Biogás - Biometano) PROJECTO GR 3 IEE/12/046/SI2,645700

Transcrição

1 Workshop Valorização Energética de Resíduos Verdes Herbáceos PROJECTO GR 3 Loulé 3 de Outubro de 2014 Biogás - Biometano) IEE/12/046/SI2, Doutor Santino Di Berardino Investigador Principal-Unidade de Bioenergia, LNEG, Estrada. do Paço do Lumiar, LISBOA

2 História 1776: Descoberta da produção de um gás inflamável (o metano) por Alessandro Volta, primeira experiência conhecida de utilização directa do biogás, numa colónia de leprosos, em Bombaim 1895, Primeira experiência europeia em escala. Iluminação de algumas ruas da cidade de Exeter (Inglaterra) com biogás. Todavia, este combustível não conseguiu singrar. limitou-se, durante muitos anos, a casos esporádicos e com pouco interesse. Nos anos 40, graves carências energéticas provocadas pela 2ª guerra mundial, o biogás foi utilizado com intensidade para aquecimento e iluminação e para alimentar camiões municipais.

3 História-2 Nos anos 50 e 60, a relativa abundância das fontes de energia tradicionais desencorajou a recuperação do biogás na maioria dos países desenvolvidos. em países com poucos recursos de capitais e energia (Índia, China, etc.) o biogás desempenhou um papel de uma certa importância, sobretudo a nível dos pequenos aglomerados rurais. crise energética dos anos 70, o gás metano dos digestores anaeróbios voltou a ser tema de actualidade.

4 Impacto Actualmente à escala nacional o biogás é sobretudo produzido por razões ambientais. O subproduto do tratamento de resíduos e efluentes. Nesta perspectiva, mesmo se for intensamente produzido, poderá substituir cerca de 15 % dos consumos energéticos. No entanto, pode tornar-se uma fonte praticamente inesgotável se, para além de ser gerado dos lixos, esgotos e outros resíduos orgânicos, for produzido a partir de culturas vegetais plantadas para o efeito, e constituir uma alternativa energética A energia do biogás tem aspectos interessantes, pois tratase de uma fonte renovável e contribui para a redução da importação de combustíveis. O gás metano é o combustível doméstico mais limpo e mais económico.

5 Previsão Na fase actual da economia mundial, a alternativa das fontes renováveis tem perspectivas de curto, médio e longo prazo francamente positivas. A crise energética mundial evidenciou a vulnerabilidade energética da União Europa que depende em grande percentagem do petróleo que existe no Oriente Médio, a mais explosiva área do mundo. É assim essencial diversificar as fontes e a natureza dos combustíveis, de modo a garantir a sobrevivência, o desenvolvimento e a continuidade e incrementar as investigações relativas a fontes alternativas de energia, na substituição do petróleo e seus derivados.

6 Produção de gás de vários compostos As gorduras possuem o maior potencial energético. Seguem as Proteínas e os hidratos de carbono Matérial Produção específica de gás (m3/kg SV) Carbohidratos 0,5 Proteínas 0,7 Lípidos 1,2

7 Relações de equivalência entre os diversos tipos de animais em termos de biogás Animal Nº Produção Biogás (m 3 /(animal.dia) vacas 1 1,3 bezerros 1,5 0,85 suinos 9,6 0,135 homens 65 0,02 galinhas 150 0,009

8 Potencial em Portugal Tipo de resíduo Matéria orgânica (ton/dia) Lixos urbanos Lamas de ETAR s 625 Excreta de suiniculturas 750 Excreta de bovinos Excreta de aviários 400 TOTAL ESPÉCIE 1989 Bovinos Ovinos Caprinos Suínos Cavalar Muares Asininos Perus Galináceos

9 Características do biogás é um gás incolor não é tóxico, resultante do reduzido teor em monóxido de carbono e sulfídrico tem um poder calorífico variável, normalmente de 5000 a kcal/m 3 apresenta menores riscos de explosão que o propano ou o butano, quando em caso de acidente se verifiquem fugas de gás para o ar 9

10 Composição do biogás - valores médios ELEMENTOS CONSTITUINTES % DO BIOGÁS Metano (CH4) 55 a 80 Gás Carbónico (CO 2 ) 20 a 40 Hidrogénio (H 2 ) 1 a 3 Azoto (N 2 ) 0,5 a 2,5 Oxigénio (O 2 ) 0,1 a 1 Sulfureto de Hidrogénio (H 2 S) 0,1 a 0,5 Amoníaco (NH 3 ) 0,1 a 0,5 Monóxido de Carbono (CO) 0 a 0,1

11 Características do Biogás Componente Gás Natural Gás de aterro Gás de ETAR Gás Agropecuária Metano (%) CO 2 (%) H 2 S (ppmv) < 15 < < 3000 Poder Calorífico (Kcal/m 3 )

12 Poderes caloríficos Combustível Poder calorífico (kcal/m 3 ) Biogás Biogás purificado Gás de cidade Propano Butano Gasóleo, fuel-óleo, etc Gasolina Carvão Electricidade 860 kcal/kwh Metano puro Gás natural

13 Equivalência entre o biogás e os combustíveis comerciais Combustível Quantidades Gás de cidade 1,28 m 3 Propano 0,23 m 3 1 m 3 de biogás 0,46 kg equivale a: Butano 0,183 m 3 Gasóleo e fuel-óleo Álcool Gasolina Electricidade 0,475 kg 0,6 l 1,3 l 0,7 l 6 kwh

14 Dióxido de carbono O dióxido de carbono (CO 2 ) é um gás inerte, incolor e sem cheiro, mais pesado que o ar. É mediamente tóxico, asfixiante e tem uma exposição ocupacional standard de (OES) de ppm. O alto teor de CO 2 no biogás conduz a um baixo poder calorífico. 14

15 Sulfureto de Hidrogénio (H2S) É o gás mais perigoso contido no Biogás. É um gás incolor, mais pesado que o ar É muito tóxico para os microrganismos, plantas e homem mesmo a baixos níveis. Tem um cheiro muito forte a ovos podres. Constitui a forma do enxofre energeticamente mais estável e é muito reactivo (Widdel, 1988). A concentração limite do cheiro é de apenas 0,00047 ppm (EPA, design manual 625/1, 1985). 15

16 Toxicidade A toxicidade do sulfídrico depende essencialmente da sua forma iónica que consegue passar através da membrana celular (Speece, 1983). A quantidade relativa entre sulfídrico molecular e a sua forma iónica depende do valor do ph. A ph = 7 o sulfídrico molecular é cerca de 50 %. Em meio ácido prevalece a forma molecular e, a ph = 6, cerca de 90 % de todo o sulfídrico está na forma molecular que se escapa para a fase gasosa, dando origem a um gás tóxico com mau cheiro. Acima de um ph de 8-9, praticamente todo o sulfídrico dissolvido é presente na forma iónica. A ph neutro, cerca de 50 % do sulfídrico dissolvido é presente na forma de H 2 S.

17 Solubilidade de H2S Temperatura (ºC) Solubilidade (mg S/l)

18 Amoniaco (NH 3 ). O (NH 3 ) é um gás agressivo e lacrimogéneo mais ligeiro do ar com um OES de 10 ppm. Existe geralmente em concentrações muito fracas, pode ser corrosivo para o cobre. Os óxido de azoto libertados durante a sua combustão (NOx) são igualmente tóxicos O vapor de água presente no gás torna-se corrosivo em combinação com o NH 3, CO 2 e, especialmente, o H 2 S de o biogás. O máximo teor de água presente no biogás depende da temperatura, encontrandose nos valores de saturação no gás de saída do digestor. O arrefecimento do biogás permite a sua condensação e também de sulfídrico, que se torna mais solúvel a baixas temperaturas. 18

19 Monóxido de carbono O biogás, em condições normais de produção, tem baixo teor de monóxido de carbono (inferior a 0,1 %) e não é tóxico, contrariamente, por exemplo ao gás de cidade, cujo teor neste gás, próximo dos 20 %, é mortal. 19

20 Propriedades do Biogás não é normalmente tóxico, devido ao reduzido teor em monóxido de carbono e sulfídrico Tem poder corrosivo e odor característico (devido ao sulfídrico), sendo muito agressivo para equipamentos com componentes em cobre, latão ou aço. Devido à presença do metano, um gás combustível sendo o seu poder calorífico inferior (P.C.I.) cerca de 5500 kcal/m 3, quando a proporção em metano é aproximadamente de 60 %.

21 Propriedades-2 Os outros gases contidos no biogás, não suscitam problemas em termos de toxicidade ou nocividade. O gás carbónico, 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.

22 Tubagens e acessórios biogás

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26 Armazenamento do biogás Compensa as flutuações entre a produção e a utilização do biogás, permitindo o funcionamento contínuo Permite utilizar os motores em horas de maior preço Consiste num reservatório capaz de variar o volume de armazenamento e a pressões ligeiramente superiores à atmosférica Os reservatórios com volume fixo são geralmente perigosos por poderem permitir a infiltração de ar durante momentos de baixa pressão, e formar misturas explosivas ar-metano. Hoje em dia, por razões de custo, utilizam-se correntemente gasómetros flexíveis, em material plástico,

27 Armazenamento do biogás A manutenção da pressão de exercício nestas unidades é feita por compressão ou por estruturas dotadas de pesos que comprimem os reservatórios. Como alternativa pode-se adoptar o armazenamento a média (cerca de 40 kg/cm2) ou alta pressão ( kg/cm2), pouco aplicadas por razões de custo. A compressão do gás implica perda de energia, que é da ordem de 10% no caso das médias pressões e de 20% nas altas pressões. Para melhorar o rendimento da compressão e para evitar a corrosão é geralmente vantajoso purificar o gás eliminando a água, o anidrido carbónico e o sulfídrico.

28 Gasómetros

29 Sistemas a baixa pressão

30 Gasómetro flutuante

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39 39 3 de Outubro de 2014

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43 Tratamento do biogás

45 45 Separação por membranas 3 de Outubro de 2014

46 46 Biometano ou gás verde 3 de Outubro de 2014

47 47 Biometano na europa 3 de Outubro de 2014

50 50 Recuperação de CO2 3 de Outubro de 2014

51 51 Tecnologias existentes 3 de Outubro de 2014

56 56 Abastecimento frotas 3 de Outubro de 2014

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59 Uso do Biogás Uso Característica Quantidade de gás (m3/h) Iluminação Lâmpada de 100 velas 0,13 Lâmpada "Amanchon" 0,017 Cozinhar Queimador de 5 cm 0, cm 0, cm 0,650 Por pessoa/dia 0,34-0,42 Aquecimento Esquentador Por pessoa/m3/h 0,34-0,42 Esquentador 125 kcal/mm 1,7 Esquentador 320 kcal/mm 4,2 Caldeira para 200 l 0,3 Caldeira para 200 l com 2,5 elevação até 85 C Caldeira (n = 0,15) ,3 kcal/h Irradiador para aquecer 1 volume de 100 m Refrigeração Refrigerador (por 1 m2 de 0,008 parede) Incubador Por m3 de ar 0,05-0,07 59

60 Os principais dispositivos para uso do Biogas Motores de C.I. Microturbinas Turbinas a Gas Fuel Cells

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65 Queima do Biogás - Emissões Item Tocha Motor de C.I. Turbina a Gás Micro- Turbina Fuel Cells Heat Rate (Btu/kwhr) NA 10-11, , , ,000 NOx lb/mmbtu CO lb/mmbtu

66 Queimadores biogás em excesso 66

67 Desenvolvimento do biogás Benefícios de produção de Electricidade em áreas isoladas Benefícios Ambientais Redução da poluição do solo Redução das emsissões de metano Redução das emsissões de Nox em quantidade dependente do dispositivo

68 Comparação biocombustíveis

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70 Biometano Portugal tem revelado pouco interesse no biometano, e encontra-se no conjunto de nações que revelam relutância em aplicar as prescrições da directiva 2009/28/CE. O Plano nacional de acção para as energias renováveis, tem vindo a reconhecer a integração do biogás nas redes de gás natural, mas ainda não definiu as regras que possibilitem essa operação (tarifário e condições técnicas) para a injecção do biometano nas redes de gás natural.

71 Vantagens do Biometano Fomenta a produção e utilização do biogás e pode favorecer a recolha do biogás de aterros. Valoriza um produto endógeno. Cria uma nova área de negócio para as empresas proponentes. Permite desenvolver de tecnologias de tratamento do biogás. Acompanhar os países mais avançados, que já aplicam esta prática. Desenvolver conhecimentos, tecnologias e inovação numa área em fase de evolução. Cumprir a regulamentação da EU.

72 Aspectos críticos do Biometano O biometano implica um custo adicional para o contribuinte. Por isso só se justifica se o biometano for destinado a usos de alta eficiência Cogeração com 100% do uso do calor. Como combustível no transporte, para ajudar a cumprir a cota dos biocombustíveis. Financiar o biometano pode ser mais económico que financiar o etanol ou o biodiesel.

73 Parceiros Coordenador do Projecto : DLV Belgium cvba Rijkelstraat 28, B-3550 Heusden-Zolder, Belgium T : F: Flanders (Belgium) Denmark Germany Portugal Italy