CONFERÊNCIA/DEBATE "Novas Alternativas para a produção de biosubstitutos de combustíveis fósseis" Instituto Superior de Agronomia, 01 de Junho de 2016
APROVEITAMENTO ENERGÉTICO DE RESÍDUOS E EFLUENTES AGROINDUSTRIAIS PARA PRODUÇÃO DE BIOGÁS Professora Doutora Elizabeth D Almeida Duarte Engenheira do Ambiente Ana Rita Carvalho
Nota histórica Há 30 anos já se estabeleciam sinergias entre: Compostagem Digestão Anaeróbia Fertilização
Breve síntese das atividades desenvolvidas Produção de Biogás a partir de resíduos orgânicos Biometanização à escala real Valorização de lamas como fertilizante 1985-1987 2004 Há 30 anos! 2010-2014 2016 Projeto BATFARM Integração de tecnologias de bioconversão Biogás; Grupo Operacional GoEfluentes Projeto AGRO CODIGANDES (2004-2007); Protocolo ADISA/IA: Análise de Metodologias de Determinação de emissões de poluentes EPER 1987-1990 Projecto LIFE Painéis de Evaporação Caracterização e aproveitamento de resíduos orgânicos poluentes ID/70/87 Implementação de dois reactores à escala real. Projeto -MEDSPA-89-1/B/160/P/D
Projecto LIFE Painéis de Evaporação Projecto CODIGANDES Projecto BATFARM Várias áreas estiveram sempre interligadas!
Aplicação da tecnologia de DA no ISA Ensino: Projectos Internacionais Projectos Nacionais 1ºCiclo Tratamento de Águas, Efluentes e Resíduos Energia e Ambiente Investigação Aplicada Teses de Doutoramento Dissertações de Mestrado Consultadoria Setor Público Setor Privado 2º Ciclo Bioenergias renováveis e processos de conversão Tecnologias de Tratamento de Águas e Águas Residuais
Depuração de efluentes suinícolas com lemna minor e valorização energética da biomassa por co-digestão anaeróbia (2015) Mestrado em Eng. do Ambiente Ensaios de Co-Digestão Anaeróbia com 2 co-substratos Chorume de Pecuária ou Lamas Mistas de ETAR, com resíduos de frutas e legumes, restos de alimentos processados (2016) Ensaios de Digestão Anaeróbia com 1 monosubstrato Chorume de Pecuária ou Lamas Mistas de ETAR Co-digestão como solução para a valorização energética de resíduos de fruta (2014) Mestrado em Eng. do Ambiente Reciclagem descentralizada de resíduos orgânicos industriais através do processo de Codigestão anaeróbia com chorumes de Suinicultura (2013) Doutoramento em Eng. do Ambiente Gestão de chorume de uma exploração pecuária através da co-digestão com resíduos de fruta (2014) Mestrado em Eng. do Ambiente
"A Suinicultura e o Ambiente, 19 de Novembro de 2013 8 Conhecimentos chave adquiridos 1. O chorume tem um teor de matéria seca baixo (na ordem dos 2%) Uso ineficiente da água, há que melhorar equipamentos e práticas 2. A atual prática de armazenamento do chorume conduz a perdas do teor de azoto e de emissões de gases com efeitos de estufa (GEE) 3. A separação sólido - líquido é uma prática comum Há que caracterizar: Fração sólida ( rica em Fósforo e Matéria Orgânica) Fração líquida (rica em azoto e potássio)
"A Suinicultura e o Ambiente, 19 de Novembro de 2013 9 Conhecimentos chave adquiridos 4. Portugal tem solos pobres em matéria orgânica 5. Há um elevado número de explorações sem terra associada para incorporação dos sub-produtos resultantes das atividades pecuárias (estrumes, chorumes) Há que integrar o conhecimento de outros grupos de trabalho/intervenientes no setor, de modo a validar e enriquecer o estado atual do conhecimento e suportar a caminhada para o futuro. Grupo Operacional GoEfluentes Efluentes de pecuária: abordagem estratégica à valorização agronómica/energética dos fluxos gerados na atividade agropecuária
Enquadramento Mudança de paradigma! ECONOMIA CIRCULAR
PEeGA Enquadramento Porquê o enfoque na cadeia de produção de alimentos? De acordo com a FAO (2011), mais de 1,3 biliões de toneladas de produtos alimentares para consumo humano se desperdiçam anualmente, representando cerca de 1/3 da produção global de alimentos. Seria suficiente para alimentar 11% da população subnutrida Na Europa, em 2014, geraram-se 100 milhões de toneladas de resíduos de alimentos, correspondendo a cerca de 200 kg per capita.
Food waste segundo a Diretiva 2008/98/EC (EC, 2008): [ ] biodegradable garden and park waste, food and kitchen waste from households, restaurants, caterers and retail premises and comparable waste from food processing plants.
PEeGA Enquadramento Impacte ambiental da produção de alimentos para consumo humano traduzido em números : 3,3 G toneladas de CO 2 equivalente emitido; 250 km 3 de água superficial e subterrânea consumida; 1,4 mil milhões de hectares (por ano) de ocupação do solo. (FAO, 2013)
PEeGA Enquadramento Qual o caminho a percorrer para resolver este problema? Em 2015 UE criou o Circular Economy Action Plan que visa combater o desperdício alimentar ao longo de toda a cadeia de valor - The food supply chain (FSC). UE Food Waste Website: http://ec.europa.eu/food/safety/food_waste/index_en.htm
PEeGA Enquadramento A UE está a dinamizar o processo de elaboração de guias para a quantificação da pegada ambiental dos produtos - Product Environmental Footprint (PEF), para um conjunto de setores que se voluntariaram como piloto, a saber: Cerveja, proposto por Brewers of Europe; Café, proposto pela Federação Europeia de café; Lacticínios, proposto pela Associação Europeia dos Produtos Lácteos;. Azeite, proposto pela consultoria CO 2 S.L.; Vinho, proposto pelo Comité Européen des Entreprises Vins
PEeGA Enquadramento Estabelecer escalas qualitativas para traduzir o desempenho ambiental e o nível de impacte
Figura. Roteiro da digestão anaeróbia e da compostagem para valorização de bioresíduos 17
"A Suinicultura e o Ambiente, 19 de Novembro de 2013 18 Que futuro? Como será o Horizonte 2016-2020? Para saber que caminho seguir há que perceber as linhas orientadoras para o setor, políticas/económicas, a curto e médio prazo, para reforçar o compromisso entre os diferentes intervenientes!.validar o conhecimento adquirido e passar à ação!
"A Suinicultura e o Ambiente, 19 de Novembro de 2013 19 Onde intervir? Alteração do atual paradigma, encarando o chorume/tamisados gerados nas explorações pecuárias como sub-produtos com valor agronómico e energético, estabelecendo sinergias com a atividade agroindustrial. Fechar o ciclo de nutrientes transformando a pecuária intensiva num ciclo virtuoso!
Digestão Anaeróbia A solução? Produção de Biogás!!! Bioenergia do Futuro Problemática da Gestão de Bioresíduos A SOLUÇÃO? Recirculação Nutrientes Agricultura Valorização Energética: Electricidade/Calor Biometano - Integração na rede de Gás Natural; Veículos; Subprodutos para valorização na alimentação animal.
A Digestão Anaeróbia Hidrólise Rações Acidogénese Acetogénese Metanogénese
Potencialidades Nexus Ar-Água-Biota-Solo; Abordagens estratégicas que permitam tornar as explorações agro-pecuárias eco-eficientes; O papel da Co-Digestão Anaeróbia (co-da) como uma tecnologia de bioconversão; Aumento da competitividade no setor agro-pecuário através da co-da; Alteração do atual paradigma: estabelecimento de sinergias entre o setor pecuário e agrícola.
Conceito de uma Exploração Agro-Pecuária Eco-Eficiente Redução de GEE Redução de odores; Exportação e reciclagem de nutrientes; Redução de fito-fármacos Independência energética Soluções Ambientais Aumento da competitividade Exploração Agro-Pecuária e as Biorefinarias? Energia renovável; Estrumes e chorumes Emissões controladas Taxas de produção de resíduos cumpridas Energias Renováveis Biogás Biometano Digeridos Energia Térmica Energia Elétrica Desenvolvimento rural Gestão Integrada de bioresíduos de explorações agro-pecuárias implementadas de acordo com a especificidade regional
Estruturas de Apoio à Tecnologia Unidade laboratorial de digestão anaeróbia (ULDA) I 12L Mistura completa Automatizados Unidade laboratorial de digestão anaeróbia (ULDA) II 4L Regime de Mesofilia (35 a 39 ºC) Com mantas térmicas
Esquema da unidade de digestão 1- Tanque da mistura de alimentação; 2 Digestor Anaeróbio de mistura completa; 3 Tanque de recolha do diferido; 4 Recolha do biogás; 5- Bomba de alimentação; 6 Contador de biogás; 7 Analisador da qualidade do biogás; 8 Queimador de biogás
Unidade Piloto-Móvel Processo de co-digestão descentralizada usando uma planta piloto móvel implementada numa exploração suinícola
Ensaios de Digestão Anaeróbia C/N = 6 Biogás = 2,23 L dia -1 Metano = 1,35 L dia -1 C/N = 5 Biogás = 2,74 L dia -1 Metano = 1,64 L dia -1 Lamas Mistas de ETAR Chorume de Porco Chorume de Bovinos de leite C/N = 12 Biogás = 2,41 L dia -1 Metano = 1,54 L dia -1
Culturas Bioenergéticas Efluentes de Pecuária Unidade de Produção de Biogás Restos de sopa de cantina Lamas de ETAR Frutas não-conformes Resíduos de frutas e vegetais Biogás
Processos Integrados: Soluções Tecnológicas
Balanço da Co-Digestão Resíduo A Micro e Macronutrientes Relação C:N Compostos Inibidores/Tóxicos MatériaOrgânica Biodegradável Matéria Seca Resíduo B Adaptado de Mata Alvarez (2014) 30
Perspectivas Gerais de Pré-Tratamentos Químicos Mecânicos Pré Tratamentos Químico/ Biológicos Térmicos
Bragança, 2008 Pré-Tratamentos: Perspectiva Esquemática Químicos Mecânicos Ozonização Oxidação Húmida Hidrólise Ácida Hidrólise Alcalina Sonólise Agitador de Martelos Homogeneizador de Alta Pressão Térmicos Químico/Biológicos < 100 ºC (Pré-Pasteurização) > 100 ºC (Hidrólise Térmica) Adição de Enzimas Autólise
Ensaios de Co-Digestão C/N Biogás = 3,88 L dia -1 Metano = 2,33 L dia -1 Lamas Mistas de ETAR C/N Biogás = 3,72 L dia -1 Metano = 2,52 L dia -1 C/N Biogás = 6,24 L dia -1 Metano = 3,96 L dia -1 Sopa de Cantina Licor de Capim Elefante Licor de Cascas de Laranja > 74% > 67% > 180%
Ensaios de Co-Digestão Chorume de Porco (CP) C/N Ensaio feito à escala-piloto ULDA - II Ensaio feito à escala-piloto Maçãs não-conformes Lemna Minor Escarola não-conforme Cascas de Cenoura Óleo de sardinha Biogás = 11,76 L dia -1 Biogás = 3,02 L dia -1 Biogás = 4,08 L dia -1 Biogás = 3,95 L dia -1 Metano = 6,82 L dia -1 Metano =1,66 L dia -1 Metano =2,73 L dia -1 Metano =2,65 L dia -1 Biogás = 3691 L dia -1 Metano =2571 L dia -1 > 330% > 23% > 49% > 62% > 272%
Ensaios de Co-Digestão Chorume de Vaca C/N Biogás = 5,10 L dia -1 Metano =3,61 L dia -1 Pêras não-conformes (naturalmente fermentadas licor) > 112%
Ensaios de co-digestão utilizando lamas de ETAR como substrato base e licor de cascas de cenoura e licor de borras como co-substratos Lama de ETAR Co-digestão anaeróbia Licor de cenoura Licor de borras de café
Integração de um sistema de tratamento por Co-Digestão Anaeróbia numa Suinicultura Chorume recolhido em fossas Valorização Agronómica Tanque de recolha e separação sólido-líquido Fração Líquida Mistura com lemna minor Co-Digestão Anaeróbia Crescimento de lemna minor Lagoas de estabilização Biogás Biometano
"A Suinicultura e o Ambiente, 19 de Novembro de 2013 38 Assim, que caminho seguir para um desenvolvimento rural sustentável? Desenvolvimento rural sustentável Cruzamento oferta/procura Caracterização área agrícola Caracterização sub-produtos Tipificação da produção
"A Suinicultura e o Ambiente, 19 de Novembro de 2013 39 O papel das explorações pecuárias para um desenvolvimento rural sustentável Há que validar e integrar a informação que temos até à data para suportar as propostas futuras Manter-se-ão o tipo de explorações? Quais as características físicoquímicas dos sub-produtos? Qual a influência do bem estar animal?? Separação Sólido- Líquido: sim ou não? Qual a influência do uso eficiente da água? Continuação dos estudos nas agropecuárias Como integrar conceitos?
"A Suinicultura e o Ambiente, 19 de Novembro de 2013 40 Em suma Regiões prioritárias Zonas geográficas mais representativas; Tipo de explorações mais relevante; Práticas mais comuns. Tipificação de chorume e tamisados Fatores de produção de chorume por unidade animal/dia para cada tipo de exploração; Intervalo de valores para os principais parâmetros físico-químicos por tipo de exploração; Gestão/tratamento do chorume. Uso agrícola de estrumes/ chorume/tamisados Tipo de solos; Necessidades das culturas Constrangimentos técnicos e legais ao uso agrícola de chorume/tamisados
"A Suinicultura e o Ambiente, 19 de Novembro de 2013 41 Hoje. 1 de Junho de 2016 Esta conferência/debate permitirá uma reflexão para dinamizar novas alternativas para a produção de biosubstitutos de combustíveis fósseis?
Muito obrigada pela atenção! Professora Doutora Elizabeth D Almeida Duarte: eduarte@isa.ulisboa.pt Engenheira do Ambiente Ana Rita Carvalho: anaritacarvalho@isa.ulisboa.pt