No último século o Homem tem lançado grandes

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1 Captação de Biogás para Geração de Energia a partir de Aterros de Resíduos Sólidos José Fernando Thomé Jucá Grupo de Resíduos Sólidos da Universidade Federal de Pernambuco II Seminário Nacional de Gestão de RSU 29 e 30 de novembro de 2007 Natal/RN

2 No último século o Homem tem lançado grandes quantidades de CO2 na atmosfera Estima-se se em 7 bilhões de toneladas de CO2 por ano

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4 Radiação Solar EFEITO ESTUFA Radiação Sl Solar Rdi Radiação A radiação solar retida aquece a Terra Calor Concentração natural de gases na atmosfera Aumento na concentração natural de gases na atmosfera

5 - Aumento de 0,5ºC nos últimos 25 anos (Hansen et. al. 2001) - ONU previu incremento de 1,4ºC à 5,8ºC até 2100

6 Estas mudanças climáticas tem provocado graves conseqüências

7 F ô d il ã li á i i Fenômenos de oscilação climática tornaram-se mais frequentes, mais duráveis e mais intensos

8 Catarina Queimadas Continente Africano

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10 Brasil 2050 DJF-Temperatura 2050 JJA-Temperatura

11 2050 MAM-Precipitação 2050 SON-Precipitação

12 PROTOCOLO DE KYOTO - Acordo internacional (Lei), firmado por 150 países em 1997, objetivando a redução das emissões na atmosfera. a) Anexo I: países industrializados i d b) Anexo II: países industrializados comprar poluição c) Países em desenvolvimento - Meta: reduzir em 5,2% as emissões globais de CO2 até Condições para entrar em vigor: 1) ratificação de 55 países, e 2) pelo menos 55% das emissões de CO2 - Entrada em vigor: Rússia ratificou em 02/ Entrada em vigor: Rússia ratificou em 02/2005, EUA e Austrália ainda não ratificaram

13 GASES DE EFEITO ESTUFA (GEE) Principais GEE e potencial de aquecimento global Gases GWP Dióxido de carbono (CO 2 ) 1 Metano (CH 4 ) 21 Óxido nitroso (N 2 O) 310 Hidrofluorcarbonos (HFC`s) Perfluorcarbonos (PFC`s) Hexafluor de enxofre (SF 6 ) Composição da atmosfera: Gases Concentração (% em volume) Nitrogênio (N 2 ) 78,1% Oxigênio (O 2 ) 21,0% Vapor d água (H 2 O) varia até 4,0% Argônio (Ar) 0,93% Dióxido de carbono (CO 2 ) aprox. 0,3% Neônio (Ne) abaixo de 0,002% 002% Hélio (He) 0,0005% Metano (CH 4 ) 0,0002%

14 PROTOCOLO DE KYOTO E O MDL - Mecanismo de Desenvolvimento Limpo (MDL) Instrumento inserido no Protocolo para facilitar que os países desenvolvidos (Anexo II) cumprissem as metas de redução de emissões. - Países desenvolvidos financiam projetos (redução da poluição) em países em desenvolvimento. Desta forma o Brasil pode atuar no âmbito de Kyoto. - Cria as Reduções Certificadas de Emissões (RCE s) = Créditos de carbono P it i ã d édit U$5 30/t CO2 - Permitem negociação dos créditos = U$5-30/tonCO2e depende da bolsa/mercado

15 PROTOCOLO DE KYOTO E O MDL - O não cumprimento da redução das emissões implica penalidades financeiras: Primeira i fase( ): 2007) 40,00 euros/ton CO2e Segunda fase: 100,0 euros/ton CO2e. - Mercado/Bolsas para comércio de CO2: - Chicago Climate Exchange (CCX) - Europe Union s Emissions Trading Scheme (EU ETS) - Europe Energy Exchange (EEX) - Energy Exchange Austria (EXAA) - Nordic Power Exchange - Powernext Carbon - França - Mercado Brasileiro de Redução de emissões MBRE (iniciativa brasileira) - outros...

16 Bolsa Européia

17 Ministério do Meio Ambiente Ministério das Cidades

18 Ranking dos países p/ investidores Fevereiro/2006 Country Rating Last (20 December 2005) 1I 1.India A- (1,A-) 2.China BBB+ (2,BBB) Ranking de 3.Brazil BBB (5,BB+) qualificação dos 4.Chile BBB (3,BBB) países vendedores 5.Mexico BB+ (4,BB+) de créditos 6.Korea BB- (6,B+) 7.Morocco B+ (8,B) Serve para mostrar a capacidade do país em receber/gerir projetos MDL 11.Malaysia B (11,B-) Fonte: 8.South Africa B (9,B) 9.Peru B (7,B+) 10.Argentina B (10,B) 11 Malaysia B (11 B ) 12.Indonesia CCC+ (14,CCC) 13.Vietnam CCC+ (12,CCC+) 14.Thailand CCC (15,CCC) 15.Egypt CCC (13,CCC)

19 MDL: empresas atuando no Brasil F t

20 Setores de atividades / tipo de gases - MDL

21 Situação das Atividades de Projetos MDL (versão 19/09/2007)

22 (460) (140) (175) (193)

23 (187 milhões) (434 milhões) (620 milhões)

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25 Projetos Desenvolvidos no Brasil

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31 0105/ Projeto de Gás de Aterro Sanitário de Manaus 0093/ Projeto de Gás de Aterro SIL (PROGAS) 0080/ Projeto de Gás do Aterro Sanitário do Aurá 0027/ Projeto USINAVERDE - Incineração de resíduos sólidos urbanos, com carga de composição similar ao RDF, evitando emissão de metano e promovendo geração de eletricidade para autoconsumo 0021/ Projeto São João de Gás de Aterro e Geração de Energia no Brasil 0016/ Projeto de Gás do Aterro Sanitário Anaconda 0013/ Projeto Bandeirantes de gás de Aterro e Geração de Energia em São Paulo, Brasil

32 Aterros Sanitários 0011/ Projeto de Redução de Emissões de Biogás, Caieiras - Brasil 0010/ Projeto de Recuperação de Gás de Aterro ESTRE - Paulínea (PROGAE) 0006/ Projeto ONYX de Recuperação de Gás de Aterro Tremembé - Brasil 0005/ Projeto de Conversão de Gás de Aterro em Energia no Aterro Lara Mauá - Brasil 0004/ Projeto de Energia de Gases de Aterro Sanitário da Empresa MARCA 0002/ Projeto Vega Bahia - Projeto de Gás de Aterro de Salvador da Bahia 0001/ Projeto NovaGerar -Projeto de Energia a partir de Gases de Aterro Sanitário

33 CONTEXTO MDL NO BRASIL (RSU) Projetos MDL Resíduos submetidos ao MCT Cidade Estado Início Operação Quant. resíduos (Ton/ano) Duração Operação Capacidade Instalada (MW) RCE s Estimadas Ton CO2e Caieiras São Paulo a anos (1ª etapa) N.I Mauá São Paulo anos em MW anos e MW em 21 anos Tremembé São Paulo anos Paulínia São Paulo º fase - 7 anos Total - 2 anos N.I (1ª fase) (total - 20 anos) Nova Rio de Iguaçu Janeiro anos 12 MW Cariacica Espírito Santo anos 11 MW Salvador - Aterro Metropolita no Centro Bahia MW MW

34 Aterros de Resíduos Sólidos

35 Biodegradação Aproveitamento Energético Geração de chorume e gás Captação e Drenagem dos Gases Atividade Bacteriana

36 APROVEITAMENTO ENERGÉTICO DO BIOGÁS Aterro como um Bioreator, sendo projetado para estabilizar a fração orgânica de forma rápida, mediante o controle e otimização dos processos microbiológicos. Taxa de Produção de Metano(m m3/ano) Produção de Metano

37 TRATAMENTO E APROVEITAMENTO DE GASES Queima de Gases (Transformação de CH 4 em CO 2 ) TENDÊNCIA Implantação de plantas para aproveitamento energético em aterros de grande porte.

38 Projetos de Financiamento de Carbono Investidor Bancos Capital Empréstimos Promover Desenvolvimento Sustentável Contratos (municípios, PPA) $$ $ $ Produtos prinicipais: Carbon Fund 2 2 Carbon Credits $$ Emission Reduction Purchase Agreement Produtos prinicipais: Taxa de administração para depósito Ev. Eletricidade, reciclagem, lixo hospitalar

39 Ambiental Social Sustentabilidade

40 Estudo de Viabilidade Definição do Projeto Validação Emissão de RCE s Registro Comitê Executivo Implementação Certificação Verificação Monitoramento Emissão Relatório

41 Base de cálculo para a redução de emissões-linha de Base CO2 Emissões Redução adicional de emissões de CO2 Real, monitorável e longo prazo anos

42 Aterro Canabrava - BA

43 Aterro Sanitário Bandeirantes Recebe: 6500 tf/dia. Área: m². Disposto: 35 milhões de toneladas. Altura máxima: 105 m.

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46 Aterro Sanitário Sítio de São João

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49 ESTUDO DE CASO VIABILIDADE DO APROVEITAMENTO DO BIOGÁS NO ATERRO DA MURIBECA/PE

50 Localização do Aterro - Município de Jaboatão à cerca de 15 km do Centro Recife; - Raio de 3,5 3 5 km presença de vários núcleos habitacionais; 1998

51 OBJETIVOS DO ESTUDO - Monitorar a concentração e pressão do biogás sob cobertura. - Determinar as emissões superficiais de CH 4 ; - Avaliar a retenção do CH4 na cobertura; - Estimar a geração de CH4 e o potencial energético do aterro CARACTERÍSTICAS DO ATERRO DA MURIBECA: Layout - Aterro da Muribeca C-2 C1 C-1 C-3 C-6 C-9 C-4 C-7 Vias de acesso Estação meteorológica e mirante C-8 - Aterro: 9 células; - Célula: 4 ha e h=25-40 m; C ton/dia de resíduos; - Composição: 60% de M.O; Administração e balança - Gases: drenagem superficial* Células de lixo 100 m - Não existe tratamento* ou aproveitamento energético;

52 Características específicas - recuperação do biogás Inventário dos resíduos Year Amount of waste (ton) annual accumulated ,37 767, ,23 1,598, ,961 2,538, ,007,519 3,546, ,967 4,475, ,491 5,367, ,626 6,327, ,34 7,251, ,006,421 8,257, ,661 9,243, ,735 10,192, Projeções futuras (vida útil): Taxa de recebimento de lixo (atual ton/dia) Composição do lixo Mat.orgânica 60,0% Papeis 15,0% Plásticos 80% 8,0% Vidros 2,0% Metais 2,0% Outros 13,0% Drenagem dos gases: inexistente Sistema de cobertura: - 50% lixo descoberto - 50% cobrimento de argila Mal compactada e elevada permeabilidade

53 Aterro Controlado da Muribeca (2006)

54 Aterro Sanitário da Muribeca

55 Aterro da Muribeca Célula 8 Lixo novo 1 ano h = 10 m Lixo de idade < 5 anos h = 20 m Lixo antigo, idade > 15 anos h = 10 m - Espessura da camada de cobertura: cm solo argiloso; - Inexistência de sistema de drenagem dos gases; - Fortes erosões/surgência de chorume nos taludes;

56 Coleta de Amostras Lixo - ensaios anaeróbios Lixo - ensaios aeróbios Solo de cobertura

57 Tabela 1 - Ensaios na massa de Lixo Amostras ph Eh Teor Teor Sólidos de Lixo Umidade (%) Voláteis (%) Furo 01 ( 0-4m ) 8,36-127,0 41,64 14,38 Furo 01 ( 4-6m ) 8,01-304,0 34,16 12,33 Furo 02 ( 0-5m ) 8,75-186,2 35,92 12,92 Furo 02 ( 5-10m) 8,90-274,2 42,44 10,60 Furo 03 ( 5-10m ) 8,61-234,9 30,66 9,24 Furo 03 ( 11-13m ) 8,59-612,3 35,77 12,91 Furo 04 ( 0-6m ) 8,69-254,6 42,15 15,01 Furo 04 ( 6-11m ) 8,61-264,0 28,44 10,05 Furo 04 ( 11-16m ) 8,44-299,9 44,10 9,41 O teor de umidade, variando entre 20 e 40%, pode servir de indicador que o meio está com condições favoráveis para a degradação da matéria orgânica; O valor negativo de Eh em todas as amostras indica que o O valor negativo de Eh em todas as amostras indica que o lixo encontra-se em decomposição anaeróbia.

58 rias (NPM/g) Con ntagem de Bactér 1,00E+07 1,00E+06 1,00E ,00E+04 1,00E+03 1,00E+02 1,00E+01 1,00E+00 Microorganismos Anaeróbios FURO 2 FURO 4 Anaeróbiso Totais (NMP/g) Celuloliticos (NMP/g) Aminolíticos (NMP/g) Proteolíticos (NMP/g) ias Contagem de Bactéri 1,00E+08 1,00E+07 1,00E+06 1,00E+05 1,00E+04 1,00E+03 1,00E+02 1,00E+01 1,00E+00 Microorganismos Aeróbios Coliformes Totais (NMP/g) Coliformes Termotolerantes (NMP/g) Não foi detectada a Pseudomonas Aeruginosas (NMP/g) presença de fungos Heterotróficos aerógbios (UFC/g) FURO 1 FURO 2 FURO 3 FURO 4 Gráficos Ensaios Microbiológicos no Chorume Os ensaios de microorganismos aeróbios, cujo valor máximo foi da ordem de 10 4, mostram que o aterro encontra-se na fase anaeróbia, sendo os maiores valores encontrados no contato solo-lixo; Na amostra de chorume observa-se um baixo teor das bactérias anaeróbias totais, possivelmente em função do caráter inibitório de alguns metais (Mn e Fe) que se encontram com elevadas concentrações.

59 Instrumentação - Célula 8 Detalhamento da Instrumentação da Célula 8

60 Sondagens Sondagem Amostra de Solo e Lixo

61 Instrumentação Termopar

62 Medição de Vazão Dreno de Gás Equipamento para medição de vazão Equipamento para medição de vazão de gás em campo acoplamento ao DRENO DE GÁS

63 INSTRUMENTAÇÃO 1) Equipamentos de leitura: Equipamentos Parâmetro Faixa de medição Faixa de erro do equipamento CO % ± 2,0% CH % ± 5,0% Drager X-am 7000 H 2 S concentração ppm ± 5,0% O % ±10% 1,0% CO ppm ± 1,0% Gallus 1000 G1.6 vazão 0,016 3,0 m 3 /h ± 3,0% Dwyer pressão 0 100kP 10,0 kpa ±10% 1,0% Dwyer Velocidade do ar 0 7 m/s ± 3,0% Termometer Appa Mt-520 temperatura -50 a 1.300ºC ± 0,5%

64 Medição Direta do Gás Cover layer 5cm 7cm varia able Flexible tube Compacted soil PVC cap (d=20cm) Galvanized metal screen Gravel (d=2cm) LFG production Cap PVC (φ200mm), tela e tubo flexível

65 Observação: procedimento de leitura a) Medições na placa simultâneas com medição no DMPC b) Medições na placa: concentração e temperatura interna dos gases e temperatura ambiente (externa); c) Medições no DMPC: concentração e pressão do biogás.

66 Medida da concentração e pressão Composição biogás CH4 55,6% CO2 42,2% O2 00% 0,0% H2S 61 ppm CO 27 ppm Concentração típica da fase metanogênica coerência com a idade do lixo aterrado (<5 anos); Pressões existentes abaixo da cobertura = ( )100 à 61 Pa = susceptibilidade condicionantes atmosféricos; P-7 Pressões atípicas = Pa P-3 P-4 P-5 P-8 P-6 Vista ponto P-7

67 Resultados Célula 8 FURO 4 Furo 4 Concentração dos Gases (%) 0 Concentração dos Gases (%) - Camada de Cobertura FURO ade (m) Profundid ,15 CO2 (%) CH4 (%) O2 (%) Temperatura (ºC) Camada impenetrável - restos de construção civil ndidade (m) Profu 0,3 0,45 0,6 0,75 0,9 1, ,2 1,35 1,5 1,65 1,8 1,95 2,1 CO2 (%) CH4 (%) O2 (%) -Medição do Gás em profundidade; -- Medição do gás a cada 15 cm na camada de cobertura até contato com o lixo (75 cm) - Medição de temperatura em profundidade (linha vermelha)

68 Emissões superficiais ou fugitivas: - Extrapolação dos resultados (pontuais) da placa de fluxo Surfer 7 e Kriggiana; i P-7 Emissões de CH4 (g/dia.m2) P-4 - Estimativa de emissão de 570 kg de CH 4 por dia (913 m 3 /dia) ou 208 ton anuais; P-3 P3 P-8 P-5 - Alta emissão de CH 4 oriunda das péssimas condições geotécnicas da camada e da inexistência da drenagem interna dos gases. P-6

69 Previsão teórica x medição de campo Variação na estimativa pode estar relacionada: - Condições de degradação dos resíduos (antigo lixão). - Modelos teóricos foram desenvolvidos e calibrados para aterros de clima temperado e de países desenvolvidos.

70 Table 2. LFG utilization for energy production. Year LFG generation LFG heating value* Installed capacity potential (m 3 /h) (MJ/m 3 (MW) , , , , , , , Obs: *based on CH 4 average concentration in LFG (55.6%). Table 3. Carbon credits - LFG project. Period CERs (ton) Carbon credit* (U$) ,677,340 13,386, , ,661, ,701 2,448,506 Obs: * considering U$5,0/ton CO2e

71 A simples investigação conduzida foi bastante útil para pré- avaliar o potencial de recuperação do biogás, estudos complementares de viabilidade são necessários para definir os parâmetros econômico-financeiros; As dificuldades existentes para implantação de projetos de recuperação de biogás na Muribeca são naturais de um aterro originado de um antigo lixão; Os aspectos qualitativos e quantitativos da geração do biogás indicam potencial energético de MW; E ti ti d d d d U$ 13 ilhõ i i Estimativa de recursos da ordem de U$ 13 milhões nos primeiros 7 anos do projeto ( ).

72 Grupo de Resíduos Sólidos GRS Universidade Federal de Pernambuco