FACULDADE DE TECNOLOGIA DE ARAATUBA CURSO DE TECNOLOGIA EM BIOCOMBUSTVEIS VERA LUCIA VITORELLI NEVES

CONSTRUO DE BIODIGESTOR PARA PRODUO DE BIOGS A PARTIR DA FERMENTAO DE ESTERCO BOVINO

Araatuba 2010

FACULDADE DE TECNOLOGIA DE ARAATUBA CURSO DE TECNOLOGIA EM BIOCOMBUSTVEIS VERA LUCIA VITORELLI NEVES

CONSTRUO DE BIODIGESTOR PARA PRODUO DE BIOGS A PARTIR DA FERMENTAO DE ESTERCO BOVINO

Trabalho de Graduao apresentado Faculdade de Tecnologia de Araatuba, do Centro Estadual de Educao Tecnolgica Paula Souza, como requisito parcial para concluso do curso de Tecnologia em Biocombustveis sob a orientao da Profa. Dra. Lucinda Giampietro Brando.

Araatuba 2010

FACULDADE DE TECNOLOGIA DE ARAATUBA CURSO DE TECNOLOGIA EM BIOCOMBUSTVEIS VERA LUCIA VITORELLI NEVES

CONSTRUO DE BIODIGESTOR PARA PRODUO DE BIOGS A PARTIR DA FERMENTAO DE ESTERCO BOVINOTrabalho de Graduao apresentado Faculdade de Tecnologia de Araatuba, do Centro Estadual de Educao Tecnolgica Paula Souza, como requisito parcial para concluso do curso de Tecnologia em Biocombustveis avaliado pela comisso examinadora composta pelos professores.

_____________________________________ Profa. Dra. Lucinda Giampietro Brando Orientadora FATEC- Araatuba _____________________________________ Prof. Dr. Osvaldino Brando Junior FATEC Araatuba _____________________________________ Prof. Me. Alexandre Witier Mazzonetto FATEC Piracicaba

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DEDICATRIA

Aos meus pais Tereza Verga Contel (In memorian) e Angelo Contel

AGRADECIMENTOS

Deus em primeiro lugar, por estar viva e pelas oportunidades que sempre colocou em meu caminho, mesmo quando permitiu que surgissem dificuldades em minha jornada, me deixando duas alternativas: enfrent-las ou no; enfrentei-as, pois no fosse por elas, eu no teria sado do lugar. minha famlia, irmos, sobrinhos, cunhados e avs, mas, principalmente meu pai Angelo Contel e minha me Thereza Verga Contel (In memorian), pelo acolhimento desde os meus primeiros anos de vida e pelos valores que sempre me passaram, principalmente de comprometimento, humildade, honestidade e integridade. s pessoas que mais prximas a mim esto e sempre estiveram nos ltimos tempos, tidas por mim como famlia e que muito apoio sempre me dispensaram: Rosani Canassa, Lidia Canassa e Alzira Canassa. Profa. Dra. Lucinda Giampietro Brando, que aceitou ser minha orientadora e colaborou para o andamento deste projeto, sempre demonstrando segurana e objetividade. Ao Prof. Euclides Neto, pelo auxlio e pelas dicas, lembrando que foram muito valiosos. Profa. Karenine M. Cunha, pela colaborao na parte da formatao do referido trabalho, sua ajuda sempre foi de grande importncia. Aos meus amigos, os de verdade, que sempre, de alguma forma, estiveram presentes em minha vida, acreditando na minha luta, principalmente Luciano Pulzatto. Tambm os amigos da faculdade, na luta desde o incio, so pessoas que entraram para minha vida para sempre, cada um com sua especialidade. direo e coordenao da FATEC, que sempre mostrou interesse, colaborando em todos os mbitos, criando meios para que tudo transcorresse com sucesso. Aos funcionrios, de todos os setores, que colaboraram no tempo em que permanecemos na faculdade, cada um contribuindo a sua maneira. Ao prof. Gilberto Luiz Silva, de Abaetetuba-PA, que colaborou na parte da construo do biodigestor. Por fim, agradeo aos que no me deram crditos, aqueles que por algum motivo e em algum momento me desfavoreceram, pois at esses merecem ser lembrados, pois de alguma forma, mesmo que contra vontade me ajudaram e hoje podem assistir o resultado da minha luta.

O bem que praticares, em algum lugar, teu advogado em toda parte. (Francisco Cndido Xavier)

RESUMO

A utilizao de energia renovvel hoje tema abordado em todo o mundo, devido preocupao com a preservao do meio ambiente. Entre as energias renovveis, a biomassa se destaca pela excelente disponibilidade que possui. O esterco bovino uma das mais abundantes, o qual tem grande potencial energtico, se fermentado corretamente em biodigestores, obtendo como um dos produtos finais, o biogs. Esse gs tem em sua composio o gs metano (CH4) que altamente inflamvel. Logo, o objetivo desse trabalho foi a construo de um biodigestor caseiro, a partir de esterco bovino, para produo de biogs e seu uso como energia trmica. Partindo do levantamento bibliogrfico e caracterizao do local de instalao do biodigestor, utilizando um tambor de lato de 200 litros e conexes necessrias. A biomassa utilizada foi uma mistura de esterco bovino com gua. O biogs produzido foi convertido em energia trmica, atravs de sua queima. Tem-se assim um equipamento que alm de dar destino adequado aos dejetos animais, diminui a contaminao ambiental, evita a emisso de gs metano na atmosfera e produz biogs, com destaque para o baixo custo, facilidade de construo e economia com gs de cozinha. Palavras-chave: Biodigestor. Biogs. Energia Trmica. Esterco. Preservao ambiental.

ABSTRACT

The use of renewable energy is subject studied throughout the world due to concerns about preserving the environment. Among renewables, biomass is distinguished by excellent availability have. The manure is one of the most abundant, which has great energy potential, if properly fermented in digesters, obtaining as a final product, biogas. This gas has in its composition the methane (CH4) which is highly flammable. Therefore, the objective was to build a homemade digester, from cattle manure for biogas production and its use as thermal energy. From the literature survey and characterization of the location of the digester, using a brass barrel of 200 liters and necessary connections. The biomass used was a mixture of manure with water. The biogas is converted into heat energy through burning. There is thus a device that in addition to providing suitable target for animal waste, decrease environmental contamination and prevents the emission of methane in the atmosphere and produces biogas, particularly for low cost, ease of construction and economy with gas. Keywords: Biodigestor. Biogas. Thermal Energy. Dung. Environmental Conservation.

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 - Biodigestor indiano Figura 2 - Biodigestor chins Figura 3 - Biodigestor canadense- Stio Vov Cida Buritama-SP Figura 4 Gasmetro Figura 5 - Biodigestor caseiro Figura 6 - Esquema da digesto anaerbia de matria orgnica complexa Figura 7 - Exemplo de converso de carboidrato, no caso a glicose Figura 8 - Esterco bovino da propriedade Figura 9 - Tambor escolhido para construir o biodigestor Figura 10 - Instalao das peas e conexes no tambor Figura 11 - Substrato (esterco + gua) a ser utilizado no biodigestor Figura 12 - Biodigestor vazio e aps abastecimento, pronto para a fermentao Figura 13 - Esquema de um biodigestor em operao Figura 14 - Foto area da propriedade onde o biodigestor foi instalado Figura 15 - Alguns bovinos da propriedade Figura 16 - Alimentao complementar com sal Figura 17 - Biodigestor construdo Figura 18 - Queima do biogs Figura 19 - Espuma demonstrando processo fermentativo dentro do biodigestor

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LISTA DE TABELAS

Tabela 1 Relao comparativa de 1m3 do biogs com os bombustveis usuais Tabela 2 Materiais usados na construo do biodigestor, com valor em reais

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SUMRIO

INTRODUO ........................................................................................................................ 12 1. REVISO DA LITERATURA ............................................................................................ 14 1.1 Biodigestores ...................................................................................................................... 14 1.1.1 Definio ......................................................................................................................... 14 1.1.2 Histrico dos Biodigestores no Mundo ........................................................................... 14 1.1.3 Modelos de biodigestores ................................................................................................ 16 1.1.3.1 Indiano .......................................................................................................................... 16 1.1.3.2 Chins ........................................................................................................................... 17 1.1.3.3 Canadense ou de fluxo tubular ..................................................................................... 18 1.1.3.4 Caseiro ......................................................................................................................... 20 1.1.4 Tipos de Biodigestores .................................................................................................... 21 1.1.4.1 Batelada ........................................................................................................................ 21 1.1.4.2 Contnuo ....................................................................................................................... 21 1.1.4.2.1 Contnuo vertical ....................................................................................................... 21 1.1.4.2.2 Contnuo horizontal ................................................................................................... 22 1.1.4.3 Tipo de Biodigestor ...................................................................................................... 22 1.1.5. Biodigestores no Brasil ................................................................................................... 22 1.2 Biomassas como Substrato para Biodigestores .................................................................. 23 1.3 Pecuria no Mundo ............................................................................................................. 24 1.4 Biogs ................................................................................................................................. 25 1.4.1 Produo do Biogs ......................................................................................................... 26 1.4.2 Bactrias Envolvidas nas Etapas da Produo de Biogs................................................ 27 1.4.3 Bactrias Metanognicas ................................................................................................. 28 1.4.4 Parmetros Importantes para Produo do Biogs .......................................................... 29 1.4.4.1 Teor de gua ................................................................................................................. 29 1.4.4.2 Concentrao de nutrientes ........................................................................................... 30 1.4.4.3 pH ................................................................................................................................. 30 1.4.4.4 Temperatura .................................................................................................................. 30 1.4.4.5 Tempo de reteno........................................................................................................ 30 1.4.4.6 Concentraes de slidos volteis ................................................................................ 31 1.4.4.7 Substncias txicas ....................................................................................................... 31

1.4.5 Biogs no Brasil .............................................................................................................. 31 1.4.6 Pecuria e o Gs Metano ................................................................................................. 32 1.4.7 Energia Trmica .............................................................................................................. 33 1.4.7.2 Combusto incompleta ................................................................................................. 33 1.4.8 Uso do Biogs na Zona Rural .......................................................................................... 34 1.5. Contaminaes de Pastagens, Afluentes e Lenis Freticos ........................................... 34 2. MATERIAIS E MTODOS................................................................................................. 37 2.1 Materiais Utilizados............................................................................................................ 37 2.2 Mtodos .............................................................................................................................. 38 3. RESULTADOS .................................................................................................................... 43 3.1 Bovinos da Propriedade ...................................................................................................... 43 3.1.2. Alimentao dos Animais da Propriedade...................................................................... 44 3.1.3 Sanidade dos Animais da Propriedade ............................................................................ 45 3.2 Moradores da Propriedade .................................................................................................. 45 3.2.1 Consumo de Gs GLP pelos Moradores ......................................................................... 45 3.2.2 Conhecimento sobre Biogs ............................................................................................ 45 3.2.3 Conhecimento sobre Biofertilizante ................................................................................ 45 3.3 Biodigestor Construdo ....................................................................................................... 46 3.4 Produo do Biogs ............................................................................................................ 47 3.4.1 Clculo da Produo do Biogs ....................................................................................... 47 4. DISCUSSO ........................................................................................................................ 49 CONSIDERAES FINAIS ................................................................................................... 53 REFERNCIAS ....................................................................................................................... 54

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INTRODUO

A energia sempre foi reconhecida como a base do desenvolvimento das civilizaes. No final do sculo XIX, por exemplo, o mundo se modernizou aps a Revoluo Industrial, principalmente devido s novas fontes de energia. Conforme relata Alves et al. (2009), as fontes de energia podem ser classificadas em renovveis, conhecidas tambm como energia limpa, como exemplo da energia solar, elica, biomassa e a hdrica, que obtm repostas da natureza em perodos relativamente curtos de tempo e as no renovveis, tambm chamadas de suja, cujas reservas esgotam sempre que utilizadas, sendo que a reposio das mesmas na natureza pode levar milhes de anos, ou simplesmente, no mais ocorrer (SILVA et. al., 2009). As energias renovveis vm ganhando mais fora nos ltimos tempos, favorecendo assim seu desenvolvimento, disseminao e aplicao, tornando-se uma alternativa totalmente vivel para a atual situao em que o mundo se encontra, com as crises de petrleo nos pases produtores, grande fragilidade do sistema de hidroeltricas, que ocasionou os ltimos apages no Brasil, inviabilidade e perigo de construo de termeltricas, usinas nucleares e outras formas de energia suja, chamadas desta forma, pois a utilizao das mesmas gera uma grande carga de poluentes e, conseqente degradao ambiental, o qual visvel e notrio do ponto de vista social, econmico e humano, conforme descreve Silva et al. (2009). Segundo Coldebela (2004), atualmente estima-se a existncia de 2 trilhes de toneladas de biomassa no globo terrestre, ou seja, cerca de 400 toneladas per capita, o que corresponde a oito vezes o consumo de energia primria no mundo, atualmente de 400 EJ/ano. A biomassa pode ser encontrada em trs classes, sendo elas: slida, lquida e gasosa e os dejetos animais so os melhores alimentos para os biodigestores, pelo fato de j sarem de seus intestinos carregados de bactrias anaerbias (SILVA, et. al., 2009). Conclui Amaral et al. (2004) que a fermentao desta biomassa em reatores anaerbios apresenta uma excelente alternativa, pois alm de reduzir a taxa da poluio e contaminao do ciclo, promove a gerao do biogs, utilizado como fonte de energia trmica, mecnica e eltrica, permitindo ainda a utilizao do resduo final como biofertilizante. Sendo assim, existem diversos motivos para a elaborao de um projeto, para que com o uso de biodigestores, ocorra a reduo da carga de matria orgnica lanada no meio ambiente, como controlar a proliferao de moscas e emisso de odores ofensivos e

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desagradveis, diminuir a emisso de dixido de carbono (CO2) e metano (CH4) na atmosfera atravs da queima, mostrar o melhor aproveitamento de restos de natureza orgnica e, principalmente, oferecer um melhor destino a esses materiais. Outros motivos, como conscientizar a comunidade sobre os impactos ambientais da emisso de gases de efeito estufa (GEE) na atmosfera, seu possvel agravante no aquecimento global, ressaltando a importncia da preservao de rios e afluentes, manuteno de nveis aceitveis de sade e de produo animal com cumprimento de regulamentos e leis da administrao rural, tambm devem ser destacados. Dessa forma, no podemos deixar de citar o professor matemtico Gilberto Luis Souza da Silva da Escola Estadual So Francisco Xavier, de Abaetetuba, no Par, que junto com seus alunos Jos de Souza Ribeiro Filho e Malaliel Pinheiro Costa, realizaram o Projeto Biogs em 2007. O trabalho nasceu em uma feira de cincia no prprio colgio. O Projeto foi levado para vrias feiras como na internacional de cincias Mouvement International pour Le Loisir Scientifique Et Technique (MILSET), realizada em Durban na frica do Sul, onde em julho de 2007 ficaram em primeiro lugar na rea de Energia e Transporte. Em, 2008 receberam em Braslia o 3 Prmio Cincia do Ensino Mdio. O Projeto do Biogs consistia na decomposio de material orgnico (fezes de animais e de humanos) para a produo de gs metano, a ser usado como fonte de energia. A idia recolher as fezes que seriam despejadas nos rios da cidade, e com o uso de um biodigestor, obter gs metano que ser engarrafado para ser convertido em gs de cozinha (BLOG, online, 2008). Este trabalho foi o motivador para idealizao do projeto a ser descrito nas prximas pginas. O objetivo deste trabalho a construo de um biodigestor de baixo custo, usando esterco bovino como biomassa a ser fermentada anaerobicamente para produo de biogs.

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1. REVISO DA LITERATURA

Para a construo de um biodigestor de baixo custo, usando esterco bovino como biomassa a ser fermentada anaerobicamente para produo de biogs, parte-se da reviso bibliogrfica, adquirindo o conhecimento necessrio para dar prosseguimento ao projeto. Sendo assim, esse biodigestor possibilitar a produo de uma energia 100% renovvel, logo, limpa.

1.1 Biodigestores

1.1.1 Definio Um biodigestor, digestor ou biorreator pode ser definido como uma cmara de fermentao fechada, onde a biomassa sofre a digesto pelas bactrias anaerbicas produzindo biogs. Em outras palavras, trata-se de um recipiente completamente fechado e vedado, impedindo qualquer entrada de ar, construdo de alvenaria, concreto ou outros materiais, onde colocado o material a ser degradado para posterior fermentao. Existem vrios tipos de biodigestores, porm os mais difundidos so chineses, indianos e canadenses. Cada um possui sua peculiaridade, porm ambos tm como objetivo criar condio anaerbica, ou seja, total ausncia de oxignio para que a biomassa seja completamente degradada (GASPAR, 2003). Tal aparelho, contudo, no produz o biogs, uma vez que sua funo fornecer as condies propcias para que um grupo especial de bactrias, as metanognicas, degrade o material orgnico, com a conseqente liberao do gs metano (GASPAR, 2003, p.15).

1.1.2 Histrico dos Biodigestores no Mundo Mesmo que comprovaes histricas mostrem que a primeira instalao de biodigestores s tenha surgido na segunda metade do sculo XIX, h relatos que o biogs j era conhecido h muito tempo, pois a produo do mesmo a partir de resduos orgnicos um processo extremamente antigo. Porm, a descoberta do gs metano foi realizada pelo

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pesquisador italiano Alessandro Volta, que descobriu que o gs existia como componente do chamado gs dos pntanos, que era resultado da decomposio de restos vegetais em ambientes confinados. Atravs de vrias pesquisas que difundiram o uso de biodigestores, foi criado em 1939 na cidade de Kampur, na ndia, o Institute Gobr Gs (Instituto de Gs de Esterco), onde foi criada a primeira usina de gs de esterco, que tinha por objetivos tratar os dejetos animais, obter biogs e aproveitar o biofertilizante. Foi esse trabalho pioneiro que permitiu a construo de quase meio milho de biodigestores na ndia. A utilizao do biogs na ndia, como fonte de energia, motivou a China a adotar tal tecnologia a partir de 1958, e em 1972, j possuam aproximadamente 7,2 milhes de biodigestores em atividade (DEUBLEIN; STEINHAUSER, 2008). A partir da crise energtica disparada em 1973, a implantao de biodigestores passou a ser interessante tanto por pases ricos como pases de terceiro mundo, mas em nenhum desses pases, o uso dessa tecnologia foi ou to difundida como na China e na ndia. No caso da China o interesse pelo uso de biodigestores deveu-se, originalmente, a questes militares. Preocupada com a Guerra Fria, a China temeu que um ataque nuclear impedisse toda e qualquer atividade econmica (principalmente industrial). Entretanto, com a pulverizao de pequenas unidades biodigestores ao longo do pas, algumas poderiam escapar ao ataque inimigo. Nos dias atuais, o foco do uso de biodigestores na China outro. Como possui excedente de populao, no seria recomendvel mecanizar a atividade agrcola em larga escala, sendo que o uso de tratores e demais implementos resultaria em um ndice de desemprego rural alarmante. Dessa forma, o governo chins achou vivel aperfeioar as tcnicas rudimentares de cultivo do solo, com os biodigestores ocupando papel de destaque (GASPAR, 2003). No caso da ndia, o pas no pensava em guerras nucleares, pois sempre fez parte do grupo dos pases conhecidos como no alinhados. A fome e a falta de combustveis fsseis que motivaram o desenvolvimento da tecnologia dos biodigestores. Logo, so dois extremos de utilizao de biodigestores, onde chineses priorizam o biofertilizante para produo dos alimentos necessrios a sua nao populosa e indianos focam no biogs para cobrir o imenso dficit de energia. Dessa maneira, foram desenvolvidos na poca dois modelos diferentes de biodigestor: o modelo chins e o modelo indiano (BARRERA, 1993).

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1.1.3 Modelos de biodigestores 1.1.3.1 Indiano A Figura 1 mostra o modelo indiano de biodigestor que tem como caracterstica principal o uso de uma cmpanula flutuante como gasmetro, sendo que a mesma pode estar mergulhada sobre a biomassa em fermentao. Existe ainda uma parede central que divide o tanque de fermentao em duas cmaras, onde a funo desta divisria fazer com que o material circule por todo o interior da cmara de fermentao de forma homognea. O biodigestor possui presso de operao constante, ou seja, medida que o biogs produzido no consumido, o gasmetro desloca-se verticalmente, aumentando o volume deste, mantendo dessa forma a presso constante em seu interior. Do ponto de vista construtivo, apresenta-se de fcil construo, contudo o gasmetro de metal pode encarecer o custo final, e tambm distncia da propriedade pode dificultar e encarecer o transporte inviabilizando a implantao deste modelo de biodigestor (PEREIRA, 1986).

Figura 1- Biodigestor indiano

Fonte: Fonseca et al., 2009, p. 10

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Segundo Lucas Junior; Souza (2009), os principais componentes de um biodigestor modelo indiano so: a) caixa de carga (local de diluio dos dejetos); b) tubo de carga (condutor dos dejetos diludos da caixa de carga para o interior do biodigestor); c) cmara de biodigesto cilndrica (local onde ocorre a fermentao anaerbia com produo de biogs); d) gasmetro (local para armazenar o biogs produzido formado por campnula que se movimenta para cima e para baixo); e) tubo-guia (guia o gasmetro quando este se movimenta para cima e para baixo); f) tubo de descarga (condutor para sada do material fermentado slido e lquido); g) caixa ou canaleta de descarga (local de recebimento do material fermentado slido e lquido); h) sada de biogs (dispositivo que permite a sada do biogs produzido para ser encaminhado para os pontos de consumo).

1.1.3.2 Chins Os principais componentes de um biodigestor modelo Chins so os seguintes: caixa de carga, tubo de carga, cmara de biodigesto cilndrica com fundo esfrico, gasmetro em formato esfrico, galeria de descarga e caixa de descarga (LUCAR JUNIOR; SOUZA, 2009). Sendo assim uma melhor descrio do modelo chins mostrado na Figura 2 seria que o mesmo confeccionando sob a forma de uma cmara de fermentao cilndrica em alvenaria (tijolo ou blocos), com teto impermevel, destinado ao armazenamento do biogs. Este biodigestor funciona com presso hidrulica, onde o aumento de presso em seu interior resulta no acmulo do biogs na cmara de fermentao, induzindo-o para a caixa de sada. O biodigestor constitudo quase que totalmente em alvenaria, dispensando o uso de gasmetro com chapa de ao, obtendo uma reduo de custos, porm podem ocorrer problemas com vazamento do biogs caso a estrutura no seja bem vedada e impermeabilizada. Neste tipo de biodigestor uma parte do biogs produzido na caixa de sada liberada na atmosfera, reduzindo em parte a presso interna do gs e devido a isso, o mesmo no indicado para instalaes de grande porte (PEREIRA, 1986).

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Figura 2 - Biodigestor chins

Fonte: Fonseca et al., 2009, p. 9

1.1.3.3 Canadense ou de fluxo tubular Para Lucas Junior.; Souza (2009), o digestor conhecido como canadense chamado de biodigestor de fluxo tubular, o qual possui uma construo simplificada do tipo horizontal com cmara de biodigesto escavada no solo (Figura 3) e com gasmetro do tipo inflvel feito de material plstico ou similar (Figura 4).

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Figura 3 - Biodigestor canadense- Stio Vov Cida Buritama-SP

Figura 4 Gasmetro

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Este modelo de biodigestor mais recente e apresenta uma tecnologia bem mais moderna e avanada, porm menos complexa. Segundo Deublein; Steinhauser (2008) um modelo tipo horizontal, apresentando uma caixa de carga em alvenaria e com a largura maior que a profundidade, possuindo, portanto, uma rea maior de exposio ao sol, o que possibilita grande produo de biogs, evitando o entupimento. Durante a produo de biogs, a cpula do biodigestor infla porque feita de material plstico malevel (PVC), podendo ser retirada. O biodigestor de fluxo tubular amplamente difundido em propriedades rurais e , hoje, a tecnologia mais utilizada dentre as demais. Neste tipo de biodigestor, o biogs pode ser enviado para um gasmetro separado, permitindo maior controle. Embora o biodigestor descrito apresente a vantagem de ser de fcil construo, possui menor durabilida, como no caso da lona plstica perfurar e deixar escapar gs (LUCAR JUNIOR; SOUZA, 2009).

1.1.3.4 Caseiro Arruda et al. (2002) props um tipo de biodigestor caseiro simples, para obteno de biogs atravs da fermentao de esterco bovino chamado de biodigestor caseiro (Figura 5). A construo feita a partir de um tambor metlico de 200 litros (0,2 m3), facilmente encontrado a preo reduzido, de fcil construo e montagem, garantindo o baixo custo final.

Figura 5 - Biodigestor caseiro

Fonte: Arruda et al., 2002, p. 15

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Um biodigestor caseiro que tambm foi construdo e premiado como citado anteriormente na introduo, foi desenvolvido por Gilberto Luis Souza da Silva e seus alunos. O projeto consistiu na construo de biodigestores que pudessem ser adquirido ou feito por pessoas de baixo poder aquisitivo, pois o material utilizado na construo do biodigestor foram dois tambores de 200 L cada, dois registros de 1/2, mangueira de gs e dois pinos de panela de presso e o filtro foi construdo comcano de PVC de , conexes, palha de ao enferrujada e pelo de rabo de boi. A matria orgnica utilizada foi o esterco de boi e de porco (BLOG, online, 2008).

1.1.4 Tipos de Biodigestores 1.1.4.1 Batelada Nesse sistema a matria-prima colocada no biorreator fechado, totalmente sem ar, para que seja realizada a fermentao anaerbica. O gs produzido armazenado no prprio recipiente que serve de digestor ou em um gasmetro acoplado a ele. Terminando a produo de biogs, o digestor aberto, retirando finalmente seus resduos. Aps a sua limpeza, colocada nova quantidade de substrato, reiniciando o processo (COMASTRI FILHO, 1981).

1.1.4.2 Contnuo Nos biodigestores contnuos a matria-prima colocada continuamente e quase sempre diretamente, utilizando matria-prima que possua decomposio relativamente fcil e que tenha boa disponibilidade por perto, sendo que a falta da mesma provoca parada no sistema. Sendo assim, a produo de biogs e biofertilizantes ocorrem de forma contnua, ou seja, nunca cessam. Existem vrios modelos de digestores contnuos, dependendo do seu formato, mas de modo geral se dividem de acordo com seu posicionamento sobre o solo: vertical ou horizontal. Os biodigestores Chins, Indiano e Canadense so do tipo contnuo, assim como muitos reatores caseiros (COMASTRI FILHO, 1981).

1.1.4.2.1 Contnuo vertical

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O digestor contnuo vertical um tanque cilndrico, feito em alvenaria (tijolo, concreto ou outros materiais disponveis), quase sempre com a maior parte submersa no solo. Nele a matria-prima colocada na parte de baixo com sada do gs na parte de cima do biodigestor. necessrio cuidado extremo com esses biodigestores, pois em locais onde lenis freticos so superficiais pode ocorrer contaminao dos mesmos (COMASTRI FILHO, 1981).

1.1.4.2.2 Contnuo horizontal Os digestores contnuos horizontais podem ter qualquer formato, desde que a altura seja menor que comprimento e a largura, podendo ou no ser enterrada no solo. A matriaprima colocada periodicamente em um dos lados do digestor. Este tipo de biodigestor, por ser construdo de forma horizontal e no precisar de tanta profundidade pode ser instalado em regies de incidncia de lenis freticos (COMASTRI FILHO, 1981).

1.1.4.3 Tipo de Biodigestor A escolha do tipo do biodigestor depende basicamente das condies locais, tipo de substrato, experincia do construtor e principalmente relao custo x benefcio. Todavia, qualquer digestor construdo, se for corretamente instalado e operado, produzir biogs e biofertilizante. O biodigestor de batelada indicado para pequenas produes de biogs, pois abastecida uma nica vez, fermentando por um perodo conveniente, sendo o material descarregado posteriormente utilizado como biofertilizante. Esse tipo de biodigestor, por ser extremamente simples, pode ser construdo utilizando materiais simples existentes na propriedade (DEGANUTTI, et al., 2002).

1.1.5. Biodigestores no Brasil O biodigestor mais difundido no Brasil o modelo canadense, que feito com manta de PVC. Ele oferece menor custo e sua instalao bem mais fcil em relao aos modelos antigos, podendo ser usado tanto em pequenas como em grandes propriedades. O desenvolvimento de biodigestores no mercado se deve ao setor privado aliado s

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Universidades e Centro de Pesquisas, que muito tem incentivado neste sentido, conforme consta no Manual de treinamento de biodigesto (2008). A utilizao do biogs no Brasil tem sido atualmente limitada pela falta de tecnologias apropriadas para seu uso, pois boa parte dos equipamentos so adaptaes a partir de equipamentos dimensionados para uso do Gs Liquefeito de Petrleo (GLP), entre outros (SILVA et al., 2005).

1.2 Biomassas como Substrato para Biodigestores

A biomassa pode ser definida como qualquer material passvel de ser decomposto por causas biolgicas, ou seja, pela ao de diferentes tipos de bactrias. De maneira geral a biomassa pode ser descrita como a massa total de matria orgnica que se acumula dentro de um espao. Sendo assim, podemos considerar biomassa as plantas, os animais, incluindo seus resduos, as matrias orgnicas provenientes de indstrias alimentcias e outras indstrias, restos de supermercados e feiras em geral, dejetos humanos e de animais, entre outros (GASPAR, 2003). Dentre as mais variadas fontes de energias renovveis, a biomassa merece maior destaque, pela grande quantidade disponvel e por ser a mais sustentvel dentre as demais A forma mais utilizada para gerao de energia eltrica e trmica utilizando a biomassa como matria prima, atravs do uso de biodigestores, que aos poucos foram sendo disseminados em alguns lugares do mundo, inclusive no Brasil. Dentro do biodigestor anaerbio, como o prprio nome diz, ocorre a biodigesto anaerbia, que nada mais do que um processo de degradao, transformao ou decomposio de matria orgnica, tendo como produto final o biogs e o biofertilizante (FONSECA et al., 2009). Pode ser usado como substratos para este processo: dejetos humanos, esterco bovino, suno, eqino, caprino, de aves, esgoto domstico, vinhaa, plantas herbceas, rejeitos agrcolas e capins de um modo geral. A decomposio e o acmulo de dejetos bovinos no solo hoje um assunto de interesse mundial que vm realizando vrias pesquisas no mundo inteiro, porm no Brasil, s agora esse assunto obteve maior repercusso, ganhando destaque e importncia, devido divulgao do produto orgnico (ARRUDA et al., 2002). Segundo Amaral et. al. (2004), os dejetos bovinos so compostos orgnicos de elevado teor energtico, com macro e micronutrientes que oferecem gua, abrigo e

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temperatura, sendo preferido por inmeros micros e macro vetores de grande importncia sanitria, utilizando o mesmo como nicho ecolgico, fixando o material e produzindo a fermentao. Quando passam pelo tratamento anaerbio em biodigestores, podem ter uma boa reduo na quantidade de bactrias patognicas e parasitas intestinais, encontradas normalmente nesses tipos de dejetos, podendo ainda ser usados como adubo, porm se no forem manipulados e utilizados de forma correta, pode ter o seu grau de contaminao aumentado, colocando em risco a sade humana. Todos os materiais de origem orgnica podem servir de substratos para um biodigestor, menos a madeira que at o presente momento totalmente imprpria para tal processo. preciso atentar para substncias ricas em fibras, a exemplo da grama, pois podem ficar suspensas no biodigestor, atrapalhando o processo de produo de biogs, sendo vivel tritur-las em pedaos menores a trs centmetros, facilitando sua mistura ( BARREIRA, 1993). Ao abastecer o biodigestor, importante ter o mximo de cuidado na mistura do substrato com volume de gua compatvel, onde geralmente a quantidade de gua costuma ser praticamente igual ao de matria seca. Esse procedimento aplicado corretamente garante o fluxo normal de carga e descarga nos digestores de carregamento contnuo, bem como a produo normal de biogs. Toda propriedade rural, independentemente do tamanho, possui vrios tipos de biomassa que pode ser usado como substrato na produo de biogs (BARREIRA, 1993).

1.3 Pecuria no Mundo

A pecuria muito anterior agricultura, tratando-se a mesma de um aperfeioamento dos caador-coletores que j existiam h cerca de 100.000 anos atrs, que num primeiro momento aprenderam a aprisionar os animais para estoc-los vivos para posterior abate, e depois perceberam a possibilidade de administrar a sua reproduo. No incio da pecuria o homem era nmade, conduzindo seus rebanhos domesticados em suas andanas, j no mais procurando a caa, mas sim novas pastagens para alimentar seu rebanho. H evidncia da prtica da agricultura desde 8000 a.C., mas seus efeitos foram drsticos sobre a pecuria, pois a agricultura fixou o homem no lugar do plantio, e portanto novas solues para a pecuria tiveram de ser implementadas. No Brasil Atualmente a produo pecuria de bovinos

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partilhada principalmente pelo Centro-Oeste, Sudeste e Sul, porm no incio do sculo XX, o principal centro pecuarista do Brasil era o estado de Mato Grosso do Sul, o maior exportador de carne bovina do planeta. Atravs da pecuria, o homem pode suprir suas necessidades bsicas de protenas, tendo carne e leite como principais produtos. O couro pode ser usado na indstria de calados, sendo muito usado tambm na indstria de mveis e de automveis, substituindo sintticos. Alguns ainda usam a trao animal para a realizao de trabalho no campo e o esterco ainda pode ser usado como adubo para plantaes ou como combustvel para o preparo de alimentos, como o biogs, segundo relatos do Portal de Agronegcios (2010).

1.4 Biogs

Biogs uma mistura gasosa combustvel, de alto poder calorfico, composta basicamente por dois gases, o metano (CH4), que normalmente representa de 60 a 70% da mistura, e dixido de carbono (CO2) que representa de 30 a 40%. Outros gases tambm participam da mistura, mas em propores bem menores, como 3,4% de nitrognio (N2), 0,5% de oxignio (O2), traos de hidrognio (H2) e de cido sulfdrico (H2S). O metano um gs altamente combustvel e inflamvel, produzindo chama azul-clara e queimando com pouqussima poluio, podendo, inclusive, ser livre da mesma. Ele um gs incolor, sendo um dos produtos finais da fermentao anaerbica de dejetos animais e humanos, resduos vegetais e lixo em geral, em condies adequadas de umidade e anaerobiose. A qualidade do biogs depende da quantidade de metano na mistura, ou seja, quanto maior for a quantidade de metano, melhor ser o biogs em termos energticos (DEUBLEIN; STEINHAUSER, 2008). Conforme relata Coldebela (2004), a utilizao do biogs como insumo energtico, deve-se principalmente ao gs metano (CH4), estando este ltimo, puro e em condies normais de presso e temperatura, pode obter um poder calorfico de aproximadamente 9,9 kWh/m, j o biogs, como produto final, com um teor de metano entre 50 e 80%, ter um poder calorfico entre 4,95 e 7,92 kWh/m. O biogs j produzido pode ter o seu potencial energtico aproveitado no prprio local, em cozimento, aquecimento, refrigerao, iluminao, incubadores, misturadores de rao, geradores de energia eltrica, entre outros. A Tabela 1 mostra a relao comparativa do biogs com outros combustveis.

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Tabela 1 Relao comparativa de 1m3 do biogs com os combustveis usuais. Tipo de combustveis Gasolina Querosene leo diesel Gs liquefeito Etanol Lenha Energia eltrica Quantidade 0,6L 0,57 L 0,55 L 0,45 kg 0,79 L 1,538 kg 1,428 kwh Fonte: Deganutti et al, 2002, p. 25

1.4.1 Produo do Biogs A produo do biogs, a partir da biomassa, comea a se processar por volta de 20 dias, aumentando at chegar ao mximo na terceira semana e conseqentemente diminuindo lentamente durante o perodo de fermentao e, para no ocupar o biodigestor nas fases de produo mnima, que pode atrapalhar o bom andamento de todo o processo, vivel program-lo para um perodo de produo de 5 a 6 semanas (ARRUDA et al., 2002). A produo inicial do biogs contm muito dixido de carbono (CO2), sendo totalmente invivel sua imediata utilizao, devendo ser eliminado atravs da vlvula de escape, esvaziando dessa forma o gasmetro at a metade e, a partir de ento, pode-se utilizar normalmente o biogs. Para uma melhor produo de biogs com maior teor de metano, o substrato utilizado deve apresentar uma relao carbono/nitrognio (C/N) em torno de 20 a 30/1, ou seja, 20 a 30 vezes mais carbono do que nitrognio. Com excesso de carbono, ocorrido em resduos com muito material celulsico, o biogs ter em sua mistura alta concentrao de dixido de carbono (CO2) e pouco metano (CH4). O mesmo pode ocorrer se a matria-prima tiver em sua composio muita urina e sangue (COMASTRI FILHO, 1981).

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1.4.2 Bactrias Envolvidas nas Etapas da Produo de Biogs A converso anaerbia de substratos orgnicos, conforme figura 6, desde a hidrlise at a produo do biogs, realizada por bactrias quimioheterotrficas no metanognicas e bactrias metanognicas. A converso anaerbia, conforme Figura 6, envolve processos metablicos complexos, que ocorrem em etapas seqenciais e simbiticas, dependendo ainda da atividade de quatro grupos de microrganismos distintos: bactrias hidrolticas, acidognicas, acetognicas e metanognicas (AQUINO; CHERNICHARO, 2005).

Figura 6- Esquema da digesto anaerbia de matria orgnica complexa

Fonte: Aquino; Chernicharo, 2005, p. 153

A maioria dos microrganismos acidognicos fermenta monossacardeos, aminocidos e cidos graxos oriundos da hidrlise da matria orgnica complexa, produzindo conseqentemente cidos graxos de cadeia curta como cido actico, propinico e butrico;

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alcois como o etanol; cetonas como a acetona; dixido de carbono e hidrognio, como mostra a Figura 7 (DEUBLEIN; STEINHAUSER, 2008).

Figura 7- Exemplo de converso de carboidrato, no caso a glicose

Fonte: Aquino; Chernicharo, 2000, p. 153

Segundo Aquino; Chernicharo (2005), os microrganismos fermentativos so os primeiros a atuar na etapa sistemtica de degradao do substrato e so os que mais se beneficiam da energia. Portanto, bactrias acidognicas possuem um tempo mnimo de gerao (aproximadamente 30 minutos) e as mais elevadas taxas de crescimento microbiano, ou seja, se multiplica rapidamente em pouco tempo. Dessa forma, a etapa acidognica s ser insatisfatria se o material a ser degradado no for corretamente hidrolisado. Porm, segundo Comastri Filho (1981), entre todas as fases, a metanognica a mais sensvel e exigente, requerendo vrios cuidados para que se processe adequadamente, liberando dessa forma uma boa produo de biogs.

1.4.3 Bactrias Metanognicas As bactrias metanognicas representam geneticamente um nico grupo de microrganismos, onde todas tm forma e estrutura celular diferente e as espcies estudadas possuem metabolismo energtico muito similar e peculiar. Atualmente so conhecidos dezenas de gneros e espcies de bactrias formadoras de metano, incluindo bastonetes, cocos e micro cocos, Gram-negativas, Gram-positivas de desenvolvimento lento e anaerbico obrigatrias, sendo que os principais substratos para as mesmas so: hidrognio, dixido de

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carbono e acetato. As bactrias metanognicas so microorganismos extremamente sensveis s variaes bruscas de temperatura, devendo ser corrigidas, imediatamente, logo que verificadas. A queda brusca de temperatura no biodigestor, por exemplo, pode causar uma reduo progressiva na produo de biogs, at a parada total do mesmo. As bactrias metanognicas de acordo com a temperatura so divididas em psicroflicas (desenvolvem-se em temperaturas menores que 20C), mesoflicas (desenvolvem em temperatura na faixa de 20 a 45C) e termoflicas (desenvolvem-se em temperaturas acima de 45C, suportando temperaturas altssimas) (DEUBLEIN; STEINHAUSER, 2008). A formao biolgica do metano, segundo Comastri Filho (1981), comum na natureza, pois bactrias metanognicas so comumente encontradas em ambientes anaerbicos, onde a matria orgnica facilmente e completamente decomposta. Nestes mesmos ambientes, as bactrias metanognicas so os organismos finais na cadeia alimentar microbiana. Ressaltando que esta cadeia alimentar ocorre perfeitamente em lamas escuras e pntanos, onde a celulose sofre decomposio natural, da a origem do gs dos pntanos, descoberto por Alessandro Volta em 1776. Alm disso, a produo de biogs em biodigestores, que utilizam dejetos de bovinos como matria-prima, no apresenta nenhum problema, muito pelo contrrio, pois as fezes desses animais j contm bactrias metanognicas, necessrias para a produo de biogs. O esterco bovino tem se mostrado excelente matria-prima para a produo de biogs, pelo fato de j possuir naturalmente os microrganismos responsveis pela fermentao.

1.4.4 Parmetros Importantes para Produo do Biogs Os seguintes parmetros so importantes para produo do biogs de forma eficiente, e tendo como resultado final um produto com alto teor de metano. Arruda et al. ( 2002), explica cada um a seguir.

1.4.4.1 Teor de gua A quantidade de gua utilizada deve estar ao redor de 90% do peso do contedo total de biomassa, depende do tipo dessa biomassa. A diluio deve estar em torno de 1:1 a 1:2, ou seja, uma quantidade de gua para a outra de substrato. Tanto o excesso quanto a falta da gua

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so prejudiciais para o sistema, onde a falta pode provocar entupimento na tubulao e o excesso pode atrapalhar o processo da hidrlise, pois exigida uma elevada carga de biomassa para que a mesma se processe adequadamente.

1.4.4.2 Concentrao de nutrientes Os principais nutrientes so os orgnicos, principalmente o carbono, o nitrognio e elementos traos em baixssima concentrao. Deve existir uma relao carbono/nitrognio (C/N) coerente conforme as normas de produo do biogs, onde a mesma deve ser mantida entre 20:1 e 30:1, ou seja, concentrao 20 de carbono para 1 de nitrognio, sendo que o excesso de nitrognio pode levar a m formao do biogs, podendo ter como produto final compostos nitrogenados como a amnia ( NH3).

1.4.4.3 pH Alteraes do pH no interior do biodigestor podem afetar drasticamente as bactrias envolvidas no processo. A mdia do valor do mesmo varia entre 6,0 a 8,0, tendo o pH 7,0 como ponto timo. Isso ocorre naturalmente quando o processo se d em condies normais.

1.4.4.4 Temperatura A temperatura um dos principais parmetros, sendo que o desenvolvimento das bactrias metanognicas e a conseqente produo de biogs devem-se em grande parte temperatura usada no processo, sendo que a temperatura tima vai depender do grupo de bactrias com que se pretende trabalhar, ou seja, se as mesmas forem termoflicas, mesoflicas ou psicroflicas e tambm das condies locais.

1.4.4.5 Tempo de reteno O tempo de reteno pode variar de reao para reao. Normalmente leva de 30 a 45 dias, porm em algumas situaes possvel a existncia do biogs logo na primeira semana

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de reteno hidrulica, isso claro, em propores menores. Em sistemas de biodigestores contnuos mais comum observar essa variao.

1.4.4.6 Concentraes de slidos volteis necessrio ter total conhecimento da quantidade de slidos volteis da biomassa, pois eles que sero fermentados para produzir o biogs. Quanto maior a concentrao de slidos volteis de uma biomassa, maior ser a produo de biogs. Comastri Filho (1981), recomenda um mnimo de 120 g de slidos volteis por Kg de matria seca, lembrando que o teor de slidos volteis do esterco bovino varia em torno de 80 a 85%.

1.4.4.7 Substncias txicas O excesso de qualquer nutriente pode ser txico ao sistema. necessrio um cuidado extremo com o uso de desinfetantes, antibiticos e bactericidas nas instalaes onde so criados os animais, pois estes podem contaminar o esterco, retardando o processo e em muitas vezes tornando-se fatal para as bactrias que esto envolvidas no processo biolgico da formao do biogs, em outras palavras melhor evitar o uso dos mesmos em tais ambientes. No recomendado colocar fertilizantes fosfatados, sob condies de ausncia de ar pressurizado, pois esse material pode produzir fosfina, txico e cujo contato letal.

1.4.5 Biogs no Brasil O Brasil, pais de clima tropical, com abundncia de resduos, no deveria continuar emitindo metano na atmosfera, pois poderia aproveitar essa riqueza e deixar de contribuir para o agravamento do efeito estufa. O Brasil dispe de condies climticas favorveis e quantidade expressiva de biomassa para explorar esse amplo mercado, que figura entre os mais promissores na atualidade, deixando de esgotar os recursos de rios nacionais, atualmente maior fonte de energia utilizada. Lembrando ainda que o sistema de gerao de energia atravs de hidroeltricas tem se mostrado frgil, visto os ltimos apages ocorridos recentemente no pas. O Programa de Incentivo s Fontes de Energia no Brasil (PROINFA), criado com base na Lei n 10.438/02, tem como objetivo o aumento da participao da energia

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eltrica gerada por produtores independentes a partir de fontes elicas, pequenas centrais hidreltricas e da biomassa. Abre-se, portanto, uma oportunidade para que sistemas de gerao de energia eltrica, utilizando biogs como fonte primria de energia, venham a ser implantados, promovendo, com isso, maior participao dessa fonte alternativa e renovvel de energia na matriz energtica nacional (SOUZA et al., 2004). Fazendo uma comparao ao que ocorreu na China na dcada de 70, que dos 7,2 milhes de biodigestores instalados, o valor energtico foi equivalente a cinco Itaips ou 48 milhes de toneladas de carvo mineral (GASPAR, 2003). Alm da produo de biogs, os resduos da biodigesto podem ser usados como biofertilizantes em geral, por apresentarem alto teor de nitrognio, fosfato, potssio e demais nutrientes em conseqncia da perda de carbono, diminuindo a relao C/N da matria orgnica e melhorando as condies do material como fertilizante natural. Pelo fato do material j se encontrar em grau avanado de decomposio, aumenta a sua eficincia e solubilizao parcial de alguns nutrientes (ARRUDA et al., 2002).

1.4.6 Pecuria e o Gs Metano A agricultura e a pecuria contribuem para as emisses de metano (CH4), dixido de carbono (CO2) e xido nitroso (N2O) atmosfera, os populares GEE (gases de efeito estufa). O aumento da concentrao desses gases pode trazer conseqncias drsticas para o planeta, entre eles o aquecimento exagerado da superfcie terrestre e destruio da camada de oznio na estratosfera. Quando a matria seca vegetal decomposta em condies de aerobiose (presena de oxignio), libera energia, gs carbnico, minerais e gua. Porm, em condies sem ou com muito pouco oxignio (solos encharcados ou compactados, pntanos, aterros sanitrios, acmulo de dejetos, sistema digestivo de ruminantes, entre outros) em lugar de CO2, essa decomposio vegetal libera CH4 (gs 25 vezes mais calorfico do que CO2), salientando que cada quilograma de matria seca de origem vegetal produz em mdia 2 kg de CO2 (PRIMAVESI, 2007). A fermentao entrica que ocorre no rmen de um bovino herbvoro, produz de 40 a 70 kg/animal/ano de metano (CH4), gs este que tem um efeito estufa 25 vezes mais potente que o CO2, resultando em 1 a 1,7 t/animal/ano de CO2 ou equivalente. J existem sistemas de produo que seguem critrios ecolgicos, incluindo biodiversidade integrada, reciclagem e uso de energia alternativa (MELADO, 2007). preciso levar em conta que o Brasil hoje o

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maior exportador de carne bovina do planeta, onde um bovino de corte com aproximadamente 350 kg gera de 40 a 70 kg de metano (CH4) por ano. Um bovino de leite, em lactao de alta produo gera entre 100 e 150 kg de CH4 por ano (PRIMAVESI, 2007).

1.4.7 Energia Trmica Segundo Lacerta et al. (2005), o biogs pode ser convertido em energia trmica, devendo este ter com o ar uma relao que permita a combusto completa. Quando isso acontece, a chama forte, de colorao azul claro, emitindo um assobio. Se a chama tremer, indica insuficincia de ar, indicando combusto incompleta. Se a chama for curta, amarela e piscante indicam que h pouco biogs e muito ar.

1.4.7.1 Combusto completa

A combusto completa exemplificada pela seguinte reao qumica: CH4 + 2 O2 2 H2O + CO2 Esse tipo de queima no produz gases txicos, a no ser o CO2, que em quantidade desejvel pode contribuir beneficamente na manuteno da temperatura global, mas que em grandes quantidades contribui para o efeito estufa, resultando num aquecimento excessivo da Terra (LACERDA et al., 2005).

1.4.7.2 Combusto incompleta A combusto incompleta exemplificada pela seguinte reao qumica: CH4 + O2 CO + H2O Esse fenmeno ocorre na falta de comburente, no caso o O2. Nesse tipo de queima produzido o monxido de carbono (CO), sendo que este um gs perigoso, silencioso, incolor, inodoro, sem sabor e no irritante, deixando uma pessoa inconsciente ou mesmo

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mat-la silenciosamente em poucos minutos, por estas razes, ele tido como um gs altamente letal (LACERDA et al., 2005). Segundo Lacerda et al. (2005), o CO se torna txico ao homem quando entra em competio com o O2 pelo sangue, podendo resultar principalmente em ausncia de oxignio no crebro, se prolongada pode resultar em leso cerebral e levar o homem a bito. Isso ocorre devido a converso da oxi-hemoglobina em carboxi-hemoglobina (COHb), sendo que a afinidade da hemoglobina pelo CO 240 vezes maior que pelo O2. Alm, disso h a fuligem que entra no sistema respiratrio causando danos respiratrios ao homem. Aproximadamente 60% do monxido de carbono presente na troposfera se originam das atividades humanas pelos processos de combusto incompleta de materiais orgnicos como, madeira, papel, leo, gs, gasolina, entre outros.

1.4.8 Uso do Biogs na Zona Rural Segundo, Barreira (1993), existe inmeras vantagens em utilizar o biogs na rea rural como, por exemplo, a no competio entre o biogs com outras culturas alimentares pela posse da terra, como ocorre com a cana de acar, a soja e o sorgo, possibilitando ao homem do campo no realizar o xodo rural, oferecendo melhor qualidade de vida para o mesmo e aumentando o emprego no campo, com criao de novas possibilidades. Um dos produtos resultantes da produo do biogs o biofertilizante, que promove aumento da produtividade agrcola em geral, com reduo da demanda de fertilizantes qumicos e oriundos de petrleo, reduzindo com isso os custos relacionados a tais. O biogs tambm permite seu uso para converso em energia trmica e eltrica, promovendo com isso a descentralizao da mesma, alm da auto suficiencia energtica das empresas agrcolas, devido ao baixo custo da tecnologia de aplicao simples. Vale destacar que esta energia 100% limpa, recupera o solo e despolui o meio ambiente. Por fim pode-se ainda ressaltar a reduo de custo com transportes de fertilizantes qumicos e de gs de cozinha, assim como o declino da emisso de metano na atmosfera, o qual na maioria das vezes eliminado.

1.5. Contaminaes de Pastagens, Afluentes e Lenis Freticos

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Nos dias atuais, os danos causados aos recursos hdricos em geral e aos solos motivo de grande preocupao, levando em conta o desenvolvimento da pecuria em confinamento, com elevadas concentraes de animais, dando origem a grandes quantidades de estrumes e chorumes, sendo que o destino final destes resduos tem mostrado um problema extremamente preocupante. Esta situao piora em pastagens com reas relativamente pequenas onde a disponibilidade de terras insuficiente e no consegue assimilar a quantidade de dejetos recebidos. Os bovinos criados em sistemas de confinamento, geram diariamente um grande volume de dejetos e o manejo inadequado destes, que so ricos em matria orgnicas e agentes patognicos, pode ser responsvel pela poluio de guas superficiais e subterrneas, devido ao arraste desse material pela ao das chuvas (FURLONG; PADILHA, 1996). A decomposio e o acmulo de excrementos de bovinos nas pastagens, segundo Rosa et al. (2002), so temas de interesse mundial, que tm estimulado a realizao de vrias pesquisas em diferentes regies do planeta. Porm, em nosso pas os aspectos relacionados a este assunto e suas conseqncias, s est ganhando importncia atualmente, com a divulgao do orgnico, mais propriamente em classes mais privilegiadas, e mesmo assim caminhando lentamente. Os rios, afluentes e lenis freticos, poludos por descargas de resduos humanos e de animais, carregam grande variedade de patgenos, entre eles, bactrias, vrus, protozorios e organismos multicelulares, que podem causar doenas gastrointestinais. As bactrias patognicas comumente encontradas em gua contaminada so Shigella, Salmonella, Campylobacter, Escherichia coli, Vibrio e Yersinia. Alguns protozorios, como a Girdia sp. e a Entamoeba sp., alm de causarem doenas gastrointestinais, podem causar disenteria, desidratao e perda de peso ou at infeco que leve o indivduo a bito. Esses microorganismos se desenvolvem na gua no tratada de animais, atravs da descarga das mesmas, em regies de intensa atividade pecuria. As guas atingidas pela emisso de efluentes perdem, em pouco tempo, a capacidade de manuteno da vida da fauna e flora aquticas (TUNDISI, 2005). Sendo assim, para Rosa et al. (2002), preciso evitar que uma massa to grande de dejetos continue a ser lanada diariamente em tais mananciais, pois comprometem de forma violenta a qualidade de vida das pessoas e a sobrevivncia da fauna e da flora das regies vizinhas dos rios. Alm disso, a aplicao de dejetos in natura como adubo, sem sofrer transformao anaerbica, no pode ultrapassar o limite mximo de absoro do solo da propriedade rural, justamente por isto talvez uma das medidas mais eficazes no combate

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poluio dos rios e solos seria a implantao em massa de biodigestores nas propriedades rurais criadoras de gado leiteiro (GASPAR, 2003).

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2. MATERIAIS E MTODOS

Inicialmente, caracterizou-se o local, os animais e a famlia da propriedade na qual o biodigestor seria construdo, atravs de entrevista face a face com o proprietrio. Na Figura 8 possvel ter uma noo do tipo da biomassa utilizada para construo do biodigestor, no caso o esterco bovino.

Figura 8 - Esterco bovino da propriedade

2.1 Materiais Utilizados

Os materiais foram adquiridos em lojas de matrias para construo. A Tabela 2, de minha autoria, mostra uma listagem dos mesmos, assim como a quantidade de cada um e o custo em reais, com o preo retirado de uma nota fiscal. Deve-se ressaltar que antes da compra foi feita uma pesquisa de preo minuciosa, para que assim pudesse baratear o referido projeto.

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Tabela 2 Materiais usados para construo do biodigestor, quantidades e valores em reais. Material Abraadeira rosca sem fim 3x4 Adaptador com anel- flange Adaptador de polietileno Cmara de bicicleta Capa para proteo de tubo Durepoxi Eluma bucha cobre 4x1 Jackwal torn. Niple 3x3 Jackwal unio red. 1x3 Mangueira para gs 8x4 Niple rosca Registro esfera torneira Silicone Tambor de 200L (0.2m) Tubo 100 provinil Vlvula de alvio Vlvula de fogo Veda rosca Valor total Quantidade 1 unidade 1 pea 1 unidade 1 unidade 1 unidade 1 tubo 1 pea 1 pea 1 pea 1,5 metros 1 pea 1 pea 1 tubo 1 unidade 1,2 metros 1 unidade 1 unidade 1 tubo Valor R$ 0,90 13,57 1,60 2,00 3,00 4,00 4,00 20,00 4,00 8,85 1,59 19,20 3,80 40,00 6,78 12,00 6,30 3,00 154,00

2.2 Mtodos

A construo foi realizada no Stio So Jos, Bairro Baixotes, em Birigui - SP, onde em um tambor de 200 L (0,2 m) de capacidade, com 0,83 m de altura, 0,56 m de dimetro e um raio de 0,28 m, foi feito um orifcio de aproximadamente 12 cm de dimetro na regio superior vertical, com um cano ultrapassando a altura mdia do tambor, atingindo o fundo do mesmo, destinado ao abastecimento de biomassa. Este mesmo cano aps o abastecimento com a biomassa, deve ter uma tampa vedante em sua extremidade superior. Tambm na regio superior do tambor foi feito um orifcio onde foi introduzida uma vlvula esfrica,

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destinada ao alvio de presso do reator, com a finalidade de regular a presso interna do sistema. A esta vlvula conectada uma mangueira para gs e em sua extremidade instalado um queimador, servindo como fonte de calor. Na altura mdia e lateral do tambor, foi feito um orifcio de aproximadamente 4 cm de dimetro, acoplando a este um flange interligado a uma torneira de registro, para posterior sada de biofertilizante. Para vedar totalmente o tambor, oferecendo assim condies anaerbicas para o processo, foi usada uma cmara de bicicleta, Durepoxi, silicone e veda rosca, esses ltimos foram utilizados aps o fechamento da tampa e em todos os locais onde foram instaladas as conexes. Durante os primeiros dez dias, a vlvula de alvio foi cuidadosamente aberta para sada de dixido de carbono. Todos os processos descritos acima podem ser verificados nas Figuras 9, 10,11 e 12.

Figura 9- Tambor escolhido para construir o biodigestor

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Figura 10- Instalao do flange, e registro para sada do biofertilizante

Figura 11- Abastecimento com esterco diludo em gua

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Figura 12- Biodigestor pronto o abastecimento, para posterior fermentao anaerbica

Clculo demonstrativo do volume aproximado do biodigestor. (ARRUDA et al., 2002):

V = Volume do reservatrio de biogs h = Altura (m) d = M (raio= 0,28m) = 3,14 ( valor fixo ) V= R. h V= 3,14. (0,28).0,83 V= 0,204 m ou V = 204 L ( 0,204 m ) (volume do tambor)3

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O abastecimento do biodigestor foi feito com fezes de bovinos leiteiros, na medida de 40 kg de esterco para 60 litros de gua, aproximadamente, ocupando assim metade do biodigestor, deixando a outra metade livre para a formao do biogs. Antes de abastecer o mesmo, foi tomado o devido cuidado para misturar bastante o substrato com a gua, deixando a mistura totalmente uniforme. A Figura 13 demosntra o esquema de um biodigestor em operao e em condies normais, bem como o produto oriundo desse processo, no caso o biogs.

Figura 13- Esquema de um biodigestor em operao

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12345-

Cmara de fermentao Gasmetro Sada de gs Biogs Matria prima para fermentao

4

2

5

1

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3. RESULTADOS

A propriedade de experimento em questo o Stio So Jos, Bairros Baixotes, no municpio de Birigui - SP, com uma rea aproximada de 20 alqueires, tendo em sua estrutura maior quantidade de pastagens e flora expansiva, como indica a Figura 14.

Figura 14 - Foto area da propriedade onde o biodigestor foi instalado

3.1 Bovinos da Propriedade A propriedade descrita conta com 50 cabeas de gado, sendo em sua maioria da raa mestia resultante de misturas entre Bos indicus (zebunos), Bos taurus (taurinos), entre outros, de porte mdio e do tipo leiteira, como mostra a Figura 15.

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Figura 15- Alguns bovinos da propriedade

3.1.2. Alimentao dos Animais da Propriedade A alimentao dos animais principalmente atravs da pastagem de gramneas do tipo mato-grosso (Paspalum notatum) na mesma propriedade, com alimentao complementar utilizando sal mineral, ponteiros de cana-de-acar e subprodutos de culturas da poca, principalmente na seca, onde a alimentao atravs do pasto se torna escassa. Na Figura 16 mostrada a alimentao com sal mineral.

Figura 16- Alimentao complementar com sal mineral

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3.1.3 Sanidade dos Animais da Propriedade Os bovinos so tratados contra ecto e endoparasitas e vacinados regularmente contra febre aftosa. Em entrevista com o proprietrio, foi cientificado que no se encontra no presente momento nenhum animal com patologia comprovada ou fazendo uso de algum tipo de antibitico.

3.2 Moradores da Propriedade

A propriedade possui cinco moradores, divididos em duas residncias.

3.2.1 Consumo de Gs GLP pelos Moradores O consumo mensal de gs de cozinha em mdia dois botijes, aproximadamente, com gasto por volta de R$ 80,00, sendo que o preo atual do botijo de gs gira em torno de R$ 40,00.

3.2.2 Conhecimento sobre Biogs Nenhum dos moradores conhecia o termo biogs at ento, principalmente no que diz respeito energia trmica e eltrica e do possvel aproveitamento do esterco bovino para a produo do mesmo, mas depois de esclarecidas as dvidas, mostraram interesse e depositaram confiana no projeto.

3.2.3 Conhecimento sobre Biofertilizante Nenhum dos moradores conhecia o termo biofertilizante, sendo que o esterco era utilizado anteriormente in natura nas hortalias da propriedade, sendo manipulados em estrumeiras de forma desapropriada e descontrolada. Aps serem cientificados dos riscos que esse processo oferecia, mostraram surpresa e interesse, pois desconheciam tal fato, j que o

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biofertilizante, oriundo do processo fermentativo do esterco bovino, poder ser utilizado de forma segura, sem oferecer riscos de contaminao aos mesmos.

3.3 Biodigestor Construdo

O biodigestor caseiro, a partir da fermentao anaerbica de esterco bovino, pode ser visualizado na Figura 17, finalmente pronto para o incio da produo do biogs.

Figura 17 - Biodigestor construdo

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3.4 Produo do Biogs

A produo de biogs, bem como gerao de energia trmica, pronta para o consumo na propriedade teve incio por volta do 30 dia de reteno hidrulica. A Figura 18 mostra a queima do biogs produzido, evidenciando a presena do mesmo.

Figura 18- Queima do biogs

3.4.1 Clculo da Produo do Biogs Segundo Arruda et al. (2002), 1 m de biomassa produz em mdia 30 m de CH4, levando em conta a qualidade e a quantidade da matria seca e da quantidade de gua, justificando assim o fato de que no se pode ter um valor exato da quantidade de biogs produzida, podemos apenas chegar a valores aproximados. Portanto:

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VB = Volume de biomassa = 1m VM = Volume de metano produzido para cada 1m de biomassa = 30 m VC = Volume de carga inicial = 0,1 m V = Volume de biogs produzido = ?

V = VC x VM VB V = 0,1 m3 x 30m 1m V 3m

(valores prximos de biogs dentro do biodigestor)

Aps finalizar o processo, o tambor foi aberto para mostrar como se d a fermentao dentro do biodigestor, indicado na figura 19, onde mostra a formao de espuma, evidenciando o processo fermentativo.

Figura 19- Espuma dentro do biodigestor (fermentao)

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4. DISCUSSO

O Stio So Jos, com uma rea aproximada de 20 alqueires, tem em sua estrutura maior quantidade de pastagens, servindo de alimento para o gado. Na poca da seca, o gado pode perder peso se for alimentado somente do pasto, devido seca dessa pastagem. Porm o mesmo tem sua alimentao complementada com sal mineral, cana-de-acar, restos da plantao sorgo e outros subprodutos da poca. Isto entra em acordo com os relatos de que as pastagens tropicais e subtropicais apresentam perodos de alta produo forrageira (estao de primavera e vero) e perodos de baixa produo forrageira (estao de outono e inverno). A suplementao em pastagem com minerais e concentrados (proticos e energticos) tem apresentado melhor desempenho no animal (GRANDINI, 2001). Os animais da propriedade so tratados contra ecto e endoparasitas e vacinados regularmente contra a febre aftosa, demonstrando os cuidados com a sanidade dos animais, que muito importante, visto que o esterco produzido pelos mesmos vai ser manipulado por humanos para produo de biogs, que conseqentemente ter produo de biofertilizante. A quantidade de biogs produzido (3 m) suficiente para abastecer uma residncia, por aproximadamente 4 horas, dependendo do tipo de queimador utilizado, visto que ele gasta de 0,32 a 0,63 m/h, com uma mdia de 0,45 m/h (ARRUDA et al., 2002). A propriedade possui cinco moradores, com consumo mensal de gs de cozinha em torno de dois botijes. Trabalhando com valores aproximados: 0,45m3 4 horas 3m3 x X= 26,6 horas

Ou seja, com o biogs do gasmetro, o fogo poder cozinhar por aproximadamente 26,6 horas. Levando em conta que o fogo queima na mdia 0,45 m/h, Segundo Arruda et al. (2002), mesmo que ficasse ligado por 4 horas dirias, o que comumente no ocorre, haveria economia, pois apenas a descarga inicial de biogs produz aproximadamente 3m3 de CH4, pronto para ser utilizado na queima. Lembrando que o custo vai ser sempre zero aps o primeiro abastecimento, pois o tambor utilizado ser sempre o mesmo, com os gastos apenas da construo inicial: R$ 154,00.

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Atravs de clculos simples, possvel obter valores aproximados tambm da quantidade de dias, utilizando o volume de biogs do gasmetro. 1 dias 4 horas X 26,6 horas X= 6,5 dias

Com base nestes clculos, podemos chegar a um valor de 6,5 dias, aproximadamente, utilizando o biogs do gasmetro, apenas da descarga inicial (3 m3 ). Isso se utilizasse o fogo para cozimento por 4 horas dirias, o que normalmente no ocorre. Lembrando que o sistema do biodigestor contnuo, ou seja, o biogs a partir da primeira descarga ser produzido continuamente, com abastecimento dirio de gua e esterco, possvel concluir que sempre haver biogs no gasmetro. Estimando o preo do botijo de gs de 13 kg em torno de R$ 40,00, ocasionar uma boa economia no bolso do proprietrio mensalmente, onde o consumo de gs em torno 2 botijes por ms. Supondo que o consumo do gs de cozinha se equipare a valores prximos com o biogs, por volta do 2 ms j ter obtido o retorno dos valores gastos (R$ 154,00) com a instalao do projeto. Segundo Arruda et al. (2002), o queimador demonstrou fcil adaptao e operao para o uso de biogs e apresentou eficincia trmica. No projeto instalado na propriedade rural em estudo, no houve evidencia de perdas de biogs, comprovando essa teoria. A metodologia utilizada na adaptao do queimador para o uso do biogs in natura, mostrou-se adequada, comprovando experimentalmente os valores tericos, ou seja, a queima de fato ocorreu. A propriedade descrita conta com 50 cabeas de gado, e segundo Barrera (1993) cada bovino produz em mdia 10 kg de biomassa por dia, onde possvel obter aproximadamente um total de 500 kg (1/2 tonelada) de esterco por dia. Ainda segundo o mesmo autor, a quantidade de biogs que 10 kg de esterco podem produzir (0,36 m3.). Podemos concluir que os 50 bovinos possuem potencial de produo de 18 m3 de biogs por dia. Portanto: 10 kg de esterco 0,36 m3 de biogs 500 kg de esterco X X= 18 m3 de biogs/dia

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Segundo Barrera (1993), para cozinhar, usa-se em mdia 0,25 m3 de biogs/ pessoa/dia. Logo, esta possvel quantidade de biogs, gerado por 50 animais, num biodigestor de grande dimenso, seria suficiente para cozinhar para aproximadamente 72 duas pessoas por dia, indicando a alta viabilidade de se instalar na propriedade um biodigestor de grande porte, talvez do tipo canadense, com expectativas futuras, tanto para energia trmica quanto eltrica, inclusive com possibilidade de distribuir energia para os stios vizinhos, a princpio atravs de uma troca, onde os mesmos possam fornecer esterco de sua propriedade, funcionando como uma cooperativa e uma mini usina de biogs, utilizando ainda os efluentes como biofertilizante, pois foi comprovado que a propriedade possui potencial energtico para tanto, isso sem levar em conta a quantidade de esterco dos arredores, visto que existem vrios criadores de gado. Com base no atual interesse do Banco Internacional de Desenvolvimento (BID) que Segundo Barbieri (2004), pode dobrar os incentivos em energias renovveis, tornaria possvel a qualquer agropecuarista implantar biodigestores em sua propriedade, sendo que o pagamento do financiamento s iniciado aps um determinado tempo, geralmente aps o terceiro ano, onde, possivelmente, no final desse perodo, a economia gerada com os custos de energia, j tornaria o projeto vivel e seria revertido em lucro no bolso do consumidor. Pensando um pouco mais alm, a queima de metano reduz as emisses de GEE ( gases de efeito estufa), e segundo Barbieri (2004), essa queima gera o direito de certificados de redues de emisses ( RCEs), e um ttulo negocivel no mercado de carbono mundial. Em outras palavras, com a retirada desses gases da atmosfera, pode dar ao pecuarista a possibilidade da comercializao de crditos de carbono, onde cada tonelada do mesmo equivale a um crdito de carbono, com possibilidade de amortizar a dvida do financiamento (BARBIERI, 2004). Segundo Primavessi (2007), um bovino de leite, em lactao de alta produo gera entre 100 e 150 kg de CH4 por ano. A propriedade de estudo, onde foi implantado o biodigestor, possui 50 cabeas de gado. Tomando como base o valor de 100 kg de CH4 emitido por ano por animal, a propriedade produzir por volta de 5.000 kg de CH4, ou seja 5 toneladas., tornando possvel a teoria de Barbieri (2004). Vale a pena lembrar sempre que, independente de mostrar a viabilidade atravs de nmeros e economia, levando em conta a elevada concentrao de esterco bovino emitida diariamente, j mostra a viabilidade de instalao do projeto, pois ser dado um melhor destino aos dejetos sem tratamento, lanados diretamente no solo e no rio da referida propriedade, questo de higiene e de carter ambiental. Com a queima do metano (CH4),

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deixou de emitir na atmosfera uma quantidade significativa de GEE (gases de efeito estufa), colaborando para a preservao ambiental, visto o grande malefcio que o excesso destes gases podem causar ao planeta (PRIMAVESI, 2007). O biogs se mostrou um gs que polui muito menos que os combustveis derivados de petrleo. Somente em termo de comparao na queima do lcool combustvel (um dos menos poluentes) h a liberao de duas molculas de CO2 a cada mol de lcool queimado, diferente do metano, que s libera uma. Alm disso, um prximo passo para nosso projeto filtrar do biogs utilizando palha de ao e pelo de rabo de boi (BLOG, online, 2008). Finalmente, segundo Arruda et al. (2002), dependendo do destino do biogs, a idia do tamanho em relao ao biodigestor deve ser repensada, pois naturalmente o volume do reator no dever ser to pequeno que a produo de gs seja insuficiente e as necessidades no possam ser atendidas. Logo, o sucesso de um biodigestor depende de sua correta operao e no de seu tamanho.

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CONSIDERAES FINAIS

O presente trabalho demonstrou a viabilidade tcnica e econmica da implantao de biodigestor para produo de biogs em propriedade rural, utilizando esterco bovino como insumo. A gerao de energia atravs de esterco bovino altamente sustentvel e renovvel, fazendo com que o meio ambiente seja preservado, reduzindo a emisso de agentes poluentes, possveis colaboradores do aquecimento global e, conseqente, efeito estufa. A utilizao de recursos renovveis no s traz economia na utilizao de recursos fsseis, como tambm tem a funo de preparar futuros pesquisadores para que sejam disseminadores de conhecimentos e novas tecnologias, pois necessria a conscientizao de que combustveis fsseis so energias finitas e sujas. Ainda existem inmeras limitaes para a utilizao destas fontes de energia, mas com o passar do tempo, medida que conhecimentos forem difundidos e a prtica se tornar mais aceita, uma nova realidade poder comear a despontar. A gerao de energia a partir de esterco bovino contribui tanto do ponto de vista ambiental quanto social, com menores ndices de emisses de gases poluentes, gerao de empregos e incentivo atividade econmica, tendo em vista principalmente a economia que a mesma proporciona s propriedades rurais que possuem esse tipo de tecnologia instalada. visvel a necessidade de expanso significativa da oferta de energia eltrica no mundo atual. Mesmo sem considerar a reduo da energia, que o governo brasileiro pretende promover, h expectativa de dficit de energia, podendo gerar inmeros apages, podendo causar um verdadeiro caos. preciso que urgentemente sejam tomadas as providncias necessrias, para que no futuro possa existir um desenvolvimento sustentvel, com o uso racional de energia e a biomassa possa figurar entre as principais fontes de energia, em virtude da disponibilidade da mesma, da facilidade na tecnologia de implantao e dos perigos que essa matria prima causa in natura, sem ser devidamente processada. Se existe uma quantidade excessiva de biomassa disponvel e de fcil acesso, dependendo de como se d um destino mesma, esta pode ser nociva ao ser humano e ao ambiente, porm com seu uso correto poderia colaborar com o controle ambiental e com a economia por que estamos demorando tanto para aproveitar?

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