Projetos Aproveitamento Energético do Biogás

Transcrição

1 Fórum Nacional de Aproveitamento Energético de Resíduos Projetos Aproveitamento Energético do Biogás Vanessa Pecora Garcilasso São Paulo, 28 de julho de 2011

2 Resíduos Urbanos e Agrícolas Briquetes Óleos Vegetais Cana-de-açúcar Carvão Vegetal e Lenha MISSÃO: Promover o desenvolvimento e o uso eficiente da biomassa como fonte de energia no Brasil. : cenbio@iee.usp.br Homepage: : Tel: :

3 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.

4 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 Metano: cerca de 21 vezes mais impactante que o CO 2

5 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; Temperatura: 32 a 37 ºC.

6 Aspectos Físico-Químicos do Biogás Umidade: a umidade presente no biogás influencia diretamente o processo de combustão (diminui o poder calorífico); Poder calorífico (50% de metano): 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).

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

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

9 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 (principalmente NOx); Custo elevado (equipamento importado).

10 Tecnologias Aplicadas à Conversão em Energia Elétrica Comparação das emissões entre as tecnologias de conversão Potência Rendimento Emissões de NOx Motores a Gás 4 kw 1,54 MW 30% 40% 250 ppm ppm Microturbinas 30 kw 1 MW 24% - 28% < 9 ppm

11 Obtenção do Biogás ETE s Zona Rural Aterros sanitários: resíduos sólidos urbanos

12 ETE s

13 Tratamento de Efluentes

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

15 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

16 Gasômetro Biodigestor modelo RAFA: Reator Anaeróbio de Fluxo Ascendente Grupo Gerador de 18 kw e Painel de Testes

17 Geração de Energia Elétrica a partir do Biogás s de Tratamento de Esgoto da ETE da SABESP em Barueri / SP

18 ETE da Sabesp de Barueri Dados Técnicos: Quantidade de Esgoto Tratado = 7,0 m 3 /s Produção Média de Biogás = m 3 /dia Demanda energética da ETE = 9 MW Consumo de Energia Elétrica = MWh/mês (2005) Equipamentos instalados (projetos) Microturbina: 30 kw Motor cilco Otto: 30 kw

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20 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

21 Grupo Gerador (Motor Ciclo Otto)

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24 Zona Rural

25 Dejetos Animais Esterco Captação do esterco Fertirrigação Esterco Acumulador Efluente Lagoa de acumulação Grupo-gerador Biodigestor Efluente Secagem de grãos Aquecimento direto dos leitões

26 O PROJETO - CENBIO Parceiros: CENBIO, Winrock e UsinaAzul Financiador: REEEP Projeto : Desenvolvimento de tecnologia capaz de: Dimensionar sistema de tratamento de dejetos animais (bovinos e suínos) para pequenas e médias propriedades do Brasil Dimensionar sistema de geração de energia Estimar redução de carbono Realizar cálculos financeiros da implementação de projetos A tecnologia realiza os cálculos com base nas informações cedidas pelos proprietários

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28 Aterros sanitários: resíduos sólidos urbanos

29 Resíduos Sólidos Urbanos 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 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

30 Estudo de Caso Aterro Sanitário da Essencis / SP Aproveitamento do Biogás Proveniente do Tratamento de Resíduos Sólidos Urbanos para Geração de Energia Elétrica e Iluminação a Gás

31 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 Impermeabilização do solo (argila e geomembrana de PEAD)

32 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 Impermeabilização do solo (argila e geomembrana de PEAD) Drenos para retirada do chorume

33 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 Impermeabilização do solo (argila e geomembrana de PEAD) Drenos para retirada do chorume Drenos para captação do biogás Eficiência de queima: 20% Captação para aproveitamento do biogás

34 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 Impermeabilização do solo (argila e geomembrana de PEAD) Drenos para retirada do chorume Drenos para captação do biogás Transporte do biogás

35 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 Impermeabilização do solo (argila e geomembrana de PEAD) Drenos para retirada do chorume Drenos para captação do biogás Transporte do biogás Queima do biogás em flare

36 Estrutura do Sistema de Captação

37 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

38 Potência Disponível Potência disponível em 2011 ~ 20 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

39 Sistema de Geração de Energia Elétrica Motor ciclo Otto adaptado para biogás Opera com concentrações de metano de 30% a 80% Potência: 200 kw A energia gerada alimenta 1 soprador

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

41 Potencial (Brasil) Estimativa de Emissão de CH 4 (t/ano): ~ Fonte: CETESB, 2010 Estimativas Preliminares do Potencial de Geração de Energia Elétrica: ~ 500 MW Potência Instalada Setor Elétrico Brasileiro: ~ 106 GW (ANEEL, 2009) Demanda Energética do Estado de São Paulo: ~ 16 GW (CIESP, 2009) Em ETE s o biogás pode suprir de 30 a 100% das necessidades energéticas Em aterros permite a comercialização do excedente de energia

42 Viabilidade Econômica da Utilização de Biogás Geração de parte da energia consumida nos processos (diminuição da energia comprada da concessionária local) Além da geração de energia elétrica, o biogás pode ser utilizado para a geração de energia térmica e o calor gerado pode ser utilizado no aquecimento dos próprios biodigestores (cogeração) Venda de excedente de energia viabilidade depende da tarifa e do preço de venda à concessionária Obtenção e comercialização de créditos de carbono Créditos de carbono aumentam em ~ 10% a TIR de projetos de recuperação energética (Fonte: CETESB, 2010).

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