Energias Renováveis (Biogás)

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1 Universidade Federal de Campina Grande UFCG Centro de Ciências e Tecnologias CCT Unidade Acadêmica de Engenharia Química - UAEQ Energias Renováveis (Biogás) Aula 1 Tecnologias de Biodigestão Anaeróbica Prof. Nilton Silva

2 INTRODUÇÃO BIODIGESTÃO ANAERÓBICA... é um processo biológico que produz um gás composto principalmente de metano (CH 4 ) e dióxido de carbono (CO 2 ), conhecida como biogás. Esses gases são produzidos a partir da ação de microrganismos em resíduos orgânicos.

3 INTRODUÇÃO BIODIGESTÃO ANAERÓBICA O processo de digestão anaeróbico é composto de três etapas : 1. O primeiro passo é a decomposição (hidrólise) de matéria orgânica vegetal ou animal. 2. O segundo passo é a conversão da matéria em decomposição para ácidos orgânicos. 3. Finalmente, os ácidos são convertidos em gás metano.

4 Etapas fundamentais da Digestão Anaeróbica BIOMASSA Digestão em um Digestor Anaeróbico (Biodigestor) Hidrólise Acidogênese Acetogênese Metanogênese BIOGÁS ENERGIA

5 Fluxograma da digestão anaeróbica Alimentação do material residual Armazenar e qualquer pré-tratamento inicial Digestor Biogás Armazenamento do Biogás Licor pode ser produto comercializável. Depende localidade. Separador (ex. prensa) Compressor Uso do Biogás como combustível Armazenamento do Licor Combustível veicular Turbina/ Gerador Queimador a gás/boiler Sólido residual (fibras) Uso nos veículos Produção combinada de calor e energia (eletricidade) calor de processo para aquecimento do digestor e/ou ambiente

6 Sistema digestivo humano

7 Sistema digestivo bovino Pança é onde fica a comida armazenada; Barrete onde ocorre a regurgitação; Folhoso é o local onde é absorvida a água; Coalheira, onde o bolo alimentar é misturada com o suco gástrico.

8 BIODIGESTOR FUNDAMENTOS O Substrato é a matéria orgânica (biomassa), utilizada em biodigestores para a produção de biogás através da decomposição anaeróbia. O Biodigestor Anaeróbio é uma central tecnológica que acelera o processo de decomposição da matéria orgânica (substrato). As tecnologias utilizadas em biodigestores são estabelecidas em função do estudo sobre o substrato que será utilizado para alimentar o fermentador. Sendo assim, o primeiro passo para se determinar a tecnologia é o estudo dos substratos.

9 Classificação das técnicas de geração de biogás TECNOLOGIAS VARIÁVEIS Umidade do substrato Alimentação do fermentador Fases do processo Temperatura da fermentação Digestão úmida Descontínua Semi-contínua monofásica Bifásico psicrofilico mesofilico Digestão seca Contínua trifásico termofílico OPÇÕES Fonte: (Adaptado de Handreichung Biogasgewinnung und Nutzung, 2004)

10 Bioreator de mistura com agitador e demais tecnologias Telhado inflável Saída Lona impermeável Gasômetro Motorredutor Nível de enchimento Soprador de biogás de apoio Coluna central Agitador com hélice Plataforma Isolamento Tubulação de aquecimento

11 Características de biorreatores com agitador Observações Dimensionament o e material Descritivo Estes biorreatores tem dimensões para capacidades de até m³; Biorreatores normalmente fabricados em aço ou em concreto; Aplicações Biorreator utilizado para quase todos os tipos de substrato com baixo ou médio teor de matéria seca; Equipamentos de transporte e agitação devem ser adaptados ao substrato; Possibilidade de recirculação em caso de digestão única de biomassa dedicada Biorreatores adequados para alimentação continuo, semicontínuo e descontinuo. Vantagens Biorreatores com arquitetura de baixo custo quanto volumes superiores a 300 m³; Permite operação variável entre regime de fluxo continua ou regime combinado de fluxo continuo e armazenamento; Conforme o tipo dos equipamentos, sua manutenção pode ser realizada sem exigir o esvaziamento do reator; Desvantagens Não é possível afirmar com certeza o TRH; Possibilidade de formação de sobrenadante e de sedimentos.

12 Características de biorreatores com agitador Observações Descritivo Formas construtivas Os reservatórios são cilíndricos enterrados verticalmente ou acima do solo; Os equipamentos de agitação devem ter potencia elevada, pode-se utilizar recirculação através da injeção de biogás ; Agitadores com motor submergível no interior do biorreator, agitador axial em tubo vertical, recirculação hidráulica com bombas externas, recirculação por injeção de biogás em tubo guia vertical. Fonte: (Adaptado de SCHULZe EDER, 2006)

13 Biogas & Biogasanlagen

14 Biogas & Biogasanlagen

15 Biogas & Biogasanlagen

16 Como funciona uma planta de biogás? (1) Os insumos orgânicos, como restos alimentícios, gorduras ou lodo podem ser alimentados na unidade de biogás como substrato. (2) estrumes também são alimentados na unidade de biogás. (3) Os recursos renováveis como milho, beterraba ou grama servem como alimento para animais, como vacas e porcos, bem como para os microrganismos na unidade de biogás.

17 Como funciona uma planta de biogás? (4) No fermentador, aquecida para aprox C, o substrato é decomposto pelos microrganismos sob exclusão de luz e oxigénio. O produto final deste processo de fermentação é de biogás com metano como o ingrediente principal. (4) Mas sulfureto de hidrogénio agressivo também está contido no biogás. Um fermentador de aço inoxidável tem a vantagem evidente que ele resiste aos ataques do sulfureto de hidrogénio e é utilizável durante décadas. Além disso, um fermentador de aço inoxidável oferece a oportunidade de operação da unidade de biogás também na gama de temperaturas thermophile (até 56 C).

18 Como funciona uma planta de biogás? 5) Uma vez que o substrato tenha sido fermentado, que é transportado para os resíduos de fermentação termina tanque de armazenamento e pode ser recuperada a partir daí para posterior utilização. (6) Os resíduos pode ser utilizada como fertilizante de alta qualidade. A vantagem: biofertilizante tem uma viscosidade mais baixa e, por conseguinte, penetra no chão mais rapidamente. Além disso, o resíduo de fermentação, muitas vezes tem um valor mais elevado de fertilizantes e é menos intensa aos sentidos olfativos.

19 Como funciona uma planta de biogás? (7) secando-o, posteriormente, pode usá-lo como fertilizante seco. (8) O biogás gerado é armazenado no teto do tanque e de lá (9) é queimado na planta de calor e energia combinados (CHP) para gerar eletricidade e calor. (10) A energia elétrica é alimentada diretamente na rede elétrica. (11) O calor gerado pode ser utilizado para aquecer a construção ou para secar madeira ou produtos de colheita. (12) Processamento de biogás fornecimento de (13) Gas à rede nacional ou estações de abastecimento de gás

20 Biodigestor indiano Outras tecnologias clássicas... 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 Fonte: (DEGANUTTI, Roberto, PALHACI, 2002)

21 Outras tecnologias clássicas... Biodigestor chinês Fonte: (DEGANUTTI, Roberto, PALHACI, 2002) D - é o diâmetro do corpo cilíndrico; H - é a altura do corpo cilíndrico; Hg - é a altura da calota do gasômetro; 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;

22 Biodigestor batelada Outras tecnologias clássicas... Di é o diâmetro interno do biodigestor; Ds é o diâmetro interno da parede superior; Dg é o diâmetro do gasômetro H é a altura do nível do substrato; h1 é a altura ociosa do gasômetro; h2 é a altura útil do gasômetro; h3 é a altura útil para deslocamento do gasômetro; b é a altura da parede do biodigestor acima do nível do substrato; c é a altura do gasômetro acima da parede do biodigestor. Fonte: (DEGANUTTI, Roberto, PALHACI, 2002)

23 Biodigestor Sertanejo (IV) (V) (I) (III) (VI) (II) (I) Tanque de alimentação; (II) Biodigestor; (III) Gasômetro; (IV) Adaptador de ajuste de pressão; (V) filtro primário de água; (VI) Tanque de saída.

24 Biodigestor Marinha

25 Biodigestor marinha

26 20 cm 50 cm 2.7 m 25 cm Biodigestor sertanejo Monteiro 80 cm 50 cm 4.45 m 1.2 m 2.40 m 1.14 m 1.65 m 15 cm 15 cm 1.5 m 25 cm 60 cm m m 2.2 m 1.14 m 1.2 m 2 m 1.5 m

27 Biodigestor sertanejo Monteiro

28 Biodigestor sertanejo Monteiro

29 Planta de biogás Monteiro (I.a) (II) (1) (2) (I) (II.c) (II.d) (III) (I.b) (II.a) (II.b) (II.e) (I.c) (IV) (1) (IV.a) (2) (IV.b) (I) Biodigestor; (II) Unidade de tratamento, distribuição do biogás e conversão de eletricidade; (III) Painel fotovoltaico e (IV) equipamentos de cogeração de energia

30 Planta de biogás Monteiro (II) (IV) (II) (V) (III) (VI) (I) (II) (III) (I) (II) Gás (I) Filtro de água; (II) Filtro de com palha de aço; (III) Condensador. Elétrica Gás (I) Painel elétrico e hidráulico; (II) Motor/Compressor; (III) Vaso de pressão; (IV) Pressostato; (V) Manômetro; (VI) Regulador Distribuidor.

31 Planta de biogás Monteiro (I) (II) (II) (III) (IV) (I) Painel Solar; (III Regulador de Carga; (III) Inversor; (IV) Baterias Gás

32 Planta de biogás Monteiro (I.a) (II) (1) (2) (I) (II.c) (II.d) (III) (I.b) (II.a) (II.b) (II.e) (I.c) (IV) (1) (IV.a) (2) (IV.b) (I) Biodigestor; (II) Unidade de tratamento, distribuição do biogás e conversão de eletricidade; (III) Painel fotovoltaico e (IV) equipamentos de cogeração de energia

33 Quais as etapas para geração do biogás? IV H 2 +CO 2 CH 4 CO Materiais orgânicos complexos Carboidratos Proteínas 1 1 Açúcares simples 2 AGV Aminoácidos 2 Ac. Lático Ac. Butírico 2 2 Ac. Propiônico 2 Ac. Valérico 3 3 H 2 +CO A C. A C É T I C O NH 3 Lipídios 1 LCFA 2 I II III

34 Referências DEGANUTTI, Roberto, PALHACI, Maria do Carmo Jampaulo Plácido, ROSSI, Marco et al. Biodigestores rurais: modelo indiano, chinês e batelada. In Procedings of the 4th Encontro de Energia no Meio Rural, SILVA, A. E. M. C.; CAVALCANTI, M. T.; ALMEIDA, R. R.; SILVA, J. N. Projeto de unidade rural de geração e distribuição de biogás. In: Giovanni Seabra. (Org.). Educação Ambiental & Biogeografia. IIed. Ituiutaba-MG: Barlavento, v. Vol. 2, p , 2016.