PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DE MINAS GERAIS. Programa de Pós-graduação em Ensino de Ciências e Matemática

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1 PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DE MINAS GERAIS Programa de Pós-graduação em Ensino de Ciências e Matemática ENSINO NÃO FORMAL DA DIMINUIÇÃO DA CARGA POLUIDORA DE DEJETOS ANIMAIS A PARTIR DA PRODUÇÃO DE BIOGÁS E BIOFERTILIZANTE EM PEQUENAS PROPRIEDADES RURAIS Frederico Alvarenga de Oliveira Júnior Belo Horizonte 2013

2 Frederico Alvarenga de Oliveira Júnior ENSINO NÃO FORMAL DA DIMINUIÇÃO DA CARGA POLUIDORA DE DEJETOS ANIMAIS A PARTIR DA PRODUÇÃO DE BIOGÁS E BIOFERTILIZANTE EM PEQUENAS PROPRIEDADES RURAIS Dissertação apresentada ao Programa de Pós- Graduação em Ensino de Ciências e Matemática da Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais, como requisito parcial para obtenção do título de Mestre em Ensino de Ciências e Matemática. Orientador: Prof. Dr. Wolney Lobato. Belo Horizonte 2013

3 FICHA CATALOGRÁFICA Elaborada pela Biblioteca da Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais O48e Oliveira Júnior, Frederico Alvarenga de Ensino não formal da diminuição da carga poluidora de dejetos animais a partir da produção de biogás e biofertilizante em pequenas propriedades rurais / Frederico Alvarenga de Oliveira Júnior. Belo Horizonte, f.:il. Orientador: Wolney Lobato Dissertação (Mestrado) Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais. Programa de Pós-Graduação em Ensino de Ciências e Matemática. 1. Resíduos de animais - Reaproveitamento. 2. Suíno - Criação. 3. Biodigestores. 4. Gerenciamento de resíduos. I. Lobato,Wolney. II. Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais. Programa de Pós-Graduação em Ensino de Ciências e Matemática. III. Título. CDU: 636.4

4 Frederico Alvarenga de Oliveira Júnior Ensino não formal da diminuição da carga poluidora de dejetos animais a partir da produção de biogás e biofertilizantes em pequenas propriedades rurais Dissertação apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Ensino de Ciências e Matemática em 16 de Dezembro de 2013, pela Banca Examinadora constituída pelos professores: Dr. Doutor Wolney Lobato Orientador (PROPPG/PUC Minas) Dra. Claudia Vilhena Shayer Sabino (PROPPG/PUC Minas) Dra. Sheila Abreu Mourão (FIP MOC) Belo Horizonte, 16 de dezembro de 2013

5 AGRADECIMENTOS Agradeço em primeiro lugar a Deus que mais iluminou o meu caminho durante esta caminhada. A minha esposa, Débora Heloise, que de forma especial e carinhosa deu força e coragem, apoiando nos momentos de dificuldade. A minha filha, Isabela Romano, que embora não tivesse conhecimento disto, ilumina de maneira especial os meus pensamentos e todos os momentos de minha vida. Agradeço a dedicação do meu orientador Wolney Lobato, pelo incentivo e apoio durante esta jornada. Agradeço aos amigos e companheiros do Trail Clube do Norte de Minas, pelos momentos de companheirismo e alegrias vividos juntos ao longo de muitos anos de juntos.

6 RESUMO As grandes transformações dos sistemas de produção de animais confinados têm trazido avanços importantes ao setor, no entanto isso também tem trazido problemas ambientais resultado da concentração e aumento de escala da atividade. Isso cria a necessidade de procura de novas opções para mitigar o problema e também agregar valor aos resíduos gerados. A geração e o aproveitamento do biogás a partir desses resíduos se mostram como uma opção interessante, pois permite o aproveitamento do biogás produzido nas propriedades rurais como fonte de energia térmica e elétrica, reduzindo os custos derivados da demanda energética das propriedades rurais. O objetivo deste estudo é demonstrar a existência de uma tecnologia recentemente desenvolvida como uma fonte de energia renovável, produtora de biogás e biofertilizantes, que pode ser utilizada para amenizar os problemas de poluição de mananciais da suinocultura, promovendo o desenvolvimento sustentável no setor. Palavras-chave: resíduos animais, suinocultura, biodigestor e gestão de resíduos

7 ABSTRACT The major changes in production systems for confined animals have brought important advances in the industry, however it has also brought environmental problems result from the concentration and scale of the activity. This creates the need to search for new options to mitigate the problem and also add value to the waste generated. The generation and utilization of biogas from these residues appear as an interesting option, because it allows the use of the biogas produced on farms as a source of thermal and electrical energy, reducing costs derived from the energy demand of rural properties. The aim of this study is to show the existence of a newly developed technology as a renewable energy source, producing biogas and biofertilizers, which can be used to mitigate the problems of pollution of springs swine, promoting sustainable development in the sector. Keywords: animal waste, swine, biodigester, waste management

8 LISTA DE FIGURAS Figura 1: Biodigestor caseiro Figura 2: Biodigestor modelo Indiano Figura 3: Representação tridimensional em corte do biodigestor modelo indiano Figura 4: Biodigestor modelo Chinês Figura 5: Representação tridimensional em corte do biodigestor modelo chinês Figura 6: Biodigestor canadense Figura 7: Gasômetro Figura 8: Etapas metabólicas do processo de digestão anaeróbia

9 LISTA DE TABELAS Tabela 1: Componentes do biofertilizante oriundo do dejeto suíno Tabela 2: Capacidade de geração de biogás Tabela 3: Equivalência entre o biogás e outros combustíveis Tabela 4: Consumo de biogás em equipamentos... 42

10 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO ATIVIDADE SUINÍCOLA A suinocultura e a problemática ambiental BIODIGESTORES Biodigestor modelo caseiro Biodigestor modelo Indiano Biodigestor modelo Chinês Biodigestor modelo Canadense DIGESTÃO ANAERÓBIA Microbiologia da digestão anaeróbia Hidrólise Acidogênise Acetogênese Metanogênese Fatores que afetam a digestão anaeróbia e produção do biogás Biofertilizante O BIOGÁS BIOMASSAS COMO SUBSTRATO PARA BIODIGESTORES MANUAL DE PRODUÇÃO DE BIOGÁS E BIOFERTILIZANTE PARA PEQUENAS PROPRIEDADES RURAIS CONCLUSÃO...65 REFERÊNCIAS...67

11 9 1 INTRODUÇÃO Neste capítulo expõe-se o tema a ser tratado pela dissertação e estabelece-se o problema de pesquisa. São apresentados os objetivos a serem atingidos e justifica-se a escolha do tema. Atualmente, muitos indicadores econômicos e produtivos da atividade agropecuária indicam para uma maior concentração na produção de suínos no Brasil. A concentração da produção resultando em menor número de unidades produtoras, com eliminação de produtores, e aumento do número de animais alojados em granjas que, via de regra, apresentam baixa capacidade operacional para manejar e destinar de forma adequada o excesso de dejetos produzidos representa um desafio que tende a se aumentar na suinocultura (LUDKE; LUDKE, 2002). Para o tratamento dos resíduos gerados na suinocultura é comum o armazenamento dos dejetos na forma líquida, em esterqueiras e lagoas anaeróbias, porém mesmo minimizando o problema dos resíduos, estes tipos de tecnologias podem contribuir para a poluição atmosférica, por meio da emissão de metano (CH 4 ) e amônia (NH 3 ), podendo ainda gerar mau cheiro (DAMASCENO, 2010). O processo de digestão anaeróbia torna-se uma importante opção de tratamento de resíduos da suinocultura, em propriedades com criações de animais de modo confinado (SALOMON, 2007). Entre as várias alternativas para o tratamento dos resíduos gerados nessa atividade, a digestão anaeróbia destaca-se, pois além de ocorrer a degradação dos resíduos orgânicos, possibilita sua valorização energética, uma vez que ocorre a produção do biogás, o qual pode ser utilizado como fonte de energia para diferentes fins, possibilitando a substituição de combustíveis fosseis e diminuindo os prejuízos ambientais causados por esses (MOREIRA, 2011).

12 10 Talvez uma das medidas mais eficazes no combate à poluição dos rios seja a disseminação da implantação de biodigestores nas propriedades rurais suinocultoras. A maioria das propriedades rurais no Brasil já utiliza a energia elétrica fornecida pelas hidrelétricas. Este tipo de geração de energia, entretanto, resulta em grandes impactos negativos na natureza, haja vista a necessidade de serem alagadas grandes extensões de terras para a formação da reserva de água, terras estas que, normalmente, são ocupadas por produtores rurais no auge da atividade. O grande benefício trazido pela energia elétrica acaba anulado, em parte, pelos problemas sociais que acabam sendo gerados, pois os moradores das áreas inundadas precisam ser realocados e, em parte, pelos problemas ambientais, uma vez que as áreas cobertas pela água se tornam improdutivas, ao mesmo tempo em que a fauna e a flora da região são grandemente afetadas (GASPAR, 2003). Assim, o biodigestor apresenta-se como fonte alternativa de produção e geração de energia. Evidentemente, a quantidade de energia produzida é, normalmente, muito menor que a das hidrelétricas, devido, especialmente ao tamanho destas comparado a quantidade de biodigestores, mas em compensação os impactos ambientais e sociais aproximam-se do zero, a produção de energia é barata, e o aproveitamento dos resíduos animais impede que estes sejam jogados no meio ambiente (GASPAR, 2003). A contribuição principal deste sistema, porém, é que os dejetos produzidos na propriedade são transformados em gás e os resíduos deste processo ainda podem ser utilizados como fertilizantes (GASPAR, 2003). A indústria, embora seja o setor poluidor mais ativo, não é a única culpada no processo. Além da atividade poluidora das grandes cidades, a área rural também participa de modo ativo neste processo negativo. Localizadas em regiões perto de córregos, lagoas ou rios, as propriedades rurais - sejam estas criadoras de animais e aves ou agrícolas - também

13 11 contribuem para a contaminação das águas subterrâneas, indispensáveis ao abastecimento de água potável das populações rural e urbana (GASPAR, 2003). A enorme quantidade de dejetos gerada e a falta de processos sustentáveis na criação de suínos podem ser considerados os principais problemas ambientais dessa atividade, devendo-se conhecer, também, os impactos negativos ocasionados pelos processos inadequados de disposição desses resíduos, como o despejo em rios e riachos ou até mesmo por tecnologias de tratamentos ineficientes, causando poluição e riscos sanitários. A má disposição dos dejetos ou tratamentos não satisfatórios podem ocasionar consideráveis impactos ambientais, além de oferecer risco a saúde humana e animal (PEREIRA, 2006). Assim, o objetivo principal deste estudo é criar um manual de auxílio na construção de um biodigestor para produção de biogás e biofertilizantes em pequenas propriedades rurais suinocultoras, amenizando os problemas de poluição de mananciais da suinocultura, promovendo o desenvolvimento sustentável no setor. O presente estudo se justifica devido ao crescimento do agronegócio e consequentemente a quantidade de dejetos produzidos. Sendo o Brasil um país com características agropecuárias, com grande produção de suínos, devemos pensar na sustentabilidade, pois os dejetos desses animais, se não tratados, são fontes poluidoras prejudiciais ao meio ambiente.

14 12 2 ATIVIDADE SUINÍCOLA 2.1 A suinocultura e a problemática ambiental A tendência moderna do confinamento total dos suínos tende a concentrar grande número de animais em pequenas áreas criando com isto novos problemas que tem constituído um desafio para criadores, técnicos e pesquisadores, destacando-se entre esses o manejo e a utilização dos dejetos. O fato assume importância ainda maior na produção de suínos, por ser esta espécie geradora de um dos maiores volumes de dejetos por unidade de área ocupada. Segundo a Humane Farm Animal Care (2008), os suínos devem sempre ter disponíveis um espaço de piso total de pelo menos 1,5 da área mínima que ocupam quando estão deitados e não devem ser contidos ou confinados de forma aglomerada, exceto em algumas circunstâncias como realização de exames, alimentação, limpeza das acomodações e, mesmo assim, durante apenas o período de tempo necessário. A causa principal da poluição é o lançamento direto do esterco de suínos sem o devido tratamento nos cursos de água, que acarreta desequilíbrios ecológicos e poluição em função da redução do teor de oxigênio dissolvido na água, contaminação das águas potáveis com amônia, nitratos e outros produtos tóxicos (BLEY JÚNIOR, 2003). Os principais constituintes dos dejetos suínos que afetam as águas superficiais são matéria orgânica, nutrientes, bactérias fecais e sedimentos. Nitratos e bactérias são os principais componentes que afetam a qualidade da água subterrânea (BLEY JÚNIOR, 2003). A carga orgânica dos dejetos suínos é 25 vezes maior do que a do esgoto humano, exemplificando que uma granja de 300 matrizes produz, em um ciclo completo, cerca de 45

15 13 mil litros de dejetos por dia, o que equivale à poluição de uma cidade de 75 mil habitantes (BLEY JÚNIOR, 2003). Tal volume de dejetos explica-se pela dificuldade dos suínos de converter em tecidos e gordura tudo o que comem, pois são monogástricos. Eles desperdiçam cerca de 30% dos alimentos praticamente íntegros, além da água perdida no manejo. Sendo a ração 70% do custo da produção da carne suína, há 21% de perda econômica real, podendo-se afirmar que para cada cinco animais produzidos, um é perdido na forma de dejetos (BLEY JÚNIOR, 2003). Os dejetos suínos são constituídos por fezes, urina, água desperdiçada pelos bebedouros e de higienização, resíduos de ração, pêlos, poeiras e outros materiais decorrentes do processo criatório. O esterco, por sua vez, é constituído pelas fezes dos animais que, normalmente, se apresentam na forma pastosa ou sólida. Os dejetos podem apresentar grandes variações em seus componentes, dependendo do sistema de manejo adotado e, principalmente, da quantidade de água e nutrientes em sua composição (BLEY JÚNIOR, 2003). O volume diário de dejetos produzidos por um suíno varia de 5 a 8% de seu peso vivo, sendo estes constituídos por 15% de matéria seca (CAMPOS, 2005). Baseado nesta estimativa as produções de suínos dos Estados Unidos e do Brasil, geram anualmente de 73 a 109,5 milhões de toneladas e de 32 a 51 milhões de toneladas de dejetos respectivamente (ANUALPEC, 2006). Este volume de resíduos apresenta um elevado potencial em nutrientes fertilizantes e alimentares, ou ainda um expressivo risco de poluição, quando inadequadamente manejado e utilizado. É sabido que dejetos de suínos são resíduos altamente poluidores, que prejudicam o meio ambiente, em especial a qualidade da água e o desenvolvimento de animais aquáticos.

16 14 Os dejetos de suínos são 100 vezes mais poluentes que o esgoto urbano e representam grande problema ambiental, por serem altamente poluidores, no Brasil e Europa cada matriz, em uma granja de ciclo completo, produz até 25 m 3 de dejeções ao ano, que se compõem de esterco, urina, desperdícios de água de bebedouros ou de limpeza, resíduos de rações, etc. (CAMPOS, 2005). A composição dos dejetos está associada ao sistema de manejo adotado, podendo apresentar grandes variações na concentração de seus componentes, dependendo da diluição e do modo como são manuseados e armazenados. A urina influi significativamente na quantidade de liquame que, por sua vez, depende diretamente da ingestão de água. Em geral, cada litro de água ingerido por um suíno resulta em 0,6 L de dejetos líquidos (CAMPOS, 2005). O total de dejetos produzidos varia de acordo com o desenvolvimento corporal dos suínos, apresentando valores decrescentes de 8,5 a 4,9% de seu peso vivo dia, considerando a faixa dos 15 aos 100 kg de peso vivo (CAMPOS, 2005). A fermentação da matéria orgânica contida nos dejetos de suínos resulta na produção de odores, que são fonte de poluição ambiental e podem ser um entrave para a intensificação da suinocultura (CAMPOS, 2005). O fósforo, analogamente ao nitrogênio, é um nutriente muito importante para o crescimento e a reprodução de microrganismos que promovem a estabilização da matéria orgânica, porém o efluente rico em fósforo pode provocar proliferação excessiva de algas no curso d água receptor. Conclui-se que o excesso de fósforo na água acelera a eutrofização, que é a principal causa de deteriorização da qualidade da água (CAMPOS, 2005). O consumo médio de 5,5 L de água suíno-1 dia-1 foi pesquisado, considerando suínos com peso na faixa de 36 a 97 kg e o método adotado de higienização das instalações e dos animais (CAMPOS, 2005).

17 15 A literatura mundial relata inúmeros processos de tratamentos e/ou aproveitamento de resíduos orgânicos, destacando os processos biológicos, sejam os aeróbios (lodo ativado, lagoas de estabilização aeróbia, etc.), sejam os anaeróbios (biodigestores, lagoas de estabilização anaeróbia, etc.) para o tratamento de efluentes. A produção de suínos acarreta, também, outro tipo de poluição, que é aquela associada ao problema do odor desagradável dos dejetos. Isto ocorre devido á evaporação dos compostos voláteis, que causam efeitos prejudiciais ao bem-estar humano e animal. Há necessidade de alternativas que amenizem o problema para evitar a ocorrência de processos de degradação do meio ambiente, desertificação, alagamentos, assoreamentos, quebra de produção ou produtos de má qualidade. Além disso, engenheiros agrônomos sabem que é possível auxiliar a atividade agrícola na questão dos dejetos por meio da bio-engenharia, reduzindo as perdas econômicas com pesquisas genéticas que possam tornar o sistema digestivo dos suínos mais eficientes e reduzir o volume de dejetos produzidos. Por isso, alertam o governo para a necessidade de dar prioridade a recursos destinados á pesquisas oficiais e a projetos eficazes de controle de poluição dos dejetos, que levem também á recuperação econômica das perdas da suinocultura (BLEY JÚNIOR, 2003).

18 16 3 BIODIGESTORES Neste capítulo são apresentados as principais características, funções e modelos mais conhecidos de biodigestores, bem como as formas de utilização dos mesmos, além da descrição dos prejuízos causados pelos dejetos suínos ao meio-ambiente. Examina-se a literatura sobre os biodigestores, colhendo dados para a discussão sobre a viabilidade dos biodigestores auxiliarem no combate à poluição por dejetos de suínos e produção de biogás e biofertilizantes. Para Alves et al. (2010), o biodigestor é um equipamento onde a fermentação da matéria orgânica pelas bactérias acontece de maneira controlada, proporcionando a redução do impacto ambiental e a produção de combustível de baixo custo. O processo de decomposição da matéria orgânica resulta na produção de biogás e biofertilizante. De acordo com Oliveira e Higarashi (2006), no Brasil, embora os avanços adquiridos no conhecimento do processo de digestão anaeróbia, na tecnologia de construção e de operação de biodigestores, da redução dos custos de investimento e de manutenção, ainda faltam equipamentos desenvolvidos próprios para o uso do biogás. Há também uma falta de conhecimento de que a fermentação anaeróbia é um processo muito sensível, pois abrangem uma grande diversidade de micro-organismos. O interesse pelo biogás, no Brasil, intensificou-se nas décadas de 1970 e 1980, especialmente entre os suinocultores. Programas oficiais estimularam a implantação de muitos biodigestores focados, principalmente, na geração de energia e na produção biofertilizante e diminuição do impacto ambiental (KUNZ; OLIVEIRA, 2006). O objetivo dos programas governamentais era reduzir a dependência das pequenas propriedades rurais na aquisição de adubos químicos e de energia térmica para os diversos usos (cozimento, aquecimento, iluminação e refrigeração), bem como reduzir a poluição causada pelos dejetos animais e

19 17 aumentar a renda dos criadores. Infelizmente, os resultados não foram os esperados e a maioria dos sistemas implantados acabou sendo desativados (KUNZ; OLIVEIRA, 2006). A conjugação de uma série de fatores foi responsável pelo insucesso dos programas de biodigestores nesse período, entre os quais podemos citar: a) Falta de conhecimento tecnológico sobre a construção e operação dos biodigestores. b) Custo de implantação e manutenção elevado (câmaras de alvenaria, concreto ou pedra, gasômetros de metal). c) O aproveitamento do biofertilizante continuava a exigir equipamentos de distribuição na forma líquida, com custos de aquisição, transporte e distribuição elevados. d) Falta de equipamentos desenvolvidos exclusivamente para o uso do biogás e a baixa durabilidade dos equipamentos adaptados para a conversão do biogás em energia (queimadores, aquecedores e motores). e) Ausência de condensadores para água e de filtros para os gases corrosivos gerados no processo de biodigestão. f) Disponibilidade e baixo custo da energia elétrica e do GLP. g) Não resolução da questão ambiental, pois biodigestores, por si só, não são considerados como um sistema completo de tratamento. Outros fatores, como erros grosseiros de dimensionamento, construção e operação, foram determinantes para o insucesso dos biodigestores. Depois de cerca de 30 anos os biodigestores ressurgem como alternativa ao produtor, graças à disponibilidade de novos materiais para a construção dos biodigestores e, evidentemente, da maior dependência de energia das propriedades em função do aumento da escala de produção, da matriz energética (demanda da automação) e do aumento dos custos da energia tradicional (elétrica, lenha e petróleo). Sem dúvida, o emprego de mantas plásticas na construção de biodigestores, material de alta versatilidade e baixo custo, é o fator responsável

20 18 pelo barateamento dos investimentos de implantação e da sua disseminação (OLIVEIRA, 2005). O Biodigestor, na década de 1970 esteve no auge, caindo em desuso na década seguinte, vindo renascer na década de De acordo com o pesquisador Airton Kunz, da Embrapa Suínos e Aves Unidade da Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária Embrapa, vinculada ao Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento, dois fatores foram decisivos para o retorno desta tecnologia. Um deles se refere à legislação ambiental, que cobra cada vez mais do produtor a responsabilidade com o meio ambiente no tratamento dos resíduos da atividade. Outra causa foi a crise de energia enfrentada pelo país e a busca por energias renováveis, de baixo custo (PEREIRA, 2005). A implantação da tecnologia dos biodigestores, além de melhorar as condições do meio ambiente, pode ser uma fonte de renda para o produtor através da geração de gás e, consequentemente, energia elétrica e calor (SANSUY, 2004). O biodigestor também apresenta como benefícios a produção de metano, gás de elevado teor calorífico, que favorece a preservação das colônias de bactérias, dando sustentabilidade ao sistema. Possibilita a recuperação de subprodutos úteis, visando sua aplicação com fetirrigação de culturas agrícolas (GRZYBOWSKI, 2007). Muitas empresas de suinocultura adotaram os biodigestores em detrimento de outras tecnologias recentemente desenvolvidas porque eles vêm mostrando eficiência na redução de microorganismos e de emissões de gases poluentes, apesar do custo de implantação e manutenção serem mais altos do que as alternativas. O tipo de biodigestor a ser escolhido vai depender de muitos fatores como as condições locais, disponibilidade de biomassa, experiência e conhecimento do construtor, investimento envolvido, etc. Mas, qualquer tipo digestor, se for corretamente instalado e operado, resultará em uma produção de gás satisfatória.

21 Biodigestor modelo caseiro Arruda et al. (2002) apresentou um tipo de biodigestor caseiro simples, para produção de biogás por meio da fermentação de esterco bovino (Figura1). A confecção é realizada com um tambor metálico de 200 litros (0,2 m 3 ), facilmente encontrado a preço acessível, de fácil construção e montagem, assegurando o baixo custo final. Na região superior do tamborreservatório é instalado um manômetro para que se torne possível o controle da pressão interna do reservatório. Na região superior lateral do tambor, faz-se um orifício com uma válvula esférica de ½, destinada ao alívio de pressão no momento de abastecimento da câmara de fermentação, instalando um manômetro para que se torne possível o controle da pressão interna do reservatório (ARRUDA et al., 2002). Figura 1: Biodigestor caseiro Fonte: ARRUDA et al., 2002, p. 15.

22 Biodigestor modelo Indiano O modelo de biodigestor indiano caracteriza-se por ter uma campânula como gasômetro, a qual pode estar imersa sobre a biomassa em fermentação, ou em um selo d água externo, e uma parede central que separa o tanque de fermentação em duas câmaras. A utilidade da parede divisória é fazer com que o material circule por todo o interior da câmara de fermentação. O fato de o gasômetro estar disposto sobre o substrato ou sobre o selo d água diminui as perdas durante o processo de produção do gás (DEGANUTTI et al., 2002). O modelo indiano possui pressão de operação contínua, ou seja, conforme o volume de gás produzido não é gasto de imediato, o gasômetro tende a deslocar-se verticalmente, aumentando o volume deste, logo, mantendo a pressão no interior deste constante (DEGANUTTI et al., 2002). O dejeto a ser utilizado para alimentar o biodigestor indiano, deverá apresentar uma concentração de sólidos totais não maior que 8%, para facilitar a circulação do resíduo pelo interior da câmara de fermentação e impedir entupimentos dos canos de entrada e saída do material. O abastecimento também deverá ser constante (DEGANUTTI et al., 2002). Apesar da fácil construção, o gasômetro de metal pode aumentar o custo final, e também a distância da propriedade pode dificultar e encarecer o transporte tornando inviável a implantação. A figura 2 mostra a vista frontal em corte do biodigestor, destacando os componentes essenciais para sua construção (DEGANUTTI et al., 2002). A figura 3 mostra a representação tridimensional em corte mostrando a parte interna do biodigestor.

23 21 Figura 2: Biodigestor modelo Indiano. Fonte: DEGANUTTI et al., 2002, p.3. Observando a figura 2 podemos definir: H - é a altura do nível do substrato; Di - é o diâmetro interno do biodigestor; Dg - é o diâmetro do gasômetro; Ds - é o diâmetro interno da parede superior; h1 - é a altura ociosa (reservatório do biogás); h2 - é a altura útil do gasômetro. a - é a altura da caixa de entrada. e - é a altura de entrada do cano com o afluente.

24 22 Figura 3: Representação tridimensional em corte do biodigestor modelo indiano. Fonte: DEGANUTTI et al., 2002, p Biodigestor modelo Chinês O modelo Chinês é constituído por uma câmara cilíndrica em alvenaria (tijolo) para a fermentação, com teto abobado, impermeável, destinado ao armazenamento do biogás. Este biodigestor trabalha com base no princípio de prensa hidráulica, de modo que aumentos de pressão em seu interior resultantes do acúmulo de biogás resultarão em deslocamentos do efluente da câmara de fermentação para a caixa de saída, e em sentido contrário quando acontece descompressão (DEGANUTTI et al., 2002). O modelo Chinês é constituído quase que totalmente em alvenaria, não necessitando o uso de gasômetro em chapa de aço, reduzindo os custos, porém, pode ocorrer vazamento do biogás se a estrutura não for bem fechada e impermeabilizada. Neste tipo de biodigestor uma parte do gás formado na caixa de saída é liberada para a atmosfera, reduzindo parcialmente a

25 23 pressão interna do gás, devido a isto as construções de biodigestor tipo chinês não são utilizadas para instalações de grande porte (DEGANUTTI et al., 2002). Parecido com o modelo indiano, o dejeto deverá ser fornecido constantemente, com a concentração de sólidos totais em torno de 8%, para impedir entupimentos do sistema de entrada e facilitar a circulação do material. A figura 4 mostra a vista frontal em corte do biodigestor, destacando os componentes fundamentais para sua construção. Na figura 5 a representação tridimensional em corte, apresenta toda parte interna do biodigestor (DEGANUTTI et al., 2002). Figura 4: Biodigestor modelo Chinês. Fonte: DEGANUTTI et al., 2002, p. 3. Da mesma forma que o anterior, podemos definir: D - é o diâmetro do corpo cilíndrico; H - é a altura do corpo cilíndrico; Hg - é a altura da calota do gasômetro;

26 24 hf - é a altura da calota do fundo; Of - é o centro da calota esférica do fundo; Og - é o centro da calota esférica do gasômetro; he - é a altura da caixa de entrada; De - é o diâmetro da caixa de entrada; hs - é a altura da caixa de saída; Ds - é o diâmetro da caixa de saída; A - é o afundamento do gasômetro; Figura 5: Representação tridimensional em corte do biodigestor modelo chinês. Fonte: DEGANUTTI et al., 2002, p. 4 Os modelos Chinês e Indiano apresentam desempenho parecido, ainda que o modelo Indiano tenha apresentado em certos experimentos, ter sido levemente mais eficaz quanto à produção de biogás e redução de sólidos no substrato.

27 Biodigestor modelo Canadense Todavia, o biodigestor mais divulgado no Brasil é o modelo canadense ou da marinha, que é construído com manta de PVC. Possui menor gasto e sua instalação é bem mais fácil comparada aos modelos ultrapassados, podendo ser usado em pequenas e grandes propriedades. O desenvolvimento de biodigestores no mercado se deve a parceria do setor privado com 23 Universidades e Centro de Pesquisas, que muito tem estimulado neste sentido, segundo o Manual de treinamento de biodigestão (2008). Para Lucas Junior e Souza (2009), o digestor canadense é conhecido também como biodigestor de fluxo tubular, este possui uma construção simplificada do tipo horizontal com câmara de biodigestão enterrada na terra (Figura 6) e com gasômetro do tipo inflável feito de material plástico ou semelhante (Figura 7). Figura 6: Biodigestor canadense Fonte: NEVES, 2010, p. 19.

28 26 Figura 7: Gasômetro Fonte: NEVES, 2010, p. 19. O biodigestor canadense é mais atual e possui uma tecnologia mais moderna e avançada, contudo menos complicada. O modelo tipo horizontal, apresenta uma caixa de carga em alvenaria com a largura maior que a profundidade, permitindo uma área maior de exposição ao sol, o que permite grande produção de biogás, impedindo o entupimento. Durante a produção de biogás, a cúpula do biodigestor infla por ser de plástico maleável (PVC), podendo ser removida. O biodigestor de fluxo tubular é amplamente difundido em propriedades rurais e é, atualmente, a tecnologia mais utilizada dentre as outras. Neste tipo de biodigestor, o biogás pode ser enviado para um gasômetro separado, permitindo maior controle. Apesar de o biodigestor mencionado possuir o benefício de ser de fácil construção, tem menor durabilidade, como no caso da lona plástica perfurar e deixar escapar gás (LUCAS JUNIOR; SOUZA, 2009). A definição de qual tipo de biodigestor a ser utilizado em cada caso varia de acordo com as condições locais, tipo de esterco, experiência do construtor e o mais importante que é o custo x benefício. Ainda assim, qualquer digestor construído, se for devidamente instalado e operado, produzirá biogás e biofertilizante. O biodigestor de batelada é recomendado para

29 27 pequenas produções de biogás, pois é abastecida somente uma vez, fermentando por um período necessário, sendo o material despejado no final utilizado como biofertilizante. Esse tipo de biodigestor, por ser muito simples, pode ser confeccionado com peças encontradas no estabelecimento (DEGANUTTI et al., 2002).

30 28 4 DIGESTÃO ANAERÓBIA 4.1 Microbiologia da digestão anaeróbia O processo de digestão anaeróbia é dividido em duas etapas principais: na primeira ocorre a atuação de bactérias anaeróbias e facultativas, denominadas formadoras de ácidos. Na segunda etapa são bactérias estritamente anaeróbias as responsáveis pela conversão dos produtos originados na primeira etapa em biogás (SILVA, 2009). Segundo Pinto (1999), a degradação anaeróbia da matéria orgânica é um processo bastante complexo, em que participam diversos compostos, e ocorrem muitas reações intermediárias, as quais dependem de catalisadores específicos. As transformações são originadas por várias rotas metabólicas alternativas, as quais são fonte de pesquisa de diversos estudiosos, os quais objetivam descrever mais precisamente esses vários mecanismos. Silva (2009) relata que as ligações carbono-carbono são quebradas por microrganismos acetogênicos redutores de prótons, assim formando acetato e hidrogênio. É na fase acetogênica que ocorre a conversão de compostos orgânicos intermediários em acetato, hidrogênio e dióxido de carbono. Microrganismos e enzimas sintetizadas são os responsáveis pelo desenvolvimento das várias etapas do processo de digestão anaeróbia, sendo que as reações bioquímicas envolvidas no processo podem ocorrer de forma espontânea, quando em condições de ph, temperatura e pressão são apropriados (SILVA, 2009). São diversos os grupos bacterianos responsáveis pelos processos de biodigestão, os quais estão relacionados ao tipo de resíduo orgânico disposto para degradação anaeróbia. As bactérias metanogênicas são bastante sensíveis a mudanças bruscas de ph e também para

31 29 valores muito baixos desse parâmetro, já as bactérias formadoras de ácidos são bastante resistentes e capazes de suportar súbitas mudanças das condições externas e de alimentação. São as bactérias da fase de fermentação que asseguram a ausência de oxigênio e produzem sais de amônia, única fonte de nitrogênio aceita pelas bactérias metanogênicas. A atuação de cada grupo de bactérias ocorre de forma interdependente e simbiótica (PINTO, 1999). É importante que no sistema de tratamento anaeróbio não ocorra o acúmulo de produtos intermediários entre as etapas, ou seja, todos os produtos resultantes da atuação bacteriana em uma etapa devem ser utilizados como matéria prima para a etapa seguinte (SILVA, 2009), pois há uma interação entre os microrganismos e o substrato em diferentes estágios (VERSIANI, 2005). Conforme Sittijunda et al. (2010); Rani et al. (2012), e Rao e Baral (2012) o processo de digestão anaeróbia geralmente consiste de 4 estágios, hidrólise, acidogênese, acetogênese e metanogênese, os quais podem ser visualizados na Figura 8: Figura 8: Etapas metabólicas do processo de digestão anaeróbia. Fonte: CARON, et al., 2009.

32 Hidrólise No início do processo de digestão anaeróbia, mais especificamente na etapa de hidrólise, ocorre a redução, através de enzimas, de polímeros orgânicos complexos para moléculas simples solúveis (LI et al., 2012). Como as bactérias não são capazes de assimilar matéria orgânica particulada, a matéria orgânica complexa é transformada em compostos solúveis mais simples, processo que ocorre pela atuação das enzimas extracelulares excretadas pelas bactérias fermentativas. Em paralelo as proteínas são hidrolisadas formando os aminoácidos, os açúcares são formados a partir da hidrólise dos carboidratos e os lipídios solúveis são hidrolisados em ácidos graxos (VERSIANI, 2005). Assim, a hidrólise é um passo limitante da velocidade crítica que determina a eficiência de conversão da matéria-prima de biomassa. A celulose, encontrada em muitos resíduos agrícolas e municipais, é um exemplo de um composto insolúvel que sofre hidrólise enzimática (LI et al., 2012). Segundo Eckenfelder (2000), essa redução no tamanho e complexidade das partículas não implica em uma redução de carga orgânica, pois os monômeros são convertidos em ácidos graxos com pequenas quantidades de H Acidogênise Esta etapa ocorre através da biodegradação de bactérias, as quais podem ser anaeróbias obrigatórias ou anaeróbias facultativas, conhecidas como acidogênicas. Os gêneros desses tipos de bactérias encontrados são: Clostridium, Peptococcus, Bifidobacterium,

33 31 Desulphovibrio, Corynebacterium, Lactobacillus, Actinomyces, Staphylococcus e a Escherichia (METCALF; EDDY, 2003). Os principais produtos formados são prioritariamente ácidos, podendo-se citar ácido propiônico, ácido butírico, ácido acético, ácido lático, ácido valérico, dióxido de carbono, ácido sulfídrico (H 2 S), hidrogênio (H 2 ), além de novas células microbianas (VERSIANI, 2005). A maioria das bactérias acidogênicas são anaeróbias estritas, mas cerca de 1% delas consiste em bactérias facultativas, as quais podem oxidar o substrato orgânico por via aeróbia. Fato esse importante, salvo que o oxigênio dissolvido, eventualmente presente no meio, poderia se tornar em uma substância tóxica para a posterior etapa de degradação, denominada metanogênese (BOHRZ, 2010) Acetogênese A Hidrogenogenese ou acetogênese é a etapa onde os ácidos voláteis e os álcoois são metabolizados, produzindo acetato e H 2 através das bactérias acetogênicas produtoras de H 2. As bactérias acetogênicas consumidoras de H 2 ou homoacetogênicas convertem parte do H 2 e do CO 2 que não se combinam, formando o metanol e acetato. Nesta etapa, também ocorre formação de material celular (OLIVA, 1997). As bactérias acetogênicas são as responsáveis pela transformação dos produtos gerados na fase acidogênica em substratos intermediários apropriados para as metanobactérias, que são: hidrogênio, acetato e dióxido de carbono. Os gêneros conhecidos de bactérias acetogênicas encontradas em processos anaeróbios são Syntrophobacter e Syntrophomonas (CHERNICHARO, 2007).

34 Metanogênese Segundo Chernicharo (1997), a metanogênese é a etapa final do processo de degradação anaeróbia de compostos orgânicos em metano e dióxido de carbono, sendo realizado através dos microrganismos metanogênicos. Em função da sua afinidade por substrato e magnitude de produção de metano, as metanogênicas são divididas em dois grupos principais, um que forma metano a partir de ácido acético ou metanol, e o segundo que produz metano a partir de hidrogênio e dióxido de carbono, como a seguir: Metanogênicas acetoclásticas: são as bactérias responsáveis de produzir metano a partir de acetatos. Pertencem a dois gêneros principais: Methanosarcina e Methanosaeta (Methanotrix). Metanogênicas hidrogenotróficas: são as bactérias capazes de produzir metano a partir de hidrogênio e dióxido de carbono. Os gêneros mais frequentemente isolados em reatores anaeróbios são Methanobacterium, Methanospirillum e Methanobrevibacter. 4.2 Fatores que afetam a digestão anaeróbia e produção do biogás Os processos anaeróbios sofrem interferências de mudanças ambientais, sendo necessário controlar os fatores que afetam a atuação das bactérias envolvidas no processo de degradação, dessa forma possibilitando a otimização da eficiência do sistema de tratamento dos resíduos orgânicos. Quando esses fatores são devidamente monitorados, podem contribuir para a otimização da atividade bacteriana, aumentando assim a produção de metano (BOHRZ, 2010; OLIVEIRA, 2012; VERSIANI, 2005).

35 33 Entre os vários fatores que influem na atividade das bactérias metanogênica, pode-se destacar a quantidade de matéria seca, a concentração de nutrientes, o ph, a temperatura interna do digestor, o tempo de retenção, a concentração de sólidos voláteis, a relação carbono/nitrogênio, a presença de substâncias tóxicas, etc., no interior do biodigestor. a) Teor de água A quantidade de água usada deve ser cerca de 90% do peso do conteúdo total de biomassa, depende do tipo da biomassa. A diluição deve estar em torno de 1:1 a 1:2. Tanto o excesso quanto a falta da água são prejudiciais para o sistema, onde a falta pode provocar entupimento na tubulação e o excesso pode atrapalhar o processo da hidrólise, pois é exigida uma alta carga de biomassa para que a mesma se processe corretamente (NEVES, 2010). b) Concentração de nutrientes O bom desempenho dos processos biológicos requer a disponibilidade de nutrientes essenciais para o desenvolvimento microbiano, em proporções adequadas. As necessidades nutricionais mínimas podem ser estimadas a partir da composição empírica das células microbianas (VERSIANI, 2005). A degradação também estará relacionada à disponibilidade de nitratos, fosfatos e sulfatos. A presença de nutrientes essenciais, como o ferro, e os micronutrientes, como o níquel e o cobalto, em concentrações apropriadas, influenciam positivamente no desenvolvimento do processo e na produção de biogás, a qual também é aumentada quando o resíduo a ser degradado apresenta uma maior Demanda Química de Oxigênio (DQO) (PINTO, 1999). O conhecimento da composição química e do tipo de biomassa utilizado é muito importante, pois se pode enriquecê-la com fertilizantes e ativadores químicos, se necessário.

36 34 c) Controle do ph Mudanças no ph do meio afetam sensivelmente as bactérias envolvidas no processo de digestão. Dentre os fatores de interferência da digestão anaeróbia a acidez e a alcalinidade são fatores importantes, pois os micro-organismos são seres vivos que necessitam estar em um meio que favoreça o seu desenvolvimento e atuação. Não existe um ph ideal para a atuação desses micro-organismos, porém recomenda-se que o ph esteja na faixa entre 6 e 8, podendo ser considerado ótimo na faixa entre 7 e 7,2, que ocorre normalmente quando o digestor está funcionando bem. O controle do ph é função do acúmulo de bicarbonato, da fração de CO 2 produzido durante o processo, da concentração em ácidos voláteis ionizados e da concentração de amônia (PINTO, 1999). d) Temperatura do digestor A temperatura é uma variável muito importante durante a digestão anaeróbia, influenciando o desenvolvimento e atuação bacteriana, a quantidade de água presente no biogás, sendo que com o aumento da temperatura a produção de biogás cresce. Ela pode influenciar na concentração dos componentes do biogás formado e de substâncias orgânicas voláteis dissolvidas em solução (DENNIS; BURKE, 2001). Variações da temperatura ocasionadas pela sazonalidade e diferenças entre as temperaturas noturnas e diurnas afetam o processo de degradação anaeróbio e as quantidades do biogás (DENNIS; BURKE, 2001). Quando a temperatura é adequada, o nível de atividade dos micro-organismos é mais elevado e os componentes orgânicos se decompõem completamente (ZHIDONG; WENJING, 2009). As bactérias responsáveis pela biodigestão são bastante sensíveis a variações bruscas de temperatura (variações de 3ºC já são suficientes para provocar a morte da maioria das

37 35 bactérias digestoras), por isso, em locais onde a amplitude térmica seja alta elevada deve-se dispor de sistemas de aquecimento ou resfriamento auxiliares. Não existe um consenso comum sobre a temperatura exata para cada grupo de bactérias. Em geral, o processo de digestão anaeróbia de resíduos orgânicos poderá ocorrer em temperaturas na faixa mesofílica ou na faixa termofílica (BORGES, 2003). e) Tempo de retenção É o tempo em que um substrato qualquer passa no interior de um digestor, isto é, o tempo entre a entrada e a saída dos diferentes materiais do digestor. O tempo de retenção ou de digestão varia em função do tipo de biomassa, granulometria da biomassa, temperatura do digestor, ph da biomassa, etc. Segundo Neves (2010), o tempo de retenção pode variar de reação para reação. Normalmente leva de 30 a 45 dias, porém em algumas situações é possível a existência do biogás logo na primeira semana de retenção hidráulica, isso é claro, em proporções menores. Em sistemas de biodigestores contínuos é mais comum observar essa variação. f) Concentração de sólidos voláteis A produção de biogás e o processo de degradação da matéria orgânica são afetados diretamente pela composição do resíduo. Uma maior concentração de sólidos voláteis, implicam em uma maior quantidade de matéria orgânica disponível para degradação, assim aumentando a quantidade de gás produzido (PINTO, 1999). g) Relação carbono/nitrogênio Este é um parâmetro muito importante e está relacionado com as condições em que se desenvolve o processo biológico da fermentação. A relação carbono/nitrogênio ideal para uma

38 36 digestão ótima está na faixa de 20 a 30:1, isto é, 20 a 30 partes de carbono para uma de nitrogênio. A maioria dos estercos de animais possui baixa relação C/N, pois possuem muito nitrogênio e devem ser corrigidos com resíduos vegetais como palhas, sabugos, serragem, etc., para atingir o ponto ideal (LENZ s.d.). h) Substâncias tóxicas O excesso de qualquer nutriente pode ser tóxico ao sistema. Deve-se ter muito cuidado com o uso de desinfetantes, antibióticos e bactericidas nas instalações onde são criados os animais, pois estes podem contaminar o esterco, retardando o processo e em muitas vezes tornando-se fatal para as bactérias que estão envolvidas no processo biológico da formação do biogás (NEVES, 2010). 4.3 Biofertilizante Depois de todo o processo de produção do biogás, a biomassa fermentada deixa o interior do biodigestor em forma líquida, com grande quantidade de material orgânico, excelente para a fertilização do solo. Com a aplicação deste biofertilizante no solo, melhora-se as qualidades biológicas, químicas e físicas do mesmo, superando qualquer adubo químico (BARICHELLO, et al., 2011). Devido ao processo que ocorre na biodigestão, a matéria orgânica (biomassa), perde exclusivamente carbono, sob a forma do gás metano (CH 4 ) e gás Carbônico (CO 2 ), além de, aumentar o teor de nitrogênio e outros nutrientes. Desta forma, o biofertilizante funciona como corretor de acidez do solo. O biofertilizante, ao contrário dos adubos químicos, melhora

39 37 a qualidade do solo, deixando-o mais fácil de ser trabalhado e proporcionando uma melhor penetração de raízes. Além disso, faz com que o solo absorva melhor a umidade do subsolo, resistindo facilmente a longos períodos de estiagem (BARICHELLO, et al., 2011). Com o uso de adubação orgânica, o agricultor, provavelmente, diminui a aplicação de defensivos agrícolas, os quais, além de poluírem o solo, eliminam os predadores naturais das pragas, criando a necessidade da aplicação de novos e mais defensivos, o que dá início a um ciclo vicioso (RODRIGUES, 2010). O biofertilizante possui coloidais carregados negativamente, o que faz trocar por carga iônica, absorção superficial e coagulação. Seu poder de fixação dos sais é maior que das argilas, sendo responsável direto pela maior parte da nutrição das plantas, com até 58% da capacidade total de troca de bases do solo. Estabiliza os agregados de modo que resistam à ação desagregadora da água, absorvendo as chuvas mais rapidamente, evitando a erosão e conservando a terra por mais tempo (BARICHELLO, et al., 2011). O biofertilizante proporciona a multiplicação das bactérias, gerando mais vida e saúde ao solo e ocasionando aumento significativo na produtividade das lavouras. Os dejetos neste estágio (biofertilizante) encontram-se praticamente curados (na expressão do campo), pois não há possibilidade de nova fermentação; assim, não apresenta nenhum odor e nem é poluente e, com isso, não atrai nenhum tipo de inseto (BARICHELLO, et al., 2011). O biofertilizante pode ser disposto ao solo in natura ou processado, seco e peletizado. A vantagem do seu processamento está na redução de áreas para armazenamento e na facilidade de transporte, pois se deixa de armazenar e transportar água que, parte retorna para o processo na correção da umidade dos resíduos de entrada e parte vai para a atmosfera em forma de vapor d água (RODRIGUES, 2010).

40 38 A composição do biofertilizante pode variar de acordo com o tipo de biomassa utilizada no biodigestor. No caso de os dejetos de suínos. Foram compiladas varias análises conforme a Tabela 1. Tabela 1: Componentes do biofertilizante oriundo do dejeto suíno Composição Quantidade Ph 7,5 Matéria orgânica 85 % Nitrogênio 1,8 Fósforo 1,6 Potássio 1,0 Fonte: BARICHELLO, et al., 2011, p. 5. Dessa forma, o biofertilizante é um subproduto originado no processo de biodigestão, que proporciona ao máximo a utilização dos dejetos suínos, otimizando o processo de agregação de valor à propriedade rural (BARICHELLO, et al., 2011).

41 39 5 O BIOGÁS O conhecimento do processo de geração do biogás é de grande importância para o êxito da tecnologia de aproveitamento do biogás, haja vista que são complementares e, caso não se tenham os devidos cuidados na produção, a utilização estará seriamente prejudicada. A formação do biogás é normal no meio ambiente. Logo, ele está presente em pântanos, lamas escuras, locais onde a celulose sofre naturalmente a decomposição (DEGANUTTI et al., 2002). O biogás é um produto da fermentação, na falta do ar, de dejetos animais, resíduos vegetais e de lixo orgânico industrial ou residencial, em ótimas condições de umidade. A reação desta natureza é conceituada digestão anaeróbica (DEGANUTTI et al., 2002). A digestão anaeróbia é um sistema de tratamento de materiais orgânicos que acontece na falta de oxigênio e é também uma alternativa energética, com vantagem ambiental, pois converte grande parte da carga poluente do efluente em uma fonte de energia: o biogás (ALVES et al., 2010). O biogás é constituído por uma mistura de gases, cujo tipo e percentagem variam segundo as características dos resíduos e as condições de funcionamento do processo de digestão. Os principais constituintes do biogás são o metano e o dióxido de carbono. A composição característica é aproximadamente de 60% de metano, 35% de dióxido de carbono e 5% de uma mistura de hidrogênio, nitrogênio, amônia, ácido sulfídrico, monóxido de carbono, aminas voláteis e oxigênio (ALVES et al., 2010). O biogás é inflamável devido ao metano, gás mais leve que o ar, sem cor e odor, porém o que causa o odor é o dióxido de enxofre e bastante corrosivo (ALVES et al., 2010).

42 40 Os microrganismos produtores de metano são sensíveis a mudança de temperatura, sendo recomendável garantir a sua estabilidade, por meio do aquecimento interno, ou pelo isolamento térmico da câmara de digestão (ALVES et al., 2010). Outros gases também participam da mistura, mas em proporções bem menores, como 3,4% de nitrogênio (N 2 ), 0,5% de oxigênio (O 2 ), traços de hidrogênio (H 2 ) e de ácido sulfídrico (H 2 S). O metano é um gás altamente combustível e inflamável, produzindo chama azul-clara e queimando com pouca ou nenhuma poluição. Ele é um gás incolor, sendo um dos produtos finais da fermentação anaeróbica de dejetos animais e humanos, resíduos vegetais e lixo em geral, em condições apropriadas de umidade e anaerobiose. Quanto maior for a quantidade de metano, melhor será o biogás em termos energéticos (DEUBLEIN; STEINHAUSER, 2008). Para Coldebella (2004), o uso do biogás para fins energéticos, deve-se principalmente ao gás metano (CH 4 ), estando este último, puro e em condições normais de pressão e temperatura, pode conseguir um poder calorífico de cerca de 9,9 kwh/m³, já o biogás, como produto final, com um teor de metano entre 50 e 80%, terá um poder calorífico entre 4,95 e 7,92 kwh/m³. O biogás pode ter o seu poder energético utilizado no mesmo lugar, em cozimento, aquecimento, refrigeração, iluminação, incubadores, misturadores de ração, geradores de energia elétrica, entre outros. A produção do biogás, a partir da biomassa, começa a se processar em torno de 20 dias, aumentando até alcançar o limite na terceira semana e consequentemente diminuindo devagar durante o período de fermentação e, para não ocupar o biodigestor nas fases de produção mínima, que pode atrapalhar o bom andamento de todo o processo, é viável programá-lo para um período de produção de 5 a 6 semanas (ARRUDA et al., 2002).

43 41 Na Tabela 2 são mostrados os valores médios de produção de biogás por quilo de material fermentado. Foram incluídos nesta tabela, somente os materiais de maior disponibilidade no meio rural. Tabela 2: Capacidade de geração de biogás Material Produção de gás (litros/kg) Esterco de bovinos 36 Esterco de suínos 52 Esterco de equinos 100 Esterco de aves 240 Resíduos vegetais 25 O biogás, devido ao seu teor de metano (50 a 60%), pode ser empregado como combustível em motores, geladeiras, refrigeradores de leite, fogões, aquecedores de água, incubadoras, lampiões, etc., substituindo a gasolina, o óleo Diesel e o GLP (gás de cozinha) usados tradicionalmente. Para dar uma noção do valor combustível do biogás, na Tabela 3 é apresentada a equivalência entre 1m 3 de biogás e diversos combustíveis de uso corrente. Tabela 3: Equivalência entre o biogás e outros combustíveis Combustível A 1m 3 de biogás correspondem: Querosene 0,342 l Lenha (10% de umidade) 1,450kg GLP 0,396kg Óleo Diesel 0,358 l Gasolina 0,312 l Na Tabela 4, são fornecidos alguns dados relativos a consumo de biogás por diversos equipamentos. Para a escolha de um digestor que atenda às necessidades da maioria da população do meio rural, foram levados em consideração: a) Consumo dos diversos equipamentos;

44 42 b) Volume de matéria prima necessário para a carga diária; c) Grande disponibilidade de esterco de suínos, razão pela qual foi selecionado para o presente trabalho; d) Regime de criação de suíno em Minas Gerais, que raramente é estabulado, dificultando a coleta do material. Tabela 4: Consumo de biogás em equipamentos Equipamento Unidade Consumo Lampião l/h 140 Fogão l/dia/pessoa 340 Motor l/hp/h 450 Geladeira l/dia 2000 Incubadora l/h/100 l de capacidade

45 43 6 BIOMASSAS COMO SUBSTRATO PARA BIODIGESTORES Carvalho (2008) ressalta que: A biomassa refere-se à quantidade de matéria orgânica, em geral de origem vegetal, presente em um dado momento, numa determinada área. Não compreende só os vegetais, mas também os dejetos, como os produzidos pelos animais e homens. Por essa razão, a biomassa está constantemente sendo renovadas: as plantas, utilizando a luz solar e o gás carbônico presente naturalmente, ou não, na atmosfera têm a capacidade de produzir novas substâncias, de crescer e de se multiplicar. [...]. Como matéria-prima para o funcionamento de biodigestores podem-se destacar as seguintes biomassas: fezes (de gado, suínos, aves, etc.), resíduos vegetais (restos de culturas, palha, capim, etc.) e lixo residencial e industrial. O esterco suíno representa a matéria-prima por excelência para a produção de biogás, pelo fato de já possuir naturalmente os microrganismos responsáveis pela fermentação. A biomassa pode ser definida como qualquer material passível de ser decomposto por causas biológicas, ou seja, pela ação de diferentes tipos de bactérias. De maneira geral a biomassa pode ser descrita como a massa total de matéria orgânica que se acumula dentro de um espaço. Sendo assim, podemos considerar biomassa as plantas, os animais, incluindo seus resíduos, as matérias orgânicas provenientes de indústrias alimentícias e outras indústrias, restos de supermercados e feiras em geral, dejetos humanos e de animais, entre outros (NEVES, 2010). Dentre as mais variadas fontes de energias renováveis, a biomassa merece maior destaque, pela grande quantidade disponível e por ser a mais sustentável dentre as demais. A forma mais utilizada para geração de energia elétrica e térmica utilizando a biomassa como matéria prima, é através do uso de biodigestores, que aos poucos foram sendo disseminados em alguns lugares do mundo, inclusive no Brasil. Dentro do biodigestor anaeróbio, como o

46 44 próprio nome diz, ocorre a biodigestão anaeróbia, que nada mais é do que um processo de degradação, transformação ou decomposição de matéria orgânica, tendo como produto final o biogás e o biofertilizante (FONSECA et al., 2009). Pode ser usado como substratos para este processo: dejetos humanos, esterco bovino, suíno, eqüino, caprino, de aves, esgoto doméstico, vinhaça, plantas herbáceas, rejeitos agrícolas e capins de um modo geral. A decomposição e o acúmulo de dejetos bovinos no solo é hoje um assunto de interesse mundial que vêm realizando várias pesquisas no mundo inteiro, porém no Brasil, só agora esse assunto obteve maior repercussão, ganhando destaque e importância, devido à divulgação do produto orgânico (ARRUDA et al., 2002). Segundo Amaral et. al. (2004), os dejetos suínos são compostos orgânicos de elevado teor energético, com macro e micronutrientes que oferecem água, abrigo e temperatura, sendo preferido por inúmeros micros e macro vetores de grande importância sanitária, utilizando o mesmo como nicho ecológico, fixando o material e produzindo a fermentação. Quando passam pelo tratamento anaeróbio em biodigestores, podem ter uma boa redução na quantidade de bactérias patogênicas e parasitas intestinais, encontradas normalmente nesses tipos de dejetos, podendo ainda ser usados como adubo, porém se não forem manipulados e utilizados de forma correta, pode ter o seu grau de contaminação aumentado, colocando em risco a saúde humana.

47 45 7 MANUAL DE PRODUÇÃO DE BIOGÁS E BIOFERTILIZANTE PARA PEQUENAS PROPRIEDADES RURAIS Como produto final desta dissertação foi elaborado um manual para orientar pequenos produtores rurais para construção de um biodigestor caseiro para gerar biogás e biofertilizante. O modelo apresentado neste manual é inspirado no modelo indiano, mas adaptado aos materiais disponíveis em praticamente todas as lojas de material de construção das cidades do interior do país. E utilizou-se da tecnologia empregada nas cisternas de placas. O manual tem o objetivo final de minimizar o potencial de poluição ambiental causados por dejetos de animais como suínos e possibilitar a produção de biogás e biofertilizantes em pequenas propriedades rurais, possibilitando o aproveitamento do biogás como fonte de energia. Através do manual o pequeno produtor rural, aprende os passos necessários para a construção de um biodigestor tendo assim a possibilidade de utilizar o biogás como fonte de energia alternativa e o biofertilizante para adubar suas lavouras. Lembrando que há a necessidade do acompanhamento de um engenheiro para principalmente tomar todas as medidas de segurança. MANUAL DE CONSTRUÇÃO DO BIODIGESTOR RURAL Frederico Alvarenga de Oliveira Júnior SUMÁRIO Apresentação... 3 Introdução... 3 Biodigestor... 3 Funcionamento do Biodigestor... 3 Produtos da Biodigestão... 4 Lista de Materiais Necessários Para Construção do Biodigestor Adaptado Tipo Indiano... 4 Construindo o Biodigestor... 6 Escolha do Local... 6 Escavação... 6

48 46 Confecção das Placas... 7 Colocando Placas... 7 Preparando o Piso do Biodigestor e Cano Guia (Centro)... 8 Parafuso do Cano Guia (Centro)... 8 Cano de Ferro Chumbado No Centro Piso... 9 Trave de Segurança... 9 Sapata Base do Cano Guia do Tanque... 9 Construção da Parede do Tanque de Placas Disposição das Placas na Parede do Tanque Amarrando as Placas Construção dos Batentes de Fundo Finalização do Tanque de Placas Acabamento Interno e Externo Caixa de Carga Sistema de Descarga Câmara de Biodigestão (Caixa de Fibra) Cano Guia da Caixa de Fibra Base do Cano Guia da Caixa de Fibra Base do Cano Guia Após a Instalação Lastro da Caixa de Fibra Tubulação de Gás Caixa Pronta Colocando a Caixa no Biodigestor Biodigestor Pronto Sistema de Drenagem Manejo do Biodigestor Utilização do Biogás Geradores de Eletricidade a Gás Tabela de Consumo de Energia Por Aparelho Programa para Redução da Emissão de Gases de Efeito Estufa na Agricultura Programa ABC BD Biodigestor Retorno Financeiro Em Até Quatro Anos Referências APRESENTAÇÃO Este manual pretende demonstrar a pequenos produtores rurais os passos da construção de um biodigestor, tipo indiano para geração biogás e biofertilizantes. INTRODUÇÃO A produção de esterco e de dejetos animais em propriedades rurais está entre as principais causa de contaminação dos aqüíferos confinados. Estas produções representam perda potencial de energia aproveitável e de adubo rico em fósforo (P) e nitrogênio (N) o qual apresenta alto custo e difícil aquisição. Desta forma, o aproveitamento de dejetos animais apresenta pontos atrativos, como a redução da liberação de resíduos no meio ambiente e o maior acesso a fontes de energia de baixo custo a frações do povo brasileiro com dificuldades financeiras.

49 47 BIODIGESTOR Biodigestor, onde a biomassa sofre a digestão pelas bactérias anaeróbicas, gerando gás. Consiste em um recipiente fechado, construído de alvenaria, concreto ou outros materiais, onde é depositado o material a ser digerido. O processo de decomposição da matéria orgânica resulta na produção de biogás e biofertilizante. O modelo apresentado neste manual é inspirado no modelo indiano, mas adaptado aos materiais disponíveis em praticamente todas as lojas de material de construção das cidades do interior do país. Foi utilizado tecnologia empregada nas cisternas de placas. FUNCIONAMENTO DO BIODIGESTOR Fonte: O esterco deverá ser coletado diariamente e misturado com água na caixa de entrada, na proporção 1:1 de onde passa por um tubo para o biodigestor. O biodigestor é um tanque, revestido de plástico ou alvenaria, dentro do qual ocorre a fermentação. Tem duas saídas, uma para o biogás e outra para o biofertilizante. O biogás passa por uma tubulação e alimenta o fogão, o motor, a geladeira ou outro ponto de uso. Já o biofertilizante é retirado da caixa de saída e aplicado nas áreas de cultivo. PRODUTOS DA BIODIGESTÃO A biodigestão é realizada por bactérias do esterco, e acontece naturalmente quando ele se encontra em um ambiente onde não exista oxigênio. Após passar pelo biodigestor, o esterco se transforma em uma fração gasosa (biogás), uma líquida e outra sólida. Biogás: é uma mistura de vários tipos de gases, que pode ser queimado em fogões, motores, caldeiras ou geradores para gerar energia elétrica. Substitui o gás de botijão, lenha, querosene ou gasolina. Biofertilizante: é um adubo líquido que fornece os principais nutrientes para o crescimento de plantas.

50 48 LISTA DE MATERIAIS NECESSÁRIOS PARA CONSTRUÇÃO DO BIODIGESTOR ADAPTADO TIPO INDIANO Quantidade Descrição 6 dias Escavação do Buraco 1 Caixa de fibra de 3000 litros 10 Sacos de cimento 1 Barra Ferro 6,3mm 50 m Arame galvanizado 12 6 latas Brita latas Areia 5 m Placa de zinco 0,40 cm 200 Tijolos 6 furos 1barra /6m Cano PVC esgoto 100 mm 3,5m Cano PVC rígido 50mm 3,5 m Cano de ferro 40mm 1,5 m Cano PVC 60mm 1 m Cano PVC 75mm azul 2 Cola PVC pequena 30 m Cano PVC rígido 20mm 3 Joelhos PVC rígido LR 20mm 1 CAP 75mm azul 1 T PVC rígido 20mm

51 49 1 Parafuso 29cm 3/8 2 Luva de união 20mm 8 Joelhos PVC rígido 20mm 1 Flange 60x60mm 3 Flanges 20mm 3 Registros de esfera 20mm 5 m Mangueira cristal trançada 20mm 6 Luvas LR 20mm 3 Adaptador interno para mangueira PVC 20mm 4 Abraçadeiras rosca sem fim ½ 1 Vasilhame 20L acrílico (Água mineral) 2 m Tábua 15cm x 4cm 7 m Barrote de madeira de 10 1 Telha de fibra 1,50 x 0,80cm 1 Parafusos 8cm3/4 4 Pregos para telha Brasilit 1 m Tela de nylon 1,50x0,80 4 dias Mão de obra não especializada 2 Veda rosca 1 m Cano PVC rígido 25 mm 1 Furadeira elétrica 1 Serra copo para furadeira elétrica

52 50 CONSTRUINDO O BIODIGESTOR Para os trabalhos as pessoas envolvidas devem utilizar equipamentos de proteção individual (EPI) e ter o acompanhamento de um engenheiro civil devidamente registrado no seu conselho de classe. Escolha do Local - Próximo à criação, onde serão utilizados os dejetos para a produção de biogás e biofertilizantes, mas não ao lado da criação. - Respeitar uma distância mínima de 15 metros de distância da criação. - Local exposto ao sol Escavação Fonte: CETEC, 1981; REBONATO, Fernando 1 - Buraco central que ficará o tanque principal com 2 m de profundidade e 3 m de circunferência. 2 - Caixa de carga com circunferência de 0.50 m de altura e 0.40 m de raio. 3 - Caixa de descarga com dois níveis. Nível 1 Comprimento 0,40 m/largura 0.50 m/ Altura 0.40 m. Nível 2 - Comprimento 1,00 m/largura 0.50 m/ Altura 0.60 m. 4 - Canaletas onde serão instaladas as tubulações. As canaletas são escavadas em declive desde a parte baixa do buraco principal, partindo-se de uma profundidade de 1,80 m (0,20 m a partir do fundo do buraco) até a superfície. Comprimento da canaleta para a caixa de carga : 2 m. Comprimento da canaleta para a caixa de descarga: 3 m. Confecção das Placas Fonte: Mesmo método adotado para cisternas. Elas são moldadas em um chão liso, coberto com uma camada de areia, que precisa estar peneirada.

53 51 O molde é feito com ajuda de fôrmas curvas de madeira no chão de areia. Placas da parede do tanque: 50 cm x 52 cm. Placas da caixa de carga: 20 cm x 20,5 cm. O traço do cimento das placas é de 3 carros de areia para 1 saco de cimento. Total: 9 carros de areia e 3 sacos de cimento. Em 2 das placas grandes do tanque é necessário deixar os furos de passagem das tubulações de entrada e saída. Colocando Placas Fonte: O buraco deve ter o fundo nivelado. Argamassa, cimento, areia e brita, na proporção de 3 carros de areia, 2 carros de brita e 1 saco de cimento. O piso deve ser nivelado com o prumo. Se o terreno for argiloso, pode-se optar por construir o piso com armação de ferro (um radier ) feita com vergalhão no formato de um circulo de 2 m, colocado no centro do buraco. Após, faz-se uma cruz com outros 2 pedaços de vergalhão. Os vergalhões não devem cruzar no centro para não dificultar a instalação do cano guia. Eles são presos com arames de 18 mm. No momento inicial da confecção do piso um cano guia, deve ser fixado no centro do círculo que foi previamente marcado. Quando terminado o piso, o buraco fica com cerca de 1,80 m de profundidade. Preparando o Piso do Biodigestor e Cano Guia (Centro) Fonte: O cimento ainda fresco serve como base para fixar o cano no fundo. O cano de guia é feito com um cano de ferro por dentro e um de PVC por fora, de 40 mm com 3,5 m de comprimento, no centro do tanque. Para facilitar o prumo utiliza-se uma madeira de apoio na superfície do terreno.

54 52 Por fora do cano de ferro, outro cano de PVC (50 mm com 3 m) será colocado para prevenir a ferrugem, ficando chumbado na base de sustentação (sapata). Parafuso do Cano Guia (Centro) Fonte: Cano de Ferro Chumbado No Centro Piso Fonte: Trave de Segurança ues.pdf É feita com um barrote em madeira de 7x7 cm. Duas barras laterais são presas no chão, enquanto uma terceira, onde se encaixa o cano guia, é colocada transversalmente no topo. A fixação das traves é realizada por corte de encaixe e dois parafusos franceses 4 x 5/16. O

55 53 centro da trave superior deve ser perfurado para que nela seja encaixado o parafuso do cano guia. A trave de segurança tem a finalidade de conter a caixa de fibra de vidro em seu lugar, quando a produção de gás for consistente. Sapata Base do Cano Guia do Tanque Fonte: Colocar quatro tijolos, dispostos ao redor do cano guia. Os tijolos são dispostos em torno do cano de ferro e por fora dele será instalado o cano de PVC antes do enchimento e rejunte da sapata. Construção da Parede do Tanque de Placas Fonte: As placas são assentadas sobre o círculo já demarcado. Antes de fixá-las com cimento, as placas são alinhadas para formar a circunferência. A primeira placa, com furo mais estreito para o cano de 100 mm, fica em frente à canaleta de carga, e o furo deverá ficar para baixo. Cano de Entrada a 10 cm de altura do fundo e o de saía, na placa oposta, a 30 cm de altura. No lado oposto, deverá ficar a que tiver o outro furo para o cano de 150 mm, de onde sairá à tubulação de descarga. A placa de saída deverá ser colocada com o furo para cima. Disposição das Placas na Parede do Tanque Em cada fileira são usadas 12 placas. Após fixar as placas da 1ª fileira coloca-se a 2ª de forma alternada, da mesma forma que se assentam tijolos. Ao todo serão colocadas 48 placas nas 4 fileiras. A parede de placas fica 20 cm acima do terreno, formando uma pequena parede.

56 54 Amarrando as Placas Fonte: Após a fixação das placas, utiliza-se arame galvanizado número 12, para amarrar as fileiras das placas. Construção dos Batentes de Fundo Fonte: Quantidade: três tijolos furados, distribuídos por igual na parede do tanque, formando uma pequena mureta, ficando mais altos do que a saída do cano de descarga. Função: evitar que a caixa de fibra encoste-se ao fundo e feche as entradas e saídas de esterco da câmara de biodigestão. Finalização do Tanque de Placas Acabamento Interno e Externo As paredes devem ser rebocadas por dentro sem estreitar demais o vão interno do tanque, permitindo que a caixa de fibra possa subir e descer livremente sem encostar na parede. Rebocar por fora evitando assim o contato direto do arame com a terra. Parte da terra da escavação do buraco é colocada no vão de fora entre a parede do buraco e a do tanque.

57 55 Caixa de Carga Fonte: Deve ser construída no nível no terreno. Cavar somente para a tubulação. É feita em formato circular. As placas são assentadas sobre uma base com massa de cimento, sem armação de ferro, e demarcada uma circunferência com raio de 0,4 m. As placas são alinhadas na base tomando-se a circunferência demarcada. Com a massa da base ainda fresca pode-se fazer um furo para a tubulação que levará o esterco para o biodigestor. Assim a saída do cano ficará no fundo da caixa. Sistema de Descarga Fonte: É cavado e deve ficar abaixo do nível do terreno e do nível da carga. Tem 2 níveis de profundidade. Ele deve ficar semi-enterrando em uma trincheira com pouco mais de 1,60 m de comprimento para todo o reservatório. Tem forma retangular e é construído com tijolos. Na parede que separa a parte mais profunda da mais rasa são colocados tijolos furados deitados ou tubos de drenagem para as duas divisões. Se necessário pode-se colocar telas nestes tubos de passagem, facilitando o processo de limpeza dos reservatórios. No fundo do 1º reservatório (mais alto) é depositada uma camada de brita, cobrindo os tubos. Sobre ela é colocada uma tela. Esta parede divisória vai permitir a separação da fração líquida da fração sólida. Estes resíduos (líquido) poderão ser utilizados como biofertilizante ou defensivo natural.

58 56 Câmera de Biodigestão (Caixa em Fibra) Fonte: As dimensões da escavação e das placas especificadas anteriormente são para um biodigestor com caixa d água de litros. Marcar o ponto central no seu fundo. Instalar o cano guia. No centro, com o auxilio de uma furadeira elétrica e serra-copo, deve ser realizado um furo com 60 mm, onde será colocado um flange. Neste flange será instalado um cano de PVC que servirá de guia para a caixa. A caixa de fibra utilizada é a de litros. Ao lado desse furo será feito outro, também com auxílio de uma serra-copo com 20 mm. Nele será instalada a flange para a tubulação de gás. O flange de 20 mm fica com a rosca virada para dentro, permitindo a instalação do cano por fora. O flange de 60 mm deverá ser instalado com a rosca virada para fora da caixa, para permitir a instalação do cano guia por dentro. Ambos os flanges: borrachas de vedação instaladas na parte de dentro da caixa. Cano Guia da Caixa de Fibra No flange central, por dentro da caixa se instala o cano de 60 mm que servirá de guia. Ele deve ter cerca de 1,50 m de comprimento entre o flange e a base de madeira que lhe dá sustentação. Base do Cano Guia da Caixa de Fibra Fonte: Para fazer a base do cano guia, utiliza-se uma tábua de madeira (0,14 m x 0,04 m) com 2 m de comprimento. No centro da madeira deve ser feito um furo onde o cano guia se acomoda. Em um lado usa-se a serra-copo 60 mm até a metade. E no outro se usa a serra-copo de 50 mm. Por fim o furo fica com dois tamanhos em cada lado da madeira. O cano guia se liga ao flange do centro da caixa de fibra

59 57 Base do Cano Guia Após a Instalação Fonte: A tábua deve ser fixada na caixa de fibra usando se quatro parafusos franceses 3 x 3/8 com porca e arruela, dois em cada extremidade da tábua. A abertura de 50 mm deve ficar virada para fora da caixa e a de 60 mm para dentro da caixa, onde se acomoda ao cano guia, que deve ser instalado no momento em que a tábua é fixada. Lastro da Caixa de Fibra Fonte: Biodigestor Sertanejo (Dom Helder). Instala-se uma cinta de zinco com 40 cm de largura sobre a caixa de fibra. Preencher com terra ou brita para aumentar o peso e promover uma pressão uniforme no biogás. São necessários cerca de 5 m de zinco com 40 cm de largura. Antes que as pontas da cinta de zinco sejam atadas, deve-se suavizar a borda dobrando-a sobre um arame comum ao longo de toda a extensão do zinco. Para o fechamento, as extremidades da cinta são dobradas, uma para dentro e outra para fora com intuito de prender uma ponta na outra. E a dobra que suaviza o corte deve ficar para fora. Em seguida, a cinta é instalada na caixa de fibra antes que ela seja colocada no biodigestor. A cinta se encaixa na parte superior porque o fundo da caixa é mais estreito, assim a parte interna do lastro vai ficar com cerca 20 cm de altura. Para evitar que o material do lastro caia dentro do tubo guia da caixa de fibra é necessária a instalação de um tubo de proteção (tubo de esgoto de 75 mm) que se acomoda na parte rosqueada do flange de 60 mm. Ele deve ser colocado no momento em que a caixa é instalada no biodigestor, antes da fixação dos barrotes de madeira. O lastro só é preenchido depois de a caixa ser instalada no biodigestor

60 58 Tubulação de Gás Adaptador longo com flanges livres 2 - Adaptador com flanges comum 3 - Extremidade de um cano soldável Pode-se também forçar o biogás a passar pela água, borbulhando-o em um recipiente fechado e com água, como por exemplo, garrafões de água mineral de 20 litros. O cano do biogás após o registro mergulha na água do garrafão. A cada duas semanas a água do garrafão precisa ser trocada. Para sua construção utilizam-se dois adaptadores com flange, um longo e um curto. No adaptador longo é instalado o cano de entrada que vem do biodigestor e no curto o de saída, por exemplo, fogão. Um dos flanges de cada adaptador precisa ser aparado para passar pela boca do garrafão. Para fixação necessita-se do auxílio da ponta de um cano soldável, que tem a boca alargada para dar apoio dentro do garrafão. A boca do garrafão ficará para baixo e deverá ser vedada, com um tampão de borracha, ou rolha de madeira macia. O garrafão deverá conter água até o nível em que toque a parte rosqueada do adaptador longo. Para facilitar a manutenção, recomenda-se a instalação de uma união logo após o registro de gaveta. Fonte: A esponja de aço deve trocada a cada duas semanas e tem a finalidade de impedir o acesso de insetos e diminuir o mau cheiro.

61 59 Fonte: Em seguida ao registro, se instala um cano curto apenas para permitir a conexão de uma tubulação flexível. A mangueira ideal para esta aplicação é a do tipo trançada, evita-se que ela dobre com o calor do sol. Esta mangueira flexível permite que a caixa de fibra suba e desça livremente. A ligação da mangueira no cano deve sempre ser realizada com auxílio de uma braçadeira de cano. Em seguida, no alto do barrote, esta mangueira se liga à tubulação rígida. A tubulação de gás deve ficar enterrada, sempre que possível, o menor caminho. No final, onde chega o biogás, uma outra mangueira flexível é instalada. Neste local é instalado também um segundo registro. Caixa Pronta Fonte:

62 60 Colocando a Caixa no Biodigestor Fonte: Biodigestor Pronto Fonte: A caixa esta dentro do biodigestor, aparado pelos 3 batentes. A medida que o biogás começar a ser produzido, este irá começar a ocupar o espaço da caixa, exercendo pressão suficiente para elevar a caixa até a trave de segurança.

63 61 Sistema de Drenagem Fonte: O biogás, quando produzido, contém ainda uma concentração de umidade elevada. Por isso é necessário instalar um dreno para retirar o excesso de água. O dreno é constituído de um T e um cano imerso em água, dentro de um tubo 75 mm, o mesmo usado em esgotos. O dreno é fechado com um Tampão ou CAP colado na base para que ele mantenha uma coluna de água permanentemente. Ele deve ser instalado no ponto mais baixo da tubulação de gás. Por isso é necessário identificar este ponto utilizando-se um nível de mangueira. Neste local é cavado um buraco com 0,7 m de profundidade onde o dreno vai ficar enterrado. Este cano tem em uma extremidade duas cavidades, feitas com arco de serra, que permitem acomodar a tubulação de gás e o T do dreno. Na saída do T se conecta um cano que será imerso pelo menos 50 cm em água dentro do tubo de 75 mm. O sistema deve ser coberto com outro CAP para diminuir a evaporação da água e evitar presença indesejável de insetos e outros animais. O CAP de cima porém não deve ser colado, para permitir a manutenção e preenchimento com água periodicamente.

64 62 Manejo do Biodigestor É fundamental que a caixa não permita que o ar entre em contato com o esterco dentro da câmara de fermentação. O esterco não pode estar seco. Ele deve ser sempre diluído em água, na caixa de entrada, sem excesso. Proporção 1:1. O abastecimento depende do seu uso. Uso doméstico: dois carrinhos de mão de esterco por dia. Pode-se abastecer no início da manhã. O biogás por ser inflamável, oferece condições para diferentes usos, podendo ser utilizado em lampiões, motores de combustão interna à gasolina e álcool, geladeiras à gás, fogões domésticos e muitos outros usos. Depois de passar pelo biodigestor, o esterco vira biofertilizante. O biofertilizante facilita a absorção dos nutrientes pelas plantas. Utilização do Biogás Fonte: O biogás é extremamente inflamável. Pode ser usado para qualquer fim que necessite de combustível. O biogás pode ter o seu potencial energético aproveitado em cozimento, aquecimento, refrigeração, iluminação, incubadores, misturadores de ração, geradores de energia elétrica, etc. No presente manual optamos em utilizar o biogás na manutenção da casa, com geradores de energia elétrica, proporcionando mais conforto ao homem do campo. Pois em muitas cidades do interior de Minas Gerais ainda não possui energia elétrica. Em geral, nas condições do semiárido, a adição de dois carrinhos de mão de esterco suíno por dia é suficiente para gerar todo o biogás necessário a uma família média de 5 pessoas. Isto requer entre 4 a 5 suínos na granja.

65 63 Geradores de Eletricidade a Gás Fonte: Motor 18,0 cv Potência máxima 9,5 KVA Potência nominal 8,0 KVA Rotação 3600 rpm Tensão de saída 110 V / 220 V (bivolt) Sistema de partida partida elétrica Sistema de filtro integrado que permite a conexão do motor diretamente na lona do biodigestor. Consumo 4,0 m³ de biogás por hora de trabalho; 3,8 l de álcool por hora de trabalho. Tabela de Consumo de Energia Por Aparelho