X Semana de Estudos da Engenharia Ambiental UNESP Rio Claro, SP. ISSN

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1 ANALISE DA VIABILIDADE DO APROVEITAMENTO ENERGÉTICO DO BIOGÁS DE ATERRO SANITÁRIO: ESTUDO DE CASO PARA MUNÍCIPIO DE MÉDIO PORTE Ariel Gontow, Marcus César Avezum Alves de Castro. Universidade Estadual Paulista Júlio de Mesquita Filho (Unesp), Rio Claro (SP). 1. INTRODUÇÃO E OBJETIVOS A interferência humana no meio ambiente cresce ao mesmo passo que as populações se desenvolvem, sendo o aumento das emissões de gases na atmosfera um assunto bastante abordado. Quando é ponderada a emissão de gases a principal ação remetida é a queima de combustíveis fósseis, porém não é este o único ato humano que gera esse efeito, sendo que a maioria dos processos antrópicos apresentam a mesma implicação. A decomposição dos resíduos sólidos urbanos não foge a regra, segundo o Ministério de Ciência e Tecnologia (2010) as emissões de metano em 2005 resultantes do tratamento de resíduos sólidos foi Gg, representando 6,1% de todas as emissões antrópica de metano no ano. Somado a isso, temos um aumento do consumo energético, do custo de geração, bem como a preocupação com as interferências negativas ao meio ambiente. Sendo assim, cresce a demanda pela geração de energia com o mínimo de impactos negativos ao meio ambiente. Neste cenário, uma fonte de energia alternativa é o aproveitamento do biogás gerado em aterros sanitários, gás que apresenta um poder calorífico considerável pelo fato de apresentar cerca de 50% de metano na sua composição volumétrica. Diversas variáveis influenciam na geração do biogás, podendo ser citadas as condições climáticas do local, as características do resíduo e as condições do aterramento. Para estimar o potencial energético de um aterro sanitário são aplicados modelos matemáticos que em sua formulação utilizam variáveis como quantidade de matéria orgânica, biodegrabilidade do resíduo, pluviosidade e tempo de operação do aterro. A United States Environmental Protection Agency (USEPA) desenvolveu um modelo para realizar tal previsão (Equação 1), sendo este utilizado no programa de computador desenvolvido pela Companhia de Tecnologia de Saneamento Ambiental (CETESB) juntamente com Secretária do Meio Ambiente do Estado de São Paulo (SMA-SP) e o Ministério de Ciência e Tecnologia (MCT) chamado Biogás, geração e uso energético (CETESB, 2006). Equação 1 Onde, : Quantidade de metano gerado no ano. (m3ch 4 /ano) : Constante de decaimento. (1/ano) : Fluxo de resíduos sólidos domiciliares no aterro no ano. (t) : Potencial de geração de metano por tonelada de resíduo. (m3ch 4 /t) : Ano de disposição do resíduo no aterro. (ano) : Ano do estudo. (ano)

2 De maneira simplificada, a constante de decaimento é interpretada quanto à dificuldade que a matéria orgânica é decomposta, e o potencial de geração de metano é interpretado como a quantidade de matéria orgânica biodegradável no resíduo disposto. Sendo encontrar valores adequados para estes dois parâmetros a principal dificuldade do modelo, uma vez que a faixa de valores assumidos por essas variáveis, além de muito ampla, baseiam-se em estudos de aterros fora do Brasil, sujeitos a diferentes condições climáticas e de resíduos. Segundo o Ministério do Meio Ambiente (2007) o valor de k varia entre 0,003 até 0,21 sendo os valores mais baixos relativos aos ambientes mais áridos e os valores mais elevados aos ambientes com maiores precipitações. Já o L0 varia entre 1 até 312 m 3, sendo os valores mais baixos relativos a resíduos com pouca matéria orgânica e valores mais elevados a resíduos com elevada quantidade de matéria orgânica. Para maior facilidade em estipular os parâmetros, o Banco Mundial (2004) desenvolveu uma tabela com valores sugeridos de k e L0 conforme as condições de pluviosidade do local, e de biodegradabilidade do resíduo (Tabelas 1 e 2). Tabela 1: Valores sugeridos de k pelo Banco Mundial Valores sugeridos de k correspondente à precipitação anual Valores de k Precipitação Anual Relativamente inerte Moderadamente Degradável Altamente Degradável Menos de 250 mm 0,01 0,02 0,03 Entre 250 e 500 mm 0,01 0,03 0,05 Entre 500 e 1000 mm 0,02 0,05 0,08 Mais de 1000 mm 0,02 0,06 0,09 Fonte: Adaptado do Banco Mundial (2004) pelo autor. Tabela 2: Valores sugeridos de L 0 pelo Banco mundial. Valores sugeridos de L 0 pelo conteúdo de matéria orgânica Classificação do resíduo Valore mínimo de L 0 Valor máximo de L 0 Resíduo relativamente Inerte 5 25 Resíduo moderadamente degradável Resíduo altamente degradável Fonte: Adaptado do Banco Mundial (2004) pelo autor.

3 Apesar de haver uma grande bibliografia (MENDES, 2005), (SILVA, 2010) apoiando os valores sugeridos dos parâmetros citados acima, a falta de estudos comparativos entre valores gerados nos modelos e valores coletados em campo diminuem a confiabilidade desta ferramenta. Esta incerteza dificulta a estimativa segura do potencial de geração, e constitui-se uma das barreiras para estudos de viabilidade do aproveitamento do biogás gerado em aterros, principalmente para aterros de pequeno e médio porte, onde a margem para erro é muito menor. Assim sendo, o presente trabalho apresenta como objetivo avaliar a viabilidade da captação e processamento do biogás para aproveitamento energético, a partir de coletas de dados de vazão e concentração de metano para calibração do modelo matemático, nas condições operacionais do aterro sanitário de Rio Claro - SP. 2. MÉTODOS A primeira etapa da pesquisa consistiu em numerar e georreferenciar todos os drenos do aterro sanitário de Rio Claro SP, com a ajuda da ferramenta Google Earth. As campanhas de campo são realizadas mensalmente a fim de coletar dados de vazão e porcentagem de metano do biogás liberados pelos drenos, abrangendo diferentes períodos do ano e condições climáticas. Com a finalidade de aumentar o período da analise, e assim alcançar um resultado mais confiável, foram incorporados aos dados da presente pesquisa aqueles obtidos em estudos anteriores, ANTONIO (2012), MARQUES (2012) e GOTARDO (2013). Para obter a emissão total de metano no aterro, foi calculada a média das medidas de cada dreno, durante o período de estudo, e extrapolada para todo o período do ano. Para os drenos que não apresentam histórico de coleta nas pesquisas anteriores, utilizaram-se os dados coletados nas campanhas da presente pesquisa. As vazões dos gases emitidos são medidos com termo-anemômetro digital portátil TESTO modelo 405-V1, que fornece a velocidade de saída do gás, com a ajuda de um adaptador que canaliza o gás dos drenos (Figura 1), a partir da velocidade e da área da seção de saída do gás é encontrada a vazão. Para a análise qualitativa é utilizado o instrumento portátil LANDTEC GEM-2000 que fornece a porcentagem (v/v) de metano (CH4), oxigênio (O2) e dióxido de carbono (CO2) (Figura 2). Figura 1: Medida de velocidade (vazão) no dreno de gás com o anemômetro portátil no aterro de Rio Claro. Fonte: Desenvolvido pelo autor.

4 Figura 2: Analise qualitativa do biogás com o LANDTEC GEM 2000 no dreno do aterro de Rio Claro. Fonte: Desenvolvido pelo autor. Para uma analise comparativa, foi calculada a diferença dos valores adquiridos em campo com três diferentes cenários obtidos a partir de sugestões da bibliografia, sendo um otimista, um moderado e outro conservador em relação à taxa de geração de metano. Em paralelo, será criado um roteiro de cálculo para a implantação de usinas de geração de energia em aterros sanitário, o qual poderá ser utilizado como ferramenta para a implantação de usinas de geração de energia em municípios de médio porte, uma vez que o roteiro irá realizar um orçamento a respeito do investimento na implementação desta usina. 3. RESULTADOS PARCIAIS O resultado de georreferenciamento indica a presença de 40 drenos no aterro (Figura 3) dispostos em uma área próxima de m2. Figura 3: Resultado do georreferenciamento realizado no aterro de Rio Claro pelo Google Earth. Fonte: Desenvolvido pelo autor.

5 A partir dos valores sugeridos pela bibliografia de k e L 0, três cenários foram gerados a partir do modelo desenvolvido pela USEPA, além disso, os valores de entrada de resíduos no aterro foram disponibilizados pela Secretaria Municipal de Planejamento, Desenvolvimento e Meio Ambiente (Sepladema), da prefeitura de Rio Claro SP (Figura 4) Cenário 1: k=0,09 L0= Cenário 2: k=0,06 L0=170 Cenário 3: k=0,04 L0=90 0 Figura 4: Cenários de geração de metano. Pelo fato de Rio Claro apresentar um pluviosidade média anual de 1366,8 mm (CEPAGRI, 2014) os valores de k utilizados foram baseados na sugestão fornecida pelo Banco Nacional, os valores de L 0 foram estipulados a partir de hipóteses de resíduos altamente biodegradáveis (cenário 1) até resíduos relativamente inertes (cenário 3), sendo os resíduos moderadamente biodegradáveis representados pelo cenário 2. A eficiência na coleta do biogás foi considerada em 75% conforme sugerido pelo programa de computador Biogás, geração e uso energético. Para melhor visualização dos cenários, a tabela a seguir (Tabela 3) expõem os valores gerados em 2013 por diferentes cenários, e o valor obtido nas coletas em campo. Tabela 3: Comparativo entre os diferentes cenário e o valor atingido pelas coletas em campo. Valores de emissão de metano em 2013 Cenários Valor coletado em campo Diferença do cenário com o coletado Cenário 1 (k=0,09; L0=200) ,2 m 3 CH ,6 m 3 CH 4 16,7% acima dos valores medidos Cenário 2 (k=0,06; L0=170) ,9 m 3 CH ,6 m 3 CH 4 25,9% abaixo dos valores medidos Cenário 3 (k=0,04; L0=90) ,7 m 3 CH ,6 m 3 CH 4 71,7% abaixo dos valores medidos

6 4. CONSIDERAÇÕES FINAIS Os resultados preliminares sinalizam que no aterro sanitário de Rio Claro SP a produção de metano se aproxima mais de uma geração otimista, ou seja, com alto k e l 0, isso implica em um grande pico de geração seguido de uma queda mais acentuada nos anos seguintes, conforme o gráfico anterior expõe, sendo essa informação de grande importância para a logística do projeto. Porém esta conclusão só poderá ser confirmada com a conclusão do projeto, pois contara com um maior número de dados para serem analisados, e um maior período de tempo para que as dificuldades sejam contornadas. 5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ANTONIO, S. M; CASTRO, M. C. A. A; MARQUES, N. P; ZANATTA, B. G. D. Avaliação da vazão e concentração do biogás no aterro sanitário de Rio Claro - SP. In: XXIV Congresso de Iniciação Científica da UNESP, 2012, Rio Claro. Anais do XXIV Congresso de Iniciação Científica da UNESP, v. 1. p BELLO, P. P. G; CASTRO, M. C. A. A. Estudo da Composição dos gases gerados no aterro sanitário e sua relação com as fases de degradação anaeróbia. Holos Environment (CD- ROM), v. 10, p , CASTRO, M. C. A. A; ANTONIO, S. M; MARQUES, N. P; MOREIR, C. A; CALLEGARI, N. Estudo comparativo da geração de gás metano estimado por modelagem matemática com dados reais medidos em campo no aterro sanitário de Rio Claro SP. In: 27º Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental, 2013, Goiânia. Anais 27º Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental. Rio de Janeiro: ABES, v. 1. p CEPAGRI Meteorologia UNICAMP. Clima dos munícipios paulistas. Disponível em < >. Acesso em 06 ago GOTARDO, O. C; CASTRO, M. C. A. A; FRANCESCHI, F. R. A. Análise comparativa da porcentagem de metano presente no biogás de duas células de resíduos em um aterro sanitário. In: XXV Congresso de Iniciação Científica, 2013, Rio Claro. Anais do XXV Congresso de Iniciação Científica, MARQUES, N. P; CASTRO, M. C. A. A; ZANATTA, B. G. D; ANTONIO, S. M; MOREIRA, C. A. Análise da biodegradabilidade do lixiviado gerado no aterro sanitário do município de Rio Claro SP. In: XXIV Congresso de Iniciação Científica, 2012, Rio Claro. Anais do XXIV Congresso de Iniciação Científica, v. 1. p MENDES, L. G. G. Proposta de um sistema para aproveitamento energético de um aterro sanitário regional na cidade de Guaratinguetá p Dissertação para obtenção do

7 título de Mestre em Engenharia Mecânica na área de transmissão e conversão de energia Universidade Estadual Paulista, Faculdade de Engenharia do Campus de Guaratinguetá, Guaratinguetá - SP. MINISTÉRIO DE CIÊNCIA E TECNOLOGIA MCT. Inventário brasileiro de emissões antrópicas por fontes e remoções por sumidouros de gases de efeito estufa não controlados pelo protocolo de Montreal Disponível em < > Acesso em 06 ago MINISTÉRIO DO MEIO AMBIENTE MMA. Mecanismo de desenvolvimento limpo aplicado aos resíduos sólidos: Redução de emissões na disposição final Disponível em < >. Acesso em 06 ago SÃO PAULO. Secretaria de Estado do Meio Ambiente. Companhia de Tecnologia de Saneamento Ambiental CETESB. Manual do usuário do programa de computador: BIOGÁS geração e uso energético aterros versão Disponível em < >. Acesso em 22 maio SILVA, E. R. Modelagem matemática da produção e transporte de biogás em aterros sanitários p. 84. Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Energia na Área de Tecnologia, Engenharia e Modelagem, Aterros Sanitários Universidade Federal do ABC, Santo André São Paulo. THE WORLD BANK. Handbook for the preparation of landfill gas to energy projects in Latin America and the Caribbean Disponível em < >. Acesso em 06 ago