UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO CENTRO DE TECNOLOGIA E GEOCIÊNCIA PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL MESTRADO EM ENGENHARIAA CIVIL ÁREA DE GEOTECNIA ESTUDO DE VIABILIDADE DO APROVEITAMENTO ENERGÉTICO DO BIOGÁS GERADO EM CÉLULA EXPERIMENTAL NO ATERRO CONTROLADOO DA MURIBECA PERNAMBUCO (PE) Tatyane Souza Nunes Rodrigues Recife, PE Brasil Agosto de 2009
ii Tatyane Souza Nunes Rodrigues ESTUDO DE VIABILIDADE DO APROVEITAMENTO ENERGÉTICO DO BIOGÁS GERADO EM CÉLULA EXPERIMENTAL NO ATERRO CONTROLADO DA MURIBECA PERNAMBUCO (PE) Orientador: Prof. Dr. José Fernando Thomé Jucá Dissertação submetida ao Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil da Universidade Federal de Pernambuco como parte dos requisitos necessários para a obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Civil. Área de Concentração: Geotecnia Recife, PE Brasil Agosto de 2009
TERMO DE APROVAÇÃO iii
iv R696e Rodrigues, Tatyane Souza Nunes Estudo de viabilidade do aproveitamento energético do biogás gerado em célula experimental no aterro controlado da Muribeca Pernambuco (PE) / Tatyane Souza Nunes Rodrigues. Recife: O Autor, 2009. xvi, 132 f.; il., gráfs., figs., tabs. Dissertação (Mestrado) Universidade Federal de Pernambuco. CTG. Programa de Pós- Graduação em Engenharia Civil, 2009. Inclui referências bibliográficas e apêndices. 1. Engenharia Civil. 2. Resíduos Sólidos Urbanos. 3. Aterros Sanitários. 4. Biogás. 5. Aproveitamento Energético do Biogás. 6. Viabilidade de Projetos. I. Título. UFPE 624 CDD(22.ed.) BCTG/2009-212
v Aos meus pais, Sebastião e Maria do Socorro por todo amor, respeito e apoio, na realização de mais uma etapa da minha vida. Dedico.
vi AGRADECIMENTOS À Deus e Nossa Senhora, pela força e perseverança em todos os momentos dessa caminhada. Aos meus pais e irmãos por todo amor, respeito e incentivo a minha escolha, apostando no meu sucesso e oferecendo todo apoio necessário para que eu concretizasse esse objetivo. Ao Professor José Fernando Thomé Jucá, pela orientação, confiança, amizade e oportunidade de participar do Grupo de Resíduos Sólidos (GRS/UFPE). Ao Professor Eduardo Antônio Paiva de Almeida, pela valiosa colaboração no desenvolvimento da pesquisa. À Felipe Maciel, Gustavo Nogueira e Régia Lopes, pela troca de informações, críticas e sugestões ao trabalho. À Kleber Morais pelo auxílio na compreensão de aspectos relacionados a análise econômico-financeira de projetos. À Eduarda Motta, Régia Lopes, Keila Gislene, Alessandra Lee e Renata Regina, pela amizade e momentos vividos no decorrer do curso de Mestrado. À Ricardo Simplício, pelo carinho e amizade. Aos membros do GRS, pela amizade e convívio enriquecedor: Duda, Régia, Keila, Alê, Ingrid, Cecília, Fabrícia, Eduardo, Rodrigo, Etiene, Éricka Cunha, Lhidi, Suianne, Éricka Patrícia, Odete, Guga, Tiago (Mamu), Felipe, Aldecy, Kelma, Lêda, Brito e Rose. Aos colegas e amigos do Residencial das Palmeiras (brasileiros e estrangeiros), pelo carinho, companheirismo e bons momentos de descontração, que me deram motivação e equilíbrio no decorrer do curso de Mestrado. Em especial: Adriana, Carol, Joelma, Márcia, Alexandra, Kléber, Cledson, Rogério, Vinícius, Vanessa, Monike, Sinara, Emmeline, Silvo, Aníbal e Rodrigo. A todos que de forma direta ou indireta contribuíram para elaboração da pesquisa e conclusão desta etapa na minha vida. Muito Obrigada!
vii RESUMO A pesquisa apresenta a análise de viabilidade econômico-financeira do aproveitamento energético do biogás gerado na célula experimental construída no Aterro Controlado da Muribeca - PE. A metodologia aplicada baseia-se na análise dos investimentos necessários para implantação e operação do empreendimento, na qual se faz necessário a obtenção de dados referentes ao potencial de geração de metano e capacidade de geração de energia elétrica, para formação do fluxo de caixa e determinação de índices econômicos do projeto, considerando a obtenção de receitas advindas da venda da energia elétrica gerada e comercialização dos créditos de carbono. Foram criados três cenários para simulação da viabilidade do projeto, considerando o valor pessimista, atual e otimista para venda de créditos de carbono. Apesar de possuir dimensões reduzidas e apresentar uma curva de produção de metano atípica de projetos de aproveitamento do biogás, a célula experimental detém potencial de geração de energia capaz de suprir a demanda do Aterro Controlado da Muribeca. As emissões reduzidas referentes ao período de 10 anos analisado no projeto são de aproximadamente 9 mil toneladas de CO 2 equivalente, que contribui para minimização dos impactos da emissão de metano na atmosfera e, ainda podem gerar receitas ao operador do aterro se comercializadas no mercado de créditos de carbono. A partir dos índices econômicos obtidos, pode-se concluir que, para o período de 10 anos de análise, o projeto apresenta viabilidade econômico-financeira, com Valor Presente Líquido (VPL) variando de R$ 67.000,00 a R$ 305.000,00 e Taxa Interna de Retorno (TIR) entre 16 e 53%. Tais resultados colaboram para diminuição das incertezas sobre a viabilidade de projetos de aproveitamento energético em aterros de pequeno e médio porte no Brasil, bem como a questão da sustentabilidade econômica do setor. Palavras-chave: Resíduos Sólidos Urbanos, Aterros Sanitários, Biogás, Aproveitamento Energético do Biogás, Viabilidade de Projetos.
viii ABSTRACT The research presents an economic and financial viability analysis of the energy generation from biogas production in experimental cell built in the Municipal Solid Waste (MSW) Landfill Muribeca PE. The methodology applied is based on analysis of investment required for implantation and operation of the venture, in which is necessary to obtain data on the potential of methane generation and electric energy generating capacity, to workout the cash-flow and the project economic indicators, considering obtaining revenue from sale of electricity generated and carbon market credits. Three scenarios were created to simulate the project viability, considering a current value, pessimistic and optimistic to sale carbon credits. Despite having reduced dimensions and presenting an atypical curve of methane production incomparison to that used in energy from biogas projects, the experimental cell has potential to generate energy capable of supplying the demand of the MSW Landfill Muribeca. The reduced emissions for the period of 10 years examined in the project are approximately 9 thousand tones of CO 2 equivalent, which helps to minimize the impacts of methane emissions in atmosphere and can generate revenue to landfill operator if traded in the market of carbon credits. From the economic indicators obtained, it has been concluded that for 10 years of analysis period, the project presents economic and financial viability, with Net Present Value (NPV) ranging from R$ 67.000,00 to R$ 305.000,00 and the Internal Return Rate (IRR) between 16 and 53%. These results contribute to reduce uncertainty about the viability of energy generation from biogas projects at landfills with small and medium scale in Brazil, including the issue of economic sustainability of the sector. Keywords: Municipal Solid Waste, Sanitary Landfill, Biogas, Energy Generation from Biogas, Projects Viability.
ix SUMÁRIO RESUMO... vii ABSTRACT... viii CAPÍTULO I - INTRODUÇÃO... 1 1.1 APRESENTAÇÃO... 1 1.2 JUSTIFICATIVA... 4 1.3 OBJETIVOS... 8 1.3.1 Objetivo Geral... 8 1.3.2 Objetivos Específicos... 8 1.4 ESTRUTURA DO TRABALHO... 9 CAPÍTULO II REVISÃO BIBLIOGRÁFICA... 10 2.1 EFEITO ESTUFA E AQUECIMENTO GLOBAL... 10 2.2 PROTOCOLO DE QUIOTO... 14 2.3 MECANISMO DE DESENVOLVIMENTO LIMPO MDL... 15 2.3.1 Ciclo do Projeto de MDL... 19 2.3.2 Panorama atual dos Projetos de MDL no Brasil e no Mundo... 22 2.4 RESÍDUOS SÓLIDOS... 28 2.4.1 Origem, Definição e Classificação... 28 2.4.2 Destinação Final em Aterro Sanitário... 29 2.4.3 Panorama no Brasil... 31 2.5 BIOGÁS... 34 2.5.1 Geração... 35 2.5.1.1 Fatores Intervenientes na Geração de Biogás em Aterros... 38 2.5.2 Características e Composição... 40 2.6 APROVEITAMENTO ENERGÉTICO DO BIOGÁS... 43 2.6.1 Rota Energética dos Resíduos Sólidos... 43 2.6.2 Recuperação de Biogás em Aterros Sanitários... 45 2.6.2.1 Sistema de Coleta... 46 2.6.2.2 Sistema de Tratamento... 50 2.6.2.3 Sistema de Geração ou Recuperação de Energia... 51 2.6.3 Panorama no Brasil e no Mundo... 53 2.7 ANÁLISE DE VIABILIDADE ECONÔMICO-FINANCEIRA DE PROJETOS.. 56 CAPÍTULO III ÁREA DE ESTUDO... 59 3.1 ATERRO CONTROLADO DA MURIBECA... 59 3.2 CÉLULA EXPERIMENTAL... 61 3.2.1 Implantação e Infra-estrutura... 61 3.2.2 Preenchimento e Caracterização dos Resíduos... 65 3.2.3 Implantação da Rede de Coleta de Biogás... 67 3.2.4 Unidade de Geração de Energia... 70
x CAPÍTULO IV METODOLOGIA... 74 4.1 ANÁLISE DE VIABILIDADE ECONÔMICO-FINANCEIRA... 75 4.1.1 Dados de Entrada... 76 4.1.1.1 Potencial de Geração de Metano... 76 4.1.1.2 Capacidade de Geração de Energia Elétrica... 79 4.1.2 Análise do Investimento... 81 4.1.2.1 Formação da Demonstração do Resultado do Exercício Projetada... 82 4.1.2.2 Formação do Fluxo de Caixa... 85 4.1.2.3 Determinação de Índices Econômicos... 86 CAPÍTULO V RESULTADOS E DISCUSSÕES... 89 5.1 POTENCIAL DE GERAÇÃO DE METANO... 89 5.2 CAPACIDADE DE GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA... 91 5.3 POTENCIAL DE GERAÇÃO DE CER s... 94 5.4 ANÁLISE DE VIABILIDADE ECONÔMICO-FINANCEIRA... 95 5.4.1 Análise do Investimento... 96 5.4.1.1 Formação da Demonstração do Resultado de Exercício Projetada... 96 5.4.1.2 Análise da Demonstração do Resultado de Exercício Projetada... 102 5.4.1.3 Formação do Fluxo de Caixa... 104 5.4.1.4 Análise do Fluxo de Caixa... 106 5.4.1.5 Determinação de Índices Econômicos... 109 5.4.1.5.1 Valor Presente Líquido (VPL)... 109 5.4.1.5.2 Taxa Interna de Retorno (TIR)... 110 CAPÍTULO VI CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES... 112 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS... 116 APÊNDICES... 123 Apêndice A: Cronograma dos Custos de Operação e Manutenção do Projeto... 123 Apêndice B: Cronograma dos Custos com Despesa de Pessoal do Projeto... 123 Apêndice C: Cronograma dos Custos de Depreciação dos Bens do Projeto... 124 Apêndice D: DRE Cenário I - Pessimista... 125 Apêndice E: DRE Cenário II - Atual... 126 Apêndice F: DRE Cenário III - Otimista... 126 Apêndice G: Cronograma dos Custos de Investimento do Projeto... 127 Apêndice H: Fluxo de Caixa Cenário I - Pessimista... 128 Apêndice I: Fluxo de Caixa Cenário II - Atual... 129 Apêndice J: Fluxo de Caixa Cenário III - Otimista... 130
xi LISTA DE FIGURAS Figura 1: Esquema do Efeito Estufa... 11 Figura 2: Modelo Institucional Brasileiro para Gerenciamento da Implementação de MDL... 18 Figura 3: Destinação das Reduções Certificadas de Emissões RCEs... 19 Figura 4: Ciclo de Tramitação de Projetos de MDL... 19 Figura 5: Evolução dos Projetos de MDL no Mundo no período de 2006 a 2008... 22 Figura 6: Percentual de Participação dos Países nas Reduções de Emissões... 23 Figura 7: Distribuição das Atividades de Projeto no Brasil por Tipologia de GEE... 24 Figura 8: Distribuição das Atividades de Projeto no Brasil por Escopo Setorial... 25 Figura 9: Número de Projetos Registrados no Conselho Executivo do MDL... 27 Figura 10: Distribuição Estadual das Atividades de Projetos de MDL no Brasil... 27 Figura 11: Disposição Final por Quantidade dos RSU no Brasil... 32 Figura 12: Disposição Final dos RSU no Brasil por Número de Municípios... 32 Figura 13: Evolução da Destinação Adequada de RSU no Brasil... 33 Figura 14: Balanço de Gás em Aterros Sanitários... 35 Figura 15: Análise Qualitativa Típica da Geração dos Gases em um Aterro Sanitário... 36 Figura 16: Fatores Intervenientes na Geração de Gases em Aterros... 38 Figura 17: Rota Energética dos Resíduos Sólidos... 43 Figura 18: Unidades de um Sistema de Recuperação de Biogás em Aterros Sanitários... 46 Figura 19: Componentes do Sistema de Coleta de Biogás em Aterro Sanitário... 47 Figura 20: Dispositivo de queima de Biogás (Flare) no Aterro Bandeirantes (SP)... 49 Figura 21: Localização do Aterro Controlado da Muribeca (PE)... 59 Figura 22: Vista Geral do Aterro Controlado da Muribeca em 2003... 60 Figura 23: Localização da Célula Experimental... 61 Figura 24: Implantação da Unidade Física de Geração de Energia... 62 Figura 25: Impermeabilização da camada inferior da Célula Experimental... 62 Figura 26: Execução do Sistema de Drenagem de Lixiviado... 62 Figura 27: Perfil de Sondagem a trado na área da Célula Experimental... 63 Figura 28: Preenchimento da Célula Experimental e Compactação dos Resíduos... 64 Figura 29: Execução da Camada de Cobertura da Célula Experimental... 64 Figura 30: Execução do Sistema de Drenagem Superior e Superficial da Célula... 64 Figura 31: Etapas de Preenchimento e Geometria da Célula Experimental... 65 Figura 32: Composição Física dos Resíduos Dispostos na Célula Experimental... 66 Figura 33: Instalação da Rede Coletora de Biogás da Célula Experimental... 67 Figura 34: Instalação e Lançamento da Rede Horizontal de PEAD... 68 Figura 35: Separador de Fases (Selo Hidráulico)... 68 Figura 36: Dispositivo de Queima do Biogás (Flare) da Célula Experimental... 69 Figura 37: Localização dos Drenos Verticais e Elementos da Célula Experimental... 69 Figura 38: Seqüência de dispositivos da Célula Experimental... 70
xii Figura 39: Compressor Radial da Célula Experimental... 71 Figura 40: Dispositivos da Unidade de Geração de Energia da Célula Experimental... 71 Figura 41: Dispositivos da Unidade de Geração de Energia da Célula Experimental... 72 Figura 42: Dispositivos da Unidade de Geração de Energia da Célula Experimental... 72 Figura 43: Dispositivos da Unidade de Geração de Energia da Célula Experimental... 73 Figura 44: Geração de Energia com Grupo Motor-Gerador trabalhando 8 horas por dia... 73 Figura 45: Metodologia da Pesquisa... 74 Figura 46: Procedimento de Análise de Viabilidade Econômico-financeira do Projeto... 76 Figura 47: Aplicação de Modelos de Simulação na Célula Experimental... 77 Figura 48: Demonstração Dedutiva do Resultado de Exercício... 82 Figura 49: Diagrama de Fluxo de Caixa... 86 Figura 50: Curva de Geração de Metano da Célula Experimental... 90 Figura 51: Potencial de Geração de Energia Elétrica da Célula Experimental... 92 Figura 52: Geração de Energia Elétrica da Célula Experimental... 94 Figura 53: Resultado Líquido do Exercício nos Cenários Simulados... 103 Figura 54: Saldo do Período dos Cenários Simulados... 107
xiii LISTA DE TABELAS Tabela 1: Características dos Gases de Efeito Estufa... 12 Tabela 2: Emissão de CO2 dos Países Anexo I do Protocolo de Quioto... 14 Tabela 3: Setores de Fontes de Atividades de Projetos MDL... 16 Tabela 4: Total de Atividades de Projetos de MDL no Mundo... 22 Tabela 5: Reduções de Emissões Projetadas para o Primeiro Período de Créditos... 23 Tabela 6: Reduções de Emissões Anuais Projetadas para o Primeiro Período de Créditos... 24 Tabela 7: Distribuição das Atividades de Projetos de MDL no Brasil por Escopo Setorial... 26 Tabela 8: Status Atual de Projetos de MDL na ADN Brasileira... 26 Tabela 9:Status Atual das Atividades de Projetos Brasileiros no CE do MDL... 26 Tabela 10: Classificação dos Resíduos quanto ao Grau de Periculosidade... 29 Tabela 11: Geração de RSU no Brasil e Macro-Regiões... 33 Tabela 12: Destinação Final de RSU no Brasil e Macro-Regiões... 34 Tabela 13: Modalidades de Destinação Final de RSU por Número de Municípios no Brasil... 34 Tabela 14: Fases de Produção do Biogás em Aterros Sanitários... 36 Tabela 15: Parâmetros do Ambiente Interno e suas Implicações na Geração do Biogás... 40 Tabela 16: Características dos Gases que compõem o Biogás de Aterros Sanitários... 41 Tabela 17: Composição Média de Biogás proveniente de diferentes resíduos orgânicos... 42 Tabela 18: Poder Calorífico Inferior (PCI) de diferentes Gases... 42 Tabela 19: Equivalência Energética entre 1 m3 de Biogás e outras Fontes Energéticas... 42 Tabela 20: Custos do Sistema de Coleta de Biogás em Aterros Sanitários... 48 Tabela 21: Custo Médio de Investimento para Recuperação de GDL em US$/kW... 49 Tabela 22: Tecnologias de Geração de Energia a partir do Biogás... 53 Tabela 23: Distribuição de Plantas de Aproveitamento Energético do GDL no Mundo... 54 Tabela 24: Distribuição de Projetos de MDL em Aterros Sanitários no Brasil... 56 Tabela 25: Calorimetria dos Resíduos da Célula Experimental... 66 Tabela 26: Parâmetros de Entrada do Método IPCC (2006) Ajustados por Firmo (2008)... 89 Tabela 27: Capacidade de Geração de Energia Elétrica da Célula Experimental... 92 Tabela 28: Geração de Energia Elétrica da Célula Experimental... 93 Tabela 29: Emissões Reduzidas de Metano na Célula Experimental... 95 Tabela 30: Receitas Previstas no Projeto... 97 Tabela 31: Quantitativo das Atividades de Operação e Manutenção do Projeto... 99 Tabela 32: Custos Previstos de Operação e Manutenção do Projeto... 99 Tabela 33: Custos Previstos com Mão de Obra do Projeto... 100 Tabela 34: Depreciação Prevista dos Bens do Projeto... 101 Tabela 35: Resumo da DRE dos Cenários Simulados... 103 Tabela 36: Investimentos do Projeto... 105 Tabela 37: Fluxo de Caixa dos Cenários Simulados... 108
xiv Tabela 38: Apuração do VPL do Projeto no período de 10 anos... 109 Tabela 39: Apuração da TIR no período de 10 anos... 110
xv LISTA DE SIGLAS, SÍMBOLOS E ABREVIATURAS Euro ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas ABRELPE Associação Brasileira de Empresas de Limpeza Pública e Resíduos Especiais AND Autoridade Nacional Designada ANEEL Agência Nacional de Energia Elétrica B.E.M Tecnologia Biomassa-Energia-Materiais BID Banco Interamericano de Desenvolvimento BIRD Banco Internacional para Reconstrução e o Desenvolvimento BNB Banco do Nordeste do Brasil S/A BNDES Banco Nacional de Desenvolvimento Econômico e Social C 3 H 8 Gás Propano C 4 H 10 Gás Butano Ca Cálcio CASMIG Companhia de Gás de Minas Gerais CCX Bolsa do Clima de Chicago (Chicago Climate Exchange) CE Comércio de Emissões (Emissions Trading) CE Conselho Executivo do MDL CEBDS Conselho Empresarial Brasileiro de Desenvolvimento Sustentável CEG Companhia de Gás do Rio de Janeiro CELPE Companhia Energética de Pernambuco CER Certificado de Emissão Reduzida CETESB Companhia de Tecnologia de Saneamento Ambiental do Estado de São Paulo CF 4 Fluoreto de Carbono CH 4 Gás Metano Chesf Companhia Hidrelétrica do Rio São Francisco CIMGC Comissão Interministerial de Mudança Global do Clima cm Centímetros CNUMAD Convenção-Quadro das Nações Unidas sobre Meio Ambiente e Desenvolvimento CO 2 Gás Dióxido de Carbono COD Quantidade de carbono orgânico degradável COD acum Quantidade de COD não decomposto no tempo t degradável nos tempos posteriores COD deg Quantidade de carbono orgânico degradável que é decomposto no tempo t COD f Fator de correção da fração carbono COMLURB Companhia Municipal de Limpeza Urbana do Rio de Janeiro COP Conferência das Partes COPOM Comitê de Política Monetária Cr Cromo CRE s Certificados de Reduções de Emissões Ct Custo no ano t CTGÁS Centro de Tecnologias do Gás Cu Cobre DCP Documento de Concepção do Projeto (Project Design Document) DRANCO Dry Anaerobic Composting DRE Demonstração do Resultado de Exercício Ec Eficiência de coleta do biogás E E Eficiência elétrica EMLURB Empresa de Manutenção e Limpeza Urbana de Recife EOD Entidade Operacional Designada do MDL EPA Agência de Proteção Ambiental Americana (Environmental Protection Agency)
xvi ER Emissão Reduzida de GEE [tco2eq / ano] ETC Estação de Tratamento de Chorume EU ETS Esquema de Comércio de Emissões da União Européia (European Union Emissions Trading Scheme) EXP Dados experimentais F Concentração do metano no biogás FA Fator de Ajuste FGTS Fundo de Garantia do Tempo de Serviço FNMC Fórum Nacional de Mudanças Climáticas g Grama GDL Gás do Lixo GEE Gases de Efeito Estufa GRS/UFPE Grupo de Resíduos Sólidos da Universidade Federal de Pernambuco GWP Potencial de Aquecimento Global (Global Warming Potencial) h Hora H 2 Gás Hidrogênio H 2 S Gás Sulfídrico ha Hectare hab Habitante HCFC-22 Subtítulo do CFC HFCs Hidrofluorcarbonos i Taxa (real e efetiva) mínima aceitável de retorno IBGE Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística IC Implementação Conjunta (Joint Implementation) IDH Índice de Desenvolvimento Humano INSS Instituto Nacional de Seguridade Social IPCC Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas (Intergovernmental Panel on Climate Change) J Joule K Potássio k Constante de geração de metano do modelo de decaimento de primeira ordem [T -1 ] Kcal Quilo-caloria Kg Quilograma KJ Quilo-joule kva Quilovolt-ampére kw Quilowatt (1KW = 1.000 W) kwh Quilowatt-hora l Litro LFG Landfill Gas LMOP Landifill Methane Outreach Program Lo Potencial de geração de metano dos RSU no modelo de decaimento de primeira ordem [M] m Metro M. O. Mão de obra m 3 Metro Cúbico MCF Fator de correção do gerenciamento dos RSU MCI Motor de Combustão Interna MCT Ministério de Ciência e Tecnologia MDL Mecanismo de Desenvolvimento Limpo (Clean Development Mechanism) Mg Magnésio mg Miligrama mm Milímetros MW Megawatt
xvii MWh Megawatt hora N Nitrogênio N 2 O Gás Óxido Nitroso Na Sódio NBR Norma Registrada Brasileira NFFO Non-Fossil Fuel Obligation Ni Níquel O & M Operação e manutenção O 3 Gás Ozônio ONGs Organizações Não Governamentais ONU Organização das Nações Unidas P Fósforo PC Poder Calorífico PCI Poder Calorífico Inferior PE Pernambuco PEAD Polietileno de Alta Densidade PET Politereftalato de etileno PFCs Perfluorcarbonos ph Potencial Hidrogeniônico PIB Produto Interno Bruto PIN Documento Preliminar Inicial (Project Idea Note) PNSB Pesquisa Nacional de Saneamento Básico PP Participantes do Projeto PVC Policloreto de vinila Q CH4 Geração de metano [L 3 *T -1 ] R$ Reais RCEs Reduções Certificadas de Emissões RMR Região Metropolitana de Recife RMs Regiões Metropolitanas RSU Resíduos Sólidos Urbanos Rt Receita no ano t s Segundos SELIC Sistema Especial de Liquidação e Custódia SF 6 Hexafluoreto de enxofre SP São Paulo T Temperatura t Tempo t CO 2 eq Toneladas de carbono equivalente t 1/2 Tempo de meia vida [T] TEE Tarifa de Energia Elétrica TIR Taxa Interna de Retorno TMA Taxa Mínima de Atratividade ton Toneladas UNFCCC Convenção-Quadro das Nações Unidas sobre Mudança do Clima US$ Dólar Americano VEE Venda de Energia Elétrica VLP Valor Presente Líquido W Watt [J*s-1] Wh Watt-hora Ws Watt-segundo Zn Zinco
1 CAPÍTULO I - INTRODUÇÃO 1.1 APRESENTAÇÃO O crescimento populacional tem como conseqüência a demanda cada vez maior de energia e o aumento da produção de resíduos, resultando em um dos principais problemas de qualidade ambiental da atualidade. As constantes inovações tecnológicas e a competitividade entre os mercados têm acelerado a obsolescência de produtos, reduzindo seus ciclos de vida, evidenciando a tendência de descartabilidade dos mesmos. Tal fato é comprovado pelo aumento significativo no volume dos resíduos gerados, que, dispostos de forma inadequada, podem resultar na poluição e degradação do meio ambiente e conseqüente perda da qualidade de vida das gerações atuais e futuras. A questão dos resíduos sólidos no Brasil tem sido amplamente discutida na sociedade a partir de vários levantamentos da situação atual e de perspectivas para o setor. Este assunto permeou por várias áreas do conhecimento, desde o meio ambiente e a inserção social e econômica, até chegar, recentemente, ao aproveitamento energético dos gases provenientes dos aterros de resíduos sólidos (JUCÁ, 2003). Os aterros sanitários configuram-se como a principal técnica de tratamento e destinação final dos resíduos sólidos urbanos (RSU), apesar do imenso esforço em se reduzir, reutilizar e reciclar. Trata-se de uma técnica fundamentada em critérios de engenharia e normas operacionais específicas, permitindo um confinamento seguro dos resíduos em termos de controle de poluição ambiental e proteção à saúde pública. Um dos grandes entraves quanto à adoção de aterros sanitários para destinação final dos RSU está nos seus custos de implantação e operação. A sustentabilidade sócioambiental e econômica dos aterros sanitários tem sido um grande desafio a ser alcançado no Brasil. A carência de investimentos públicos no setor é um dos principais obstáculos a serem vencidos.
2 Com a ratificação do Protocolo de Quioto, a gestão de resíduos sólidos urbanos passou a contar com uma importante ferramenta na promoção de melhorias técnicas e ambientais no que tange às etapas de tratamento e disposição final destes. Projetos de aproveitamento energético do biogás gerado em aterros sanitários podem facilitar a viabilização econômica de implantação e operação destes. A conversão do gás metano (CH 4 ) em dióxido de carbono (CO 2 ) através de sua captura e combustão em queimador (flare), motores e outros conversores de energia ocasionam uma redução no Potencial de Aquecimento Global do aterro. Tal fato possibilita o enquadramento do projeto no chamado Mecanismo de Desenvolvimento Limpo (MDL), que pode resultar na obtenção e venda de Certificados de Reduções de Emissões (CRE s), também conhecidos por Créditos de Carbono, previsto no Protocolo de Quioto. A presente pesquisa tem por motivação analisar como o aproveitamento energético do biogás pode se tornar uma iniciativa favorável na busca da sustentabilidade técnica e econômica de aterros sanitários de pequeno e médio porte no país, de modo a auxiliar os gestores municipais e tomadores de decisões quanto à implementação de projetos na área. Inserida no Projeto Projeto Piloto para Recuperação Energética do Biogás no Aterro da Muribeca - PE, desenvolvido pelo Grupo de Resíduos Sólidos da Universidade Federal de Pernambuco (GRS/UFPE) em parceria com a Companhia Hidrelétrica do Rio São Francisco (Chesf) e demais instituições (Empresa de Manutenção e Limpeza Urbana do Recife EMLURB e prefeitura de Jaboatão dos Guararapes), pretende-se avaliar o potencial energético dos RSU, numa escala intermediária, esclarecendo à sociedade em que condições podem-se obter benefícios financeiros e ambientais desta fonte energética. O volume de resíduos usado no preenchimento da célula experimental construída no Aterro Controlado da Muribeca, objeto de estudo da pesquisa, corresponde a um aterro de pequeno porte, com capacidade de receber os resíduos gerados em um município de 20.000 habitantes (MACIEL et al., 2009).
3 De acordo com dados do Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística IBGE (2008), 71% dos 5.564 municípios existentes no país têm população inferior a 20.000 habitantes. Estes somam 13% dos RSU gerados no país. Desse percentual, 68,5% são destinados a lixões e vazadouros a céu aberto. Em geral, a composição dos resíduos nesses pequenos municípios, apresenta valores de matéria orgânica superior a 65%, em peso, o que é favorável à produção do biogás. Diante disso, a alternativa de aproveitamento energético do biogás pode se configurar como uma ferramenta para viabilizar soluções que minimizem a problemática e os impactos do setor de resíduos no país. Pesquisas voltadas para análise e avaliação do potencial energético dos RSU são de suma importância na busca de esclarecimentos quanto aos reais benefícios obtidos desta fonte energética.
4 1.2 JUSTIFICATIVA O acondicionamento e disposição final dos RSU em aterros sanitários têm como subprodutos o biogás e o lixiviado, provenientes do processo de decomposição da fração orgânica presente na massa de resíduos. Os principais constituintes do biogás são o metano (CH 4 ) e o dióxido de carbono (CO 2 ), que mal gerenciados podem resultar em impactos ambientais negativos, tais como a contaminação do ar e o agravamento das mudanças climáticas. O metano emitido em aterros sanitários possui potencial de aquecimento global 21 vezes maior que o dióxido de carbono. Tal fato faz com que o mesmo seja identificado como um contribuinte significativo no aumento das emissões de gases de efeito estufa (GEE) na atmosfera terrestre. Estima-se que os aterros sanitários no mundo inteiro produzam de 20 a 60 milhões de toneladas de metano por ano como resultado direto da decomposição orgânica dos componentes do lixo. Aproximadamente dois terços dessas emissões procedem de países desenvolvidos (OLIVEIRA et al., 2006). A contribuição relativa dos países em desenvolvimento tende a mudar rapidamente em função das tendências de crescimento populacional e urbanização, bem como as necessidades de desenvolvimento econômico, fazendo com que se tornem responsáveis por uma parcela cada vez maior da emissão de metano. No Brasil, cerca de 900 mil toneladas anuais de metano são produzidas em aterros sanitários, sendo 84% lançada diretamente na atmosfera (ALVES e VIEIRA, 1998). Segundo Firmo e Rodrigues (2009), no Estado de Pernambuco foram emitidas 846 mil toneladas de CH 4 (cerca de 18,5 milhões de toneladas de CO 2 equivalente t CO 2 eq) por atividades de manejo de RSU entre os anos de 1990 a 2005. A Região Metropolitana de Recife (RMR) é a principal fonte geradora, responsável por 57% da emissão total do Estado.
5 Nesse contexto, o aproveitamento energético do metano proveniente da decomposição anaeróbia dos resíduos sólidos também se apresenta como uma iniciativa importante na mitigação do efeito estufa e sustentabilidade da matriz energética. Com a implantação de um projeto de MDL, o biogás é coletado, tratado, queimado ou reaproveitado como insumo energético. No final do processo, o CH 4 é transformado em CO 2, que é 21 vezes menos impactante que o primeiro. Essa redução na emissão de metano pode ser comercializada através dos Créditos de Carbono. Para Coelho (2001), o biogás é considerado uma fonte de energia renovável e, portanto, sua recuperação e uso energético apresentam vantagens ambientais, sociais, estratégicas e tecnológicas significativas. De acordo com a literatura (COELHO, 2001; HENRIQUES, 2004; DUARTE, 2006), a recuperação energética do biogás apresenta os seguintes benefícios: (a) Para a sociedade: Geração de empregos e eliminação ou redução de subempregos; Geração de biogás descentralizada e próxima aos pontos de carga, a partir de uma fonte renovável que tem sido tratada como resíduo; e Colaboração para a viabilidade econômica do saneamento ambiental. (b) Para as prefeituras: Possibilidade de geração de receita extra, proveniente da comercialização da energia gerada pelo biogás; Colaboração para a viabilidade econômica do tratamento dos resíduos domésticos; e Redução da rejeição social das instalações de saneamento, uma vez que as mesmas passam a ser gerenciadas de forma mais adequada, representando um exemplo a ser seguido. (c) Para os gerenciadores de aterros: Redução nos gastos com a aquisição da energia elétrica; Eventual possibilidade de venda de eletricidade à rede de distribuição; e Possibilidade de uso em processos de co-geração, uma vez que, a geração de eletricidade tem como subproduto o calor, que pode ser utilizado no tratamento do chorume na própria área do aterro, ou ser vendido a terceiros.