PRODUÇÃO DE GÁS METANO EM BIODIGESTOR Autor: José …‰ VIEIRA CARNEIRO.pdf · um projeto...

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UNIVERSIDADE CÂNDIDO MENDES

PÓS-GRADUAÇÃO “LATU SENSU”

INSTITUTO A VEZ DO MESTRE

PRODUÇÃO DE GÁS METANO EM BIODIGESTOR

Autor: José Vieira Carneiro

Orientadora: Profª Ms. Fabiane Muniz

Niterói

2007

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PÓS-GRADUAÇÃO “LATU SENSU”



Esta monografia apresentada ao Curso de

Pós-graduação em Planejamento e

Educação Ambiental da Universidade

Cândido Mendes é parte dos requisitos

para a obtenção do grau de Especialista

em Planejamento e Educação Ambiental.

Por: José Vieira Carneiro

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AGRADECIMENTOS

A Lúcia pela valiosa contribuição na digitação e correção dos textos, bem como o incentivo para dar continuidade e concluir este trabalho de pesquisa.

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DEDICATÓRIA

Dedico esta monografia a todos que direta ou indiretamente contribuíram de alguma forma com suas críticas e sugestões, mas sempre enriquecedoras, para que este trabalho fosse concluído. Sabedoria chinesa: “Resíduo é uma matéria-prima mal aproveitada.”

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...E não há melhor resposta

que o espetáculo da vida:

vê-la desfiar seu fio,

que também se chama vida,

ver a fábrica que ela mesma,

teimosamente, se fabrica,

vê-la brotar como há pouco

em nova vida explodida;

mesmo quando é assim pequena

a explosão, como a ocorrida;

mesmo quando é uma explosão

como a de há pouco, franzina,

mesmo quando é a explosão

de uma vida Severina.

Morte e vida Severina

João Cabral de Melo Neto (1920-1999)

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RESUMO

Hoje com a grande preocupação do homem com o aquecimento global,

futura escassez de petróleo, alto custo da energia, efeito estufa, grandes

volumes de lixo produzidos pela nossa sociedade, ocupando imensas áreas,

aproximando-se cada vez mais dos centros urbanos, com sua vida útil

diminuindo muito rapidamente ou tendo que ser criados novos locais para o

depósito desse lixo, sempre com um custo mais elevado. Entra a biodigestão

como uma alternativa viável para diminuir o volume de matéria orgânica

(grande componente do lixo) que seria descartada nos lixões, aterros

sanitários, etc.

O biodigestor é considerado por muitos como uma verdadeira fábrica de

biofertilizante, biogás e uma usina de saneamento unidos num só equipamento

de quase nulo impacto ambiental, pois toda biomassa nele depositada gera gás

metano e biofertilizante.

Um biodigestor instalado no Centro de Educação Técnica e

Profissionalizante – CETEP, localizado na Rua Guimarães Junior, 182 –

Barreto – Niterói – RJ, é totalmente viável, já que 25kg de resto de cultura

produz em média 1,0m³ de gás metano CH4. Como a quantidade de matéria

orgânica diária a ser depositada é de 4,0 toneladas, vai gerar 160m³ de gás

metano para ser queimado na cozinha do refeitório da escola.

O outro aspecto é o ambiental. Como toda essa matéria orgânica é

utilizada para abastecer o biodigestor, seria menos 100 toneladas mensais nos

lixões, contribuindo para o aumento da vida útil dos lixões ou aterros sanitários

e também diminuindo o chorume e a emissão de gás metano na atmosfera,

grande causador do efeito estufa.

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METODOLOGIA

A metodologia utilizada para a realização deste trabalho foi uma

extensa pesquisa bibliográfica, consulta a sites especializados, órgãos

governamentais (ministérios, secretarias, etc.). Quanto a pesquisa bibliográfica,

o trabalho mais árduo foi procurar de algum livro que descrevesse alguma

experiência com biodigestor que utilizasse como biomassa o material orgânico

vegetal e resto de alimentos, para que pudesse ser adotado como parâmetro

nesta monografia. Especificamente não foi encontrado exatamente esta

biomassa para abastecer o “nosso biodigestor”, mas todas as tabelas utilizadas

foram associadas à matéria seca (resíduos vegetais), consultados em tabelas

de órgãos governamentais, trabalhos apresentados em congressos, todas

mostrando a mesma relação entre massa de resíduo vegetal e volume de gás

metano gerado. Por isso, será adotado este valor para balizar esta monografia.

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SUMÁRIO

INTRODUÇÃO 9

CAPÍTULO I: Um pouco de história do Biodigestor 10

CAPÍTULO II: O que é um Biodigestor? 13

CAPÍTULO III: Tipos de biodigestor 17

CAPÍTULO IV: O Biogás 26

CAPÍTULO V: O Biofertilizante 31

CAPÍTULO VI: Impacto Ambiental Positivo 34

CONCLUSÃO 37

BIBLIOGRAFIA 38

WEBGRAFIA 39

ÍNDICE 41

FOLHA DE AVALIAÇÃO 43

9

INTRODUÇÃO

Este trabalho tem por objetivo verificar se há viabilidade econômica de

se instalar um biodigestor no CETEP – Barreto, utilizando como biomassa os

resíduos dos alimentos do refeitório e os rejeitos de frutas, verduras e legumes

que são comercializados na Central de Abastecimento, localizada próxima ao

CETEP, a menos de 400 metros da escola. O objetivo seria adicionar aos

restos de comida da escola (1600 refeições por dia),durante 6 dias por semana

aos rejeitos da Central de Abastecimento de Niterói (CADEN) situada na Rua

Galvão, 148 - Barreto – Niterói – RJ, que estão impróprios para a

comercialização. Segundo estimativas do diretor administrativo, Sr. Jorge

Villela Soares, supera quatro toneladas por dia esses rejeitos, adicionados com

os 110 quilogramas de restos de alimentos produzidos pelo refeitório do

CETEP. Com esta matéria orgânica (biomassa), pretende-se verificar,através

de dados já estabelecidos, qual a quantidade (volume em metros cúbicos) de

gás metano (CH4) poderia ser gerado num biodigestor para ser utilizado na

cozinha do refeitório.

Outro aspecto que a princípio não passa pelo crivo econômico,é o ambiental,

que hoje em dia todos nós deveríamos olhar com a máxima atenção, que é a

possibilidade de diminuir significativamente o volume de lixo que iria para os

lixões ou aterros sanitários (se é que este existe em nossa região). Com isto,

ganha a escola, o meio ambiente, os alunos e professores e toda a

comunidade escolar, já que despertará para esta comunidade de participar de

um projeto ecológico de grande impacto positivo dentro da escola e

provocando uma conscientização de todos quanto à possibilidade de

transformação de energia e a urgente necessidade de redução do lixo

descartável.

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CAPÍTULO I

UM POUCO DA HISTÓRIA DO BIODIGESTOR

Em 1776 o pesquisador italiano Alessandro Volta, (o mesmo que inventou a

pilha) identificou pela primeira vez o gás metano (CH4) como resultado de

decomposição da matéria orgânica “restos de vegetais em ambientes

confinados , os chamados “gás dos pântanos”.

Em 1806, na Inglaterra Humphey Davy identificou um gás rico em carbono e

dióxido de carbono, resultante da decomposição de dejetos de animais em

lugares úmidos [...] . Ao que parece, apenas em 1857, em Bombaim, Índia, foi

construído a primeira instalação operacional destinada a produzir gás

combustível, para um hospital de hansenianos. Nesta mesma época,

pesquisadores como Fisher e Scharader, na Alemanha e Grayon na França,

entre outros, estabelecerem as bases teóricas e experimentais da biodigestão

anaeróbia. Posteriormente, em 1890, Donald Cameron projetou uma fossa

séptica para a cidade de Exeter, na Inglaterra, sendo o gás produzido utilizado

para iluminação pública. Uma importante contribuição para o tratamento

anaeróbio de esgotos residenciais foi feita por Karl Inhoff, na Alemanha que por

volta de 1920, desenvolveu um tanque biodigestor, o tanque Inhoff, bastante

difundido na época (Nogueira, 1986, p. 1-2).

Em 1857 na Índia, nas proximidades de Bombaim, pela primeira vez instalou-se

uma unidade para produção de gás combustível estima-se hoje que exista

neste pais mais de 150.000 unidades instaladas. Em alguns paises como a

Alemanha e asiáticos como a China desenvolveu-se a técnica da produção de

biogás na eliminação de resíduos de esgoto. Esta técnica consiste de um

11 biodigestor. Este equipamento é construído de alvenaria e localizado abaixo

do solo, possui uma campânula por onde sai o gás, uma entrada de material e

uma saída de emergentes, que na verdade é adubo químico de ótima

qualidade.

A primeira instalação no Brasil de um biodigestor foi na Granja do Torto, em

Brasília em 1976, um modelo chinês e que vem funcionando muito bem. Em

1900 foi posto em funcionamento regular em Bombaim, Índia, o primeiro

digestor de batelada o qual recebe carga total de biomassa e somente é

esvaziado quando houver a total conversão da biomassa em biofertilizante e

biogás, segundo Seixas et al (1980, p. 6-7). Na Europa os italianos e alemães

como os povos mais atingidos pela 2ª Guerra Mundial, procuraram

desenvolver muitas técnicas para a obtenção de biogás de dejetos e restos de

cultura. Mas foi na Índia em 1939 que ocorreu os melhores resultados com a

pesquisa de biodigestores, feita pelo Instituto Indiano de Pesquisa Agrícola, em

Kampur, onde a primeira usina de gás de esterco foi instalada. Segundo

Nogueira (1986). O sucesso foi tão grande que os indianos criaram o Gabor

Bux Institute (1950), sob o comando de Ram Bux Singh. Como resultado das

pesquisas houve grande difusão dos biodigestores como forma de obter gás

combustível. Tratar dos dejetos animais e como produto final da biodigestão o

fertilizante (biofertilizante) utilizado na agricultura. Esse trabalho pioneiro,

realizado na região de Ajitmal (norte da Índia), possibilitou a construção de

meio milhão de biodigestores no interior do país.

Pela literatura existente o primeiro biodigestor posto em funcionamento regular

na Índia foi no início do século XX em Bombaim Em 1950, Patel instalou, ainda

na Índia, o primeiro biodigestor de sistema contínuo. Na década de 60, Fray,

um fazendeiro, desenvolveu pesquisas com biodigestores da África do Sul

(Sganzerla, 1983, p. 8)

A China motivada pelo sucesso dos biodigestores construídos na Índia, adotou

a tecnologia a partir de 1958, onde até 1972, já haviam sido instalados 7,2

milhões de biodigestores na região do Rio Amarelo. Nesta localização as

condições climáticas são favoráveis a produção de biogás.

12 Em 1973 deflagrou-se uma grande crise energética com um aumento brutal no

preço do petróleo levando tanto paises ricos como paises do terceiro mundo a

adotar os biodigestores como fonte alternativa de energia, contudo o uso dessa

tecnologia não prosperou tanto em outros paises, como na Índia e China.

Há pelo menos meio século, para os chineses a implantação de biodigestores

transformou-se em questão vital, incrustada em lógicas de política

internacional. Um país continental, com excesso de população, a China

buscou, durante os anos 50 e 60, no auge da Guerra Fria, por uma alternativa

de descentralização energética.

Baseavam-se em uma lógica simples. No caso de uma guerra que poderia

significar a destruição quase total da civilização como a conhecemos. O ataque

às centrais energéticas, como as poderosas usinas hidroelétricas, representaria

o fim de toda a atividade econômica.

Isso porque a energia deixaria de ser disponível nos grandes centros, mas

naqueles pequenos centros, as pequenas unidades de biodigestão

conseguiriam passar incólumes ao poder inimigo. A descentralização, portanto,

implica em criar unidades suficientes nas pequenas vilas, vilarejos e regiões

mais longínquas. Desnecessário dizer a razão pela qual os biodigestores

fizeram parte da estratégia. (Barrera, 1993 p. 17).

Hoje sem o risco de “Guerra Fria” a China precisa desta tecnologia para

fornecer energia para alimentar e fixar os seus milhões de habitantes no

campo.

Já na Índia que não corria o risco de ataques nucleares, o que motivou o

desenvolvimento de biodigestores, foi a escassez de combustíveis fósseis e a

utilização desta tecnologia para saciar a fome de seus milhões de habitantes.

13

CAPÍTULO II

O QUE É UM BIODIGESTOR

Tecnicamente a biodigestão é um processo de degradação, transformação ou

decomposição de substâncias vegetais ou animais, conhecidos como matéria

orgânica. Biodigestor é o aparelho pelo qual se processa a biodigestão. O

biodigestor, basicamente, consiste numa câmara fechada onde a matéria

orgânica (biomassa) será fermentada, anaerobicamente (sem oxigênio)

produzindo biogás e biofertilizante.

Dentre as muitas vantagens do tratamento de dejetos por biodigestão,

podemos citar: a eliminação de ovos de esquistossomos e ancilóstomos, bem

como também as bactérias, os bacilos (desintéricos e paratíficos) e outros

parasitas geralmente presentes. Ao final do processo de fermentação, o

número de ovos de parasitas encontrados no resíduo orgânico no interior do

biodigestor pode ser reduzido em até 99%. Desta forma este efluente pode ser

aproveitado como biofertilizante e aplicado nas culturas agrícolas, sem

apresentar os riscos relativos a contaminantes biológicos. Outra vantagem é a

produção de biogás realizados por um tipo de bactéria do grupo metanogênicas

que degradam a matéria orgânica, produzindo o gás metano (CH4) de alto

poder calorífico e que pode ser utilizado como combustível.

Considerado por alguns como um poço de petróleo, uma verdadeira fábrica de

fertilizante e uma usina de saneamento, unidos num só equipamento, pois além

de produzir gás de alto poder calorífico, limpa os resíduos não aproveitáveis de

uma propriedade e gera fertilizante de excelente qualidade. Neste sentido o

biodigestor apresenta-se como fonte alternativa de energia, isto sem considerar

quase nulo o impacto ambiental e o relevante impacto social.

Os biodigestores agrícolas que têm por finalidade a decomposição da matéria

orgânica (biomassa), mas também a obtenção de um produto de alta

14 concentração de nutrientes para vegetais, que é utilizado como adubo ou

fertilizante, é conhecido como biofertilizante.

Com os atuais conhecimentos científicos sobre os biodigestores foi possível

estabelecer diversas fases da biodigestão. De posse destes conhecimentos

passou então a ser possível projetar e construir os biodigestores, para atender

as diversas necessidades de uso.

2.1- FASES DA BIODIGESTÃO

Seguem as várias fases da biodigestão dentro de um biodigestor.

A – REAÇÃO ENZIMÁTICA – Auxiliadas por ações mecânicas as enzimas

agem como catalizadores nas reações que transformam os compostos

orgânicos complexos, tornando-os mais simples, e hidrolizando-os, e facilitando

assim a ação de ácidos e bactérias, e tornando a digestão mais fácil, como

acontece no sistema gástrico dos animais. Uma das mais importantes reações

desta fase é a transformação dos produtos amiláceos presentes na matéria

orgânica, em açúcares.

B – AÇÃO DO OXIGÊNIO E BACTÉRIAS – Nesta fase a matéria orgânica

(parte digerida e parte não digerida) já beneficiada pelas bactérias é submetida

à ação do oxigênio e de bactérias aeróbias e mistas, provenientes dos

excrementos animais, provocando a formação de compostos de cadeias

simples e solúveis na água.

C– ATAQUE BACTERIANO – Aqui, a matéria orgânica, parcialmente

decomposta, é submetida à ação de leveduras alcoólicas, que transformam os

açúcares provenientes dos amiláceos submetidos à ação das enzimas na

primeira fase, em álcoois. Também por ação de bactérias os álcoois

transformam-se em ácidos acéticos, e este em acetatos. Esta fase ainda é

predominantemente aeróbia, uma vez que se processa na presença de

oxigênio do ar.

D – FASE ÁCIDA MISTA – Durante esta fase, misturam-se as ações de

bactérias aeróbias e anaeróbias, num meio ainda ácido. O meio de cultura vai-

15 se tornando, parcialmente neutro, e propício à ação e predominância de

bactérias anaeróbias, neutralizando o meio de cultura, dá início então a uma

nova fase.

E – FASE ANAERÓBIA NEUTRA – Esta fase é caracterizada pela

predominância total de bactérias anaeróbias, conseqüência de condições de

vida que lhes são mais favoráveis do que as bactérias aeróbias e mistas. Pela

ação das bactérias anaeróbias predominantes, nosso meio de cultura já é uma

biomassa composta de húmus, soluções coloidais e soluções moleculares

ionizadas. Nesta fase a biomassa apresenta-se neutra, e seu DBO (Demanda

Biológica de Oxigênio) já é mínimo e geralmente zero.

F – FASE DE OXIGENAÇÃO E AERAÇÃO – Esta é a última fase do processo,

e por ela, se faz a redução e eliminação do DQO (Demanda Química de

Oxigênio).

2.2- COMPONENTES DE UM BIODIGESTOR

Um biodigestor agrícola genérico deve ser projetado de forma que se constitua

numa série de câmaras interligadas, para que em cada uma delas se

desenvolva de maneira independente, cada uma das fases da biodigestão. As

funções de cada câmara podem ser assim descritas:

A – CÂMARA DE DESCARGA – aqui é feita a carga de resíduos constituintes

da matéria orgânica, os quais são submetidos à trituração e misturados com

água.

Nesta câmara, também se processa, uma aeração, e a matéria orgânica passa

por transformações físico-químicos, catalizadas por enzimas, e realizadas por

bactérias, sendo que uma das pricipais reações é a transformação dos

produtos amiláceos em açúcares. Geralmente esta câmara tem capacidade

para reter matéria orgânica por 5 dias.

B – CÂMARA DE TRATAMENTO AERÓBIO – Nesta fase continua-se com a

aeração da matéria orgânica, e processa-se uma fermentação aeróbia ácida,

quando os açúcares são transformados em álcoois, e estes se transformam em

16 ácido acético, sendo que o ácido assim obtido, forma acetatos, e o nível de

DQO é reduzido. O dimensionamento desta câmara, geralmente é feito para

uma retenção de massa por 15 dias.

C – CÂMARA DE TRATAMENTO MISTO - Processa-se nesta câmara uma

fermentação mista, entre aeróbia e anaeróbia ácida, iniciando-se já a tendência

para a fermentação anaeróbia neutra. Aqui, o nível de DBO (Demanda

Biológica de Oxigênio) começa a declinar, e inicia-se a formação de biogás, e

do húmus. As dimensões desta câmara devem permitir retenção da matéria

orgânica durante 15 dias.

D – CÃMARA DE TRATAMENTO ANAERÓBIO - Nesta câmara de

fermentação anaeróbia é totalmente dominante, e temos a formação ampla de

biofertilizante, de húmus e de biogás. O dimensionamento desta câmara

deverá permitir a retenção de biomassa dentro da mesma durante 15 dias.

E – TANQUE DE AERAÇÃO – Neste tanque, é feita a aeração para nitrificação

através de bactérias nitrificantes, e drástica redução do nível de DQO.

F – DEPÓSITO DE BIOFERTILIZANTE PURO – Sua finalidade precípua é a

estocagem do biofertilizante que deverá ter capacidade de 30 dias de produção

do biodigestor, e deve ter comunicação com os tanques de mineralização.

G – TANQUE DE MINERALIZAÇÃO – Geralmente tem capacidade de 10 m³.

Aqui, quando necessário, faz-se a correção da composição química do

bioferlizante.

Para se ter um biodigestor que funcione conforme o esperado, é necessário

assessoria de profissionais que tenham bastante vivência nesta especialidade.

O projeto de um biodigestor requer um estudo bem desenvolvido que exige um

trabalho de engenharia, por se tratar de um equipamento complexo. Como

qualquer outro implemento agrícola, o biodigestor necessita de um operador, e

de manutenção, o que requer pessoal bem treinado.

17

CAPÍTULO III

TIPOS DE BIODIGESTORES

Os biodigestores podem ser cilíndricos e prismáticos, quanto à forma. Em

relação ao terreno, podem ser horizontais (se as dimensões da base forem

maiores que a altura) e verticais (se a altura for maior que as dimensões da

base). Os gasômetros podem ser do tipo fixo, quando acoplados diretamente

ao digestor, e independente, quando instalado fora da câmara digestora.

Quanto ao funcionamento, eles podem ser dos tipos estático (imóvel), dinâmico

(flutuante) e inflável.

3.1- BIODIGESTOR MODELO INDIANO

É um sistema de produção de gás metano (CH4), vertical, contínuo, com

gasômetro flutuante, acoplado ao corpo da câmara digestora, localizada abaixo

do nível do terreno. De forma cilíndrica é construído em alvenaria de tijolos ou

concreto. O gasômetro é de chapa de aço, com o teto cônico ou reto, podendo

também ser usada a fibra de vidro. O selo hidráulico do conjunto é garantido

pelo peso do gasômetro.

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Biogás – Um Projeto de Saneamento Urbano – Agenor P.T.Magalhães.

3.2- BIODIGESTOR MODELO CHINÊS

É um sistema de produção de biogás (gás metano), vertical, de cúpula

(gasômetro) fixa, de forma cilíndrica, com calotas inferior e superior construídas

em alvenaria de tijolos ou concreto, sendo situado abaixo do nível do solo. Sob

a calota superior se acumula o gás (câmara de gás).

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Biogás – Um Projeto de Saneamento Urbano – Agenor P.T. Magalhães.

3.3 – BIODIGESTOR MODELO PLASTISUL

É do tipo horizontal, com câmara digestora escavada no solo, e a campânula

de gás do tipo inflável é de plástico fabricado pela Plastisul.

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3.4 – BIODIGESTOR APÓTEMA I

É uma composição dos modelos chinês e indiano, com a cúpula fixa e o

gasômetro independente.

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3.5 – BIODIGESTOR APÓTEMA II

Adaptado do modelo indiano, sendo uma variação do modelo Apótema I,

apresentando o gasômetro flutuante.


3.6 – BIODIGESTOR APÓTEMA III

Com o digestor de cúpula fixa e gasômetro flutuante independente, é uma

alternativa construtiva ao modelo Apótema I.

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3.7 – BIODIGESTOR MODELO MARINHA

Sendo do tipo horizontal, com a câmara digestora acima ou abaixo do solo,

com gasômetro construído em fibra plástica inflável, tendo como característica

principal, a facilidade de acoplar em série diversos módulos de até 5 unidades,

em linha ou 4 unidades formando um quadrilátero, estes conjuntos de quatro

ou cinco biodigestores poderão ser colocados lado a lado formando enormes

painéis com centenas ou milhares de unidades. O biogás produzido será

recolhido por uma única tubulação, situada ao longo dos conjuntos,

conduzindo-o direto aos pontos de utilização. Se sistema como estes fossem

adotados, seria possível processar enormes quantidades de biomassa, como é

o caso dos lançamentos de esgotos de cidades, tratamento de efluentes

industriais (destilarias, matadouros, indústrias, etc.). Com isto produzindo

24 grandes quantidades de biogás e biofertilizantes. A produção estimada diária

de biogás, para o modelo Marinha II é de 6 a 10m³/dia de biogás e para o

modelo Marinha III é de 15 a 30m³/dia de biogás, dependendo das condições

de temperatura e do tipo de matéria orgânica a ser utilizada.

Manual do Biodigestores Marinha – Engº Civil Januário Elcio Lourenço.

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Manual dos Biodigestores Marinha – Engº Civil Januário Elcio Lourenço

26

CAPÍTULO IV

O BIOGÁS

O Biogás, considerado como sub-produto da biodigestão, conseqüentemente

do biodigestor, pois somente de 2,0 a 4,0% do peso da matéria orgânica inicial

utilizada no processo, transforma-se em biogás, uma mistura de gases, e em

sua composição encontramos em média:

60% de gás metano (CH4)

38% de gás carbônico (CO2)

1,5% de gás sulfídrico (H2S)

traços de outros gases

O biogás é produzido na fase de gaseificação do processo de digestão

(degradação da matéria orgânica). O biogás contém de 65 a 70% de metano,

25 a 30% de monóxido de carbono, hidrocarbonetos e gás sulfídrico. O poder

calorífico do biogás é de 5.700 a 6.200Kcal/m³.

O processo de produção do biogás tem sua ótima velocidade com pH entre 7 e

8, e temperatura ao redor de 35ºC. Em pH menores que 7, a geração é

paralisada, e em temperatura abaixo de 15ºC a produção é muito pequena.

O processo de produção de biogás depende da temperatura e do pH do

substrato, da concentração de nutrientes e de sólidos da solução, sendo que as

dimensões dos biodigestores devem levar em conta, também a produção de

resíduos que se tem disponível para abastecê-los.

O poder calorífico do biogás varia de 5.000 a 7.000 Kcal/m³, sendo variável

devido a maior ou menor pureza, ou seja, da quantidade de metano presente

na mistura. O biogás altamente purificado pode chegar a 12.000 Kcal/m³.

Portanto, 1,0 m³ de biogás equivale:

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0,613 litros de gasolina

0,579 litros de querosene

0,554 litros de óleo diesel

0,454 litros de GLP

0,790 litros de álcool hidratado

1,536 Kg de lenha

1,428 Kw de energia elétrica

Por possuir um alto teor de metano é um ótimo gás para geração de energia

térmica, e mesmo combustível para motores de explosão. Para aumentar o

rendimento térmico do biogás e eliminar sua característica corrosiva, devido à

presença de ácido sulfídrico, é aconselhável tratá-lo. Assim sendo, o gás

sulfídrico deverá ser eliminado por lavagem em lixívia de hidróxido de potássio

e o sal resultante, adicionado ao bioferlizante para enriquecê-lo com enxofre e

potássio. O gás carbônico pode ser eliminado por lavagem do biogás com água

sob média pressão, e posteriormente utilizado para enchimento de extintores

de incêndio. Também podemos eliminar o gás carbônico, por lavagem do

biogás com hidróxido de cálcio, e o sal resultante (carbonato de cálcio ou

calcário), utilizado para correção do pH de solos ácidos.

O gás final será metano puro, em ótimo combustível, que tanto poderá ser

utilizado em baixas pressões em fogões, estufas, como armazenado sob altas

pressões em cilindros apropriados, que apresentam resistência similar àquela

dos utilizados para engarrafamento de hidrogênio ou oxigênio.

Comparando o biogás com as demais fontes de energia, 1,0 m³ de biogás é

equivalente a:

1,5 m³ de gás de cozinha

28 0,8 litros de gasolina

1,3 litros de álcool

7,0 Kw de eletricidade

2,7 Kg de madeira queimada

Entre outros usos, sendo que 55m³ de biogás resultam em 3 horas/dia de

funcionamento de gerador e produção de 86.000Kw/ano.

Ainda temos que 10 m³ de biogás fazem funcionar uma fornalha de secagem

por 3 horas.

Este item teve como referência o VII Simpósio Goiano de Avicultura e II

Simpósio Goiano de Suinocultura – Avesui Centro – Oeste Seminário Técnicos

e Suinocultura – 13, 14 e 15 de setembro de 2005 – Goiânia - GO

Para produzir 1,0 m³ de biogás é necessário:

25 Kg de esterco fresco de vaca

5 Kg de esterco de galinha

12 Kg de esterco de porco

25 Kg de plantas ou cascas de cereais

20 Kg de lixo

Como ótimo combustível que é o biogás, pode substituir o GLP, em fogões,

lampiões, aquecedores de água e outros, em saunas, bem como a gasolina e o

óleo diesel, com simples adaptações nos motores que utilizam estes derivados

de petróleo, em geradores de energia (a ONAN – Montgomery do Brasil S.ª

fabrica motores até 9,0 CV, com um consumo de 3,16 m³/h de biogás.

29

Composição do biogás

O biogás é um gás resultante da fermentação anaeróbia (em ausência do

oxigênio do ar) de dejetos animais e resíduos vegetais, isto é, da degradação

da matéria orgânica, em condições adequadas de umidade, temperatura e

acidez.

Assim é que a composição do biogás conforme o material a ser digerido

(composição do substrato ), a temperatura no interior do biodigestor, o tempo

de fermentação e mesmo o modelo e a capacidade do biodigestor.

Em valores usuais, a mistura gasosa se compõe de:

Metano CH4 55 a 65%

Gás carbônico CO2 35 a 45%

Hidrogênio H2 0 a 1%

Oxigênio O2 0 a 1%

Nitrogênio N2 0 a 1%

Gás sulfídrico H2S 0 a 1%

Os gases principais são o metano, com 65% e o gás carbônico com 35%,

considerados valores médios. O gás metano é combustível por excelência e o

biogás é tanto mais puro quanto maior é seu teor de metano. O gás sulfídrico,

formado no processo de fermentação, e o que dá o odor pútrido característico à

mistura quando o gás é liberado, sendo também o responsável pela corrosão

que se verifica nos componentes do sistema.

30 ESQUEMA DO CICLO DO BIOGÁS

Biogás – Um Projeto de Saneamento Urbano – Agenor P.T. Magalhães

31

CAPÍTULO V

O BIOFERTILIZANTE

O valor de um biodigestor está também no adubo produzido por ele, que é

conhecido como biofertilizante e no saneamento que ele proporciona após as

diversas fases da biodigestão. O produto resultante é um líquido escuro, em

virtude da presença do húmus, a que denominamos biofetilizante puro, o qual

pode ser usado em qualquer solo, como adubo de origem orgânica de alta

qualidade, ou como corretivo de acidez, de vida bacteriana e de textura.

Segundo Barrera, 1993, o biofertilizante puro apresenta uma concentração de

nutrientes relativamente alta, e apesar disso, pode ser utilizado diretamente no

solo. É um grande auxiliar quando utilizado como aditivo na preparação de

soluções nutritivas na prática de hidroponia organo-inorgânica, promovendo

enorme aumento da produtividade dos cultivos hidropônicos. Uma vez diluído

apresenta também excelentes condições para utilização como solução nutritiva,

na prática da hidroponia orgânica. As vantagens na utilização do biofertilizante

são enormes, não só pelo seu custo muito baixo, mas também pelos resultados

na produtividade agrícola. No entanto, pode eventualmente não ser o adubo

mais adequado para todas as culturas. Além disso, sua composição pode

variar muito, dependendo das variações da matéria orgânica utilizada para

alimentar o biodigestor que o produz. Desta forma, para se obter uma

linearidade na composição do biofertilizante, é aconselhável que também se

mantenha uma linearidade no tipo, qualidade e composição da matéria

orgânica utilizada na sua preparação. De acordo com Sganzerla, 1983, a

utilização correta de um biofertilizante, é a chave principal para atingirmos os

melhores índices de produtividade agrícola, e para tanto, existem algumas

regras que devem ser observadas, e que poderíamos enumerar como segue:

1 – Proceder periodicamente a análises físico-químicas do biofertilizante, para

determinar quais os teores de elementos químicos componentes do mesmo, e

sua solubilidade total ou parcial na água. Não havendo grandes modificações

32 ou variações na composição da matéria orgânica básica, uma análise mensal é

suficiente.

2 – Conduzir uma análise físico-química do solo onde se pretende cultivar

determinado vegetal, para determinar o teor e os componentes químicos desse

solo, e seu grau de solubilidade.

3 – Saber por literatura ou por análise, quais os teores e os componentes do

vegetal a ser cultivado.

Com os dados enumerados nos itens acima faz-se então a correção da

composição química do biodifertilizante, por adição de nutrientes solúveis,

operação esta denominada como mineralização do biofertilizante. O processo

de mineralização poderá não ser uma operação fácil para muitos agricultores, e

é aconselhável àqueles que sentirem dificuldades para tanto, servirem-se de

uma assessoria adequada. Os procedimentos aqui descritos, também devem

ser observados quando da utilização do biofertilizante como solução nutritiva

na hidroponia

Componentes do Biofertilizante

Após a passagem pelo digestor, o resíduo líquido efluente torna-se um

excelente fertilizante, rico em nitrogênio e húmus, ótimo adubo para fins

agrícolas, constituindo de:

Nitrogênio 1,4 a 1,8%

Fosfato 1,1 a 2,08%

Óxido de potássio 0,8 a 1,28%

Esses valores são válidos, após a secagem da pasta.

Este produto final pode ser manuseado sem maiores conseqüências, pois é

isento de cheiro, não transmite doenças, nem é foco de moscas.

A matéria orgânica, após digerida, adquire um aumento de nitrogênio e de

outros nutrientes, devido à perda de carbono, no processo, sob a forma de

33 metano (CH4) e gás carbônico (CO2). A redução do fator C/N

(carbono/nitrogênio) traz benefícios para a massa orgânica quando o produto

final é para fins agrícolas.

A relação C/N de um adubo é um índice que indica as formas crua,

bioestabilizada (semi-digerida) ou curada (totalmente digerida) da matéria

orgânica. Obtém-se esta relação dividindo-se o teor de carbono pelo teor de

nitrogênio sendo o de nitrogênio representado pela unidade.

Por exemplo, a palha de milho contém 54% de C e 0,49% de N e tem uma

relação C/N igual a 110/1. Num adubo composto humificado, obtido pelo

processo bioquímico de decomposição a partir dos mesmos insumos (matéria

orgânica) utilizados na biodigestaão, tem-se uma relação C/N próxima a

10/1.Numa relação acima e em torno de 30/1 indica que o composto está

bioestabilizado. No caso do biodigestor, a relação 30/1 é recomendada porque

as bactérias utilizam de 25 a 30 vezes mais rápido o nitrogênio (contido nos

estercos) do que o carbono (existente nos restos de cultura, etc)

34

CAPÍTULO VI

IMPACTO AMBIENTAL POSITIVO

6.1–DIMINUIÇÃO DA MATÉRIA ORGÃNICA NA FORMAÇÃO DO

LIXO

Todo o discurso da década de 1970 a 1980, quando se referia à escassez de

energia se preocupava apenas com a quantidade de energia que outras fontes

alternativas poderiam gerar, sem no entanto levar em consideração os

benefícios que tais fontes poderiam trazer ao meio ambiente. O texto a seguir

dá uma idéia da preocupação da época.

“Apenas 12% das 5.167 mil propriedades rurais do Brasil (GEER – 1983)

possuem eletrificação rural, ou seja, cerca de 23 milhões de pessoas nas

propriedades rurais não dispõem de energia elétrica.

Exemplos como estes evidenciam as proporções do problema da energia no

meio rural e de uma concepção energética que se deve seguir, a partir da

escassez do petróleo.

O Brasil dispõe de condições climáticas favoráveis para explorar seu potencial

energético derivados de dejetos e restos de culturas, deixando com o gás de

bujão e o combustível líquido (querosene, gasolina, óleo diesel) para o homem

urbano, aliviando ao mesmo tempo o país de maior importação de petróleo’’.

Em outro parágrafo lemos.

‘’ O alcance de um programa de substituição de fontes de energia, por biogás,

pode ser avaliado tomando-se a produção dos 7,2 milhões de biodigestores

instalados na China até dez/79 que tem um valor energético equivalente a 5

(cinco) Itaipus ou 48 milhões de toneladas de carvão mineral”. (Construção e

Operação de Biodigestor modelo Chinês – Empresa Brasileira de Assistência

Técnica e Extensão Rural – EMBRATER 83 – 2a edição)

35 Pelo texto, observa-se que a única preocupação é com a escassez de energia ,

e uma busca de solução para evitar essa escassez. Quando se pensava em

Biodigestor, buscava-se apenas retirar dele o biogás, deixando para um plano

secundário o biofertilizante , como subproduto da fermentação, que poderia ser

utilizado como adubo nas suas plantações, e também diminuindo muito o

volume de matéria orgânica que poderia poluir os rios e nascentes destas

propriedades. Já no meio urbano, o Biodigestor poderia ser utilizado como

fonte alternativa de energia em muitos condomínios, por exemplo, e também

diminuir sensivelmente a quantidade de matéria orgânica nos lixões e nos

aterros sanitários aumentando a sua vida útil. Mas, não havia nesse tempo um

entendimento claro sobre o impacto positivo sobre o meio ambiente que

algumas destas fontes de energia poderiam trazer.

Essa conscientização, pode-se dizer, iniciou-se de forma objetiva na década de

1980 com a Lei 6.938, de 17.01.1981 que instituiu a Política Nacional de Meio

Ambiente.

Considerações como essas são importantes para se fazer uma ligação do que

se pensa hoje, devido ao grande problema do excesso de lixo produzido, e o

que não existia a 30 anos atrás entre a geração de energia limpa e redução do

volume de lixo nas cidades e não poluição dos mananciais de água nos meios

rurais. Os biodigestores seriam uma boa alternativa tanto para cidade como

para o campo.

Para o caso particular do Biodigestor proposto para ser instalado no CETEP

Barreto, além de produzir biogás que será queimado na cozinha do refeitório,

deixa-se de ser descartado no lixo uma quantidade expressiva de matéria

orgânica que alcançará 100 toneladas de matéria orgânica (resto de comida,

cascas de frutas e legumes, além de frutas, verduras e legumes que não estão

apropriados para ser comercializados na Central de Abastecimento de Niterói -

CADEN) que abastecerá o Biodigestor. Essa quantidade de biomassa será

doada diariamente por esta Central de Abastecimento, que se localiza a menos

de 400 metros do CETEP. Menos 100 toneladas de matéria orgânica por mês

nos lixões, ou aterros sanitários, parece pouca coisa, mas trata-se apenas de

36 uma parceria entre uma Escola e uma Central de Abastecimento, contribuindo

entre outros aspectos para a redução do volume de lixo descartado, geração

de biogás, conscientização de toda a comunidade do CETEP sobre o valor de

uma transformação de matéria orgânica em energia e produção de

biofertilizante. Dentro desta linha de raciocínio poderíamos perguntar:

Quantas escolas existem apenas na região de Niterói e São Gonçalo?

Quantos grandes restaurantes oferecem refeições diariamente nesta mesma

região?

E os restaurantes populares do governo estadual?

Tanto as escolas, como os restaurantes que preparam comida descartam um

quantidade imensa de folhas, cascas de frutas e legumes e restos de comida

que poderiam ser coletados seletivamente e serem levados para abastecer um

ou mais Biodigestor em algumas dessas escolas, creches, etc. Tendo vários

benefícios imediatos, como: redução do consumo de GLP, diminuição do lixo e

produção de biofertilizante de alta qualidade que poderia ser doado aos

agricultores da região ou ser utilizados como adubo orgânico na horta das

escolas. Aliás hortas nas escolas é um bom exemplo de Educação Ambiental,

uma grande oportunidade para mostrar aos alunos as várias possibilidades de

se transformar energia.

37

CONCLUSÃO

Ficou evidenciado que a tecnologia dos biodigestores apresenta condições de

produzir um volume considerável de biogás. Se levarmos em consideração que

a quantidade de biomassa disponível que será utilizada é de 4.000 kg/dia, e se

em cada 25 kg dessa matéria orgânica poderá gerar em média 1,0 m³ de gás

metano, então teremos cerca de 160 m³/dia desse gás. O que comprova a

viabilidade econômica de sua implantação, de acordo com os dados

fornecidos em todas as pesquisas realizadas, contribuindo para uma grande

redução do consumo de GLP na cozinha do refeitório CETEP – Barreto, assim

como a produção de biofertilizante, que poderia ser doado aos agricultores que

fornecem os hortifrutigranjeiros à CADEN, como compensação pela matéria

orgânica fornecida.

Com isto, ganham os dois lados e consolida-se uma parceria entre a CADEN e

o CETEP – Barreto. Outro dado real é a redução de uma quantidade

expressiva de matéria orgânica (100.000 kg/mês), que não mais fará parte da

composição do lixo, aliviando de certa forma o volume de lixo nos lixões.

Pesquisa sobre qual o melhor modelo de biodigestor a ser implantado, suas

dimensões, o volume de biogás produzido, a sua localização e qual o custo

para sua construção e implementação. Não fazem parte deste trabalho

monográfico, ficando para pesquisas futuras o seu detalhamento e

aprofundamento desta e outras questões.

38

BIBLIOGRAFIA

ANTUNES, Abílio José. Apontamentos sobre Biogás. EMATER: Belo

Horizonte, 1981.

BARRERA, Paulo. Biodigestores: energia, fertilidade e saneamento para a

zona rural. São Paulo: Ícone, 1993.

CAEEB – Companhia Auxiliar de Empresas Elétricas Brasileiras. O Biogás e

sua tecnologia. Rio de Janeiro, 1981.

EMATER. Apontamentos sobre Biogás. Belo Horizonte, 1981.

EMBRATER – Empresa Brasileira de Assistência Técnica e Extensão Rural.

Manual Técnico: Construção e Operação de Biodigestores – Modelo Indiano.

1983.

MAGALHÃES, Agenor P. T. Biogás: um projeto de saneamento urbano. São

Paulo: Nobel, 1986.

NOGUEIRA, Luiz Augusto Horta. Biodigestão: a alternativa energética. São

Paulo: Nobel, 1986.

SEIXAS, Jorge. Construção e funcionamento de biodigestores. Brasília:

EMBRAPA-DID, 1980 – EMBRAPA –CPAC Circular técnica, 4.

SGANZERLA, Edílio. Biodigestores: uma solução. Porto Agropecuária, 1983.

39

WEBGRAFIA

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acesso em 09.02.2007.

http//www.reciloteca.org.br/ acesso em 18.03.2007.

http//www.redeambiente.org.br/Tanamidia.asp?Código_Noticia=11921&sessão

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http//www.valeverde.org.br/html/clipp2.php?id=7440&categoria=Energia

acesso em 21.03.2007.

http/www.conpet.gov.br/noticias/noticia.php?segmento=empresa&id_noticia=58

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http//www.aondevamos.eng.br/boletins/edicao03.htm acesso em 23.03.2007.

http//www.cerpch.unifei.edu.br/fontes_renovaveis/biodigestor.htm acesso

23.03.2007.

http//www.abra144.org/abra/content/view/76/lang,pt_br/ acesso em

07.04.2007.

NASCIMENTO, Jaime Germano do. Biodigestor “PE”, fonte alternativa

energética e de biofertilização. Aonde Vamos. Boletim Enfoque, ed. 03, out

1999. Disponível em < www.aondevamos.enge.br/enfoque.htm> acesso em

08.04.2007.

http//www.enge.com.br/biodigestor_indiano.htm acesso em 07.04.2007.

http//www.subergasbras.com.br/print.asp?ref=s-faqs.asp acesso em

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http//www.todafruta.com.br/todafruta/mostra_conteúdo.asp?conteúdo=5997

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http//pt.wikipedia.org./wiki/Biodigestores_anaer%B3bicos acesso em

24.05.2007.

http://www.aondevamos.enge.br/enfoque.htm

40 http//www.ambientebrasil.com.br/composer.php3?base=residuos/index.php3&c

onteúdo=.... acesso em 10.03.2007.

http//www.matemagica.hpg.ig.com.br/biodigest.htm acesso em 24.05.2007.

41

ÍNDICE

FOLHA DE ROSTO 2

AGRADECIMENTOS 3

DEDICATÓRIA 4

POESIA 5

RESUMO 6

METODOLOGIA 7

SUMÁRIO 8

INTRODUÇÃO 9

CAPÍTULO I: Um pouco da história do Biodigestor 10

CAPÍTULO II: O que é um Biodigestor? 13

2.1- Fases da biodigestão 14

2.2- Componentes de um Biodigestor 15

CAPÍTULO III: Tipos de Biodigestores 17

3.1- Biodigestor modelo Indiano 17

3.2- Biodigestor modelo Chinês 18

3.3.- Biodigestor modelo Plastisul 19

3.4- Biodigestor modelo Apótema I 20

3.5- Biodigestor modelo Apótema II 22

3.6- Biodigestor modelo Apótema III 22

3.7- Biodigestor modelo Marinha 23

CAPÍTULO IV: O Biogás 26

CAPÍTULO V: O Biofertilizante 31

CAPÍTULO VI: Impacto ambiental positivo 34

6.1- Diminuição da matéria orgânica na formação do lixo 34

42 CONCLUSÃO 37

BIBLIOGRAFIA 38

WEBGRAFIA 39

ÍNDICE 41

FOLHA DE AVALIAÇÃO 43

43

FOLHA DE AVALIAÇÃO



Pós-Graduação “Latu-Sensu”

Título da Monografia:


Autor: JOSÉ VIEIRA CARNEIRO Data da entrega: 28.07.2007 Avaliado por: Profª Ms. Fabiane Muniz Conceito:

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