Produção de Biogás usando MICROALGAS SELVAGENS

Transcrição

1 Produção de Biogás usando MICROALGAS SELVAGENS Sérgio Peres, Angeles Perez Palha, Antônio Travassos, Alexandre Nunes e Adalberto Nascimento Jr. Universidade de Pernambuco Laboratório de Combustíveis e Energia - POLICOM Natal, 18 de novembro de 2015

2 INTRODUÇÃO Este trabalho objetiva a utilização de microalgas selvagens de reservatórios eutrofizados para produção de biogás. As microalgas foram obtidas no Lago da Barragem de Carpina. Para manter as microalgas vivas, foram construídos 8 reatores no Laboratório de Combustíveis e Energia (POLICOM) da Universidade de Pernambuco.

3 Barragem de Carpina Concentração de biomassa 2,0-2,5 kg m - ³

4 MOTIVAÇÃO (1) Atualmente, devido ao alto nível de industrialização mundial e crescimento desordenado da população, um dos maiores desafios é realizar um DESENVOLVIMENTO SUSTENTÁVEL, ou seja, sem degradar o meio ambiente.

5 MOTIVAÇÃO (2) Emissões de CO 2 por termelétricas e sistema de transportes (combustão de combustíveis fósseis) Fotos: Domínio Público - Internet - Poluição do ar; - Mudanças climáticas.

6 MOTIVAÇÃO (3) Poluição dos reservatórios causados pelas: Descarga de esgoto, runoff de fertilizantes, descarte de resíduos orgânicos nos rios, lagos e outros reservatórios que fazem que microalgas proliferem. Source: Public Domains - Internet Eutrofização

7 MICROALGAS Microalgas são micro-organismos que trabalham como agentes de limpeza da água (decompositores) que hidrolisam a matéria orgânica e utilizam também alguns produtos químicos (macro e micronutrientes) na sua alimentação.

8 MICROALGAS Portanto, as microalgas consomem parte da matéria orgânica/inorgânica presente nos efluentes para o crescimento rápido da biomassa algal. O excesso de microalgas causa a eutrofização. As microalgas, também capturam o CO 2 na atmosfera, fixa o carbono e libera O 2 (fotossíntese).

9 MOTIVAÇÃO (4) UTILIZAÇÃO DE DOIS PROBLEMAS GRAVES: CO 2 Poluição do Ar + EUTROFIZAÇÃO DOS RESERVATÓRIOS

10 MOTIVAÇÃO (4) UTILIZAÇÃO DE DOIS PROBLEMAS GRAVES: CO 2 POLUIÇÃO DO AR + EUTROFIZAÇÃO DOS RESERVATÓRIOS

11 MOTIVAÇÃO (4) 02 Problemas Ambientais SOLUÇÃO SUSTENTÁVEL CO 2 O MICROALGAS EUTROFIZAÇÃO

12 MOTIVAÇÃO (4) 02 Problemas Ambientais SOLUÇÃO SUSTENTÁVEL CO 2 O MICROALGAS EUTROFIZAÇÃO BIOMASSA PARA PRODUÇÃO DE COMBUSTÍVEIS DE TERCEIRA GERAÇÃO

13 OBJETIVO Utilizar microalgas presente em reservatórios eutrofizados para produção de BIOGÁS.

14 MÉTODOS (1) Parte Biológica (parte laboratorial): As microalgas foram coletadas usando uma rede de Plankton (25 μm mesh); As microalgas foram identificadas usando um microscópio ótico trinocular equipado com medição e fotodocumentação; Os métodos de classificação foram desewnvolvidos por Bourrelly (1970) e por Anagnostidis e Komárek (1988, 1990, 2005). As densidades das microalgas (cél.ml -1 ) foram calculadas de acordo com Palmer and Maloney (1954); O método para isolar as microalgas foi proposto por Gorham et al. (1964).. As microalgas foram cultivadas numa matriz de fotobiorreatores (8) que foi construído e instalado no Laboratório de Combustíveis e Energia da Universidade de Pernambuco (UPE). Fonte: Peres and Travassos (2010) Os resultados biológicos não são mostrados neste trabalho.

15 Barragem de Carpina

16 Figura 28 Algumas espécies de Microalgas encontradas Identificação de espécies de microalgas; a b c d e f g h i - Prancha 2: a- Scenedesmus sp.1; b- Scenedesmus sp.2; c- Scenedesmus sp.3; d- Scenedesmus sp.4; e- Staurastrum sp.1; f- ; g- Pediastrum simplex; h- Pediastrum duplex; i- Oscillatoria sp.1.

17 MÉTODOS (2) Tecnologia de biogás: Foi determinada a concentração de microalgas (kg.m -3 ); Três tipos de inóculos foram usados: excrementos humanos, de gado bovino e de galinha poedeira; Diferentes razões inóculo/substratos foram usadas para selecionar a razão que produziam o maior volume de biogás e com o maior teor de metano. Foram colocadas 1,0 kg da cultura de microalgas (2% de massa seca) em garrafas de polietileno. Como inóculos foram utilizados 0,2 kg de excrementos (humanos, bovinos e de galinha), separadamente. O teor de água nos inóculos foram de 80,88%, 79,52% e 65,77%, respectivamente.

18 Coleta de microalgas Na Barragem de Carpina Rede de Plankton (25 μm mesh). Concentração das Microalgas

19 MICROALGAS SELVAGENS Amostra coletada Fotobiorreator

20 OTIMIZAÇÃO DA PRODUÇÃO DE BIOGÁS

21 BIODIGESTORES

22 PRODUÇÃO DE BIOGÁS Tempo de retenção

23 RESULTADOS (1) A concentração de microalgas foi de 2.5 kg.m -3. De acordo com Luisa Gouveia (2012), uma lagoa aberta fornece, em média, 1.5 kg.m -3 ;

24 Teor de metnao (%mol/mol) Produção de Biogás RESULTADOS (2) Inóculo: Excremento humano Dias

25 Methane content (%mol/mol) RESULTS (2) Produção de Biogás Inóculo: Excremento de galinha Dias

26 Teor de metano (%mol/mol) RESULTADOS (4) Produção de Biogás 80 Inóculo: esterco de gado Dias

27 CONCLUSÕES (1) Os reservatórios eutrofizados funcionam com um criatório de microalgas com uma alta produtividade de biomassa (2.5 kg.m -3 ). As microalgas são produzidas sem custo ou com um custo reduzido (tem que coletá-las e retirar alguns contaminantes); A maior concentração de metano foram obtidas usando esterco bovino como inóculo;

28 CONCLUSÕES (2) As pesquisas de microalgas tem que ser continuadas para determinar precisamente a quantidade de biogás produzida com a biomassa algal; Também, são necessários realizar experimentos em larga escala, especialmente com alimentação contínia das microalgas, de modo que sejam determinados a viabilidade de uso;

29 CONCLUSÕES (3) Também, co-digestão de microalgas selvagens com lodo de esgoto e outros substratos devem ser testados; O meio-ambiente e a sociedade serão beneficiados se as microalgas selvagens de reservatórios eutrofizados forem utilizadas como matéria-prima para produção de biocombustíveis de terceira geração como o biogás, etanol e o biodiesel. Além de dois problemas ambientais grandes serão minimizados/reduzidos.

30 Pesquisas com Microalgas no POLICOM-UPE Identificação, isolamento e cultivo de espécies de microalgas;

31 Figura 28 Pesquisas com Microalgas no POLICOM-UPE Identificação de espécies de microalgas; a b c d e f g h i - Prancha 2: a- Scenedesmus sp.1; b- Scenedesmus sp.2; c- Scenedesmus sp.3; d- Scenedesmus sp.4; e- Staurastrum sp.1; f- ; g- Pediastrum simplex; h- Pediastrum duplex; i- Oscillatoria sp.1.

32 Pesquisas com Microalgas no POLICOM-UPE Caracterização energética da biomassa algal: Poder calorífico (inferior e superior); Análise aproximada (teor de voláteis, carbono fixo e cinzas); Análise elementar (C, H, N, O, S).

33 Pesquisas com Microalgas no POLICOM-UPE Captura de CO 2 pelas microalgas;

34 Pesquisas com Microalgas no POLICOM-UPE Produção de Biodiesel de microalgas;

35 Pesquisas com Microalgas no POLICOM-UPE Produção de Etanol de microalgas; Mosto para fermentação alcoólica Identificação do etanol por CG

36 Pesquisas Bioenergia no POLICOM-UPE Gaseificação e Pirólise de biomassa residual PIROLISADOR DE LEITO FLUIDIZADO GASEIFICADOR DE BANCADA GASEIFICADOR DOWNDRAFT

37 Pesquisas Bioenergia no POLICOM-UPE Gaseificação e Pirólise de biomassa residual REATOR (PIROLISADOR/ GASEIFICADOR

38 Pesquisas Bioenergia no POLICOM-UPE Produção de Biodiesel de Macaíba e gaseificação da biomassa residual;

39 Pesquisas com BIOGÁS no POLICOM-UPE 02 Projetos de P&D Estratégico ANEEL Inserção de Biogás na Matriz Energética Brasileira: Projeto CELPE Arranjos técnicos e comerciais para inserção de geração de energia elétrica a partir do biogás de resíduos/efluentes líquidos dentro de um modelo com biodigestores dispersos. Projeto CHESF Valorização Energética dos Resíduos do Estado de Pernambuco;

40 Substratos: Projeto CELPE Biogás para E.E. - Lodo de esgoto e restos de comida (30 kva); - Reserva Camará (shopping); - Produção de 200 kw numa Estação de Tratamento de Esgoto de Caruaru PE;

41 Projeto CELPE Biogás para E.E.

42 Projeto CELPE Biogás para E.E. RESERVA CAMARÁ CAMARAGIBE -PE

43 Projeto CELPE Biogás para E.E. REAL NA RESERVA CAMARÁ EM LABORATÓRIO (UFPE-UPE)

44 ETE CARUARU - COMPESA Projeto CELPE Biogás para E.E.

45 Projeto CHESF Biogás para E.E. RSU Novos (parte orgânica); RSU pré-existentes em aterros; Vinhaça; e, Manipueira.

46 Projeto CHESF Biogás para E.E. RSU Novos (parte orgânica); RSU pré-existentes em aterros; Vinhaça; e, Manipueira. GERAÇÃO DE 2,4 MWe

47 RSU PRÉ-EXISTENTES Encerramento de lixões e aterros por imposição da Política Nacional de Resíduos Sólidos (Lei /2010). Fonte: ABRELPE; Aluísio Oliveira, MMA 2013 Concepção atual diferenciada utilização do RSU do aterro com variáveis de processo (temperatura, umidade, adição de chorume, etc) controlados para geração de biogás e eletricidade. Projeto Piloto.

48 RSU NOVOS Este subprojeto visa a utilização da parte orgânica dos RSU (restos de frutas, verduras, comida etc) para geração de biogás em biodigestores, com consequente produção de eletricidade; Evitando a disposição em aterros.

49 VINHAÇA É o principal resíduo na produção de etanol. Para cada litro de Etanol produzido são gerados de 10 a 14 litros de vinhaça; Utilização atual: FERTIRRIGAÇÃO;

50 VINHAÇA É o principal resíduo na produção de etanol. Para cada litro de Etanol produzido são gerados de 10 a 14 litros de vinhaça; Utilização proposta: GERAÇÃO DE BIOGÁS PARA PRODUÇÃO DE ELETRICIDADE. ELETRICIDADE

51 MANIPUEIRA Devido ao problema ambiental causado pela manipueira, o Governo de Pernambuco realizou um projeto piloto para utilização da manipueira para produção de biocombustíveis (etanol), sendo esse elemento um motivador adicional para a inclusão deste substrato na pesquisa do biogás.

52 MANIPUEIRA Projeto CHESF Biogás dará maior amplitude de utilização da manipueira com a produção de energia elétrica utilizando biogás gerado e como consequencia reduzindo consideravelmente o seu impacto ambiental e contribuindo para melhoria na qualidade de vida.

53 COMPOSIÇÃO DA EQUIPE DO PROJETO

54 INVENTÁRIO DE BIOGÁS INVENTÁRIO DA BIOMASSA PRODUTORA DE BIOGÁS DE PERNAMBUCO Autores: Sérgio Peres Ramos da Silva - UPE Maria de Los Angeles Perez Palha UFPE RECIFE Julho/2015 SUBSTRATOS: - EXCREMENTOS BOVINOS; - RESÍDUOS DA LAVOURA PERMANENTE E TEMPORÁRIA; - ETE S; - RSU S;

55 ACKNOWLEDGEMENTS

56 OBRIGADO Porto de Galinhas Fernando de Noronha

57 Contact: Prof. Sérgio Peres, Ph.D. Universidade de Pernambuco Escola Politécnica de Pernambuco POLICOM Laboratório de Combustíveis e Energia Fone: +55 (81) / policom@poli.br speres@poli.br sergperes@gmail.com