Captação de Biogás para Geração de Energia a partir de Aterros de Resíduos Sólidos José Fernando Thomé Jucá Grupo de Resíduos Sólidos da Universidade Federal de Pernambuco II Seminário Nacional de Gestão de RSU 29 e 30 de novembro de 2007 Natal/RN
No último século o Homem tem lançado grandes quantidades de CO2 na atmosfera Estima-se se em 7 bilhões de toneladas de CO2 por ano
Radiação Solar EFEITO ESTUFA Radiação Sl Solar Rdi Radiação A radiação solar retida aquece a Terra Calor Concentração natural de gases na atmosfera Aumento na concentração natural de gases na atmosfera
- Aumento de 0,5ºC nos últimos 25 anos (Hansen et. al. 2001) - ONU previu incremento de 1,4ºC à 5,8ºC até 2100
Estas mudanças climáticas tem provocado graves conseqüências
F ô d il ã li á i i Fenômenos de oscilação climática tornaram-se mais frequentes, mais duráveis e mais intensos
Catarina Queimadas Continente Africano
Brasil 2050 DJF-Temperatura 2050 JJA-Temperatura
2050 MAM-Precipitação 2050 SON-Precipitação
PROTOCOLO DE KYOTO - Acordo internacional (Lei), firmado por 150 países em 1997, objetivando a redução das emissões na atmosfera. a) Anexo I: países industrializados i d b) Anexo II: países industrializados comprar poluição c) Países em desenvolvimento - Meta: reduzir em 5,2% as emissões globais de CO2 até 2012 - Condições para entrar em vigor: 1) ratificação de 55 países, e 2) pelo menos 55% das emissões de CO2 - Entrada em vigor: Rússia ratificou em 02/2005 - Entrada em vigor: Rússia ratificou em 02/2005, EUA e Austrália ainda não ratificaram
GASES DE EFEITO ESTUFA (GEE) Principais GEE e potencial de aquecimento global Gases GWP Dióxido de carbono (CO 2 ) 1 Metano (CH 4 ) 21 Óxido nitroso (N 2 O) 310 Hidrofluorcarbonos (HFC`s) 100 3.000 Perfluorcarbonos (PFC`s) 5.000 10.000 Hexafluor de enxofre (SF 6 ) 23.900 Composição da atmosfera: Gases Concentração (% em volume) Nitrogênio (N 2 ) 78,1% Oxigênio (O 2 ) 21,0% Vapor d água (H 2 O) varia até 4,0% Argônio (Ar) 0,93% Dióxido de carbono (CO 2 ) aprox. 0,3% Neônio (Ne) abaixo de 0,002% 002% Hélio (He) 0,0005% Metano (CH 4 ) 0,0002%
PROTOCOLO DE KYOTO E O MDL - Mecanismo de Desenvolvimento Limpo (MDL) Instrumento inserido no Protocolo para facilitar que os países desenvolvidos (Anexo II) cumprissem as metas de redução de emissões. - Países desenvolvidos financiam projetos (redução da poluição) em países em desenvolvimento. Desta forma o Brasil pode atuar no âmbito de Kyoto. - Cria as Reduções Certificadas de Emissões (RCE s) = Créditos de carbono P it i ã d édit U$5 30/t CO2 - Permitem negociação dos créditos = U$5-30/tonCO2e depende da bolsa/mercado
PROTOCOLO DE KYOTO E O MDL - O não cumprimento da redução das emissões implica penalidades financeiras: Primeira i fase(2005-2007): 2007) 40,00 euros/ton CO2e Segunda fase: 100,0 euros/ton CO2e. - Mercado/Bolsas para comércio de CO2: - Chicago Climate Exchange (CCX) - Europe Union s Emissions Trading Scheme (EU ETS) - Europe Energy Exchange (EEX) - Energy Exchange Austria (EXAA) - Nordic Power Exchange - Powernext Carbon - França - Mercado Brasileiro de Redução de emissões MBRE (iniciativa brasileira) - outros...
Bolsa Européia
Ministério do Meio Ambiente Ministério das Cidades
Ranking dos países p/ investidores Fevereiro/2006 Country Rating Last (20 December 2005) 1I 1.India A- (1,A-) 2.China BBB+ (2,BBB) Ranking de 3.Brazil BBB (5,BB+) qualificação dos 4.Chile BBB (3,BBB) países vendedores 5.Mexico BB+ (4,BB+) de créditos 6.Korea BB- (6,B+) 7.Morocco B+ (8,B) Serve para mostrar a capacidade do país em receber/gerir projetos MDL 11.Malaysia B (11,B-) Fonte: www.pointcarbon.com 8.South Africa B (9,B) 9.Peru B (7,B+) 10.Argentina B (10,B) 11 Malaysia B (11 B ) 12.Indonesia CCC+ (14,CCC) 13.Vietnam CCC+ (12,CCC+) 14.Thailand CCC (15,CCC) 15.Egypt CCC (13,CCC)
MDL: empresas atuando no Brasil F t
Setores de atividades / tipo de gases - MDL
Situação das Atividades de Projetos MDL (versão 19/09/2007)
(460) (140) (175) (193)
(187 milhões) (434 milhões) (620 milhões)
Projetos Desenvolvidos no Brasil
0105/2006 - Projeto de Gás de Aterro Sanitário de Manaus 0093/2006 - Projeto de Gás de Aterro SIL (PROGAS) 0080/2006 - Projeto de Gás do Aterro Sanitário do Aurá 0027/2005 - Projeto USINAVERDE - Incineração de resíduos sólidos urbanos, com carga de composição similar ao RDF, evitando emissão de metano e promovendo geração de eletricidade para autoconsumo 0021/2005 - Projeto São João de Gás de Aterro e Geração de Energia no Brasil 0016/2005 - Projeto de Gás do Aterro Sanitário Anaconda 0013/2005 - Projeto Bandeirantes de gás de Aterro e Geração de Energia em São Paulo, Brasil
Aterros Sanitários 0011/2005 - Projeto de Redução de Emissões de Biogás, Caieiras - Brasil 0010/2005 - Projeto de Recuperação de Gás de Aterro ESTRE - Paulínea (PROGAE) 0006/2005 - Projeto ONYX de Recuperação de Gás de Aterro Tremembé - Brasil 0005/2005 - Projeto de Conversão de Gás de Aterro em Energia no Aterro Lara Mauá - Brasil 0004/2004 - Projeto de Energia de Gases de Aterro Sanitário da Empresa MARCA 0002/2004 - Projeto Vega Bahia - Projeto de Gás de Aterro de Salvador da Bahia 0001/2004 - Projeto NovaGerar -Projeto de Energia a partir de Gases de Aterro Sanitário
CONTEXTO MDL NO BRASIL (RSU) Projetos MDL Resíduos submetidos ao MCT Cidade Estado Início Operação Quant. resíduos (Ton/ano) Duração Operação Capacidade Instalada (MW) RCE s Estimadas Ton CO2e Caieiras São Paulo 2005 730.000 a 1.460.000 7 anos (1ª etapa) N.I 14.698.336 Mauá São Paulo 2005 547.500500 7 anos 4.500.000 em 7 2005-1 MW anos e 2006-10MW 10.500.000 em 21 anos Tremembé São Paulo 2003 180.000 10 anos 700.625 Paulínia São Paulo 2006 912.500 1º fase - 7 anos Total - 2 anos N.I 1.487.775 (1ª fase) 2.745.055 (total - 20 anos) Nova Rio de Iguaçu Janeiro 2003 20 anos 12 MW 14.070.000 Cariacica Espírito Santo 1995 365.000 21 anos 11 MW 4.859.503 Salvador - Aterro Metropolita no Centro Bahia 2000 850.000 2004-2020 2004-8MW 2019-40MW 13.958.155
Aterros de Resíduos Sólidos
Biodegradação Aproveitamento Energético Geração de chorume e gás Captação e Drenagem dos Gases Atividade Bacteriana
APROVEITAMENTO ENERGÉTICO DO BIOGÁS Aterro como um Bioreator, sendo projetado para estabilizar a fração orgânica de forma rápida, mediante o controle e otimização dos processos microbiológicos. Taxa de Produção de Metano(m m3/ano) Produção de Metano
TRATAMENTO E APROVEITAMENTO DE GASES Queima de Gases (Transformação de CH 4 em CO 2 ) TENDÊNCIA Implantação de plantas para aproveitamento energético em aterros de grande porte.
Projetos de Financiamento de Carbono Investidor Bancos Capital Empréstimos Promover Desenvolvimento Sustentável Contratos (municípios, PPA) $$ $ $ Produtos prinicipais: Carbon Fund 2 2 Carbon Credits $$ Emission Reduction Purchase Agreement Produtos prinicipais: Taxa de administração para depósito Ev. Eletricidade, reciclagem, lixo hospitalar
Ambiental Social Sustentabilidade
Estudo de Viabilidade Definição do Projeto Validação Emissão de RCE s Registro Comitê Executivo Implementação Certificação Verificação Monitoramento Emissão Relatório
Base de cálculo para a redução de emissões-linha de Base CO2 Emissões Redução adicional de emissões de CO2 Real, monitorável e longo prazo anos
Aterro Canabrava - BA
Aterro Sanitário Bandeirantes Recebe: 6500 tf/dia. Área: 1.400.000 m². Disposto: 35 milhões de toneladas. Altura máxima: 105 m.
Aterro Sanitário Sítio de São João
ESTUDO DE CASO VIABILIDADE DO APROVEITAMENTO DO BIOGÁS NO ATERRO DA MURIBECA/PE
Localização do Aterro - Município de Jaboatão à cerca de 15 km do Centro Recife; - Raio de 3,5 3 5 km presença de vários núcleos habitacionais; 1998
OBJETIVOS DO ESTUDO - Monitorar a concentração e pressão do biogás sob cobertura. - Determinar as emissões superficiais de CH 4 ; - Avaliar a retenção do CH4 na cobertura; - Estimar a geração de CH4 e o potencial energético do aterro CARACTERÍSTICAS DO ATERRO DA MURIBECA: Layout - Aterro da Muribeca C-2 C1 C-1 C-3 C-6 C-9 C-4 C-7 Vias de acesso Estação meteorológica e mirante C-8 - Aterro: 9 células; - Célula: 4 ha e h=25-40 m; C-5-2.700 ton/dia de resíduos; - Composição: 60% de M.O; Administração e balança - Gases: drenagem superficial* Células de lixo 100 m - Não existe tratamento* ou aproveitamento energético;
Características específicas - recuperação do biogás Inventário dos resíduos Year Amount of waste (ton) annual accumulated 1994 767,37 767,37 1995 831,23 1,598,600 1996 939,961 2,538,561 1997 1,007,519 3,546,080 1998 928,967 4,475,047 1999 892,491 5,367,538 2000 959,626 6,327,164 2001 924,34 7,251,504 504 2002 1,006,421 8,257,925 2003 985,661 9,243,586 2004 948,735 10,192,321192 Projeções futuras (vida útil): Taxa de recebimento de lixo (atual 2.700 ton/dia) Composição do lixo Mat.orgânica 60,0% Papeis 15,0% Plásticos 80% 8,0% Vidros 2,0% Metais 2,0% Outros 13,0% Drenagem dos gases: inexistente Sistema de cobertura: - 50% lixo descoberto - 50% cobrimento de argila Mal compactada e elevada permeabilidade
Aterro Controlado da Muribeca (2006)
Aterro Sanitário da Muribeca
Aterro da Muribeca Célula 8 Lixo novo 1 ano h = 10 m Lixo de idade < 5 anos h = 20 m Lixo antigo, idade > 15 anos h = 10 m - Espessura da camada de cobertura: 25-90 cm solo argiloso; - Inexistência de sistema de drenagem dos gases; - Fortes erosões/surgência de chorume nos taludes;
Coleta de Amostras Lixo - ensaios anaeróbios Lixo - ensaios aeróbios Solo de cobertura
Tabela 1 - Ensaios na massa de Lixo Amostras ph Eh Teor Teor Sólidos de Lixo Umidade (%) Voláteis (%) Furo 01 ( 0-4m ) 8,36-127,0 41,64 14,38 Furo 01 ( 4-6m ) 8,01-304,0 34,16 12,33 Furo 02 ( 0-5m ) 8,75-186,2 35,92 12,92 Furo 02 ( 5-10m) 8,90-274,2 42,44 10,60 Furo 03 ( 5-10m ) 8,61-234,9 30,66 9,24 Furo 03 ( 11-13m ) 8,59-612,3 35,77 12,91 Furo 04 ( 0-6m ) 8,69-254,6 42,15 15,01 Furo 04 ( 6-11m ) 8,61-264,0 28,44 10,05 Furo 04 ( 11-16m ) 8,44-299,9 44,10 9,41 O teor de umidade, variando entre 20 e 40%, pode servir de indicador que o meio está com condições favoráveis para a degradação da matéria orgânica; O valor negativo de Eh em todas as amostras indica que o O valor negativo de Eh em todas as amostras indica que o lixo encontra-se em decomposição anaeróbia.
rias (NPM/g) Con ntagem de Bactér 1,00E+07 1,00E+06 1,00E+05 05 1,00E+04 1,00E+03 1,00E+02 1,00E+01 1,00E+00 Microorganismos Anaeróbios FURO 2 FURO 4 Anaeróbiso Totais (NMP/g) Celuloliticos (NMP/g) Aminolíticos (NMP/g) Proteolíticos (NMP/g) ias Contagem de Bactéri 1,00E+08 1,00E+07 1,00E+06 1,00E+05 1,00E+04 1,00E+03 1,00E+02 1,00E+01 1,00E+00 Microorganismos Aeróbios Coliformes Totais (NMP/g) Coliformes Termotolerantes (NMP/g) Não foi detectada a Pseudomonas Aeruginosas (NMP/g) presença de fungos Heterotróficos aerógbios (UFC/g) FURO 1 FURO 2 FURO 3 FURO 4 Gráficos Ensaios Microbiológicos no Chorume Os ensaios de microorganismos aeróbios, cujo valor máximo foi da ordem de 10 4, mostram que o aterro encontra-se na fase anaeróbia, sendo os maiores valores encontrados no contato solo-lixo; Na amostra de chorume observa-se um baixo teor das bactérias anaeróbias totais, possivelmente em função do caráter inibitório de alguns metais (Mn e Fe) que se encontram com elevadas concentrações.
Instrumentação - Célula 8 Detalhamento da Instrumentação da Célula 8
Sondagens Sondagem Amostra de Solo e Lixo
Instrumentação Termopar
Medição de Vazão Dreno de Gás Equipamento para medição de vazão Equipamento para medição de vazão de gás em campo acoplamento ao DRENO DE GÁS
INSTRUMENTAÇÃO 1) Equipamentos de leitura: Equipamentos Parâmetro Faixa de medição Faixa de erro do equipamento CO 2 0 100% ± 2,0% CH 4 0 100% ± 5,0% Drager X-am 7000 H 2 S concentração 0 500 ppm ± 5,0% O 2 0 25% ±10% 1,0% CO 0 500 ppm ± 1,0% Gallus 1000 G1.6 vazão 0,016 3,0 m 3 /h ± 3,0% Dwyer 477-2 pressão 0 100kP 10,0 kpa ±10% 1,0% Dwyer Velocidade do ar 0 7 m/s ± 3,0% Termometer Appa Mt-520 temperatura -50 a 1.300ºC ± 0,5%
Medição Direta do Gás Cover layer 5cm 7cm varia able Flexible tube Compacted soil PVC cap (d=20cm) Galvanized metal screen Gravel (d=2cm) LFG production Cap PVC (φ200mm), tela e tubo flexível
Observação: procedimento de leitura a) Medições na placa simultâneas com medição no DMPC b) Medições na placa: concentração e temperatura interna dos gases e temperatura ambiente (externa); c) Medições no DMPC: concentração e pressão do biogás.
Medida da concentração e pressão Composição biogás CH4 55,6% CO2 42,2% O2 00% 0,0% H2S 61 ppm CO 27 ppm Concentração típica da fase metanogênica coerência com a idade do lixo aterrado (<5 anos); Pressões existentes abaixo da cobertura = ( )100 à 61 Pa = susceptibilidade condicionantes atmosféricos; P-7 Pressões atípicas = 2.500 Pa P-3 P-4 P-5 P-8 P-6 Vista ponto P-7
Resultados Célula 8 FURO 4 Furo 4 Concentração dos Gases (%) 0 Concentração dos Gases (%) - Camada de Cobertura FURO 4 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 ade (m) Profundid 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 0 10 20 30 40 50 60 70 0,15 CO2 (%) CH4 (%) O2 (%) Temperatura (ºC) Camada impenetrável - restos de construção civil ndidade (m) Profu 0,3 0,45 0,6 0,75 0,9 1,05 12 1,2 1,35 1,5 1,65 1,8 1,95 2,1 CO2 (%) CH4 (%) O2 (%) -Medição do Gás em profundidade; -- Medição do gás a cada 15 cm na camada de cobertura até contato com o lixo (75 cm) - Medição de temperatura em profundidade (linha vermelha)
Emissões superficiais ou fugitivas: - Extrapolação dos resultados (pontuais) da placa de fluxo Surfer 7 e Kriggiana; i P-7 Emissões de CH4 (g/dia.m2) P-4 - Estimativa de emissão de 570 kg de CH 4 por dia (913 m 3 /dia) ou 208 ton anuais; P-3 P3 P-8 P-5 - Alta emissão de CH 4 oriunda das péssimas condições geotécnicas da camada e da inexistência da drenagem interna dos gases. P-6
Previsão teórica x medição de campo Variação na estimativa pode estar relacionada: - Condições de degradação dos resíduos (antigo lixão). - Modelos teóricos foram desenvolvidos e calibrados para aterros de clima temperado e de países desenvolvidos.
Table 2. LFG utilization for energy production. Year LFG generation LFG heating value* Installed capacity potential (m 3 /h) (MJ/m 3 (MW) 2006 10,924 20.5 13.0 2008 9728 9,728 20.5 11.6 2010 7,392 20.5 8.8 2012 5,181 20.5 6.2 2015 3,128 20.5 3.7 2019 1,970 20.5 2.4 2026 1,337 20.5 1.6 Obs: *based on CH 4 average concentration in LFG (55.6%). Table 3. Carbon credits - LFG project. Period CERs (ton) Carbon credit* (U$) 2006-2012 2,677,340 13,386,702 2013-20192019 932,245245 4661223 4,661,223 2020-2026 489,701 2,448,506 Obs: * considering U$5,0/ton CO2e
A simples investigação conduzida foi bastante útil para pré- avaliar o potencial de recuperação do biogás, estudos complementares de viabilidade são necessários para definir os parâmetros econômico-financeiros; As dificuldades existentes para implantação de projetos de recuperação de biogás na Muribeca são naturais de um aterro originado de um antigo lixão; Os aspectos qualitativos e quantitativos da geração do biogás indicam potencial energético de 10-13 MW; E ti ti d d d d U$ 13 ilhõ i i Estimativa de recursos da ordem de U$ 13 milhões nos primeiros 7 anos do projeto (2007-2012).
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