COMPARAÇÃO DO DESEMPENHO AMBIENTAL DE ALTERNATIVAS PARA A DESTINAÇÃO DE RESÍDUOS SÓLIDOS URBANOS COM APROVEITAMENTO ENERGÉTICO V. PECORA 1, R.,GRISOLI 1, C. L. CORTEZ 1, M. MORENO 1, A. BRAUNE 1, A. LIMA 1, S. COELHO 1, A. R. NOGUEIRA 2, L. E. D. FERNANDES 2, G. A. SILVA 2 A. K. E. BERNSTAD SARAIVA SCHOTT 3 1 CENBIO/IEE Universidade de São Paulo 2 GP2/PQI/EPUSP Universidade de São Paulo 3 Water and Environmental Engineering, Universidade de Lund, Suécia Autor correspondente: CENBIO/IEE/USP - Av. Prof Luciano Gualberto, 1289, São Paulo/SP. CEP 05508-010, email (rgrisoli@iee.usp.br) A geração de resíduos sólidos urbanos (RSU) no Brasil é bastante significativa. Assim, o gerenciamento adequado destes resíduos, inclusive com o aproveitamento energético, constituise um desafio para os municípios. Este trabalho tem como objetivo comparar o desempenho ambiental de três alternativas para tratamento e disposição de RSU: aterro sanitário, incineração e tratamento mecânico-biológico (TMB). A unidade funcional estabelecida para o estudo foi o tratamento e disposição de 1 t de resíduos gerados na região da cidade de São Paulo. Além das alternativas de tratamento e disposição a serem comparadas serão analisados dois cenários com diferentes composições dos resíduos: (a) sendo 100% RSU e (b) sendo 90% RSU e 10% lodo proveniente do tratamento anaeróbio de uma Estação de Tratamento de Efluente (ETE). A ACV foi feita com o auxílio do software EASEWASTE. O inventário para cada tecnologia foi finalizado e foi realizada a avaliação de impactos preliminar associada à implantação, operação e desativação de cada alternativa, bem como os impactos decorrentes do consumo de insumos, disposição final de rejeitos e contabilização da energia elétrica disponível. Ressalta-se que os resultados poderão subsidiar a formulação de políticas públicas voltadas para o gerenciamento dos RSU no país. 1. Introdução Muitos municípios têm enfrentado dificuldades na gestão e destinação dos RSU devido ao aumento da concentração populacional nos centros urbanos, acompanhado da diversificação na oferta de produtos de consumo e as facilidades de acesso a estes bens, ocasionando um incremento nas quantidades de RSU geradas. Com a nova Política Nacional de Resíduos Sólidos, a qual, a partir de 2014, proíbe a disposição em aterro sanitário, qualquer tipo de resíduo que seja passível de reutilização ou reciclagem, surge a necessidade de desenvolvimento de técnicas e estudos elaborados para reutilização, reciclagem e/ou aproveitamento energético. A energia gerada a partir do tratamento dos resíduos sólidos vem sendo cada vez mais interessante, visto que novas políticas de geração de energia a partir da biomassa e outras fontes renováveis podem reduzir o consumo de combustíveis fósseis (além de reduzir os impactos globais causados pela queima de combustíveis fósseis, contribuindo para a sustentabilidade da matriz energética).
2. Metodologia Para a comparação do desempenho ambiental de três alternativas para tratamento e disposição de RSU: aterro sanitário, incineração e tratamento mecânico-biológico com digestão anaeróbica dos resíduos orgânicos e disposição do resíduo restante em aterro sanitário. Além da comparação das alternativas de tratamento e disposição foram analisados dois cenários com diferentes composições dos resíduos: (a) 100% RSU e (b) 90% RSU e 10% lodo proveniente de estação de tratamento de esgoto (ETE). A ACV foi realizada com o auxílio do software EASEWASTE, desenvolvido pela Universidade de DTU, Dinamarca (KIRKEBY et al., 2006). Esse software é usado especificamente para ACV de métodos de tratamento e disposição de RSU. O software permite estabelecer uma composição específica de RSU, de acordo com a composição gravimétrica do estudo, bem como permite ajustes em relação ao perfil de energia gerada e consumida em diferentes partes da cadeia de tratamento de RSU. Assim, mesmo sendo desenvolvido na Dinamarca, pode ser adequado para avaliações de sistemas em outras partes do mundo. Neste caso, a ACV foi elaborada usando a metodologia de expansão do sistema. O AICV adotado foi o EDIP1997 (Miljøstyrelsen, 2005). No caso da caracterização dos RSU, foram utilizados dados primários, baseados em EMAE (2011), com referencia para o ano de 2009. Para os modelos das tecnologias utilizadas foram realizados cálculos próprios e obtidos dados secundários de publicações entre 2006-2011. 3. Dados de processo para elaboração do inventário do ciclo de vida Os dados utilizados como estimativa para os RSU são referentes, principalmente à região da Baixada Santista, no Estado de São Paulo e podem ser encontrados na Tabela 1(cenário a). Tabela 1. Características do RSU a ser tratado. Orgânico/ Papel/ Papelão Gravimétria 1 Matéria úmida (%) Gravimétria 1 Matéria seca (%) PCI do material PCS do material 1 PCI proporcional PCS proporcional 54% 33% 1.310 3 3.442 707 1.124 12% 12% 3.331 2 4.040 399 475 Plástico 18% 35% 6.300 3 8.890 1.134 3.092 Metal 2% 5% 0 0 0 0 Vidro 1% 4% 0 0 0 0 Têxtil Inerte 5% 4% 3.480 3 4.219 174 188 4% 2% 0 0 0 0 Madeira 4% 5% 2.520 3 4.250 100 211 1 EMAE, 2011 2 SMA, 2006. 3 EPE, 2008. TOTAL 2.516 5.090
O inventário para cada tecnologia utilizada nesta comparação foi baseado em dados primários fornecidos por aterro sanitário em operação no estado do São Paulo, além de dados secundários da literatura para as três tecnologias. 3.1 Disposição de RSU em aterros sanitários Para a disposição de RSU em aterros sanitários foi assumido que a coleta do biogás e do lixiviado, bem como a eficiência de remoção, é igual durante todo o período considerado (exemplo: 100 anos, segundo EASEWASTE). A composição do lixiviado foi baseada nos dados de EMAE (2011). As eficiências de remoção de Cd, P, Ni, Cu, Zn, Pb, Hg, Cr, DBO, tolueno e NH 3, tiveram como base uma planta de incineração na Suécia (SYSAV, 2010). Para outros contaminantes, uma eficiência de remoção de 70% foi assumida. Também foi considerado que 32% de lixiviado foi captado, sendo 96% deste enviado para o tratamento. O consumo de eletricidade no tratamento do efluente foi 2,45 kwh/m 3 de lixiviado, com base em SYSAV (2010). A eficiência da geração de eletricidade a partir da combustão do biogás foi de 23,4%, com a geração de metano de 63,8 Nm 3 /tonelada de RSU. As emissões provenientes da queima do biogás são assumidas a partir dos dados de Lantz et al. (2009). 3.2 Tratamento de RSU em incineradores O modelo do incinerador utilizado para este estudo corresponde às características da planta em operação em Aarhus, Dinamarca. A planta utiliza a tecnologia de grelhas móveis e conta com três linhas: uma de sistema úmido, com moderno controle de emissões, e, outras duas com sistema semi-seco de controle de emissões, incluindo dispositivo para a remoção de dioxinas. A recuperação de energia elétrica foi feita considerando o nível de 13% do PCI nos RSU. A energia térmica não foi recuperada para o modelo estudado. 3.3 Tratamento Mecânico Biológico (TMB) de RSU Nesta tecnologia considera-se a separação dos RSU pelo tratamento mecânico, em que o resíduo orgânico é separado dos demais resíduos e encaminhado ao tratamento biológico. A parte nãoorgânica foi disposta em aterro sanitário. O resíduo orgânico foi tratado em biodigestores, por digestão anaeróbia (DA), na qual ocorre a produção de biogás, que será utilizado como fonte de energia. Os biossólidos gerados no processo foram considerados como sendo encaminhados para o processo de secagem, utilizando a energia térmica da queima de biogás, e dispostos em aterro sanitário. Dados de Pires et al. (2011) foram utilizados para o modelagem desses processos. 4. Resultados/ Discussão No caso de RSU sem lodo, 43% dos resídous foram dirigidos para degradacão anaeróbica depois do TMB, e 57% para aterro sanitário. No caso de RSU com 10% lodo, a divicão pos o TMB era 39% para degradacão anaeróbica e 61% para aterro sanitário. Os resíduos gerados no tratamento são apresentados na Tabela 2. Na Tabela 3 observa-se a quantidade de energia elétrica gerada, consumida e excedente relacionada a cada processo.
Tabela 2 Diferentes tipos de resíduos gerados no tratamento de RSU (kg/t RSU) nos dois casos: sem e com addicão de 10% lodo( DA= Degradacão Anaeróbica). Sem lodo (kg/ton RSU) Com lodo (10%) (kg/ton RSU) Tratamento Biosólidos Cinzas, Chorume Bio- Cinzas, Chorume lodo etc. sólidos lodo etc. Aterro sanitário 1150 1150 Incineracão 37 0.036 TMB (AD+ Aterro sanitário) 96 49 86 39 Tabela 3 Energia elétrica gerada nos diferentes tratamentos / disposição / cenários (AS=Aterro sanitário; DA= Degradacão Anaeróbica). Tratamento / Disposição RSU Lodo Energia elétrica (kwh/t RSU) Consumido Gerado (Total) Excedente Aterro sanitário 100% 0% 9,6 1 144,5 134,9 Incineracão 100% 0% 180,2 2 343,1 162,9 TMB (DA+AS) 100% 0% 47,7 3 84,2 (AS) 145,1 (DA)+ 228,2 (Total) 180,5 Aterro sanitário 90% 10% 9,6 1 131,4 121,8 Incineração 90% 10% 180,2 2 315,3 135,1 TMB (DA+AS) 90% 10% 45,5 3 78,2 (AS) 173,1 140,4 (DA)+ 1 CENBIO, 2009; SYSAV, 2010. 2 Aarhus Incineration Plant, Denmark (KIRKEBY et al., 2006) 3 PIRES et al. 2011; KARPALUND, 2010; TAMM e OSSIANSSON, 2009 218,6 (Total) De acordo com os resultados apresentados na Tabela 3, observa-se que a incineração é a alternativa de tratamento de RSU que gera a maior quantidade de energia elétrica no cenário b (90% RSU e 10% lodo), embora tenha o maior consumo de energia no processo de tratamento nos dois cenários. Além disso, de acordo com a mesma tabela. o TMB é a alternativa com a maior produção de energia elétrica excedente para a rede, considerando os dois cenários (com e sem lodo). A partir do inventário de ciclo de vida elaborado para as tecnologias e cenários, foi realizado um estudo de caracterização dos impactos ambientais, nos quais foram analisadas seis categorias de impactos (não tóxicas) para as três tecnologias em questão. A Figura 1 apresenta as emissões relacionadas às categorias de impactos para o cenários sem a consideração do lodo, e a Figura 2 apresenta os resultados, com a consideração do lodo.
Figura 1. Emissões relacionadas às categorias de impacto (não-tóxicas). Cenário (a) RSU 100%. Figura 2. Emissões (não tóxicas). Cenário (b) RSU 90% e lodo 10%. Primeiramente, é possível concluir a partir das Figuras 1 e 2, que não há diferenças significativas entre os cenários que consideram ou não o lodo de ETE. Além disso, para as categorias de esgotamento de recursos e destruição de ozônio estratosférico, não houve contribuição significativa para as 3 tecnologias. Considerando os impactos analisados, observase que a única categoria que as 3 tecnologias contribuem simultaneamente é em relação às mudanças climáticas, sendo que nesta o TMB obteve a menor contribuição, enquanto que o aterro sanitário obteve a maior. Além desta categoria, o aterro sanitário obteve o pior desempenho para: acidificação, eutrofização e formação de ozônio fotoquímico. Observa-se que o melhor desempenho está relacionado com a tecnologia de incineração. No caso da formação de ozônio fotoquímico, para a incineração os resultados indicam emissões evitadas, enquanto que para aterro e TMB há contribuição para impacto ambiental, relacionados principalmente as emissões de metano. Por fim, deve-se considerar que o tratamento dos resíduos secundários gerados pela incineração não foram incluídos nesse estudo, sendo que deveriam ser considerados como forma de análise de sensibilidade indicando os impactos referentes às fronteiras dos sistemas. Além disso, para ampliação da análise as categorias tóxicas também devem ser consideradas na continuação deste trabalho.
5. Conclusão A partir da comparação entre as três alternativas para tratamento e disposição de RSU concluise que a produção de energia elétrica (em kwh/tonelada RSU) pode variar entre 145 (para aterro sanitário), 228 (TMB) e 343 (incineracão). Considerando o cenário (b), quando ocorre a mistura de 90 de RSU e 10% de lodo, a geração de energia diminui em 4, 10 e 17% (TMB, aterro sanitário e incineração, respectivamente). No entanto, a incineração é a alternativa que exige maior consumo de energia, sendo o TMB considerado como a alternativa com a maior geracão de energia excedente para a rede. Apesar do TMB acarretar menores emissões de GEE, a incineração foi considerada a melhor alternativa, principalmente em relação à acidificacão, eutrofizacão e formação de ozônio fotoquímico. Os resultados foram preliminares e é necessário o refinamento dos dados e a consideração também das categorias de impactos tóxicas como: toxicidade humana e ecotoxicidade. Referências CENBIO Centro Nacional de Referência em Biomassa. Relatório Final do Projeto Aproveitamento do Biogás Proveniente do Tratamento de Resíduos Sólidos Urbanos para Geração de Energia Elétrica e Iluminação a Gás. São Paulo, 2009. EMAE. Empresa Metropolitana de Águas e Energia. Relatório de acompanhamento. Avaliação de Ciclo de Vida (ACV) Comparativa entre Tecnologias de Aproveitamento Energético de Resíduos Sólidos Urbanos. Projeto P&D EMAE/ANELL 0393-00611 (em andamento), 2011 EPE Empresa de Pesquisa Energética. Avaliação Preliminar do Aproveitamento Energético dos Resíduos Sólidos Urbanos de Campo Grande, MS. Nota DEN 06/08, Serie Recursos Energéticos, 2008 KARPALUND.Karpalund Biogas Plant. Environmental Report, Kristianstad, Sweden, 2010. KIRKEBY, J.T. et al. Evaluation of environmental impacts from municipal solid waste management in the municipality of Aarhus, Denmark. Waste Management and Research, 24, pp.16-26, 2006 LANTZ, M., EKMAN, A. E BÖRJESSON, P. Systems optimized production of vehicle gas An environmental and energy assessment of the Söderåsen biogas production plant. Report 69. Envionmental and Energy Systems Studies, Lund University, 2009, MILJØSTYRELSEN. Impact categories, normalisation and weighting in LCA. Environmental News no. 78, Miljøstyrelsen, Copenhague, Dinamarca, 2005. PATYK, A. E REINHARDT, G.A. Düngemittel Energie- und Stoffstrombilanzen. (Fertiliser Energy and Flow Balances). Verlag Wieweg, Braunschweig/Weisbaden, 1997. PIRES, A.;CHANG, N-B.;MARTINHO, G. Reliability-based life cycle assessment for future solid waste management alternatives in Portugal. Int Journal of Life-cycle Assessment, 16, pp. 316-337, 2011 SMA Secretaria do Meio Ambiente do Estado de São Paulo. Total costs of ownership: Comparison Incineration Plant-Landfill - Technical Co-Operation Project Bavaria-Sao Paulo..Relatório Final. Governo do Estado de São Paulo, São Paulo, 2006. SYSAV. SYSAV incineration and landfill facility, Environmental Report, Malmö, Sweden, 2010 TAMM, D.; OSSIANSSON, E. Konceptutredning av Biogasanläggningen i Västerås- Biogasproduktion. Biomil AB, Lund, Sweden., 2009.