BIOGÁS

Lucas Caineli Marques1

Marcos Reguin Dutra2

Nara Aparecida Ferreira3

Paloma de Souza Paixão4

Paulo Corrêa Júnior 5

Aguinaldo Borba Pereira6

O biogás é uma fonte de energia considerada renovável por partir de compostos

naturais. É uma fonte que vem sendo bem vista e considerada como uma das

soluções para alimentação de energia do mundo caso haja a queda das

hidrelétricas. A transformação dos resíduos em energia não necessita de muita

tecnologia e nem muito investimento, pois se trata de um processo que é em sua

maioria natural, essa transformação ocorre sem interferência do homem em lugares

como pântanos, fundos de corpos d’água, intestinos de animais, entre outros.

Redirecionando essa energia para atividades necessária e trabalhando para que ela

aconteça em larga escala, é uma alternativa boa e barata para substituição de

outros meios de produção de energia.

Palavras-chave: Biogás. Energia. Renovável.

1Aluno do Curso de Bacharelado em Engenharia Mecânica do Centro Universitário do Sul de Minas.Email: lucascaineli@hotmail.com2Aluno do Curso de Bacharelado em Engenharia Mecânica do Centro Universitário do Sul de Minas.Email:marcos_reguin@hotmail.com 3Aluno do Curso de Bacharelado em Engenharia Mecânica do Centro Universitário do Sul de Minas.Email: ferreira-nara@hotmail.com4Aluno do Curso de Bacharelado em Engenharia Mecânica do Centro Universitário do Sul de Minas.Email: palomasouza.mg@outlook.com5Aluno do Curso de Bacharelado em Engenharia Mecânica do Centro Universitário do Sul de Minas.Email: paulojrcangere@hotmail.com6Professor orientador do Curso de Bacharelado em Engenharia Mecânica,mestre em Ensino da Matemática do Centro Universitário do Sul de Minas. Email: aguinaldo@unis.edu.br

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1 INTRODUÇÃO

Considerando uma crise que envolve a água do mundo, comprometendo a geração

de energia, estamos analisando hipóteses de usar o Biogás para suprir essa

necessidade ou pelo menos a maioria dela

Tratando-se de uma fonte de energia renovável e de baixo custo, vimos nela forte

potencial, pois já estando em crise, uma solução de baixo custo já é um ponto

positivo. Outro ponto que faz com que o biogás se destaque dentre as outras e o

fato de não poluir o meio ambiente, e sim ajudar na transformação de resíduos

orgânicos. Abordaremos abaixo as vantagens, desvantagens, custos, entre outras

etapas necessárias para fazer do biogás uma fonte de energia renovável completa.

2 BIOGÁS

O Biogás foi descoberto por Alessandro Volta, no século XVIII. Ele é formado a

partir da degradação de matéria orgânica com grande variedade de resíduos

orgânicos (biomassa), e é composto basicamente por metano (CH4), dióxido de

carbono (CO2) e uma mistura de gases como hidrogênio (H2), nitrogênio (N2),

monóxido de carbono (CO), amônia (NH3), oxigênio (O2) e aminas voláteis. A

porcentagem dos constituintes desse gás pode variar de acordo com o material

utilizado na decomposição. Conforme a concentração de impurezas se eleva em sua

composição (água e dióxido de carbono), seu poder calorífico diminui tornando-o

menos eficiente. Logo, quanto mais metano em sua composição, mais puro é o

biogás.

Como a biomassa é formada por matéria orgânica, grande parte da energia

armazenada nela é perdida para o meio ambiente, devido ao processo de

decomposição. Nesse processo as bactérias retiram dessa massa orgânica algumas

substâncias essenciais para a sua sobrevivência, e assim, lançam na atmosfera

calor e gás. O gás emitido é fonte de energia barata e não poluidora.

Aliar o desenvolvimento à sustentabilidade é uma conquista que permite a

manutenção dos recursos naturais, garantindo o progresso responsável da

sociedade. Diante da crise energética que o Brasil vem enfrentando, surge espaço

para o estudo de novas fontes de energias. Comparadas ao cenário internacional, as

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iniciativas para produção de biogás no país ainda são lentas. Mas sabe-se do seu

grande potencial e importância para o equilíbrio das energias renováveis.

Em larga escala, a utilização da energia desse gás permitiria a redução do consumo

de petróleo, diminuindo a quantidade de gases poluentes emitidos na atmosfera e,

poderia ainda, ser uma solução para a diminuição de lixo jogado na natureza, que

por sua vez, contamina o solo.

3 SISTEMA DE CAPTAÇÃO DE BIOGÁS EM ATERRO SANITÁRIO

A captação ocorre através de drenos verticais fincados a um metro da superfície do

aterro conectado a tubulações de exaustores que aumentam na eficiência de coleta

do biogás podendo chegar a 80% em relação ao total de gás produzido no aterro

sanitário. E a eficiência de queima d “flare” está entre 98 e 99%.

O sistema de captação promove o encaminhamento do biogás dos drenos, que é

composto basicamente por um conjunto de exaustores e filtros para remoção de

condensado e particulado. Este pré-tratamento, realizado por um filtro para a

remoção de condensados e particulados do biogás tem finalidade de proteger os

exautores. O sistema ativo para a captação do biogás no aterro pode ser descrito da

seguinte maneira: a pressão negativa gerada pelo exaustor na linha de sucção

(sistema de drenagem) é a força motriz que capta o biogás dos drenos e o

encaminha por toda a rede coletora até a unidade de tratamento. Na linha de

entrada do sistema, a vazão e controlada por uma válvula e indiretamente através

do transmissor de pressão, que envia um sinal elétrico para o inversor de freqüência,

acoplado ao exaustor. A primeira etapa de tratamento do biogás captado ocore pela

passagem do mesmo através de filtro no qual o condensado e particulado ficam

retidos.

4 BIODIGESTORES

São aparelhos que permitem o reaproveitam de lixo orgânico, sem utilização de

produtos químicos, na produção de biogás.

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Considerar a compatibilidade entre as características da matéria orgânica e as do

biodigestor a ser utilizado, é um dos principais fatores de sucesso na fabricação do

biogás.

Os biodigestores mais utilizados no Brasil são o Chinês, o Indiano e, Marinha

Brasileira (ambos de produção contínua), pois possuem baixo custo e alto

rendimento.

4.1 Biodigestor Chinês

Foi desenvolvido na China e é construído em alvenaria. Esse modelo é enterrado

no solo, ocupando pouco espaço e possuindo baixa variação de temperatura.

4.1.1Vantagens:

Ocupa pouco espaço na propriedade.

Como mantém contato direto com o solo, sofre pouca variação de temperatura.

Sua cúpula é feita de alvenaria. Como a matéria prima é barata, esse modelo de

biodigestor é o que possui menos custo.

4.1.2 Desvantagens:

Limitação ao tipo de solo, não sendo indicada a construção em solos superficiais.

Não é um biodigestor indicado para acúmulo e armazenamento de gás, pois sua

cúpula é fixa limitando a área de reserva de gás.

4.2 BIODIGESTOR INDIANO

Esses modelos possuem a cúpula móvel, feita de ferro ou fibra, é enterrado no solo

e possuí duas saídas, com duas válvulas, por onde os resíduos são despejados.

De acordo com a produção de gás a cúpula se movimenta verticalmente (para cima

e para baixo). Nesse modelo a fermentação da biomassa ocorre rapidamente, pois

utiliza a temperatura pouco variável do solo, favorecendo a ação das bactérias

decompositoras.

4.2.1 Vantagens:

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A temperatura elevada desse digestor favorece a ação decompositora das

bactérias, fazendo com que esse processo ocorra de forma mais rápida.

Sua maior extensão é vertical, ocupando pouco espaço na propriedade.

Como as paredes são construídas dentro do solo, esse modelo não precisa de

reforço. Sendo assim, ele possui baixo custo.

4.2.2 Desvantagens:

Se a cúpula é feita de ferro, ela está sujeita à ação corrosiva. A pintura com material

antioxidante é altamente recomendada nesse caso.

Sua construção é limitada para áreas que possuem lençol freático, ou seja, não é

indicada para solos superficiais. Nesses casos, podem ocorrer infiltrações.

4.3 Biodigestor Marinha Nacional

Desenvolvido pela Marinha do Brasil possuindo uma base quadrangular , com

paredes de alvenaria revestidas por uma lona impermeável e uma cúpula de lona

preta também impermeável, é um modelo mais raso e longo, o que lhe garante uma

maior produtividade de gás.

É o biodigestor mais utilizado no Brasil devido ao aperfeiçoamento da manta

impermeável que passou ser fabricado em Policloredo de Vinila (PVC), o que leva a

apresentar um baixo custo e facilidade de instalação.

4.3.1 Vantagens:

Maior resistência a corrosão provocado pela água e pelo ácido sulfídrico presente

na mistura gasosa.

Pode receber maior quantidade de resíduos, comparado ao modelo Indiano.

4.3.2 Desvantagens:

Necessita um a área maior para aplicação de acordo com o requerido.

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5 PODER CALORÍFICO

O poder calorífico representa a quantidade de energia liberada na combustão de

uma unidade de massa de biogás. Esta é uma das características mais importantes

do gás e pode ser medido a volume ou pressão constante.

Existem dois tipos de poder calorífico, o (PCS) poder calorífico superior, que resulta

em água na fase de vapor, e (PCI) poder calorífico inferior, que resulta em água na

fase líquida. Ambos apresentam variações de densidade de energia por massa

(MJ/kg).

Tabela 2: Faixa de poder calorífico.

Poder calorífico Faixa de Variação

Superior (MJ/kg) 17 a 37

Inferior (MJ/kg) 15 a 34

Fonte: Azevedo, 2000.

Devido a este fato o metano apresenta (PCS) e (PCI) e, em consequência disso, o

biogás terá um poder calorífico superior e outro inferior como se observa na tabela 3:

Peso Molecular 16,04 u.m.a

Ponto de Ebulição, a 1,00 atm -161,49 °C

Ponto de congelamento, a 1,00 atm -182,48 °C

Pressão crítica 45,48 atm

Temperatura crítica -82,50

Peso específico (0°, 1,00 atm) 0,718 kg/m³

Poder calorífico superior (0°,1,00 atm) 9.520,00 kcal/m³

Poder calorífico inferior (0°,1,00 atm) 8.550,00 kcal/m³

Relação ar/combustível 9,53 litros/1litro

Limites de inflamabilidade 5,00 a 15,00% em vol.

Número de octanos 130,00

Temperatura de ignição 650,00 °C

Energia para ignição 300,00 J

Velocidade de chama 0,40 m/s

Fonte: Craveiro

De acordo com a porcentagem de metano na composição do biogás, seu

poder calorífico varia de 5.000 a 7.000 kcal por metro cúbico. Se for eliminado todo o

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gás carbônico da mistura, esse poder calorífico poderá chegar a aproximadamente

12.000 kcal por metro cúbico.

6 BIOFERTILIZANTES

É o subproduto do biogás. Este material é isento de agentes causadores de

doenças, não apresenta odor e não atrai moscas. Contribui diretamente na melhora

das propriedades físicas e químicas do solo e apresenta maior concentração de

nutrientes. Outra característica é o pH levemente alcalino que propicia o crescimento

de microorganismos úteis a terra levando ao equilíbrio do pH.

A composição do biofertilizante inclui nitrogênio, fósforo e potássio, além de

micronutrientes como cálcio, magnésio e enxofre. O biofertilizante pode ser aplicado

em qualquer tipo de cultura. Complementando a adubação com biofertilizante em

lavouras de café, é possível reduzir a sazonalidade na produção da planta. Na

produção de milho a produção é duplicada demonstrando vantagem na utilização do

biofertilizante. Sua dosagem é quase sempre limitada pelas quantidades disponível

podendo ser duplicada ou triplicada caso haja quantidade suficiente para isso.

7 EMPREGO DO BIOGÁS

7.1 NA PRODUÇÃO DE VAPOR

Neste caso a indústria pode tratar seus resíduos através de um biodigestor de baixo

custo, e utilizar o gás fabricado no processo para geração de vapor nas caldeiras,

economizando carvão mineral, carvão vegetal, óleo combustível ou lenha.

De acordo com a tabela, cada metro cúbico de biogás equivale a 0,55 litros de

diesel, 0,60 litros de querosene, 0,74 kg de carvão ou 1,6 kg de lenha.

Tabela 4: Consumo de Biogás por aplicação

Aplicação Consumo

Motor a explosão 0,450 m³/HP/h

Iluminação 0,120 m³/ camisa de 100W/h

Cozimento de alimento 0,340 m³/pessoa/dia

Forno de assar alimento 0,420 m³/hora

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Aquecedor de Ambiente 0,227 m³/hora

Geladeira 1,3 m³/dia

Fonte: Alves.

7.2 NA GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA

O biogás pode ser utilizado para fornecer energia mecânica em turbinas e motores,

que quando acoplados a um gerador elétrico, são capazes de produzir energia

elétrica. Essa energia pode ser utilizada pela indústria de acordo com suas

necessidades. Um metro cúbico de biogás equivale a 6,5 kWh.

7.3 COMO MATÉRIA-PRIMA PARA A INDÚSTRIA

O metano pode ser utilizado para sintetizar vários compostos orgânicos, entre eles,

o metanol. Nesse processo é aconselhável adicionar gás carbônico no estágio de

reforma, com composição ideal de 77,4% de metano (CH4) e 22,6% de dióxido de

carbono (CO2). Como a concentração de gás carbônico no biogás varia de 30% a

45%, deve ser feito o ajuste para que a concentração de gás carbônico seja de

22,6%.

7.4 COMO COMBUSTÍVEL VEICULAR

Quando a produção de biogás é em alta escala, uma nova empregabilidade surge:

Utilizá-lo como combustível veicular.

Utilizar o gás na forma gasosa sob alta pressão é uma opção para baratear o seu

custo sem necessidade de liquefazê-lo.

Quando aplicado desta forma, é necessário purificá-lo retirando o gás carbônico

para aumentar o poder calorífico e melhorar a autonomia do veículo, e retirar o gás

sulfídrico a fim de evitar problemas relativos à corrosão interna do motor.

8 EM DISCUSSÃO

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8.1 VANTAGENS NO USO DO BIOGÁS

Como o biogás é uma fonte de energia limpa, há uma baixa taxa de emissão de

gases poluentes, garantindo benefícios à saúde da população e ao meio ambiente.

Aliado aos geradores, o biogás pode ser utilizado na geração de energia elétrica.

A capacidade de conversão de lixo orgânico em produção de energia faz com que o

biogás seja útil à diminuição dos aterros sanitários.

O gás GLP pode ser substituído pelo biogás e tem sido bem recebido pelas donas

de casa, pois possui uma chama limpa que não produz fuligem.

Para ser produzido, o biogás independe de condições climáticas e disponibilidade

de reservas naturais.

8.2 DESVANTAGENS NO USO DO BIOGÁS

Há grande concentração de gás metano em sua composição, sendo assim, é

necessário transformar o gás metano em gás carbônico. Porém, como combustível,

a principal utilidade do biogás está ligada à combustão do metano, produzindo um

alto índice calorífico.

9 CONCLUSÃO

Atualmente, com os problemas enfrentados pela sociedade em relação à crise

energética, o mais viável seria buscar uma matriz energética alternativa. Devido sua

grande viabilidade de produção e rendimento, o biogás tem destaque nessa

discussão. Muitos países já dominam a tecnologia para a geração deste gás,

inclusive o Brasil.

A produção do biogás não é ainda mais viável por diversos problemas políticos e

econômicos, tal como a lucratividade do petróleo e seus derivados em relação aos

outros combustíveis alternativos. Apesar desses empecilhos, esta fonte alternativa

apresenta vantagens importantíssimas para o meio ambiente, pois gera energia

limpa e contribui para a manutenção dos combustíveis fósseis, e a facilidade e baixo

custo para a sua produção gera retorno econômico aliado à sustentabilidade.

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Biogas

Biogas is an energy source considered renewable by from natural compounds. It is a

source that has been well regarded and considered as one of the solutions to the

world's energy supply if there is a drop in hydropower. The transformation of waste

into energy does not need much technology and not much investment , because it is

a process that is in its natural majority, this transformation occurs without human

interference in places like swamps, water bodies funds , intestines animals, among

others. Redirecting that energy to activities necessary and working for it to happen on

a large scale, is a good and inexpensive alternative to replacing other energy

production facilities.

Keywords: Biogas. Renewable Energy.

REFERÊNCIAS

CPT. Biodigestor- uma implantação de retorno garantido. Disponível em:<

http://www.cpt.com.br/cursos-energiaalternativa/artigos/biodigestor-uma-

implantacao-de-retorno-garantido>. Acesso em 13 mar. 2015

USP. Potencial de Geração de Energia elétrica e iluminação a gás por meio do

aproveitamento de biogás proveniente de aterro sanitário. Disponível em:<

http://www.newhome.com.br/HTMLs/Ekohome/Biomassa/Aterro%20Biomassa.htm>.

Acesso em 10 mar. 2015.

TCC- Rafael Deléo e Oliveira. Geração de energia elétrica a partir do biogás

produzido pela fermentação anaeróbia de dejetos em abatedouro e as

possibilidades no mercado de carbono. Disponível

em:<https://www.google.com.br/url?

sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=6&cad=rja&uact=8&ved=0CEAQFjAF&url=

http%3A%2F%2Fwww.tcc.sc.usp.br%2Ftce%2Fdisponiveis

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