Compilação de inventários do ciclo de vida de sistemas de gestão de Resíduos Sólidos

Felipe Guedes Pucci

Universidade de São Paulo Escola de Engenharia de São Carlos

Departamento de Hidráulica e Saneamento

Qualificação de mestrado

Orientador: Prof. Dr. Valdir Schalch

Demandas e oportunidades

• Geração de RSU não para de crescer com o aumento da urbanização • A Fração Orgânica do RS Domiciliar é mássicamente majoritária , e se encaminhada

junto com outras frações do RSU, degrada o ambiente urbano e o trabalho dos coletores de RSU, reduz a reciclabilidade dos materiais recicláveis e vai gerar metano no aterro sanitário com muito escape difuso para a atmosfera.

• Energia fóssil não será eterna e reinsere o C fóssil de volta no ciclo de carbono da

biosfera. • Mudanças climáticas • Aumento do preço da energia no Brasil, combustíveis e eletricidade. • Brasil está 92% dentro dos trópicos, alto fluxo solar W/m²

Perguntas

Como obter mais energia na gestão dos resíduos? Como aproveitar melhor a energia diponível ao nosso redor? Como integrar a produção de energia e alimentos ao saneamento? Qual escala de trabalho é a mais eficiente e com melhor desempenho econômico/ambiental/social? Quais são os atores financiadores desses sistemas?

Propostas

Desenvolver os métodos de integração dos fluxos energético/materiais dos resíduos biodegradáveis fermentáveis, e não biodegradável que ainda contenha energia química. Criar ecosistemas integrados ao saneamento básico

Propostas

Biometanização

Aproveitar a energia solar ainda presente na: • Fração biodegradável do RSU e esgotos • Resíduos agrosilvopastoris biodegradáveis (esterco, restos vegetais) • Efluentes da agroindrústria (vinhaça)

Gasoso -> Biogás Líquido -> Nutrientes aquacultura Sólido -> Substrato orgânico

de C que se tornará CH4 biogênico no aterro com chance grande de escape se reaproveita uma maior fração: • da energia do C, via CH4, do que num aterro, onde grande parte do CH4 escapa para

a atmosfera. (BERTO NETO, 2009) • do C estável via susbstâncias húmicas e, • dos nutrientes na aquacultura/agrofloresta.

Pirólise/Gaseificação

Aproveitar a energia ainda presente na: • RDF, Fração não biodegradável do RSU, não economicamente reciclável • Lodo de ETE • Material biodegradável lenhoso

Gás de síntese Óleos orgânicos Carvão/negro de fumo

de C e energia enterrada em aterro se transforma em estoque de C no solo protegendo-o, melhorando a taxa de produção de alimentos se produz energia

Trigeração e sistemas térmicos

• Mini turbinas a gás • Célula a combustível • Motor Stirling • Ciclo de rankine orgânico

Poesch et al. 2012, mostram que: • a trigeração e uso de células a cumbustível, são as opções mais eficientes e

ambientalmente menos impactantes do que a queima convencional numa usina termoelétrica de ciclo da Rankine à vapor d’água. Uso do calor resídual no processo anaeróbio.

• O uso de substratos oriundos de culturas energéticas tem piores índices de

impacto comparado com o uso de biomassa residual (e.g. FORSU, esterco, caixa de gordura, palha, poda e capina.) -> Competição com a produção de alimentos

Aquacultura multitrófica/agroecologia

Fazer com que o sistema absorva energia solar para:

• Se produzir mais energia

• Esquentar os reatores anaeróbios via energia térmica solar • Tratar mais profundamente o efluente líquido até este se tornar água de

reúso enquanto os nutrientes e CO2 realimentem os agroecossistemas • Produzir alimentos, algas, peixes, cogumelos, e produtos agroflorestais.

Luz solar + nutrientes orgânicos marginais

V Fotossíntese

V Biogás, peixes, água, biomassa

Método

ACV – Avaliação do Ciclo de Vida “compilação e avaliação dos insumos e produtos e dos respectivos impactos ambientais de um sistema de produto ao longo de seu ciclo de vida”.

Etapas: • Definição da unidade funcional

• Seleção das alternativas • Definição dos fluxos de referência de cada alternativa

• Construção dos sistemas de produto e unidades de processos

• Definição das fronteiras do sistema de cada sistema de produto • Coleta de dados quantitativos

• Alocação de processos unitários multifunção • Agregação de entradas e saídas de todo o sistema de produto

• Caracterização

• Categorias de impacto ambiental • Normalização e pesos

Cronograma e desenvolvimento

Definição de escopo, fronteiras de sistema e inventário de cada sistema de produto em três escalas:

1 – Bairro 2 – Microbacia 3 – Cidade inteira Distribuíção dos sistemas de produto no cronograma: Março/Abril/Maio – Transportes, coleta de substratos Junho/Julho/Agosto – Usinas de biometanização e tratamento de gás Setembro/Outubro/Novembro – Aquacultura multitrófica, agrofloresta Decembro/Janeiro – Sistemas térmicos e trigeração Fevereiro/Março – Interpretação, integração dos inventários e término da redação

Referências bibliográficas

INTERNATIONAL STANDARD. ISO 14040 Environmental management - Life cycle assessment - Principles and framework. Switzerland: International Organization for Standardization, 1997. 20 p. POESCHL M., WARD S., OWENDE P. Environmental impacts of biogas deployment e Part I: life cycle inventory for evaluation of production process emissions to air. Journal of Cleaner Production. v.24, 2012, p. 168-183. SHILTON, A.; GUIEYSSE, B. Sustainable sunlight to biogas is via marginal organics. Current opinion in Biotechnology. V.21, 2010, p. 287–291 COLLET, P.; HÉLIAS, A.; LARDON, L.; RAS, M.; GOY, R.A.; STEYER, J.P. Life cycle assessment of microalgae coupled to biogas production. Bioresource Technology. V. 102, 2011, p. 207-214. VALDERRAMA, L.T.; CAMPO, DEL C. M., RODRIGUEZ, C. M.; BASHAN, L.E.; BASHAN, Y. Treatment of recalcitrant waste water from ethanol and citric acid production using microalga Chlorella vulgaris and the macrophyte Lemna minuscula. Water Research, V. 36, 2002, p. 4185 – p. 4192.

Referências bibliográficas BERTO NETO, J. Medidas da emissão de gases em oito aterros de resíduos sólidos urbanos do Estado de São Paulo – Brasil. São Carlos-SP, 2009. Tese (Doutorado). Escola de engenharia de São Carlos. Universidade de São Paulo. Organization for Economic Cooperation and Development – OECD. Bioheat, Biopower and Biogas – Developments and implications for agriculture. OECD publishing. 2010 57 p.