RenovEnergia 14, Energias Revováveis e Transição Energética RenovEnergia 14, Renewable Energies and Energy Transition

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1 A1.4 (RE 34) - 1 / 6 Elaboração de Atlas com o potencial de geração de energia elétrica proveniente da biomassa residual em Alagoas Karina SALOMON, A Universidade Federal de Alagoas- Campus A. C. Simões - Av. Lourival Melo Mota, s/n, Cidade Universitária - Maceió - AL, CEP: Brasil, karina.ufal@yahoo.com.brj Allana OLIVEIRA, A Universidade Federal de Alagoas- Campus A. C. Simões - Av. Lourival Melo Mota, s/n, Cidade Universitária - Maceió - AL, CEP: Brasil, allanamayara@hotmail.com Kamila MARTINS, A Universidade Federal de Alagoas- Campus A. C. Simões - Av. Lourival Melo Mota, s/n, Cidade Universitária - Maceió - AL, CEP: Brasil, kamila.aderne@hotmail.com José Edmundo SOUZA, A Universidade Federal de Alagoas- Campus A. C. Simões - Av. Lourival Melo Mota, s/n, Cidade Universitária - Maceió - AL, CEP: Brasil, edmundoaccioly@msn.com Eduardo AMORIM, A Universidade Federal de Alagoas- Campus A. C. Simões - Av. Lourival Melo Mota, s/n, Cidade Universitária - Maceió - AL, CEP: Brasil, eduardo.lucena@uol.com.br Simoni MENEGUETTI, A Universidade Federal de Alagoas- Campus A. C. Simões - Av. Lourival Melo Mota, s/n, Cidade Universitária - Maceió - AL, CEP: Brasil, simoni.plentz@gmail.com Aline BARBOZA, A Universidade Federal de Alagoas- Campus A. C. Simões - Av. Lourival Melo Mota, s/n, Cidade Universitária - Maceió - AL, CEP: Brasil, aline@lccv.ufal.br ABSTRACT Com a crescente preocupação ambiental, surge à necessidade de procura por novas alternativas para a produção de energia. Resíduos potencialmente poluentes ao meio ambiente (provenientes de dejetos animais e do esgotamento sanitário) e a biomassa residual proveniente da agricultura, podem ser utilizados como matéria prima para produção de energia elétrica através de equipamentos como caldeiras e biodigestores. Em Alagoas não há um estudo detalhado sobre o potencial energético de cada tipo de biomassa citado. Portanto, o presente trabalho, tem por finalidade apresentar o potencial da biomassa do Estado de Alagoas, bem como seu potencial de geração de energia elétrica. A metodologia utilizada para aos cálculos de conversão da biomassa em energia utilizada foi a mesma desenvolvida pelo Centro Nacional de Referência em Biomassa (Cenbio). Os dados utilizados para a elaboração desta publicação foram disponibilizados pelo IBGE, para os anos de 2001 por meio das para as diversas biomassas do Estado e ainda também pela ADEAL - Agência de Defesa e Inspeção Agropecuária de Alagoas, dentre outros órgãos e instituições, conforme bibliografia. Conforme resultados deste estudo, o estado de Alagoas apresenta uma potência instalada total de aproximadamente 210 MW, um valor bem representativo, quando se pensa em geração distribuída.. KEYWORDS Biomassa, geração de energia elétrica, potencial energético. AUTHOR NAMES & AFFILIATIONS Karina SALOMON 1, Allana OLIVEIRA 1, Kamila MARTINS 1, José Edmundo SOUZA 1, Eduardo AMORIM 1, Simoni MENEGUETTI 2, Aline BARBOZA 1, A Universidade Federal de Alagoas- Campus A. C. Simões 1- Centro de Tecnologia/CTEC; 2- Institu to de Química ebiotecnologia/iqb - (Brasil) karina.ufal@yahoo.com.brj, allanamayara@hotmail.com, kamila.aderne@hotmail.com, edmundoaccioly@msn.com, eduardo.lucena@uol.com.br, simoni.plentz@gmail.com, aline@lccv.ufal.br INTRODUCTION A biomassa pode ser definida, de maneira simples, como qualquer material passível de ser decomposto pela ação de diferentes tipos de bactérias. A biomassa merece maior destaque dentre as mais variadas fontes de energias renováveis, devido a sua grande quantidade disponível e por ser a mais sustentável dentre as demais [1]. A Figura 1.1 a seguir apresenta as fontes dos diferentes tipos de biomassa. Existem muitas tecnologias disponíveis para conversão energética da biomassa. Para a biomassa residual sólida, são usadas tecnologias de conversão como gaseifi- cação, caldeiras, motores de combustão interna, etc. Nestes processos ocorre uma reação química de oxidação de materiais combustíveis. Os reagentes, geralmente o oxigênio do ar e um hidrocarboneto, colidem entre si causando a sua destruição, resultando em elementos químicos que se recombinam formando produtos (com- postos de CO2 e H2O, podendo também ter teores de CO, NO, hidrocarbonetos, parti- culados e outros), dependendo das condições da reação química. Ocorre então uma recombinação liberando calor e eventualmente emitindo luz. Resumindo, a combustão é uma reação química exotérmica entre um combustível e um comburente, usualmente o oxigênio, para liberar calor e formando como produto um grupo de espécies diferente dos reagentes [2]. Para a conversão energética da biomassa residual líquida, que engloba efluentes domésticos e industriais, dejetos de bovinos e suínos, uma tecnologia de conversão são os biodigestores, que são reservatórios onde se coloca o material orgânico para a fermentação e, con- sequentemente, para a produção do biogás. O desenvolvimento do Atlas Estadual com o potencial energético das biomassas em cada município poderá fundamentar políticas públicas de fomento ao uso de fontes locais de bioenergia. O trabalho teve por finalidade principal divulgar que o Estudo do Potencial da Biomassa Estadual é de grande relevância para o Estado. Esperase, com os resultados apresentados da disponibilidade da biomassa e seu potencial de geração de energia elétrica, incentivar o uso desse tipo de energia complementar em Alagoas.

2 A1.4 (RE 34) - 2 / 6 METODOLOGIA Para elaboração do mapa, foi calculado o potencial energético dos resíduos por microrregião alagoana. O Estado de Alagoas é dividido geograficamente pelo IBGE (Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística) em 3 mesorregiões e 13 microrregiões, conforme Fig.1. Fig. 1: Microregiões do estado de Alagoas. Fonte: [3] Quantificação dos resíduos A quantificação da biomassa residual no estado foi realizada através de levantamentos bibliográficos recentes. Para a biomassa de origem agrícola, foi feita um levantamento com base em teses existentes [4] e com base em dados da lavoura permanente e temporária disponibilizados pelo IBGE [3]. Para os dejetos bovinos e suínos a fonte de pesquisa foi o censo pecuário, para os efluentes líquidos domésticos foi realizada uma estimativa da produção de esgoto através de valores para consumo diário per capita, tendo como fonte de pesquisa o [5], [6] e dados populacionais do último censo do [3]. A estimativa do potencial energético de cada biomassa está descrito a seguir. Potencial de geração energética dos resíduos Para que esse potencial seja estimado foi realizado o cálculo de conversão energética e estabelecidas diferentes tecnologias de conversão, considerado os respectivos poderes caloríficos de cada biomassa. A metodologia utilizada e os resultados obtidos são apresentados detalhadamente a seguir, separados por tipo de biomassa. Estimativa para residuos agrícolas Foram quantificadas, para cada município do estado, as produções das seguintes biomassas: amendoim, arroz, coco, feijão, mandioca e milho. Com estes valores de produção foi feito o cálculo para cada tipo de resíduo a partir de índices citados na literatura. A eficiência de conversão ( ) para os resíduos adotada foi de 15%, de baixo rendimento termodinâmico - sistemas compostos de caldeira de 20 bar, turbina de condensador atmosférico. As formas de cálculo, para cada resíduo, são apresentados a seguir. a) Amendoim: O dado apresentado pelo IBGE é em toneladas de amendoim em casca produzido, portanto é necessário considerar apenas a casca como resíduo agrícola aproveitável, que neste caso representa 30% no peso total do amendoim com casca. O Poder Calorífico Inferior da casca é de 4.281,82 kcal/kg [7] e a conversão de kcal/kg para kwh/kg é dada pela divisão por 860. O cálculo do potencial a partir desse resíduo foi efetuado pela Equação (1):!"#$%&'()!"/!"# [!"#$%&'$!,!!"#!"]!"#!"#$/!"!,!"!"#!"## (!)Considerase que o sistema opere o ano todo com os resíduos gerados, e que a operação ocorra em 95% das horas anuais, o que resulta em 8322 horas de b) Arroz: O dado apresentado pelo IBGE é em toneladas

3 A1.4 (RE 34) - 3 / 6 de arroz em casca produzido, portanto é necessário considerar apenas a casca como resíduo agrícola aproveitável que, neste caso, representa 30% no peso total do arroz com casca. O Poder Calorífico Inferior (PCI) da casca é de 3.384,09 kcal/kg [7] e a conversão de kcal/kg para kwh/kg é dada pela divisão por 860. O cálculo do potencial a partir desse resíduo foi efetuado pela equação (2): pela mandioca é a casca, que representa 10% do peso total da mandioca com casca. Considerando o PCI médio da mandioca de 7,65 MJ/Kg e o fator de conversão energética de 1MWh para cada 3600 MJ, pode-se fazer uma estimativa do potencial energético. O cálculo do potencial a partir desse resíduo foi efetuado pela equação (5):!"#$%&'"!"!.!!"#!"!"!,!" (!) [(!""#$!,!!"#!")!"#!"#$/!"!,!"]!"##!"## (!) Considera-se que o sistema opere o ano todo com os resíduos gerados e que a operação ocorra em 95% das horas anuais, o que resulta em 8322 horas de c) Considera-se que o sistema opere o ano todo com os resíduos gerados e que a operação ocorra em 95% das horas anuais, o que resulta em 8322 horas de Coco: O dado apresentado pelo IBGE para o coco é em mil frutos, portanto é necessário estabelecer um peso médio para cada fruto (aproximadamente 500g). Posteriormente é necessário considerar apenas a casca do fruto como resíduo agrícola aproveitável que, neste caso, representa 60% no peso total do coco. O Poder Calorífico Inferior (PCI) da casca é de 4.556,82 kcal/kg [7] e a conversão de kcal/kg para kwh/kg é dada pela divisão por 860. O cálculo do potencial a partir desse resíduo foi efetuado pela equação (3): f) Milho: O dado apresentado pelo [3] é em toneladas de milho em grão produzido, portanto é necessário considerar apenas a palha do milho como resíduo agrícola aproveitável que, neste caso, representa 30% no peso total do milho. O Poder Calorífico Inferior (PCI) da palha é de kcal/kg [7] e a conversão de kcal/kg para kwh/kg é dada pela divisão por 860. O cálculo do potencial a partir desse resíduo foi efetuado pela equação (6):!"#$%&'()!"/!"# [!"#!"#$%&!,!(!"/!"#$%)!,!!"#!"]!"#!"#$/!"!,!" (!) [(!"#$%!,!!"#$")!"#!"#$/!"!,!"] (!) Considera-se que o sistema opere o ano todo com os resíduos gerados, e que a operação ocorra em 95% das horas anuais, o que resulta em 8322 horas de Considera-se que o sistema opere o ano todo com os resíduos gerados e que a operação ocorra em 95% das horas anuais, o que resulta em 8322 horas de d) Feijão: O dado apresentado pelo IBGE para o feijão é em grãos. O resíduo agrícola gerado é a palha. É necessário considerar apenas o resíduo agrícola aproveitável que, neste caso, representa 30% do peso total do feijão. O Poder Calorífico Inferior (PCI) da palha é de kcal/kg [4] e a conversão de kcal/kg para kwh/kg é dada pela divisão por 860. O cálculo do potencial a partir desse resíduo foi efetuado pela equação (4): [(!"#$ã!!,!)!"!!"#$/!"!,!"] (!) Considera-se que o sistema opere o ano todo com os resíduos gerados, e que a operação ocorra em 95% das horas anuais, o que resulta em 8322 horas de e) Mandioca: O dado apresentado pelo [3] é em toneladas de mandioca em raiz produzida. O resíduo agrícola gerado Estimativa para efluentes líquidos a) Dejetos de bovinos e suínos: O dado apresentado pelo [3] para suinocultura e bovinocultura é de número de cabeças. A fórmula utilizada para o cálculo da estimativa da geração de biogás foi retirada do Manual do Usuário do Programa de Computador Biogás Geração e Uso Energético versão 1.0, publicado pela CETESB.[8] Segundo a publicação a geração anual de metano (em m³) corresponde à quantidade de metano gerada contida no biogás resultante da decomposição do esterco gerado diariamente nas propriedades criadoras de suíno. O cálculo para esse potencial é apresentado na equação (7): Metano (m³) 365 dias x cabeças x Et x Pb x Conc. CH4 x VE-1 (7) Onde: Et: Esterco total [kg de esterco total/dia (na unidade geradora)]. Pb: Produção de biogás [kg de biogás/kg de esterco]; Conc. CH4: Concentração de metano no biogás [%]; VE-1: Volume específico do metano em

4 A1.4 (RE 34) - 4 / 6 kgch4/m³ch4 (0,670 kgch4/m³ch4). A partir do valor do volume produzido de metano (em m³) obtido na equação (7) e dos valores de referência do PCI do metano (35,53MJ/m³) e considerando uma eficiência (ȵ) do Motor de Combustão Interna de 30% (UNOPAR,2011), foi usado a equação (8) para converter o metano produzido em potência instalada (MW) no ano. [!"#$%&(!³)!"# (!"!³) ȵ]!"##!"## (!) Considera-se a conversão de 1 MWh 3600 MJ e que o sistema opere o ano todo com os resíduos gerados,e que a operação ocorra em 95% das horas anuais, resultando em 8322 horas de b) Efluentes líquidos domésticos Segundo levantamento feito com os dados [6], os municípios alagoanos não dispõem de tratamento de efluentes domésticos que tratem 100% do esgoto gerado (a cidade de Maceió possui cerca de 30% de esgoto coletado e lançado no emissário submarino), conforme já mencionado anteriormente. Em vista disso, para realizar o cálculo do potencial de geração de biogás a partir de esgoto doméstico foram pesquisados os dados referentes ao volume de esgoto produzido nos municípios e adotado um sistema de tratamento anaeróbio do lodo que trate todo o esgoto urbano produzido (visando incentivar a futura instalação). A partir desses dados, foi aplicada a equação (9): Metano (ton CH4/ano) (Ef Trat * DBO5/m3 Efluente * ȵ biodigestor * MFEM) R (9) Onde: Ef. Trat Quantidade de efluente tratado por ano (em m³) Taxa DBO5 Taxa de geração de demanda bioquímica de oxigênio (ton DBO5/m³.ano) ȵ Eficiência do biodigestor (fração adimensional) MFEM Máximo fator de emissão de metano (fração adimensional) R Quantidade de metano recuperado (kgch4/ano) Os cálculos de cada fator da fórmula acima serão demonstrados a seguir: Quantidade de efluente tratado por ano Ef. Trat (m³) Para este cálculo, foi considerado que todo o esgoto produzido na zona urbana de cada município é tratado. Foi adotado como base de cálculo, um consumo médio per capita de água de 160 L/hab.dia (na fórmula foi adotado o valor de 0,160 m³/hab.dia) e o coeficiente de retorno de 0,8 para o esgoto. A partir dessas considerações, a equação (10) abaixo apresenta o volume médio estimado do efluente tratado.!!! /!"# (!"#!"#!")!"# (10) Onde, Cpc Consumo per capita de água 0,160 m³/hab.dia Cr - Coeficiente de retorno de água para esgoto 0,8 O valor foi multiplicado por 365, para obtenção do volume anual. Cálculo da Taxa de Demanda Bioquímica de Oxigênio - Taxa DBO5 A geração de carga orgânica para a população do Brasil, segundo [8], equivale a 0,05 kgdbo5 por habitante por dia. Segundo a norma ABNT NBR 7229/93 são utilizados, aproximadamente 160 L/hab.dia de água nas regiões urbanas, o que equivale a 0,312 kgdbo5/m³ de esgoto gerado. Para os cálculos foi considerado o valor em toneladas (0, tondbo5/m³ de esgoto). Cálculo da Eficiência do Biodigestor Adotou-se uma eficiência de 50% para os biodigestores anaeróbios com base na eficiência média desses equipamentos. Cálculo do Máximo Fator de Emissão de Metano MFEM O valor assumido para o máximo fator de emissão de metano é igual ao valor sugerido pelo Intergovernmental Panel of Climate Change (IPCC) apud [8] de 0,25 tonch4/tondbo5. Cálculo da Quantidade de metano recuperado - R A quantidade de metano recuperado é considerada insignificante. Os resultados obtidos na equação (9) são em Toneladas de Metano por ano. Considera-se que a densidade do metano é de 0, ton/m³. A partir dos valores de referência do PCI do metano (35,53MJ/m³) e considerando uma eficiência (ȵ) do Motor de Combustão Interna de 30% [9], foi usado a equação (11) para converter o metano produzido em potência instalada (MW) no ano:!"#$%&!"# /!,!!!"#"!"#!!!"#!"!! ȵ!"##!"## Considera-se a conversão de 1 MWh 3600 MJ e que o sistema opere o ano todo com os resíduos gerados,e que a operação ocorra em 95% das horas anuais, resultando em 8322 horas de O uso da cana-de-açúcar para co-geração de energia já foi largamente estudado. Neste trabalho, são propostos dois cenários para geração de energia a partir dos resíduos dessa cultura: 30 kwh/t de cana e 60 kwh/t de cana. O potencial para geração de energia é calculado multiplicando-se a eficiência do processo (kw/tc) pela quan- tidade de cana colhida em cada município do Estado, dado este fornecido pelo [10] O cálculo foi efetuado pelas equações 12 e 13. CENÁRIO 1 30kW/T CANA Potencial (MW/ano) [(ton cana)*30kwh/ton]/ /(1.000*5.563) (12) CENÁRIO 2 60kW/T CANA (!!)

5 A1.4 (RE 34) - 5 / 6 Potencial (MW/ano) [(ton cana)*60kwh/ton]/ /(1.000*5.563) (13) Mapeamento das microregiões no estado A elaboração dos mapas com potência instalada de energia elétrica foi realizado com o auxílio do software ARCGIS que reúne ferramentas nas áreas de sistema de informação geográfica e permite visualizar dados espaciais, criar mapas e desempenho básico de análise espacial. O programa é produzido pela ESRI Imagem Soluções de Inteligência Geográfica - distribuidora oficial do software. RESULTADOS E DISCUSSÕES A Tabela 1 apresenta o resumo geral do potencial de geração de energia a partir da biomassa no estado de Alagoas. Tabela 1: Potencial de Geração de energia a partir da Biomassa no Estado de Alagoas. *** Considera-se para a soma apenas a cana-de-açúcar no cenário 1: 30kWh/mês A Figura 2 apresenta a potencia instalada de biomassa total em Alagoas, sendo 210 MW. Fig 2: Potencia instalada de biomassa total em Alagoas CONCLUSÕES Conforme pode ser observado neste Atlas, o Estado de Alagoas apresenta uma po- tencialidade de, aproximadamente, 210 MW, um valor bem representativo, quando se pensa em geração distribuída. Vale ressaltar que esse potencial pode ser utilizado como energia térmica em forma de calor para alimentar os fornos das indústrias de forma descentralizada. Estes valores tendem a aumentar a cada ano, pois a tendência é crescer o cultivo de produtos agrícolas no Estado, especialmente do coco, pois o clima regional con- tribui

6 para seu cultivo. Com o aumento da população em Alagoas e da criação de bo- vinos e suínos, aumentará também a quantidade de efluente gerado pelos mesmos, proporcionando um maior potencial energético. Nota-se que é possível gerar, através da biomassa residual em Alagoas, uma quantidade considerável de energia elétrica. Espera-se que os dados apresentados neste Atlas venham estimular o desenvolvi- mento de projetos e de novas pesquisas de geração de energia utilizando o grande potencial de biomassa existente no Estado de Alagoas. ACKNOWLEDGMENTS Agracedecemos a Universidade Federal de Alagoas - UFAL em parceria com o Conselho Estadual de Política Energética - CEPE e da Secretaria de Estado do Planejamento e do Desenvolvimento Econômico - SEPLANDE, através do Comitê de Energia Renovável. REFERENCIAS [1] NEVES, V. L. V. Construção De Biodigestor Para Produção de Biogás a Partir Da Fermentação De Esterco Bovino [2] RENDEIRO e NOGUEIRA. Combustão e Gasificação de Biomassa Sólida Soluções Energéticas para a Amazônia [3] IBGE, 2010 PRODUÇÃO DA PECUÁRIA MUNICIPAL - Volume 38, Brasil IBGE. [4] SOUZA, J. E. A. Avaliação Das Diversas Fontes e Tipos de Biomassa do Estado de Alagoas: Estudo de Suas Características Físico-Químicas e de Seu Potencial Ener- gético. Tese (Doutorado), [5] SEPLANDE- Secretaria de Estado do Planejamento e do Desenvolvimento Econômico,em disponível em acesso [6] PNSB Pesquisa Nacional de Saneamento Básico - PNSB Disponível em saneamento/default_zip.shtm, Acesso [7] COELHO, S. T.; PALETTA, C. E. M.; FREITAS, M. A. V. de.; - Medidas mitigadoras para a redução de emissões de gases de efeito estufa na geração termelétrica. Brasilia: Dupligrafica Ed./ANEEEL/CENBIO/BUN/MCT,PNUD, [8] ALVES, J. W. S. ; VIEIRA, S. M. M.; Inventário Nacional de emissões de metano pelo manejo de resíduos João Wagner Silva Alves e Sonia Maria Manso Vieira -São Paulo: CETESB, [9] SALOMON, K. R. Avaliação Técnico-Econômica e Ambiental da Utilização do Bio- gás Proveniente da Biodigestão da Vinhaça em Tecnologias para Geração de Eletricidade f. Tese (Doutorado) Engenharia Mecânica, Universidade Federal de Itajubá, Itajubá. [10] IBGE (2011). Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística Disponível em < dagr_ pdf>, Acesso A1.4 (RE 34) - 6 / 6