias orgânicas, em meio anaeróbio, por bactérias denominadas metanogênicas). A proporção de cada gás na mistura depende de vários parâmetros, como o tipo de digestor e o substrato a digerir. De qualquer forma, esta mistura é essencialmente constituída por metano (CH4), com valores médios na ordem de 5 a 65%, e por dióxido de carbono (CO2) com aproximadamente 35 a 45% de sua composição. Estando o seu poder calorífico diretamente relacionado com a quantidade de metano existente na mistura gasosa.

O biogás é uma mistura de gás metano ¾ principal componente, ¾ do gás carbônico e de outros gases em menor quantidade. Os outros gases possuem um cheiro desagradável (semelhante à de ovo podre), mas como sua porcentagem é muito pequena, torna-se imperceptível.

Numa análise global, o biogás é um gás incolor, geralmente inodoro (se não contiver demasiadas impurezas) e insolúvel em água. Como podemos verificar em sua composição média:

Tabela 1 - Composição média da mistura gasosa Metano (CH4) 50 a 75 %

Dióxido de Carbono (CO2) 25 a 40 % Hidrogênio (H2) 1 a 3 %

Azoto (N2) 0.5 a 2.5 % Oxigênio (O2) 0.1 a 1 % Sulfureto de Hidrogênio (H2S)0.1 a 0.5 %

Amoníaco (NH3) 0.1 a 0.5 % Monóxido de Carbono (CO) 0 a 0.1 %

Água (H2O) variável

O Biogás é, devido à presença do metano, um gás combustível, sendo o seu poder calorífico inferior (P.C.I.) cerca de 50 Kcal/m3, quando a proporção em metano é aproximadamente de 60 %. A título de comparação, a tabela que se segue apresenta os P.C.I.’s para os outros gases correntes:

Tabela 2 – Poder Calorífico Inferior de diferentes Gases: Gás P.C.I. em Kcal /m3

Metano 8500 Propano 20 Butano 28000 Gás de Cidade4000 Gás Natural 7600 Biometano 50

O biogás é um gás leve e de fraca densidade. Mais leve do que o ar, contrariamente ao butano e ao propano, ele suscita menores riscos de explosão na medida em que a sua acumulação se torna mais difícil. A sua fraca densidade implica, em contrapartida, que ele ocupe um volume significativo e que a sua liquefação seja mais difícil, o que lhe confere algumas desvantagens em termos de transporte e utilização.

O biogás, em condições normais de produção, devido ao seu baixo teor de monóxido de carbono (inferior a 0.1 %) não é tóxico, contrariamente, por exemplo ao gás de cidade, cujo teor neste gás, próximo dos 20 %, é mortal. Por outro lado, devido às impurezas que contém, o biometano é muito corrosivo.

O gás mais corrosivo desta mistura é o sulfureto de hidrogênio que ataca, além de outros materiais, o cobre, o latão, e o aço, desde que a sua concentração seja considerável. Quando o teor deste gás é fraco, é sobretudo o cobre que se torna mais sensível. Para teores elevados, da ordem de 1% (excepcionais nas condições normais de produção do biogás) torna-se tóxico e mortal. A presença do sulfureto de hidrogênio, pode constituir um problema a partir do momento em que haja uma combustão do gás e que sejam inalados os produtos desta combustão, dado que a formação do dióxido de enxofre (SO2) é extremamente nocivo, causando, nomeadamente, perturbações a nível pulmonar.

O amoníaco, sempre em concentrações muito fracas, pode ser corrosivo para o cobre, sendo os óxidos de azoto libertados durante a sua combustão, igualmente tóxicos.

Os outros gases contidos no biogás, não suscitam problemas em termos de toxicidade ou nocividade. O gás carbônico, em proporção significativa (35 %), ocupa um volume perfeitamente dispensável e obriga, quando não suprimido, a um aumento das capacidades de armazenamento. O vapor de água pode ser corrosivo para as canalizações, depois de condensado.

Tabela 3 - Equivalências Energéticas 1 m3 de Biogás = 6000 Kcal - é equivalente a:

1,7 m3 de Metano 1,5 m3 de Gás de Cidade 0,8 L de Gasolina 1,3 L de Álcool 2 Kg de Carboneto de Cálcio 0,7 L de Gasóleo 7 Kw h de Eletricidade 2,7 Kg de Madeira 1,4 Kg de Carvão de Madeira 0,2 m3 de Butano 0,3 m3 de Propano

Toda a matéria viva, após a morte é decomposta por bactérias microscópicas. Durante esse processo, as bactérias retiram da biomassa parte das substâncias de que necessitam para continuarem vivas, e lançam na atmosfera gases e calor. Este é o chamado biogás, fonte abundante, não poluidora e barata de energia. O biogás pode ser obtido de resíduos agrícolas, ou mesmo de excrementos de animais e dos homens. Ao contrário do álcool da cana de açúcar e de óleos extraídos de outras culturas, não compete com a produção de alimentos.

O biogás, por ser extremamente inflamável, pode ser simplesmente queimado para reduzir o efeito estufa (o metano apresenta um poder estufa cerca de 20 vezes maior que o CO2 ) ou utilizado para uso em fogão doméstico, motores de combustão interna, geladeiras, secadores de grãos, sistemas de aquecimento de aviário e geração de energia elétrica.

A presença de vapor d’água, CO2 e gases corrosivos no biogás in natura, constitui-se o principal problema na viabilização de seu armazenamento e na produção de energia. Equipamentos mais sofisticados, a exemplo de motores à combustão, geradores, bombas e compressores têm vida útil extremamente reduzida. A remoção de água, H2S e outros elementos através de filtros e dispositivos de resfriamento, condensação e lavagem é imprescindível para a viabilidade de uso a longo prazo. O esforço desenvolvido pela indústria brasileira na adaptação e desenvolvimento de equipamentos para o uso do biogás é ainda muito pequeno sendo preciso avançar nesta questão, colocando a disposição dos produtores serviços, materiais e equipamentos mais adequados e confiáveis.

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