UNIÃO DINÂMICA DE FACULDADES CATARATAS FACULDADE DINÂMICA DAS CATARATAS CURSO ENGENHARIA AMBIENTAL

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1 i UNIÃO DINÂMICA DE FACULDADES CATARATAS FACULDADE DINÂMICA DAS CATARATAS CURSO ENGENHARIA AMBIENTAL Missão: Formar Profissionais capacitados, socialmente responsáveis e aptos a promoverem as transformações futuras AVALIAÇÃO DO POTENCIAL DE PRODUÇÃO DE BIOGÁS E METANO A PARTIR DE AMOSTRAS DE BOVINOCULTURA LEITEIRA COM A ADIÇÃO SO SUBSTRATO DE SILAGEM DE MILHO WANDY FU Foz do Iguaçu - PR 2012

2 ii WANDY FU AVALIAÇÃO DO POTENCIAL DE PRODUÇÃO DE BIOGÁS E METADO A PARTIR DE AMOSTRAS DE BOVINOCULTURA LEITEIRA COM A ADIÇÃO SO SUBSTRATO DE SILAGEM DE MILHO ATRAVÉS DE FERMENTAÇÃO CONTROLADA Trabalho de conclusão de Curso apresentado à Prof a. Ms. Edneia Santos de Oliveira Lourenço, como requisito parcial de avaliação da disciplina de Trabalho de conclusão de curso I- Engenharia Ambiental e Sanitária da Faculdade Dinâmica das Cataratas (UDC). Foz do Iguaçu PR 2012

3 iii TERMO DE APROVAÇÃO UNIÃO DINÂMICA DE FACULDADES CATARATAS AVALIAÇÃO DO POTENCIAL DE PRODUÇÃO DE BIOGÁS E METADO A PARTIR DE AMOSTRAS DE BOVINOCULTURA LEITEIRA COM A ADIÇÃO SO SUBSTRATO DE SILAGEM DE MILHO ATRAVÉS DE FERMENTAÇÃO CONTROLADA TRABALHO FINAL DE GRADUAÇÃO PARA OBTENÇÃO DO GRAU DE BACHAREL EM ENGENHARIA AMBIENTAL Acadêmico (a): Orientadora: Ms. Edneia Santos de Oliveira Lourenço Nota Final Banca Examinadora: Prof(ª). Ms. Prof(ª). Ms. Foz do Iguaçu, 11 de dezembro de 2012.

4 4 WANDY FU AVALIAÇÃO DO POTENCIAL DE PRODUÇÃO DE BIOGÁS E METANO A PARTIR DE AMOSTRAS DE BOVINOCULTURA LEITEIRA COM A ADIÇÃO DO SUBSTRATO DE SILAGEM DE MILHO Trabalho de conclusão de Curso apresentado à Prof a. Ms. Ednéia Santos de Oliveira Lourenço, como requisito parcial de avaliação da disciplina de Trabalho de conclusão de curso I- Engenharia Ambiental e Sanitária da Faculdade Dinâmica das Cataratas (UDC). Foz do Iguaçu PR

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6 6 DEDICATÓRIA Primeiramente a Deus, por guiar meus passos para as direções corretas. Ao meu pai, Fu Shing On, meu exemplo de vida, por todo o amor, dedicação, paciência, incentivo, e principalmente pelo apoio em todas as minhas decisões.

7 7 AGRADECIMENTOS Ao meu namorado, Guilherme Deola da Silva, pelo incentivo e apoio em todos os momentos da minha vida. A minha família, por estar sempre ao meu lado. À minha orientadora Ms. Ednéia Santos de Oliveira Lourenço, pelo auxílio e paciência. A toda equipe CIER BIOGÁS, principalmente a Caroliny Matinc, Tania Menegol e Juliana Gaio por terem contribuído para a realização e desenvolvimento de todo o experimento. A todas as minhas amigas, principalmente, Maria Manuela Matos, Mariana Cioccia, Ana Paula Lara, Francieli Mariani, Carol Veiga, Gabriela de Abreu, Lilian Caroline, Fabiana Gonçalves. Enfim, a todos que acreditaram no meu potencial.

8 8 EPÍGRAFE Determinação coragem e autoconfiança são fatores decisivos para o sucesso. Dalai Lama

9 9 FU, Wandy. Avaliação do potencial de produção de biogás e metano a partir de amostras de bovinocultura leiteira com a adição do substrato de Silagem de Milho. Foz do Iguaçu, Projeto de Trabalho Final de Graduação Faculdade Dinâmica de Cataratas. RESUMO O uso das energias renováveis ganham destaque no cenário mundial e surgem como um complemento às fontes convencionais. O biogás é uma importante fonte de energia renovável com alto potencial energético. É composto essencialmente de metano (CH 4 ) resultante da decomposição anaeróbia de matéria orgânica. A propriedade em estudo está localizada está localizada na região oeste do Paraná, no município de Céu Azul. Tem como atividade pecuária de leite onde gera diariamente 150 toneladas de dejetos que serão direcionados a um biodigestor com capacidade de gerar 720m 3 de biogás/dia. O objetivo do estudo foi avaliar o potencial de produção do biogás através de fermentação controlada a partir de amostras de bovinocultura leiteira por meio da adição de silagem de milho. A metodologia foi baseada nos padrões de qualidade e tecnologia do laboratório da Universidade de Recursos Naturais e Ciências Aplicadas à Vida de Viena (Áustria). O experimento foi realizado sob condições de fermentação controlada, determinada com a ajuda de eudiômetros, durante tempo de retenção hidráulica de 30 dias. As amostras foram realizadas em triplicata contendo armazenamento, armazenamento + silagem de milho, afluente, afluente + silagem de milho, afluente + Sólidos. Após tempo de retenção hidráulica (TRH) de 30 dias, foi observado que as amostras que continham silagem de milho na mistura produziram maior quantidade de biogás, sendo de 789,04 l N Biogás/ Kg.SV para amostra contendo afluente+silagem de milho e 670,82 l N Biogás/ Kg.SV para amostra de sólidos + silagem de milho. Contudo, pode-se concluir, que a presença de silagem de milho, favorece a produção de biogás em vista do seu grande potencial energético, podendo assim, otimizar a produção para fins energéticos. Palavras- chave: Biogás, fermentação controlada, silagem de milho.

10 10 FU, Wandy. Assessing the potential of biogas production and mtano from samples of dairy cattle with the addition of substrate Corn Silage. Foz do Iguaçu, Work Project Final Graduation - Faculty Dynamic Falls. ABSTRACT The use of renewable energies gain prominence on the world stage and emerged as a complement to conventional sources. Biogas is an important renewable energy source with high energy potential. It is composed mainly of methane (CH4) resulting from the anaerobic decomposition of organic matter. The property is located under study is located in the western region of Paraná, in the city of Blue Sky. Its livestock activity of milk daily which generates 150 tons of waste that will be directed to a digester capable of generating biogas 720m3 / day. The aim of the study was to evaluate the production potential of biogas through controlled fermentation from cattle milk samples by the addition of corn silage. The methodology was based on the standards of quality and technology lab at the University of Natural Resources and Applied Life Sciences Vienna (Austria). The experiment was conducted under controlled fermentation conditions, determined with the aid of eudiômetros during hydraulic retention time of 30 days. Samples were performed in triplicate containing storage, storage + corn silage, affluent, affluent + corn silage, + affluent Solids. After hydraulic retention time (HRT) of 30 days was observed that the samples containing the mixture of corn silage produced larger amount of biogas being ln Biogas / Kg.SV for sample containing influent + corn silage and Biogas ln / Kg.SV to sample solids + corn silage. However, it can be concluded that the presence of corn silage, favors the production of biogas in view of its large energy potential and can therefore optimize production for energy purposes. Keywords: Biogas, controlled fermentation, corn silage.

11 11 LISTA DE FIGURAS Página Figura 1: Participação de renováveis na matriz elétrica (%)... 3 Figura 2: Uso de energias no cenário mundial... 4 Figura 3: Matriz agroenerética... 6 Figura 4: Silagem de milho Figura 5: Etapas da digestão anaeróbia Figura 6: Biodigestor modelo Indiano Figura 7: Biodigestor modelo Chinês Figura 8: Biodigestor modelo Canadense... Figura 9: Principais opções de utilização do biogás Figura 10: Localização da área de estudo Figura 11: Temperatura média anual do estado do Paraná Figura 12: Granja de pecuária de leite Figura 13: Local de preparo do inóculo Figura 14: Inóculo mantido a temperatura de 37,5 o C Figura 15: Medição do ph do inóculo Figura 16: Digestor de 250 ml Figura 17: Tubo interno do eudiômetro recolhedor de gás Figura 18: Tubo de compensação do eudiômetro Figura 19: Solução de Sulfato de sódio acidificada com acido sulfúrico Figura 20: Amostras ensaiadas em triplicata Figura 21: Digestor acoplado em eudiômetro para início da fermentação controlada Figura 22a: Garra Figura 22b: Ebulidor Figura 22c: Termostato Figura 22d: Aerador Figura 23: Analisador portátil de gases Drager X-am Figura 24: Produção de Biogás da amostra A Figura 25: Produção de Biogás da amostra A + S Figura 26: Produção de Biogás da amostra AF + S... 47

12 12 LISTA DE TABELAS Página Tabela 1: Produtividade de leite, segundo as Grandes Regiões Tabela 2: Ranking dos principais municípios produtores de leite do Paraná Tabela 3: Quantidade de excremento produzido por diferentes animais Tabela 4: Produção de biogás a partir de resíduos pecuários Tabela 5: Características e composição típicas do biogás Tabela 6: Influência da Composição no Poder Calorífico do Biogás... Tabela 7: Quantidade de combustível utilizado para produção de biogás Tabela 8: Solubilidade de alguns gases em água Tabela 9: Amostras ensaiadas Tabela 10: Resultados dos ensaios das amostras Tabela 11: Resultado dos cálculos que relacionam Matéria-seca e Sólidos Voláteis Tabela 12: Resultados de avaliações de ph Tabela 13: Rendimento dos substratos testados na produção de Biogás- Metano... 52

13 13 LISTA DE QUADROS Quadro 1: Vantagens e desvantagens de processos anaeróbios Quadro 2: Resíduos capazes de produzir biogás Quadro 3: Técnicas de remoção de impurezas do biogás... 26

14 14 LISTA DE SIGLAS AIE: Agência Internacional de Energia BEN: Balanço Energético Nacional CH 4 : Metano CQNUMC: Convenção Quadro das Nações Unidas sobre Mudanças do Clima CO: Monóxido de Carbono CO 2 : Dióxido de Carbono EPE: Empresa de Pesquisa Energética EMBRAPA: Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária GEE: Gases Efeito Estufa g: Grama g L -1 : Grama por Litro H 2 : Hidrogênio H 2 S: Ácido Sulfúrico H 2 O: Água H 2 SO 4 : Sulfeto de Hidrogênio IBGE: Instituto Brasileiro de Geografia Estatística IAPAR: Instituto Agronômico do Paraná Kcal m 3 : Kilo caloria por metro cúbico K: Potássio Km: Kilometros Kva hora -1 : Kilovoltampere por hora Kg: Kilograma Kw: Kilowatts L ano -1 : Litros por ano L vaca ano -1 : Litros por vaca ano L: Litro L Kg SV -1 : Litro Padrão l N Biogás/ Kg.SV: Litros de Biogás por Kilo de Sólidos Voláteis l N CH 4 / Kg.SV: Litros de Metano por Kilo de Sólidos Voláteis MME: Ministério de Minas e Energia MDL: Mecanismo do Desenvolvimento Limpo

15 15 m 3 : Metro cúbico m 3 Kg -1 : Metro cúbico por Kilograma m 3 dia: Metro cúbico por dia m 3 Kg SV -1 : Metro cúbico por Kilo de Sólidos Voláteis m 3 Kg -1 : Metros cúbicos por Kilo de Sólidos Voláteis mbar: Milibar ml: Mililitros NH 3 : Amônia Na 2 SO 4 : Sulfato de Sódio OIE: Oferta Interna de Energia O 2 : Oxigênio ph: Potencial Hiodrogeniônico PTI: Parque Tecnológico Itaipu P: Fósforo PVC: Cloreto de Polivinila PEAD: Polietileno de Alta Densidade RECE: Relatório Especial sobre Cenário de Emissões Globais PIB: Produto Interno Bruto SV: Sólidos Voláteis ST: Sólidos Totais SF: Sólidos Fixos t: toneladas Tep: Toneladas Equivalentes de Petróleo TRH: Tempo de Retenção Hidráulica USEPA: Agência de Proteção Ambiental Americana o C: Grau Celsius

16 16 SUMÁRIO Página 1 INTRODUÇÃO REFERENCIAL TEÓRICO MATRIZ ENERGÉTICA BRASILEIRA AGROENERGIA BIOMASSA RESIDUAL PECUÁRIA DE LEITE Caracterização da Biomassa de Pecuária Leiteira SUBSTRATO DE SILAGEM DE MILHO TRATAMENTO DA BIOMASSA Biodigestão Anaeróbia BIODIGESTORES Modelos de Biodigestores Modelo Indiano Modelo Chinês Modelo Canadense ou lagoa coberta BIOGÁS Produção do Biogás Poder Calorífico do Biogás Limpeza do Biogás USOS E APLICAÇÕES Biofertilizantes DETERMINAÇÃO DA PRODUÇÃO DE BIOGÁS ATRAVÉS DE ANÁLISES DE PARÂMETROS FÍSICO- QUÍMICOS MATERIAL E MÉTODOS CARACTERIZACAO DA ÁREA DE ESTUDO CARACTERIZAÇÃO DA ÁREA DE COLETA DAS AMOSTRAS PROCEDIMENTOS METODOLÓGICOS Preparo das Amostras Procedimento para Determinação da Produção de Biogás em Sistema de Fermentação Anaeróbia... 36

17 Preparo do Inóculo Potencial Hidrogeeniônico (ph) Ensaio das Amostras Avaliação da Produção de Biogás Cálculos de Avaliação RESULTADO E DISCUSSAO CARACTERIZAÇÃO DAS AMOSTRAS Matéria e Seca e Sólidos Voláteis Potencial Hidrogeniônico (ph) das Amostras Ensaiadas RESULTADOS DOS CÁLCULOS DO CONJUNTO MEDIÇÃO DE PRODUÇÃO DE BIOGÁS CONSIDERAÇÕES FINAIS REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS APÊNDICE

18 18 1 INTRODUÇÃO O uso de energias renováveis ganham destaque no cenário mundial. A busca por alternativas limpas surge como um complemento as fontes convencionais, tendo em vista ser menos prejudicial ao meio ambiente. Caracterizam-se por não possuírem um determinado tempo de utilização, podendo apresentar-se de diferentes formas como energia solar, eólica, geotérmica, hídrica, de oceanos e biomassa. A energia produzida a partir da biomassa vem recuperando seu espaço logo depois que a utilização do carvão e gás natural se intensificou nos últimos 100 anos. Hoje a utilização da biomassa como fonte de energia renovável ganha uma importante participação na matriz energética brasileira, a agroenergia. Esta fonte de energia origina-se dos resíduos. Dentre eles os sólidos urbanos, agropecuários, industriais e florestais, que ao passarem por diferentes processos da biodigestão podem originar o biogás e o biofertilizante. O estudo realizado foi a partir de amostras procedentes de animais de bovinocultura leiteira. Neste caso, o estado do Paraná, caracteriza-se por ser um estado de atividade agropecuária, principalmente a pecuária leiteira, gerando grande quantidade de biomassa residual. Essa biomassa pode ser utilizada como fonte de geração de energias alternativas como o biogás. O biogás é uma importante fonte de energia renovável com alto potencial energético, composto essencialmente de metano (CH 4 ) resultante da decomposição anaeróbia de matéria orgânica, biomassa. Apresenta grande versatilidade como fonte energética renovável, podendo ser convertida em energia mecânica, térmica, elétrica, combustível veicular, dentre outros, além de ser possível também sua exploração em sistemas cooperativos. As análises do presente trabalho objetivou avaliar o potencial de produção de biogás e metano a partir de amostras de bovinocultura leiteira com a adição do substrato de silagem de milho, originados da própria propriedade em estudo. O experimento foi desenvolvido em laboratório através de fermentação controlada com o auxílio de eudiômetros.

19 19 2 REFERENCIAL TEÓRICO 2.1 MATRIZ ENERGÉTICA BRASILEIRA Após a Segunda Guerra Mundial, o Brasil sofreu várias transformações na sua economia que impulsionaram a demanda energética primárias, através do crescimento industrial associado à taxa de urbanização. Entre as décadas de 40 e 50, a maioria da população encontrava-se em meio rural, reduzindo a utilização das energias, ou seja, a produção de energia era de apenas 15 milhões de toneladas equivalentes de petróleo (tep) para uma população de aproximadamente 40 milhões de habitantes (TOLMASQUIM, 2007). Com o crescimento de um considerável número de habitantes e com eles o consumo de energia, a década de 70 passou por uma crise petrolífera com o aumento súbito do petróleo, o Brasil buscou por diversificar seu parque industrial, investindo em fontes de energias renováveis próprias (hídrica e biomassa), mesmo ainda dependendo de fontes derivados de petróleo (AGROENERGIA-SEBRAE, sd). Em 2000, o consumo de energia já ultrapassava a quantidade de habitantes, ocasionando um consumo acelerado (TOLMASQUIM, 2007). A partir de dados do Instituto Internacional de Economia, o aumento da demanda energética do ano 2000 a 2030 será de 1,7% ao ano, alcançando 15,3 bilhões de tep -1 (MUSSA, 2003). De acordo com a Energy Information Administration (EIA), órgão estatístico e analítico do Departamento de Energia dos EUA (2003), a expectativa é que o consumo energético mundial crescerá cerca de 20% até Com o aumento gradativo no consumo e a necessidade de atender a essa demanda energética, as fontes renováveis surgiram como opção menos prejudicial ao meio ambiente. (SCHIMIDT, 1999 e ALLEGRE, 1993 apud BLEY Jr., 2010).

20 20 Com o crescimento do Produto Interno Bruto (PIB) de 2010, o consumo de energia no país sofreu um grande impacto direto. A previsão de crescimento de 4,5% até 2012 acelerou o consumo interno e com ela a necessidade de buscar por fontes. Devido a isso, estas fontes ganharam papel importante dentro da Matriz Energética Brasileira (INSTITUTO EKOS BRASIL, 2010). No ano de 2011, o Brasil obteve 2,5 pontos na matriz elétrica brasileira em 2011, alcançando 88,8%, como demonstra a Figura 1. Segundo dados do Balanço Energético Nacional- BEN 2012 houve uma pequena redução na produção de energia a partir da biomassa da cana-de-açúcar. Entretanto, houve um crescimento nas condições hidrológicas devido às condições climáticas favoráveis, obtendo uma média de 6,3% na produção hidrelétrica (EPE, 2012). Figura 1: Participação de renováveis na matriz elétrica (%) Fonte: EPE (2012) Como apresentado na Figura 1, à participação das Energias Renováveis permaneceu praticamente igual. Essa pequena variação se deve pela oferta de biomassa de cana-de-açúcar ocorrente. Porém, ainda manteve-

21 21 se acima da média mundial com 44,1%, conforme demonstra a Figura 2 (MINISTÉRIO DE MINAS E ENERGIA, 2012). Figura 2: Uso de energias no cenário mundial Fonte: MME (2012) A Oferta Interna de Energia (OIE) cresceu 1,3% comparado ao ano de 2010, sendo 43,6% renovável do total da energia demandada no país. Com esse aumento significativo, o país amplia sua posição no mercado mundial como fonte alternativa e limpa (EPE, 2012). Visando manter sua posição como fonte alternativa, o país investe no desenvolvimento da agroenergia, tendo em vista ser uma fonte sustentável do ponto de vista econômico, social e ambiental (ENNES, 2009). 2.2 AGROENERGIA Segundo Ennes (2009), a agroenergia pode ser entendida como um conjunto de biomassa resultante de atividades humana ou animal que após passar por diversos processos de transformação são capazes de ser transformados em fontes energéticas para diferentes fins.

22 22 De acordo com o Plano Nacional de Agroenergia (2006) o país possui uma série de qualidade para liderar a agricultura de energia mundial. Primeiramente situa-se nas faixas Tropical e Subtropical, recebendo ao longo do ano radiação solar, favorecendo a produção de bioenergia. Possui uma ampla diversidade climática, biodiverdidade e reservas de água doce. Seu vasto território disponibiliza a implantação de novas técnicas sem a necessidade de reduzir áreas dedicadas a agricultura de alimentos, além disso, é possível a aplicação de múltiplos cultivo com ou sem irrigação, apresentando vantagens ambientais. Bernoti (2010) relata quais são as importâncias Agroenergéticas: Novo negócio para Agropecuária; Redução de poluentes liberados na queima de combustíveis fósseis; Agregação a renda (coprodutos, resíduos da biomassa, manejo adequado dos resíduos); Mecanismos de Desenvolvimento Limpo (MDL); Protocolo de Quioto. Segundo Bernoti (2010), através das importâncias citadas objetivase a produção energética e desenvolvimento econômico regional, diversificando as fontes e difundindo novas tecnologias para pequenos produtores. A agroenergia se destaca pelo uso de fontes renováveis. O aproveitamento de resíduos convertidos em energia ou coprodutos é considerado uma forma sustentável de reduzir custos e menor dependência de outras fontes. A matriz agroenergética engloba cinco grupos, tais como: florestas, biogás, biodiesel, etanol e resíduos. A Figura 3 apresenta os grupo da matriz de agroenergia (BIODIESELBR, 2010).

23 23 Figura 3: Matriz agroenergética Fonte: BiodieselBr (2010). Estas fontes de energia podem ser obtidas de diversas formas. A energia das florestas pode ser obtida como lenha, carvão, briquetes, fino e licor negro. Os resíduos, originários da produção agropecuária e agroindustrial e dejetos resultantes destes processos podem ser convertidos em vários tipos de energias como gás, biodiesel e carvão. O biogás é resultante de processos anaeróbios. O biodiesel é obtido de óleos vegetais, gorduras animais ou resíduos agroindustriais. E por fim, o etanol, basicamente resultante da canade-açúcar (BIODIESELBR, 2010). Um dos segmentos mais abrangentes é a utilização de resíduos e dejetos para conversão de energia, pois possuem alto aproveitamento energético podendo ser provenientes de bovinos, suínos e aves, com a produção de gás metano. Esses resíduos quando não tratados, podem poluir corpos d água e lençóis freáticos (AGROENERGIA-SEBRAE, sd). Segundo cálculos de Steinfeld et al.(2006), os dejetos do rebanho brasileiro dispostos no meio ambiente podem liberar uma quantidade de metano (CH 4 ) de aproximadamente 1.012,70 t de dejetos bovinos, 292,78 t de suínos e 56,2 t de desejos de aves. Entretanto, o autor discorre que os dejetos depositados (secos) no pasto, liberam uma quantidade mínima de metano, pois necessitam de condições anaeróbias, o que significaria valores relativamente baixos, considerados aos resíduos depositados em corpos d água que

24 24 produziriam valores bem maiores devido as condições favoráveis para a produção. De acordo com dados da Agência de Proteção Ambiental Americana (USEPA) (1994), cerca de 14% das emissões de gás metano é resultante de atividades de animais. A agricultura, no ano de 2005 representou 50% das emissões de gás metano. De acordo com o Relatório Especial sobre Cenário de Emissões (RECE), até 2030 é estimado um aumento de 25 a 90% do total das emissões globais (IPCC, 2007). Para conter essas emissões, o Brasil propôs a CQNUMC, o mecanismo de desenvolvimento limpo (MDL). Este tratado objetivou o comércio de créditos de carbono através de sequestro ou mitigação de CO 2. onde os países desenvolvidos se responsabilizariam pela compra de CO 2 dos países em desenvolvimento. Contudo, em razão do vigor do Protocolo de Quioto, que também estabelece metas para emissões de GGE, o país obtém condições para se tornar o principal receptor de recursos do mercado de carbono (PLANO NACIONAL DE AGROENERGIA, 2006). Bley Jr. et al. (2009) relatam que a participação do país aumenta sua participação no mercado internacional de commodities agrícolas, devido ao crescimento e intensas atividades agropecuárias. Os diversos segmentos da cadeia de agroenergia alavanca o país no ranking do mercado mundial de energias renováveis (PLANO NACIONAL DE AGROENERGIA, 2006). 2.3 BIOMASSA RESIDUAL Biomassa é toda matéria orgânica contida dentro de um espaço vital (SOUZA et. al. 2004). A madeira, resíduos sólidos, resíduos animais, resíduos agrícolas, produção alimentar e plantas aquáticas são importantes fontes com alto potencial energético. Essas fontes, podem ser utilizadas de diversas formas na

25 25 produção de energia tornando-se uma importante reserva energética (RODRIGUES, 2004). Os países desenvolvidos utilizam a biomassa para a produção de energia, tendo em vista que, os dejetos gerados pelos animais no setor do agronegócio são um dos principais poluidores do meio ambiente. A partir daí, estes resíduos vem sendo aproveitados, para a produção de biogás que posteriormente é transformado em energia (COLDEBELLA et al.,2006). De acordo com estudos realizados por Coldebella, et al. (2006), a biomassa proveniente da pecuária bovina leiteira pode ser utilizada para geração de energia elétrica nas propriedades rurais e também para a revenda as concessionárias de energia. Hardoim et al. (2000) utilizou dejetos de 100 vacas em confinamento no processo do biodigestor anaeróbio, onde resultou na produção 118 m 3 de biogás dia -1. A região oeste do Paraná destaca-se na economia rural brasileira, constituídos por diversos pequenos produtores. Suas propriedades são baseadas em cultivo de soja e milho, que são transformados em rações para servir de insumos na suinocultura, avicultura e bovinocultura de leite, até a transformação de laticínios (BLEY JR. et al. 2009). As maiores produções de gás metano, segundo estudos de Amon et al. (2007) foram provenientes de amostras de bovinocultura leiteira. Os autores relatam as amostras provenientes de bovinos leiteiros obtiveram maior digestibilidade, através de dietas equilibradas e balanceadas fornecidas ao animal. Em estudos semelhantes, Souza e Campos (2007) utilizaram biomassa residual suína para produção de biogás avaliada experimentalmente. Os resultados obtidos por m 3 kg -1 foi de 0,136, a temperatura de 35ºC. Amaral et al. (2004) concluiu em seus estudos a partir de fermentação de biomassa, que pode ser uma alternativa para a redução de impactos ambientais, produção de energia elétrica a partir de biogás e a utilização do biofertilizante, adubo orgânico proveniente do processo de biodigestão da biomassa.

26 PECUÁRIA DE LEITE Segundo estudos de Fernandes, Bressan e Verneque (2004), na década de 90, a produção leiteira brasileira cresceu 36,5%. Em média 70% da produção nacional concentraram-se nas regiões Sul e Sudeste do país. Em 2010, com o crescimento do setor agropecuário brasileiro de 5,8% do Produto Interno Bruto PIB, 22,935 milhões de vacas foram ordenhadas em todo o país. A Tabela 1 indica as maiores produções leiteira de acordo com as grandes regiões brasileiras (IBGE, 2010). Tabela 1: Produtividade de leite, segundo as Grandes Regiões Produção de Leite Produtividade Regiões / Estados Milhões de L ano -1 Diferença % Litros/Vaca/ano -1 Diferença % BRASIL , ,6 Minas Gerais , ,2 São Paulo , ,8 Rio de Janeiro , ,5 Espírito Santo , ,2 REGIÃO SUDESTE , ,7 Rio Grande do Sul , ,7 Paraná , ,4 Santa Catarina , ,6 REGIÃO SUL , ,7 Goiás , ,9 Mato Grosso , ,5 Mato Grosso do Sul , ,2 REGIÃO CENTRO OESTE , ,6 Bahia , ,9 Cerará , ,3 Pernambuco , Alagoas , ,2 Maranhão , ,7 Rio Grande do Norte , ,4 Sergipe , Paraíba , Piauí ,2 REGIÃO NORDESTE , ,2 Fonte: IBGE, A produção brasileira cresceu 12% L vaca -1 ano -1, onde 19,1% se concentraram na região Sul do Brasil (IBGE, 2010). De acordo com Koehler (2000), o rebanho paranaense é constituído de aproximadamente cabeças, onde desses animais

27 27 encontram-se em lactação. Na região Oeste do estado, concentra-se 22,4% da produção leiteira com produtividade média de L.vaca -1.ano -1. Na Tabela 2 destacam-se os principais municípios envolvidos nesta produção. Tabela 2 : Ranking dos principais municípios produtores de leite do Paraná Município de Origem Núcleo Regional Prod. Anual (Mil/LT) (*) Prod. Mensal (Mil/LT) (*) Produtividade L.vaca -1.ano -1 % por Município Carambeí Ponta Grossa ,79% Marechal C. Rondon Toledo ,66% Castro Ponta Grossa ,34% Londrina Londrina ,15% Palmeira Ponta ,64% Grossa Toledo Toledo ,33% Arapoti Ponta Grossa ,45% Santa Helena São M. do Iguaçu Toledo ,09% Cascavel ,06% Terra Roxa Toledo ,98% (*)Produtividade média com base na média da microrregião homogênea Fonte: Boletim Setorial do Agronegócio - Bovinocultura leiteira, Caracterização da biomassa de pecuária leiteira Segundo Pauletti (2004), os bovinos leiteiros produzem em média 9,4 L.dia -1 de resíduos líquidos e de 10 a 15 Kg esterco animal dia -1. Em seu estudo a média de dejetos encontrados por animal com peso aproximado de 453 kg de 23,5 kg de esterco e 9,1 kg de urina por dia. Entretanto, Matos (2005) relata que a quantidade de dejetos produzidos por bovinos leiteiros podem variar de 28 a 32 Kg de esterco fresco.

28 28 Juntamente com a urina do animal, esse volume pode variar de 38 a 50 Kg para animais de aproximadamente 400 Kg. A Tabela 3 apresenta a quantidade de excremento (esterco animal) produzido, onde o gado bovino se destaca com a maior quantidade produzida. Tabela 3: Quantidade de excremento em dag kg-1 produzido por diferentes animais Animal Massa animal (kg) Volume excretado (m 3 /dia) Massa úmida de excremento (kg/ dia) Matéria Seca (%) Gado de 500 0,028-0,037 27,7-36,6 10 corte Gado de 500 0,031-0,035 30,2-35,0 10 leite Suínos 100 0,0056-0,0078 5,4-7,5 10 Equinos 500 0, Aves 2,5 0, , ,14-0,17 20 Ovelhas Fonte: Adaptado Cortez, Lora e Gómez (2008) Os dejetos produzidos por animais de pecuária de leite podem apresentar concentrações de nutrientes variando de acordo com idade, alimentação e espécie. As concentrações médias de nutrientes citados por Matos (2005) são de 0,53 de Nitrogênio, 0,35 de Fósforo, 0,41 Potássio, 0,28 de Cálcio, 0,11 de Magnésio, 0,05 de Enxofre e 0, 004 de Ferro. Em seus estudos, Cortez, Lora e Gómez (2008) obtiveram concentrações médias de nutrientes de 0,72 a 0,79 de Nitrogênio, 0,61 a 0,87 de Fósforo e 0,82 a 0,92 de Potássio resultante da caracterização de amostras de bovinos leiteiros. A biomassa produzida pelos bovinos leiteiros depende de vários fatores como: tipos de instalações, variação do conteúdo de umidade, cama dos animais e principalmente tipos e quantidade de alimentos (MATOS, 2005). Segundo Mello (2004), o uso da silagem de milho é o melhor tipo de alimentação de bovinos. Em seu estudo utilizou bezerros em confinamento com dieta baseada em silagem de milho e capim elefante, que resultou claramente que a silagem de milho apresenta maior teor energético resultando em um bom ganho de peso e melhor conversão alimentar destes animais.

29 SUBSTRATO DE SILAGEM DE MILHO A utilização de ensilagens para alimentação de animais confinados vem se tornando uma prática muito comum. Os pecuaristas utilizam esta alternativa nos períodos de carência de pastagens e também para uma alimentação de qualidade (RIBEIRO et al. (2004). Segundo Pimentel et al. (1998), a silagem de milho apresenta valor nutritivo considerável. A silagem de milho é considerada uma das formas mais ricas em energia, podendo apresentar uma boa fermentação e aceitação por parte de animais pecuários (EMBRAPA, 2009). Segundo Rodrigues (sd.) técnico da Embrapa, o consumo diário de matéria seca consumidos por vacas leiteiras de alta produção alimentadas com silagem de milho é de 25,53 Kg dia -1. A utilização de coprodutos no processo de biodigestão anaeróbia é cada vez mais utilizada, visto que podem servir de suplemento para a matéria orgânica, fornecendo nutrientes aumentando a produção de biogás (BACKES, 2011). Segundo Backes (2011) a silagem de milho apresenta características adequadas para fermentação, devido ao elevado teor energético, facilidade de conservação e alta produtividade de matéria seca, como demonstra a Figura 4. O milho é utilizado como cultura energética como ótimas condições de fermentação. É considerada nos Estados Unidos, a cultura com maior potencial de rendimento (BACKES, 2011). No Brasil, a utilização da silagem de milho na composição das dietas de bovinocultura leiteira cresce consideravelmente (SENGER et al. 2005). Muck (1988) considera que os principais fatores determinantes da qualidade e o valor nutritivo é o estágio de maturação ao corte. A silagem apresenta alto teor nutritivo, desde que se mantenha a qualidade da ensilagem. Segundo Senger et al. (1999) apud Soest (1994), esses fatores podem ser influenciados no processo de ensilagem, que podem ocorrer de diversas formas: através da respiração, inicial das plantas, da fermentação

30 30 anaeróbica, da decomposição aeróbica, especialmente em materiais com alta umidade, ensilados diretamente. Mello (2004) relata que para um melhor processo fermentativo, os teores de matéria seca devem variar entre 30% e 35%. A partir de dados do projeto Eu-Agro-Biogas (2011) das Nações Unidas, a silagem de milho apresenta teores de 307 g Kg -1 de Matéria Seca, 995 g Kg -1 de Sólidos Voláteis, tendo capacidade de produção média de 586 l n / Kg. SV -1 de biogás e 310 l n / Kg. SV -1 de metano. Figura 4: Silagem de milho da propriedade em estudo. 2.6 TRATAMENTO DA BIOMASSA O grande crescimento no setor agropecuário tem causado uma grande expansão da bovinocultura no Brasil. O número de rebanhos resulta numa considerável produção de dejeto, ou seja, biomassa. A biomassa produzida pelos bovinos de pecuária leiteira é uma importante fonte alternativa de energia, que ao passarem pelo processo da biodigestão anaeróbia podem ser tratados e utilizados posteriormente para processos de conversão

31 31 energética, através da produção do biogás (XAVIER, LUCAS e SANTOS, 2006). Segundo análises de Zanette (2009), a pecuária intensiva e leiteira, são os maiores produtores de biogás, pois permitem a coleta e tratamento em larga escala. Amaral et al. (2004) afirma que a biodigestão anaeróbia é uma alternativa para os resíduos provenientes de bovinos leiteiros, pois além de reduzir a quantidade e o potencial poluidor, apresenta benefícios ao meio ambiente reduzindo os riscos sanitários dos dejetos Biodigestão Anaeróbia O biogás é gerado por meio de um processo de decomposição biológica que envolve diversos microorganismos na ausência total do oxigênio (O 2 ), onde ocorre uma sucessão de reações bioquímicas (FERNANDES, 2007). Rodrigues (2004) relata que é necessária a ação de bactérias por digestão anaeróbia, atuando diretamente nos resíduos. Quando utilizado indiretamente é extremamente eficiente na geração de energia elétrica com diversas finalidades, principalmente na agroindústria. O processo de biodigestão anaeróbia se divide em quatro etapas: hidrólise, acidogênese, acetogênese e metanogênse, como mostra a Figura 4 (NISHIMURA, 2009).

32 32 Figura 5: Etapas da digestão anaeróbia Fonte: Nishimura (2009) anaeróbia: Chernicharo (2008) descreve as quatro etapas presentes da digestão Hidrólise: Consiste na ação de exoenzimas liberadas por ações de bactérias fermentativas que transformam os materiais particulados complexos em materiais mais simples e menores capazes de atravessar a parede celular de bactérias fermentativas. Acidogênese: Os materiais oriundos da fase da hidrólise são metabolizados no interior das células das bactérias fermentativas, onde são convertidos em compostos mais simples como ácidos graxos voláteis, alcoóis, acido lático, gás carbônico, hidrogênio, amônia e sulfeto de hidrogênio que posteriormente serão eliminados pelas células Acetogênese: As bactérias acetogênicas oxidam os produtos gerados na fase acidogênica e transformam em substrato para as bactérias metanogênicas como hidrogênio, dióxido de carbono e acetato. Metanogênese: Na fase final do processo anaeróbio, as bactérias metanogênicas degradam a matéria orgânica transformando-os em metano e dióxido de carbono. Soares (2007) relata as vantagens e desvantagens dos processos anaeróbios, conforme relatadas no Quadro 1.

33 33 Quadro 1 Vantagens e desvantagens de processos anaeróbios - Processos de operação mais estável - Menor quantidade de biomassa produzida diminuindo custos de disposição final - Menor quantidade de nutrientes requerida reduzindo os custos operacionais VANTAGENS - Reator de menor volume reduzindo área de implantação e custos fixos de instalação - Saldo energético positivo pela produção de CH 4 e não necessidade de aeração - Ecologicamente mais vantajoso por não lançar compostos orgânicos voláteis na atmosfera -Menor necessidade de atenção na operação do sistema reduzindo custos operacionais -Possibilidade de operar o sistema sazonalmente devido à manutenção da atividade dosmicrorganismos por um período mais longo sem alimentação -Redução dos compostos organoclorados com alto nível de substituição -Degradação de alguns compostos aerobiamente não biodegradáveis -Longos períodos de posta em marcha dos sistemas para desenvolver uma biomassa ativa - Necessidade de manter alta a alcalinidade, aumentando os custos operacionais -Menor porcentual de remoçãoda matéria orgânica DESVANTAGENS resultando em um efluente de pior qualidade -Menores taxas de conversão a temperaturas mais baixas -Produção de compostos que causam mau cheiro como ácidos orgânicos e H 2S -Nitrificação não é possível -Maior toxicidade das metanogênicas à compostos organoclorados alifáticos -Alta concentração de NH 4 requerida para manter a biomassa ativa podendo comprometer a qualidade do efluente fina Fonte: Soares (2007). O modelo de biodigestor utilizado no processo da biodigestão anaeróbia pode influenciar na qualidade final do metano e do biogás produzido (PRATI, 2010).

34 BIODIGESTORES Os biodigestores são alternativas importantes para o gerenciamento de biomassa. Além de ser uma forma de gerenciamento de resíduos, produzem biogás que pode ser empregado em sistemas de geração de energia e calor (WALKER, 2009). Segundo Tessaro (2011), o biodigestor é basicamente uma câmara fechada, na qual a biomassa sofre digestão anaeróbia. Dentre eles, destacamse os biodigestores indiano, chinês e canadense ou lagoa coberta Modelos de biodigestores Modelo Indiano Este tipo de biodigestor possui uma câmpula utilizada como gasômetro e uma parede central longitudinal, que o divide em duas câmaras, para possibilitar a circulação do material em fermentação. Em uma metade onde está conectado o tubo de entrada, a porção do substrato que entra no biodigestor se deposita no fundo e à medida que fica menos densa, este substrato sobe e cai para a outra metade. Nesta outra metade está conectado o de saída, onde a câmpula mantém em seu interior pressão constante com o auxílio do gasômetro. É construído por tijolos e revestido por cimento, conforme mostra a Figura 6 (NISHIMURA, 2009).

35 35 Figura 6: Biodigestor modelo Indiano. Fonte: Nishimura, (2009). Amaral et al.(2004) utilizando dejetos bovinos para fermentação em biodigestor chinês com retenção hidráulica de 20, 30 e 40 dias, apresentaram respectivamente produção média de biogás, por kg de sólidos totais adicionados de 0,1019, 0,1162 e 0,1104, com média de 0,1095 m 3 kg SV Modelo Chinês O biodigestor chinês caracteriza-se por ser totalmente enterrado no solo e não possui um gasômetro. Com teto impermeável, possui finalidade de armazenar o gás. O gás produzido é armazenado no seu interior e pressão variável. Quanto maior a quantidade de gás produzido, maior será a pressão no interior da câmara (NISHIMURA, 2009). Neste modelo de biodigestor, um percentual do gás armazenado no interior da caixa de saída é liberado, reduzindo a pressão interna, não sendo indicada para produção em larga escala (NEVES, 2010). Em experimentos realizados por Amaral et al. (2004), utilizando modelos de biodigestores chinês e indiano para fermentação de dejetos provenientes de bovinocultura leiteira, mostraram-se mais eficiente na

36 36 produção de biogás no modelo chinês, com 2,06 m 3.dia -1, sendo que o modelo indiano apresentou média de 1,93 m 3.dia -1. A Figura 7 mostra o modelo do biodigestor chinês. Figura 7: Biodigestor modelo Chinês. Fonte: Nishimura, (2009) Modelo Canadense ou Lagoa Coberta Este modelo de biodigestor é o mais utilizado. Caracteriza-se por possuir uma base retangular onde o substrato é depositado. O gasômetro é feito em uma manta flexível de PVC fixa sobre uma valeta de água que circunda a base. A cobertura é constituída de uma Geomembrana de Polietileno de Alta Densidade (PEAD), que é fixada ao redor do biodigestor, como demonstra a Figura 8 (NISHIMURA, 2009). Este tipo de biodigestor se destaca no uso de efluentes com teores de até 25% de sólidos. É um modelo eficiente para o tratamento de restos de culturas e não necessitem de alimentação diária (CORTEZ, LORA e GÓMEZ, 2008). Entretanto, Lucas Jr. e Santos (2000) citam a desvantagem de se utilizar este tipo de biodigestor, deve-se a lenta fermentação dos substratos

37 37 fibrosos encontrados nos dejetos de bovinos. Para isso, é utilizada a adição de inóculo para acelerar o processo de fermentação. Sendo, o inóculo é a porção digerida do biodigestor com alta carga de microorganismos responsáveis pela biodigestão (MACHADO, 2011). Figura 8: Biodigestor modelo Canadense. Fonte: Nishimura, (2009). 2.8 BIOGÁS O biogás é uma mistura gasosa constituída essencialmente por metano (CH 4 ), resultante de uma digestão anaeróbia com processo fermentativo com finalidade a formação do biogás e biofertilizantes ricos em nutrientes (PECORA, 2006). Para Zachow (2000), o biogás é composto em média de 50 a 75% de Metano (CH 4 ) e outros gases como: 25 a 40% de dióxido de carbono (CO 2 ), 1 a 3% de Hidrogênio (H 2 ), 0,5 a 2,5% de Nitrogênio (N 2 ), 0,1 a 1% de Oxigênio (O 2 ), 0,1 a 0,5% de Sulfuto de Hidrogênio (H 2 S), 0,1 a 0,5% de Amoníaco (NH 3 ), 0 a 0,1% de Monóxido de Carbono (CO) e Água (H 2 O).

38 Produção do Biogás A produção de biogás pode ser originada de diversos resíduos orgânicos e domésticos, atividades agrícolas e pecuárias, lodo de esgotos, dejetos de animais, entre outros (FIGUEIREDO, 2007). Segundo estudos de Prati (2010) os resíduos descritos no Quadro 2 são os principais geradores com potencial de produção de biogás. Quadro 2 Resíduos capazes de produzir biogás Fezes de suínos Fezes de bovino Fezes de aves FONTES DE RESÍDUOS Resíduos orgânicos Resíduos de abatedouro Resíduos de cervejaria e vinícola Esgoto Soro de queijo Fonte: Gryschek e Belo, (1983) apud Prati (2010). Para a geração de um metro cúbico de biogás são necessário 25 kg de esterco bovino, ou 25 kg de plantas ou cascas de cereais, ou 20 kg de resíduos sólidos urbanos, ou 12 kg de esterco suíno, ou 5 quilogramas de esterco seco de aves (BARRERA, 2003). A capacidade de produção depende de vários fatores como o tipo de resíduo utilizado para a biodigestão e as condições adequadas para o desenvolvimento das bactérias anaeróbias. A Tabela 4 demonstra o potencial de produção do biogás de acordo com os resíduos pecuários mais utilizados (COLDEBELLA et al., 2006).

39 39 Tabela 4: Produção de biogás a partir de resíduos pecuários Espécie pecuária Unidade referência Produção específica de biogás (m3/ Kg SV) Produção diária Porca reprodutora em ciclo fechado 0,45 0,866 Suínos Porca reprodutora em criação de 0,45 0,933 leitões Porco em exploração de engorda 0,45 0,799 Vaca leiteira com 600 Kg de peso 0, Bovinos Bezerro até 150 Kg de peso 0,28 0,294 Bovino engorda entre 120 a 520 Kg 0,28 0,292 de peso Galináceos Galinha poedeira em baterias (2Kg) 0,46-0,77 0,010-0,017 Frango engorda (até 1,5 Kg) 0,13-0,26 0,001-0,002 Equídeos Cavalo adulto com 400 Kg a 500 Kg de peso Fonte: Coldebella et al.(2006) apud Santos (2000) 0,28 1,225 Hauly, Oliveira e Popper (1983), analisaram em seus estudos a produção de biogás a partir de fermentação de dejetos de frangos à temperatura média de 37,3ºC. Estes dejetos em processo de biogidestão anaeróbia resultaram na produção 0,31 m 3. mg -1 por peso seco, durante 30 dias. Enquanto La Farge (1995) apud Prati (2010) realizou experimentos de fermentação a partir de dejetos suínos. Foi utilizado um biodigestor modelo canadense para o desenvolvimento do estudo com temperatura variando entre 30ºC a 35ºC, resultando na produção de 0,45 m 3 Kg -1 SV Poder Calorífico do Biogás Lima (2005) afirma que o potencial energético do biogás se dá de acordo com a quantidade de metano presente em sua composição. Zanette (2009) discorre em seus estudos sobre a importância da composição do biogás e seu conteúdo energético, que podem variar de acordo com o processo e a matéria orgânica utilizada. A Tabela 5 demonstra as características do biogás resultante do processo de biodigestão anaeróbia (ZANETTE, 2009).

40 40 Tabela 5 : Características e composição típicas do biogás. Parâmetro Biogás - Digestão Anaeróbia Poder calorífico inferior (MJ/Nm3) 23 Metano (%vol) Dióoxido de carbono (%vol) Continuação da Tabela 5 Nitrogênio - Ácido Sulfúrico (ppm) < 1000 Amônia < 100 Fonte: Zanette ( 2009) Dependendo da composição e eficácia do processo, é possível obter aproximadamente de 60% a 80% de gás metano (CH 4 ) (ALVES, 2000). De acordo com Barrera (2003), o poder calorífico pode variar de a kcal -1. A Tabela 6 mostra a influência que a composição da quantidade de metano age diretamente sobre poder calorífico do biogás. Frare (2006). Tabela 6: Influência da Composição no Poder Calorífico do Biogás Metano (%) Hidrogênio (%) Dióxido de Carbono Poder Calorífico (kcal.m-3) Fonte: Frare (2006) A Tabela 7 mostra a quantidade de combustível que é possível ser gerado por metro cúbico (m 3 ) de biogás com poder calorífico de aproximadamente 70% (GASPAR, 2003).

41 41 Tabela 7: Quantidade de combustível utilizado para produção de biogás. Tipo de combustível 0,613 L de gasolina 0,579 L de querosene 1 m 3 de biogás 0,553 L de óleo diesel 0,454 L de gás de cozinha 0,790 L de álcool hidratado 1,536 Kg de lenha 1,428 Kw de eletricidade Fonte: Adaptado de Gaspar, (2003) Apesar do biogás ser composto basicamente por metano, os outros gases pode influenciar na sua qualidade final. Dentre eles, o gás sulfídrico e a umidade são capazes de reduzir seu poder calorífico e qualidade, diminuindo e limitando o seu uso (FIGUEIREDO, 2007) Limpeza do Biogás Kunz (2011) relata que na produção de biogás, há presença de vários gases que solubilizam em água. A identificação dos gases se dá para uma melhor escolha do método de purificação, tendo em vista que a presença deles pode diminuir consideravelmente o potencial calorífico do biogás, como demonstra a Tabela 8. Tabela 8: Solubilidade de alguns gases em água Componentes Solubilidade (g L -1 ) Metano 0,025/ 0,064 Gás Carbônico 520 Amônia 4,19 Gás Sulfídrico 1,69 Mercaptanas <50 Fonte: Lima, 2005

42 42 No processo de biodigestão anaeróbia, o ácido sulfídrico encontrado pode causar alguns problemas como corrosão no sistema de condução podendo interferir na qualidade final do produto, ou seja, na produção de energia (MAGALHÃES, 1986 apud PRATI, 2010). Assim, é necessário passar por um filtro de purificação para a retirada do mau cheiro e correção do efeito corrosivo (ALVES, 2000). Substâncias como água (H 2 O) e dióxido de carbono (CO 2 ) também devem ser removidos. A água (H 2 O), devido ao seu potencial de acumulação de condensado (umidade), uma solução ácida é formada quando o sulfeto de hidrogênio é dissolvido causando corrosão nas linhas de gás. Já o dióxido de carbono (CO 2 ) reduz o potencial energético para o uso veicular. A remoção deste composto aumenta o poder calorífico do gás e a capacidade de autonomia do veículo (ZANETTE, 2009). Para isso, Alves (2000) e Capstone (2001) discorreram sobre alguns métodos de limpeza utilizados para purificar o biogás. Estas técnicas estão relacionadas no Quadro 3.

43 43 Quadro 3:Técnicas de remoção de impurezas do biogás Impureza Descrição Geral Detalhes Adsorção Silica Gel Peneira Molecular ÁGUA Absorção Alumina Etileno Glicol Temperatura -6,7oC Refrigeração Selexol Resfriamento a 2oC Adsorção Carvão Ativado Óleo Leve HIDROCARBONETOS Absorção Etileno Glicol Selexol Temperatura entre 6,7 oc e -33,9oC Combinação Refrigeraçãi com Etileno Glicol e Adsorção com Carvão Ativado Solventes Orgânicos Selexol Flúor Rectisol CO2 e H2S Absorção Soluções de Sais Alcalinos Potássio Quente e Potássio Quente Inibido Alcanolaminas Mono, Di e Tri Etanol Amina Deglicolamina Adsorção Peneiras Moleculares Carvão Ativado Separação por Membranas Membrana de Fibra Oca SILOXINA Adsorção Carvão Ativado Fonte: Alves (2000) e Capstone (2001) 2.9 USOS E APLICAÇÕES O biogás pode ser empregado em diversas áreas. Sua utilização é possível em quase todas as aplicações do gás natural, geração de energia elétrica e energia automotiva, ou seja, combustível veicular (ZANETTE, 2009). Nas indústrias destacam-se a aplicação para geração de energia mecânica, vapor, combustão, aquecimento de caldeiras, secagem de grãos, entre outras. Em residências é muito utilizado para cocção, aquecimento de água, refrigeração e iluminação (LIMA, 2005).

44 44 Santos (2000) relata as principais opções de utilização do biogás, como mostra na Figura 8 abaixo. Rede de gás Motor Introdução na rede pública Introdução na rede privada Co-geração Energia Mecânica Transportes Combustão direta Figura 8: Principais opções de utilização do biogás Fonte: Santos (2000). Aquecimento de ambientes Aquecimento de águas Produção de vapor Secagem Produção de frio Turbinas a gás Células de combustível Além desses empregos energéticos, a biomassa residual utilizada para a produção de biogás pode ser transformado em biofetilizante, ou seja, material decorrente do processo de digestão anaeróbia (OLIVER et. al., 2008) Biofertilizantes Segundo Walker (2009), os biofertilizantes são coprodutos originados da biomassa após passar pelo processo anaeróbio realizado no interior de um biodigestor. Coldebella (2006) discorre em seus estudos o quão este material é rico em nutrientes, citando o nitrogênio, fósforo, potássio e húmus (material orgânico) como componentes principais. Oliver et al. (2008), relata que a quantidade média de nutrientes encontrados são de 1,5 a 2,0% de nitrogênio (N), 1,0 a 1,5% de fósforo (P) e 0,5 a 1,0% de potássio (K). Este adubo possui capacidade de regenerar solos, melhorando as qualidades físicas, químicas e biológicas do solo O biofertilizante pode ser