MSc. Vanessa Pecora Garcilasso

Transcrição

1 Utilização Energética do Biogás MSc. Vanessa Pecora Garcilasso São Paulo, 17 de junho de 2010

2 Biogás Conjunto de gases formado na degradação da matéria orgânica em meio anaeróbio Digestão Anaeróbia: Processo fermentativo, sem a presença de oxigênio, em que a matéria orgânica é degradada a compostos mais simples, formando, basicamente, metano e gás carbônico.

3 Composição Média do Biogás COMPONENTE QUANTIDADE Metano 60% Dióxido de Carbono 35% Outros Gases Hidrogênio, Nitrogênio, Oxigênio, Amônia, Ácido Sulfídrico, Aminas Voláteis e Monóxido de Carbono 5% Fonte: WEREKO-BROBBY; HAGEN, 2000

4 Fatores que Influenciam a Formação do Biogás Impermeabilidade ao ar: bactérias metanogênicas são estritamente anaeróbias (com a presença de ar, ocorre apenas a formação de CO 2 ); Composição dos resíduos: quanto maior a porcentagem de material orgânico no resíduos, maior a concentração de metano no biogás; Teor de água: cerca de 50% de água no biodigestor; Temperatura: 32 a 37 ºC.

5 Aspectos Físico-Químicos do Biogás Umidade: a umidade presente no biogás influencia diretamente o processo de combustão (diminui o poder calorífico); Poder calorífico: kcal/kg; Quantidade de metano: quanto maior a quantidade de metano, maior o poder calorífico do biogás (o CO 2 é a forma mais oxidada do carbono, não podendo ser mais queimado).

6 Obtenção do Biogás TRATAMENTO DE ESGOTO

7 Tecnologias Aplicadas ao Tratamento de Esgoto Tratamento de efluentes líquidos: digestão anaeróbia permite a redução significativa do potencial poluidor e a recuperação da energia na forma de biogás; Biodigestores: câmara fechada onde ocorre o tratamento anaeróbio do efluente diminui o volume de sólidos e estabiliza o lodo (redução de microorganismos patogênicos).

8 Tecnologias Aplicadas ao Tratamento de Esgoto Biodigestor Modelo Indiano Biodigestor Modelo Chinês Esses biodigestores eram muito utilizados antes do modelo RAFA reator Anaeróbio de Fluxo Ascendente. Em termos comparativos, apresentam desempenho semelhante, apesar do modelo Indiano ter apresentado, em determinados experimentos,maior eficiência quanto a produção de biogás e redução de sólidos no substrato

9 Tecnologias Aplicadas ao Tratamento de Esgoto Biodigestor Modelo RAFA Reator Anaeróbio de Fluxo Ascendente Possui retenção interna de lodo (fertilizante); Seu princípio baseia-se no fluxo ascendente: alimentado pelo fundo e descartado após placas defletoras no topo do biodigestor (separação das fases líquida e gasosa). Biogás Esgoto Tratado Manta de Lodo Atualmente é o biodigestor mais utilizado para o tratamento de esgoto Leito de Lodo Esgoto Bruto

10 Obtenção do Biogás TRATAMENTO DE EFLUENTE RURAL

11 Tecnologia Aplicada ao Tratamento de Efluente Rural Biodigestores anaeróbios com manta de PEAD

12 Obtenção do Biogás RESÍDUOS SÓLIDOS URBANOS - ATERROS SANITÁRIOS

13 Resíduos Sólidos DEFINIÇÃO: resíduos no estado sólido ou semi-sólido, que resultam de atividades da comunidade de origem: industrial, doméstica, hospitalar, comercial, agrícola, de serviços e de varrição. Aumento desordenado da população + Crescimento sem planejamento dos centros urbanos Dificuldade das ações de manejo de resíduos Apenas 33% dos municípios brasileiros possuem 100% de serviços de limpeza e/ou coleta de lixo Fonte: IBGE Pesquisa Nacional de Saneamento Básico, 2000

14 Resíduos Sólidos Participação das diferentes formas de tratamento e destinação de resíduos no Brasil - % em relação ao total de resíduos coletados Fonte: IBGE Pesquisa Nacional de Saneamento Básico, 2000

15 Lixão a Céu Aberto Definição: forma inadequada de disposição final de resíduos sólidos, que se caracteriza pela simples descarga do lixo sobre o solo, sem medidas de proteção ao meio ambiente ou à saúde pública. Principais impactos: No Lixão não existe nenhum controle quanto aos tipos de resíduos depositados nem ao local de disposição dos mesmos. Nesses casos, resíduos domiciliares e comerciais de baixa periculosidade são depositados juntamente com os industriais e hospitalares, de alto poder poluidor. Nos lixões pode haver outros problemas associados, como: presença de animais, presença de catadores (que na maioria dos casos residem no local), contaminação do lençol freático e água subterrânea, além de riscos de incêndios causados pelos gases gerados pela decomposição dos resíduos e de escorregamentos, quando da formação de pilhas muito íngremes, sem critérios técnicos.

16 Aterro Controlado Definição: geralmente são antigos lixões que passaram por um processo de remediação da área do aterro, ou seja, isolamento do entorno para minimizar os efeitos do chorume gerado, canalização do chorume para tratamento adequado e remoção dos gases produzidos em diferentes profundidades do aterro. Principais impactos: O aterro controlado é a forma de disposição de resíduos sólidos inadequado sob o ponto de vista ambiental, pois não pratica medidas para combate à poluição, uma vez que não recebe camada impermeabilizante ideal antes da deposição de lixo, causando poluição do solo e do lençol freático.

17 Aterro Sanitário Definição: forma de disposição final dos resíduos sólidos urbanos que consiste na disposição na terra de lixo coletado e se utiliza métodos de engenharia para confinar os resíduos na área menor possível, reduzi-los a um menor volume e cobri-los com uma camada de terra, diariamente, ao final da jornada ou um período mais freqüente. Deve atender normas ambientais e operacionais específicas, de modo a evitar danos à saúde pública e à segurança, minimizando os impactos negativos. Principais impactos: No aterro sanitário deve haver a impermeabilização do solo por meio de camadas de argila e geomembrana de polietileno de alta densidade (PEAD) para evitar a infiltração de chorume no solo. Deve haver, também, sistema de extração do biogás e de chorume do interior do aterro. O chorume é escoado para tanques de armazenamento e/ou sistema de tratamento.

18 Aproveitamento do Biogás Eficiência de queima: 20% Redução das emissões de gases: alternativas de aproveitamento do biogás

19 Tecnologias Aplicadas à Conversão em Energia Elétrica Conversão energética do biogás Energia química contida nas moléculas COMBUSTÃO Energia mecânica GERADOR Energia elétrica

20 Tecnologias Aplicadas à Conversão em Energia Elétrica Microturbinas a Gás Potência: 30 kw a 1 MW; Elevadas velocidades de rotação; Combustíveis: gás natural, biogás, GLP; Possui baixos níveis de emissão; Custo elevado (equipamento importado).

21 Tecnologias Aplicadas à Conversão em Energia Elétrica Motores Ciclo Otto Aplicados para geração de energia elétrica quando acoplados a geradores; Potência: 4 kw a 264 kw (nacional) até 1,54 MW (importado); Possui maiores níveis de emissões (quando comparados com as microturbinas).

22 ESTUDOS DE CASO - CENBIO TRATAMENTO DE ESGOTO

23 Geração de Energia Elétrica a partir do Biogás de Tratamento de Esgoto da ETE da SABESP em Barueri

24 ETE da Sabesp de Barueri Dados Técnicos: Quantidade de Esgoto Tratado = 7,0 m 3 /s Produção Média de Biogás = m 3 /dia Consumo de Energia Elétrica = 10 MWh/mês

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26 Tecnologia Empregada Secador por Refrigeração 1 Válvula Esfera 2 Filtro de Carvão Ativado Compressor de Palhetas Válvulas Esfera 3 e 4 Secador por Refrigeração 2 Válvulas Esfera 5 e 6 Filtro Coalescente 1 Separador de Líquido com Dreno Filtro Coalescente 3 Sensor de Temperatura 1 Sensor de Pressão 1 Plug Reserva 3 Plug Reserva 2 Filtro Coalescente 2 Sensor de Pressão 2 Medidor de Vazão Filtro de Gás Plug Reserva 4 e 5 Saída do Gás de Exaustão Plug Reserva 1 Manômetro Sensor de Temperatura 2 Válvula Reguladora de Pressão Sensor de Pressão 3 Sensor de Temperatura 3 Microturbina Capstone Tubulação de Aço Inox Rígida Válvula Esfera 1 Tubulação de Aço Inox Flexível

27 Grupo Gerador (Motor Ciclo Otto)

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30 GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA A PARTIR DO BIOGÁS PROVENIENTE DO TRATAMENTO DE ESGOTO DO CONJUNTO RESIDENCIAL DA USP PROJETO PUREFA PROGRAMA DE USO RACIONAL DE ENERGIA E FONTES ALTERNATIVAS

31 Tratamento do Esgoto do CRUSP Dados Técnicos: Quantidade de Esgoto Tratado = 3,0 m 3 /h Volume Útil do Biodigestor = 25 m 3 Tempo de Retenção Hidráulica (TRH) = 8 h Produção Média de Biogás = 4 m 3 /dia

32 Sistema de Pré-Tratamento Sistema de pré-tratamento do efluente Biodigestor modelo RAFA: Reator Anaeróbio de Fluxo Ascendente

33 Equipamentos Secção de saída do biogás Biodigestor modelo RAFA: Reator Anaeróbio de Fluxo Ascendente Selo hidráulico

34 Equipamentos Sistema de purificação Biodigestor modelo RAFA: Reator Anaeróbio de Fluxo Ascendente

35 Equipamentos 2º compartimento: limalha de ferro para retirada de H 2 S Sistema de purificação 1º compartimento: peneira molecular para retirada de umidade e H 2 S; sílica gel: utilizada como indicador

36 Equipamentos Gasômetro: armazenador de biogás Grupo gerador e Painel de teste

37 ESTUDO DE CASO TRATAMENTO DE EFLUENTE RURAL FAZENDA PONTE ALTA ITARARÉ / SP

38 Criação de Porco Confinado Gestação

39 Criação de Porco Confinado Maternidade

40 Criação de Porco Confinado Pós-Maternidade (Engorda)

41 Criação de Porco Confinado Terminação

42 Coleta de Dejetos

43 Biodigestor

44 Biogás Grupo Gerador

45 ESTUDO DE CASO - CENBIO RESÍDUOS SÓLIDOS URBANOS EM ATERROS SANITÁRIOS

46 Projeto Aproveitamento de Resíduos Sólidos Urbanos para Geração de Energia Elétrica e Iluminação a Gás Aterro da Essencis CTR Caieiras (São Paulo) Área total do aterro: 3,5 milhões m2 Área destinada ao aterramento de lixo: 1,5 milhões m 2

47 CTR Caieiras Maior Central de Tratamento de Resíduos da América Latina É o destino de 75% do lixo da cidade de São Paulo Recebe cerca de 10 mil toneladas de lixo diariamente Trata resíduos Classe I e Classe II Classe I Classe II

48 Biogás Captação Transporte Queima em flare

49 Estrutura do Sistema de Captação

50 Biogás Disponível Potencial de geração de biogás atualmente: m 3 /h Concentração de metano: 50% ~ m 3 /h de metano Potencial de geração de biogás em 2024 (ano de encerramento do aterro): ~ m 3 /h , ,00 Vazão de Metano V a z ã o d e m e ta n o (m 3 /a n o ) , , , , , ,00 0, Ano

51 Potência e Energia Disponíveis Potência disponível em 2010 ~ 17 MW Potência disponível em 2024 (ano de encerramento do aterro) ~ 40 MW Potência disponível por ano Potência (MW) 45,00 40,00 35,00 30,00 25,00 20,00 15,00 10,00 5,00 0, Ano

52 Sistema de Geração de Energia Elétrica Motor ciclo Otto adaptado para biogás Opera com concentrações de metano de 30% a 80% Potência: 200 kw

53 Sistema de Iluminação Sete postes de iluminação Implementados na planta de biogás do aterro Sistema interligado com o sistema de geração de energia

54 Potencial (Brasil) Resíduos Rurais Emissão de CH 4 (t/ano): ,70 Fonte: Adaptado de IBGE Pesquisa Agropecuária Municipal, 2005 Potencial de Geração de Energia Elétrica: ~ 77 MW Efluente Líquido Emissão de CH 4 (t/ano): ,54 Fonte: Adaptado de IBGE Pesquisa Nacional de Saneamento Básico, 2000 Potencial de Geração de Energia Elétrica: ~ 20 MW Resíduos Sólidos Urbanos Emissão de CH 4 (t/ano): ,37 Fonte: Adaptado de IBGE Pesquisa Nacional de Saneamento Básico, 2000 Potencial de Geração de Energia Elétrica: ~ 350 MW

55 Viabilidade Econômica da Utilização de Biogás Utilização de energia nos processos (diminuição da energia proveniente da concessionária local); Venda de excedente de energia; Obtenção e comercialização de créditos de carbono; Apesar do elevado custo inicial, tem-se amortização desse investimento a curto prazo.

56 OBRIGADA! / cenbio@iee.usp.br MSc. Vanessa Pecora Garcilasso vpecora@iee.usp.br / Tel: (11)