X AGRENER GD 2015 10º Congresso sobre Geração Distribuída e Energia no Meio Rural Geração de energia a partir de RSU Carlos Alberto Rodrigues da Silva Empresa Metropolitana de Águas e Energia Estado de São Paulo Realização 11 a 13 de novembro de 2015
A EMAE é uma concessionária de serviços públicos de geração de energia elétrica. É uma sociedade de capital aberto com controle acionário do Governo do Estado de São Paulo e vinculada à Secretaria de Energia. Tem direcionado esforços em estudos de energias alternativas e renováveis, dentre elas o aproveitamento energético de Resíduos Sólidos Urbanos (RSU).
Sumário Quantidades e destinação final de RSU no Brasil Crescimento e custos de RSU no Brasil Composição gravimétrica de RSU no Brasil O problema de destinação de RSU Hierarquia das ações no manejo de RSU Desafios Principais tecnologias de tratamento de RSU Principais processos de aproveitamento energético Alternativas para solução Premissas para escolha da alternativa Contribuições para o saneamento básico Exemplos de plantas de tratamento de RSU e aproveitamento energético
Quantidades e destinação final de RSU no Brasil Regiões População RSU gerado (t/dia) Geração per capta (kg/dia) RSU coletado (t/dia) Coleta per capta (kg/dia) SUDESTE 85.115.626 105.431 1,239 102.572 1,205 SUL 29.016.114 22.328 0,770 21.047 0,725 CENTRO OESTE 15.219.608 16.948 1,114 15.826 1,040 NORDESTE 56.186.190 55.177 0,982 43.330 0,771 NORTE 17.261.983 15.413 0,893 12.458 0,722 BRASIL 202.799.518 209.280 1,062 195.233 0,963 Fonte: Panorama ABRELPE 2014
Crescimento e custos de RSU no Brasil Fonte: Panorama ABRELPE 2014
Composição gravimétrica de RSU no Brasil Resíduos coletados (%) MATERIAL RECICLÁVEL 31,9 Metais 2,9 Papel, papelão e tetrapak 13,1 Plástico 13,5 Vidro 2,4 MATÉRIA ORGÂNICA 51,4 OUTROS 16,7 TOTAL 100 Fonte: Panorama ABRELPE 2012
O problema de destinação de RSU Cenário atual Esgotamento dos aterros existentes e dificuldades em licenciar novos Política Nacional / Estadual e Planos Estaduais / Regionais / Municipais de Resíduos Sólidos Distâncias e custos crescentes de transporte para destinação final Emissões, chorume e GEEs Iniciativas municipais isoladas (sem ganhos de logística regional e escala) Processos de licitação fracassados (descrédito, desgaste, contestações) Pouco conhecimento sobre os RSU (dados secundários x levantamentos: tratamento estatístico não existe) Escassez de recursos para implementação de soluções modernas Cenário futuro - Solução vislumbrada Grande redução de volume e massa, otimização de logística de transporte e custos Alternativa à destinação direta em aterros (com o melhor custo-benefício) Coleta seletiva e reciclagem com inclusão dos catadores Geração de energia (aumento da oferta, diversificação da matriz energética e redução dos custos com o tratamento dos resíduos)
Hierarquia das ações no manejo de RSU Artigo 9º da PNRS (a partir de 02/08/2014) prorrogado por 2 anos NÃO-GERAÇÃO utopia REDUÇÃO educação / hábitos REUTILIZAÇÃO RECICLAGEM TRATAMENTO DISPOSIÇÃO FINAL ADEQUADA educação / hábitos / processos separação / coleta seletiva / logística / catadores / tecnologia / mercado aproveitamento energético / tecnologia rejeitos das ações anteriores
Desafios qtd. população e PIB RSU qtd. recursos naturais reciclagem tempo tempo Educação ambiental Trabalho precário Consciência ambiental Sistemas de separação e coleta seletiva estruturada Gestão de fluxos de resíduos Gestão de fluxo de materiais
Principais tecnologias de tratamento de RSU Pirólise: decompõe os RSU em temperaturas entre 100 e 400ºC sem a presença de oxigênio. Os RSU se transformam em gases voláteis, alcoóis, alcatrão, bio-oléo e carvão. É aplicável para resíduos homogêneos, caso contrário os resíduos devem ser pré-tratados. Gaseificação por plasma: decompõe os RSU em altas temperaturas (4.000 ºC), com energia externa através de tocha de plasma. Ocorre a quebra das cadeias orgânicas em seus elementos mais simples e com a diminuição da temperatura, os átomos são recombinados formando um gás sintético que pode ser usado para produção de energia. Os RSU devem ser pré-tratados. Incineração em grelhas móveis (mass burning): se dá em equipamentos onde se procura garantir uma reação contínua e auto-sustentável de oxidação térmica a altas temperaturas (> 800 ºC). A energia térmica resultante pode ser aproveitada, como vapor e energia elétrica. Os RSU são processados em forno com grelhas móveis sem a necessidade de pré-tratamento. Incineração em leito fluidizado: muito parecido com o anterior a menos do forno, que utiliza leito fluidizado e da necessidade de pré-tratamento. Compostagem: decomposição apenas da fração orgânica degradável dos RSU. Não remove contaminantes, comprometendo o produto final. Aplicável a resíduos como poda, jardinagem e similares. Tratamento Mecânico Biológico (TMB): compreendem dois estágios: - Mecânico separação de recicláveis, redução do tamanho dos RSU orgânicos (trituradores e peneiras) e remoção de frações não aproveitáveis. - Biológico digestão ou compostagem da fração orgânica em sistemas fechados.
Resumo das características das tecnologias Características Escala de tratamento Pirólise Gaseificação por plasma Incineração grelhas móveis leito fluidizado Compostagem sistema aberto sistema fechado TMB média média alta média baixa média média Pré-tratamento sim sim não sim sim sim não Redução de massa e volume Área para implantação Aproveitamento energético Controle de emissões Investimento na implantação média alta alta alta baixa baixa média pequena pequena pequena pequena grande média média médio médio alto alto nenhum nenhum baixo atende atende atende atende mau cheiro atende mau cheiro alto alto alto alto baixo médio médio Custo de O&M alto alto alto Alto baixo baixo médio Participação no mercado Comercialização dos produtos baixa baixa alta Baixa baixa baixa baixa difícil fácil fácil fácil difícil difícil difícil
Principais processos de aproveitamento energético RESÍDUOS SÓLIDOS URBANOS TÉRMICOS BIOLÓGICOS TRATAMENTO MECÂNICO BIOLÓGICO Outros Orgânicos INCINERAÇÃO GASEIFICAÇÃO Recicláveis ATERRO BIODIGESTOR Vapor / energia elétrica Gás sintético (CO, CO 2, H 2 ) Biogás (CH 4, CO 2 ) Biogás (CH 4, CO 2 ) e composto orgânico
Incineração em grelhas móveis - mass burning Combustão realizada em alta temperatura, com excesso de ar, sem a necessidade de pré-tratamento dos RSU, produzindo vapor em caldeira. RSU Entrega e armazenagem dos resíduos Queima dos resíduos Geração de energia Tratamento dos efluentes líquidos e gasosos
Detalhes de uma planta de incineração Recepção dos RSU Grelhas móveis Câmara de combustão Sala de supervisão e controle
Incineração em leito fluidizado Muito parecida com a anterior, a menos do forno, que utiliza leito fluidizado, e da necessidade de pré-tratamento dos RSU. RSU
Gaseificação por pirólise Decompõe os RSU em baixa temperatura, sem a presença de oxigênio, para obtenção do gás sintético.
Gaseificação por plasma Decompõe os RSU em altas temperaturas, com energia de tocha de plasma, quebrando as cadeias orgânicas. Com a diminuição da temperatura, os átomos são recombinados formando o gás sintético.
Detalhes da tecnologia de plasma
Tratamento Mecânico Biológico - TMB É uma forma integrada de tratar RSU que engloba a triagem, separação, trituração, secagem, digestão anaeróbia, compostagem e aproveitamento energético. RSU Triturador Separador magnético Peneira Separador de metais não ferrosos Separador a ar Ferro Orgânicos metais não ferrosos Frações pesadas e leves Biogás Biodigestor Triturador Composto CDR
Fluxograma de um processo de TMB A tecnologia de TMB pode ser utilizada em diferentes tipos de configurações, dependendo do processo empregado e da utilização e otimização dos seus fluxos de saída. RSU
Detalhes de uma planta de TMB Recepção dos RSU Separação de orgânicos Sistemas de separação e triagem Separação de metais
Biodigestão anaeróbica Misturador Válvula de alívio Biogás Matéria orgânica Composto zona líquida zona de lodo Drenagem do lodo zona de mistura
Aterro sanitário com geração de energia elétrica Captação do biogás de aterro e aproveitamento para geração de energia elétrica.
Captação de biogás e geração de energia elétrica Captação do biogás de aterro Dutos de transporte do biogás Central geradora de energia elétrica Motores
Alternativas para a solução Aterro sanitário Coleta seletiva e reciclagem Tratamento mecânicobiológico Compostagem Gaseificação Incineração Outras soluções Biodigestão
Premissas para escolha da alternativa A escolha da alternativa ou combinação de alternativas dependerá das diretrizes, metas e orçamento estabelecidos nos planos municipais. Entretanto, elencamos as seguintes premissas importantes para a análise: Processamento de quantidades em escala adequada à demanda da região (hoje e futuro) Atendimento à heterogeneidade dos RSU (matéria, forma, tamanho, densidade, umidade, periculosidade, nocividade, etc.) Adoção de tecnologias consolidadas e em operação comercial no mundo ou aposta na inovação (confiabilidade x pioneirismo) Custos de implantação, operação e manutenção Redução de volume e massa (aumento da vida útil dos aterros existentes e diminuição da necessidade de construção de novos) Recuperação da energia contida nos RSU (eficiência) Comercialização dos produtos e subprodutos (mercado, quantidades, logística e preços) Destinação e custos das frações não tratadas e rejeitos dos processos Compatibilidade com os processos de coleta seletiva, reciclagem e inclusão de catadores Atendimento aos preceitos das Políticas Nacional e Estadual de RSU e legislações municipais Atendimento aos padrões de emissões (ex.: Resolução SMA 079/2009) Busca pela modicidade no custo de gestão dos RSU (menor preço do serviço de tratamento) Possibilidade de implantação do projeto próximo aos centros geradores de RSU (otimização das logísticas de transporte, eliminação de transbordos e impactos decorrentes) Aceitação pela sociedade
Contribuições para o saneamento básico A adoção de tratamentos dos RSU com geração de energia elétrica contribui para: Reduzir volume e massa dos resíduos. Minimizar a necessidade de áreas para construção de aterros. Transformar os resíduos em rejeitos para disposição final ambientalmente adequada, conforme preconiza a PNRS. Reduzir emissões gasosas e efluentes líquidos. Aumentar a oferta de energia elétrica, diversificar a matriz de geração e diminuir o risco de déficit energético. Proporcionar melhoria da saúde pública e da qualidade de vida da população abrangida pela solução.
Plantas de incineração 600 t/d 250 t/d 720 t/d Tóquio, Japão Cergy-Pontoise, França 1600 t/d 1100 t/d Viena, Áustria Paris, França Bréscia, Itália
Plantas de gaseificação Chiba, Japan Reino Unido, Isle of Wight Mutsu, Japan Kurashiki, Japan
Plantas de TMB
Plantas de geração de energia com biogás de aterro
Plantas de compostagem
Plantas de digestão anaeróbica
Obrigado Carlos Alberto Rodrigues da Silva carlos.silva@emae.com.br (11) 5613-2354