Conceitos Básicos sobre Biogás de Aterro e as Tecnologias para o seu Aproveitamento Energético

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1 Conceitos Básicos sobre Biogás de Aterro e as Tecnologias para o seu Aproveitamento Energético Sandra Mazo-Nix SCS Engineers Consultora - US Environmental Protection Agency (US EPA)

2 Sumário Conceitos Básicos sobre Biogás de Aterro Coleta e Controle do Biogás Aproveitamento do Biogás Visão Geral Uso Direto BTU Médio Biogás Purificado BTU Alto Geração de Eletricidade Cogeração de Energia 2

3 Conceitos Básicos sobre Biogás de Aterro 3

4 Biogás de Aterro Produzido pela decomposição dos resíduos sólidos Quantidade e composição dependem das características dos resíduos Uma alta quantidade de resíduos orgânicos aumenta a produção de biogás Pode ser usado para gerar energia A produção de biogás termina com o término da decomposição 4

5 Biogás de Aterro: Composição Típica Metano (CH 4 ) 50% a 60% Dióxido de Carbono (CO 2 ) 40% a 50% Outros compostos orgânicos - Traços Valor energético ~18,6 MJ/Nm 3 ou kcal/nm 3 Teor de umidade Saturado 5

6 Metano (CH 4 ) Incolor Insípido (sem gosto) e inodoro Mais leve que o ar Relativamente insolúvel em água Altamente explosivo 6

7 Biogás de Aterro Por que o metano é um gás de efeito estufa? O metano absorve a radiação infravermelha terrestre (calor) que deveria escapar para o espaço sideral (característica dos Gases de Efeito Estufa (GEE)) O metano como GEE é 20x mais potente por unidade de peso do que o CO 2 O metano hoje é mais abundante na atmosfera do que em qualquer outra época dos últimos anos e 150% maior que no ano de

8 Sistema de Coleta e Controle de Biogás 8

9 Objetivos do Sistema de Coleta e Controle Coletar e utilizar o biogás Minimização de possíveis impactos ambientais Controlar a migração do biogás fora do local Controlar os odores Cumprir com os requisitos regulamentares 9

10 Componentes do Sistema de Coleta e Controle Pontos de coleta de biogas Poços verticais de extração Coletores horizontais/trincheiras Poços de monitoramento e seus equipamentos Rede de tubos de interligação Gestão de condensado Estação de sucção e queima 10

11 Poços Verticais de Extração Solução mais comum para gases de aterros Instalados em áreas de despejos existentes ou em operação Profundidade ideal de resíduos > 10 metros 11

12 Poço Vertical de Extração Típico Cobertura intermédia Cabeça de poço Revestimento sólido do poço Recheado de solo Selagem de Bentonita Tubo perfurado Pacote de cascalho Furo 12

13 Coletores Horizontais Solução alternativa para recuperação do biogás Instalado em áreas rasas/ superficiais Instalados em áreas existentes ou em operação Podem ser usados em aterros com altos níveis de chorume 13

14 Arranjo Típico dos Coletores Horizontais Tubulação Principal Coletores Horizontais Solo Existente Lixo Sistema de Coletores Horizontais 14

15 Cabeça do Poço de Extração Válvula para regular a sucção Pressão Estação de Monitoramento Temperatura 15

16 Tubulação Lateral e Principal Caminho para o biogás das cabeças de poços para os sopradores Pode estar acima do solo ou subterrâneo Tubulação geralmente feita de PEAD. PVC usado às vezes para tubos que estão acima do solo. Dimensionamento depende do fluxo e das quedas de pressão 16

17 Tubulação Lateral e Principal Tubulação Lateral Tubulação Principal 17

18 Condensado O que é o condensado? Formado pelo condensamento do vapor d água presente no biogás Consequências da manipulação indevida do condensado Poços de biogás inundados Vácuo fraco nos poços Parcial / completa obstrução do sistema de coleta de biogás Aumento dos custos de operações 18

19 Sistema de Condensado Volume de condensado depende da temperatura e fluxo de biogás É assumido que o biogás é 100% saturado com água A temperatura do biogás tipicamente varia de 32 a 54 C 19

20 Coletor de Condensado Coletor de Condensado Tubulações Laterais Coletor de biogás Coletor de Condensado 20

21 Estação de Sucção/Queima Queima o gás metano 21

22 Estação de Sucção/Queima Eliminador de umidade Bombas de Sucção Queimador Medidor de fluxo Fornecimento de combustivel pro acendimento da chama Painel de controle (controla as bombas e os queimadores) Válvula de desligamento automático 22

23 Estação de Sucção/Queima - Componentes Eliminador de Umidade Bomba de Sucção Tubulação Principal 23

24 Estação de Sucção/Queima - Componentes Controle de fluxo Painel de Controle 24

25 Queimadores de Biogás de Aterro Flares Enclausurados Flares Abertos 25

26 Esquema de um Aterro Sanitário Moderno Tubulação de coleta de biogás Coberturas média e superior Planta de Queima de biogás Planta de chorume Poços de extração de biogás Recobrimento Células Poços de monitoramento 26

27 Fatores que Afetam a Recuperação do Biogás Operação e manutenção do aterro: Cobertura intermediária e final Operação e manutenção do sistema do biogás: Manejo de condensado Manejo de chorume e águas pluviais Projeto do sistema de captação de biogás Projeto do sistema de captação de chorume 27

28 Aproveitamento Energético do Biogás 28

29 Por Que Utilizar o Biogás? Fonte local de combustível A captura e utilização do biogás são relativamente simples Fonte renovável de energia Fornecimento constante - 24 horas por dia, 7 dias por semana Tecnologias confiáveis para a utilização do biogás Recurso energético que, se não aproveitado, seria desperdiçado Ajuda a reduzir emissões de poluentes para a atmosfera 29

30 Benefícios de um Projeto de Aproveitamento de Biogás Destrói o metano e outros compostos orgânicos contidos no biogás de aterro Substitui o uso de recursos não-renováveis Benefícios potenciais para o aterro: Fonte adicional de renda Desenvolvimento econômico local Benefícios potenciais para o usuário final: Custos reduzidos de combustível Ganho através do uso de fontes renováveis de energia Apoia estratégia de ser uma empresa verde e/ou sustentável 30

31 Benefícios dos Projetos Energéticos Cada 1 MW de capacidade de geração ou uso direto de 615 m 3 /h é equivalente a: Plantar anualmente hectares de árvores ou remover as emissões de CO 2 de carros Energia produzida por barris de petróleo ou 200 vagões de carvão ou energia fornecida para mais de 650 casas 31

32 O Biogás já foi utilizado na produção de Flores e tomates Cerâmica e vidro Carros e caminhões Farmacêuticos Tijolos e concreto Aço Suco de laranja e maça Biodiesel, etanol e GNL Bens de consumo e embalagens Fibra de vidro, nylon e papel Brim Eletrônicos Químicos Chocolate Secagem do lodo proveniente de esgoto sanitário Produtos à base de soja Tapete Energia infravermelha Energia verde Economia de custos Aumento da sustentabilidade 32

33 Quem utiliza o Biogás? 33

34 Tipos de Projetos Aterro Geração Electricidade BTU Alto Flare Uso Direto BTU Médio Estação de Sucção 2010 DTE Energy Company 34

35 Utilização do Biogás Uso Direto: Combustível com BTU Médio 35

36 Utilização Direta do Biogás Caldeiras Aplicações térmicas direta Fornos Aplicações inovadoras Estufas Aquecedores Infravermelhos Fornos de cerâmica Evaporação do chorume 36

37 Utilização Direta do Biogás Mais de 100 projetos nos E.U.A. Comprimento do gasoduto varia de 0,6 a 15 km < 5 km tem maior viabilidade O biogás é utilizado por um usuário fora do aterro sanitário Canalização do biogás para um usuário próximo para uso em caldeira, forno ou algum outro processo Excelente possibilidade, se um usuário final se encontra nas proximidades Pode tirar vantagem do preço de distribuição do GN 37

38 Utilização do Biogás Biogás Purificado: Combustível com BTU Alto 38

39 Processamento do Biogás para Combustível de BTU Alto Tecnologia Primero passo: remoção do dióxido de carbono O biogás é purificado de 50% para 90%- 99% de metano Vantagens Injeção do produto tratado em gasoduto Metano pode ser usado como matéria-prima Redução do uso de combustíveis fósseis Desvantagens Deve cumprir com os padrões rígidos referentes a gasodutos Tecnologia cara Economicamente viável somente em grande escala 39

40 Biogás como Combustível Veicular Automóveis e equipamentos utilizados em aterros sanitários abastecidos por gás natural veicular (GNV) Ônibus abastecidos por GNV Metanol para biodiesel 40

41 Utilização do Biogás Geração de Energia Elétrica 41

42 Geração de Energia Elétrica Tipo de projeto mais comum nos E.U.A Nos E.U.A, existe um total de aproximadamente 1100 MW de capacidade em mais de 250 projetos Venda de Eletricidade para Injeção na rede Cooperativas de indústrias qualificadas Usuários situados próximos ao aterro Auto geração ou medição líquida Tamanho médio de um projeto: 4 MW (500 kw - 50 MW) 42

43 Geração de Energia Elétrica Motores de Combustão Interna Turbinas Microturbinas Novas tecnologias Célula combustível 43

44 Utilização do Biogás Cogeração (Ciclo Combinado) 44

45 Cogeração Indústrias grandes Aplicações menores onde se pode utilizar a energia térmica na geração de eletricidade, com preços de energia elevados Aplicações em turbinas e microturbinas Alta temperatura de gases de escape 45

46 Projeto Típico de Cogeração 46

47 Perguntas? Chris Godlove US EPA LMOP Programa de Divulgação do Metano de Aterros Tel: Sandra Mazo-Nix SCS Engineers Tel: