BOOK RELEASE: TECHNOLOGIES FOR BIOGAS AND BIOMETHANE PRODUCTION AND USE Prof. Dr. Suani T. Coelho Coordinator Research Group on Bioenergy Institute of Energy and Environment www.iee.usp.br/gbio Deputy Coordinator - Energy and Economics Program -Research Center for Gas Innovation RCGI/FAPESP/SHELL www.usp.br/rcgi Workshop BIOENERGY: ADVANCED TECHNOLOGIES AND SUSTAINABILITY ISSUES São Paulo University, São Paulo August 1 th, 2018
SINCE 1996 www.iee.usp.br/gbio Coordination: Prof. Dr. Suani T. Coelho; Special contribution: Prof. Dr. José Goldemberg Research team (2017) Five Pos doc: Alessandro Sanches Pereira Fábio R. Soares Javier Farago Escobar Marilin Mariano dos Santos Vanessa Pecora Garcilasso Ten PhD students: Adriano Violante Ana Paula Silva Danilo Perecin Fernando Oliveira João Pacheco Luís Gustavo Tudeschini Manuel Moreno Ruiz Poveda Monica Anater Roberto Sartori Claudia Treumann Two master students: Caio Jopper Diego B. Souza Three Oxford University students One PhD student from Colombia One PhD student from Mexico
RCGI - PROJECT 27 MAIN OBJECTIVES Analysis of the perspectives for biogas and biomethane in the State of Sao Paulo. Activities under final development: Geo-referenced mapping of biogas and biomethane in São Paulo State - 2018 Survey of technologies for biogas and biomethane production - 2018 Analysis of standards for biomethane injection into NG grid, as well as for the other biomethane s final uses, such as in automotive vehicles and biogas for decentralized electricity generation - 2017 Analysis of environmental benefits of increasing the biogas/biomethane share in the energy matrix of São Paulo State 2018 Biogas scenarios for 2030 compared to INDC from Brazil (Paris Agreement) 2019/2020 Policy proposals to improve current legislation in Brazil and São Paulo 2018/2019 3
Technologies for biogas and biomethane production and use This publication is one of the results of Project 27
Technologies for biogas and biomethane production and use Editor: Institute of Energy and Environment Coordinator : Suani T. Coelho Authors Part I - Biogas: Vanessa Pecora Garcilasso Antônio Djalma Nunes Ferraz Junior Part II - Biomethane: Marilin Mariano dos Santos Caio Luca Joppert Contributors Danilo Perecin Diego Bonfim de Souza ER-BR Energias Renováveis Ltda. Capstone Turbine Corporation Nova Era Ambiental Equipamentos e Serviços Graphic Design and Layout: Synergia Editora
Technologies for biogas and biomethane production and use - Summary PARTE I: BIOGÁS 1 INTRODUÇÃO... 3 2 BIOGÁS... 7 2.1. Definição e Conceito... 7 2.2. Usos Finais... 8 3 TECNOLOGIAS DE PRODUÇÃO DE BIOGÁS... 11 3.1. Processo de Biodigestão... 11 3.1.1. Esgoto Sanitário... 15 3.1.2. Resíduos Animais... 24 3.1.3. Vinhaça.... 25 3.1.4. Resíduos Sólidos Urbanos (RSU)... 33 3.2 Processo de Codigestão Anaeróbia... 36 4 PRINCIPAIS TECNOLOGIAS DE APROVEITAMENTO ENERGÉTICO DO BIOGÁS... 39 4.1. Motor de Combustão Interna Ciclo Otto... 40 4.2. Microturbina a Gás... 42 4.3. Sistemas de Ciclo a Vapor... 43 5 PANORAMA ATUAL DOS SUBSTRATOS NO BRASIL... 45 5.1. Esgoto Sanitário...45 5.2. Resíduos Animais... 47 5.3. Vinhaça... 50 5.4. Resíduos Sólidos Urbanos... 52 6 DISCUSSÃO DAS TECNOLOGIAS... 55 6.1. Aspectos Técnicos Produção e Uso do Biogás... 55 6.1.1. Biodigestores... 55 6.1.2. Motor Ciclo Otto... 64 6.1.3. Microturbina... 66 6.2. Aspectos Econômicos... 68 6.2.1. Sistema de Produção de Biogás... 68 6.2.2. Aproveitamento Energético do Biogás... 71 7 CONSIDERAÇÕES GERAIS PRODUÇÃO E USO DE BIOGÁS..77
PARTE II - BIOMETANO 8 BIOMETANO... 83 8.1. Definição de Biometano... 83 8.2. Usos Finais de Biometano... 86 9 CENÁRIO POLÍTICO E REGULATÓRIO... 93 9.1. Políticas e Regulações de Incentivo em Alguns Países... 97 9.1.1. União Europeia... 97 9.1.2. Estados Unidos... 102 9.1.3. Brasil... 103 9.2. Requisitos Legais de Qualidade de Biometano... 106 10 ROTAS TECNOLÓGICAS PARA PRODUÇÃO DE BIOMETANO... 115 10.1. Tecnologias para Limpeza do Biogás... 117 10.1.1. Tecnologias de Remoção de Umidade... 118 10.1.2. Remoção de Gás Sulfídrico (H2S)... 123 10.1.2.1. Processos Biológicos... 125 10.1.2.2. Adsorção... 131 10.1.2.3. Absorção de H2S... 135 10.1.2.4. Adição de Sais / Óxidos de Ferro In Situ... 136 10.1.3. Comparação Entre as Técnicas de Dessulfurização... 137 10.1.3. Remoção de Amônia (NH3)... 139 10.1.4. Remoção de Siloxanos... 140 10.2. Processos de Purificação (Upgrading) do Biogás... 142 10.2.1. Absorção ou Lavagem... 143 10.2.1.1. Lavagem ou Absorção em Água... 144 10.2.1.2. Lavagem ou Absorção em Solventes Orgânicos... 146 10.2.1.3. Lavagem ou Absorção com Aminas... 147 10.2.2. Adsorção com Modulação de Pressão (PSA - Pressure Swing Adsorption)... 149 10.2.3. Separação por Membranas... 152 10.2.4. Comparação das Técnicas de Purificação... 153 10.3. Inovações tecnológicas... 154 10.3.1. Separação Criogênica... 155 10.3.2. Bocal Supersônico... 156 10.3.3. Adsorção com Temperatura Flutuante (TSA)... 157 10.4. CONSIDERAÇÕES... 158 11 CENÁRIO NACIONAL E INTERNACIONAL DE PRODUÇÃO E USOS DE BIOGÁS E BIOMETANO... 161 11.1. União Europeia... 161 11.2. Estados... 166 11.3. Brasil... 170 12 CUSTOS DE PRODUÇÃO DE BIOMETANO... 175 12.1. Fatores que Afetam os Custos... 175 13 Casos de Sucesso... 183 14 ANÁLISE DO MERCADO DE BIOMETANO... 193
Technologies for biogas and biomethane production and use Available in digital and printed version Digital version to be available on 20.08.2018 at: http://www.iee.usp.br/gbio/ https://www.rcgi.poli.usp.br/ Others Printed version will be available soon 8
ACKNOWLEDGMENTS FAPESP N o 2014/50279-4
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