UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO ESCOLA DE ENGENHARIA DE...
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UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO ESCOLA DE ENGENHARIA DE LORENA FERNANDA NASCIMENTO SILVA AVALIAÇÃO DA VIABILIDADE TÉCNICA E ECONÔMICA DA UTILIZAÇÃO DE BIOGÁS PROVENIENTE DE ATERRO SANITÁRIO NA GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA Estudo de caso: aterro sanitário na cidade de Paulínia - SP Lorena 2019
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UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO
ESCOLA DE ENGENHARIA DE LORENA
FERNANDA NASCIMENTO SILVA
AVALIAÇÃO DA VIABILIDADE TÉCNICA E ECONÔMICA DA UTILIZAÇÃO DE
BIOGÁS PROVENIENTE DE ATERRO SANITÁRIO NA GERAÇÃO DE
ENERGIA ELÉTRICA
Estudo de caso: aterro sanitário na cidade de Paulínia - SP
Lorena
2019
FERNANDA NASCIMENTO SILVA
AVALIAÇÃO DA VIABILIDADE TÉCNICA E ECONÔMICA DA UTILIZAÇÃO DE
BIOGÁS PROVENIENTE DE ATERRO SANITÁRIO NA GERAÇÃO DE
ENERGIA ELÉTRICA
Estudo de caso: aterro sanitário na cidade de Paulínia – SP
Trabalho de conclusão de curso apresentado à Escola de Engenharia de Lorena - Universidade de São Paulo como requisito para conclusão da Graduação do curso de Engenharia Ambiental.
Orientador: Prof. Doutor Marco Aurélio Kondracki de Alcântara
Lorena
2019
AUTORIZO A REPRODUÇÃO E DIVULGAÇÃO TOTAL OU PARCIAL DESTE TRABALHO, POR QUALQUER MEIOCONVENCIONAL OU ELETRÔNICO, PARA FINS DE ESTUDO E PESQUISA, DESDE QUE CITADA A FONTE
Ficha catalográfica elaborada pelo Sistema Automatizadoda Escola de Engenharia de Lorena,
com os dados fornecidos pelo(a) autor(a)
Nascimento Silva , Fernanda AVALIAÇÃO DA VIABILIDADE TÉCNICA E ECONÔMICA DAUTILIZAÇÃO DE BIOGÁS PROVENIENTE DE ATERRO SANITÁRIONA GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA. Estudo de caso:aterro sanitário na cidade de Paulínia - SP /Fernanda Nascimento Silva ; orientador Marco Aurélio Kondracki de Alcântara. - Lorena, 2019. 64 p.
Monografia apresentada como requisito parcialpara a conclusão de Graduação do Curso de EngenhariaAmbiental - Escola de Engenharia de Lorena daUniversidade de São Paulo. 2019
1. Resíduos sólidos. 2. Energia limpa. 3. Softwarebiogás. . I. Título. II. Aurélio Kondracki deAlcântara, Marco , orient.
Dedico este trabalho a minha amada mãezinha, que onde quer que esteja, está zelando por mim.
AGRADECIMENTOS
Agradeço, primeiramente, ao meu pai, por zelar e orar por mim, acreditando
em meus objetivos e incentivando minhas conquistas.
Agradeço ao Michael, por estar do meu lado em todos os momentos da
faculdade e da elaboração do meu trabalho de conclusão de curso. Por apoiar e
acreditar no meu potencial, por segurar a minha mão nos momentos mais difíceis.
Agradeço a Fátima Vasconcelos, e a minha família que sempre esteve ao
meu lado e torcendo pelo melhor.
Agradeço ao Professor Marco Alcântara, por aceitar seguir como orientador
do meu projeto e por revisar e colaborar com sua elaboração, pela prestativa nos
momentos difíceis e por toda paciência e atenção.
Agradeço a Professora Ana Paula Deski, por orientar no início do meu
projeto de conclusão de curso, pela disponibilidade, pelas reuniões e por toda
orientação.
Agradeço ao Guilherme Ferreira, por toda colaboração, paciência e carinho
com meu projeto.
Agradeço as meninas Leticia, Amanda, Tamara e Isabela, que no decorrer de
todos esses anos estiveram apoiando e incentivando para que tudo desse certo.
Agradeço a Professora Ana Gabas, por todo apoio, orientação e
prestatividade. Agradeço aos professores Adriano Siqueira, Francisco Chaves,
Érica Romão e Mariana Kasemodel pelas orientações e ajustes que fizeram no
trabalho de conclusão de curso I.
Agradeço a Empresa Estre Ambiental e a ENC Energy, por todo apoio,
principalmente, ao Alexandre Martins e Michel Oliveira.
RESUMO
SILVA, F. N. Avaliação da viabilidade técnica e econômica da utilização de biogás proveniente de aterro sanitário na geração de energia elétrica. Estudo de caso: aterro sanitário na cidade de Paulínia – SP. 2019. 64 p. Monografia (Graduação em Engenharia Ambiental) – Escola de Engenharia de Lorena, Lorena, 2019. A crescente produção industrial nas últimas décadas, o aumento desacerbado na
geração de resíduos sólidos e a grande demanda por energia elétrica, contribuem
para o cenário atual de problemas econômicos, sociais e ambientais. A
necessidade de produzir, cada vez mais, energia elétrica, e contar com fontes
confiáveis e estáveis, contribuem para a necessidade de exploração de novas
fontes de energia limpa, visto que, grande parte da energia gerada, provém de
fontes finitas ou de fontes de energia renováveis mais que causam grandes
impactos socioambientais. A geração de energia através da decomposição de
resíduos sólidos provenientes de aterro sanitário, além de contribuir com a
diminuição dos gases que causam o efeito estudo, como o metano que possui
potencial de aquecimento global 20 vezes maior que o gás carbônico, somam com
mais uma fonte de energia limpa para nossa matriz energética. No presente
trabalho, foi utilizado como exemplo a implantação do sistema de aproveitamento
de biogás para geração de energia elétrica, no aterro de Paulínia. Este estudo
mostrou, através da utilização do software biogás 1.0, que o aterro de Paulínia
possui um alto potencial para geração de energia elétrica e que com a venda de
créditos de carbono, venda da energia gerada e subtraindo o custo de produção e
investimentos, o projeto apresenta-se viável para implantação, no entanto, a
empresa responsável , precisará disponibilizar um grande aporte financeiro para
iniciar o processo de geração de energia, visto que, o aterro possui grande geração
de metano.
Palavras-chave: Resíduos sólidos. Energia limpa. Software Biogás.
ABSTRACT
SILVA, F. N. Evaluation of the technical and economic feasibility of the use of biogas from landfill in the generation of electric energy. Case study: landfill in the city of Paulínia - SP. 2019. 64 p. Monograph (Undergraduate in Environmental Engineering) – Escola de Engenharia de Lorena, Lorena, 2019.
Growing industrial production has grown, waste generation has increased, and a
high demand for electricity contributes to the current source of social, social and
environmental problems.. The need to produce more and more electricity, and rely
on reliable and stable sources, contributes to the need to explore new sources of
clean energy, since much of the energy generated comes from finite sources or
sources of energy. Renewable energy sources that cause major socio-
environmental impacts. The generation of energy through the decomposition of solid
waste from landfills, besides contributing to the reduction of the gases that cause
the study effect, such as methane that has a global warming potential 20 times
greater than carbon dioxide, source of clean energy for our energy matrix. In the
present work, the implementation of the biogas utilization system for electric power
generation in the Paulínia landfill was used as an example. This study showed,
through the use of biogas software 1.0, that the Paulínia landfill has a high potential
for electric energy generation and that with the sale of carbon credits, sale of the
generated energy and subtracting the cost of production and investments, the
project is feasible for implementation, however, the company responsible, will need
to make a large financial contribution to start the process of generating energy, since
the landfill has a large methane generation.
Keywords: Solid waste. Clean energy. Biogas software.
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 – Estrutura de um aterro sanitário. .......................................................... 20
Figura 2 – Fases de formação do biogás nos aterros sanitários. .......................... 21
Figura 3 – Ciclo do biogás .................................................................................... 25
Figura 4 – Queimadores do aterro de Paulínia ..................................................... 25
Figura 5 – Funcionamento do motor de quatro tempos ........................................ 26
Figura 6 – Localização de São Paulo, do município de Paulínia e do aterro sanitário
presente no município. .......................................................................................... 30
Figura 7 – Vista aérea do aterro sanitário de Paulínia .......................................... 37
Figura 8 – Camada de impermeabilização com manta de alta densidade ............ 38
Figura 9 – Tanque de retenção de chorume ......................................................... 38
Figura 10 – Tubulação de águas pluviais .............................................................. 39
Figura 11 – Resíduo no processo de compactação .............................................. 39
Figura 12 – Usina de bioenergia. .......................................................................... 40
Figura 13 – Tela inicial software Biogás, geração e uso energético – aterro 1.0 .. 41
Figura 14 – Distância do Bairro Parque Bom Retiro ao CGR Paulínia. ................. 42
Figura 15 – Estimativa da vazão de metano no ano considerado ......................... 44
Figura 16 – Vazão anual de metano no período de 2000 a 2060 no aterro sanitário
de Paulínia. ........................................................................................................... 48
Figura 17 – Potência anual de metano no período de 2000 a 2060 no aterro sanitário
de Paulínia. ........................................................................................................... 51
Figura 18 – Investimento por fase de recuperação ............................................... 54
Figura 19 – Crédito de carbono disponível de 2019 a 2045 (período de 26 anos).
.............................................................................................................................. 55
LISTA DE QUADRO
Quadro 1 – Principais informações para as características do aterro sanitário de
Paulínia. ................................................................................................................ 41
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 – Composição dos resíduos sólidos no Brasil. ....................................... 18
Tabela 2 – Destinação final de resíduos sólidos no Brasil. ................................... 19
Tabela 3 – Composição do biogás. ....................................................................... 22
Tabela 4 – Equivalência de 1 m3 de biogás com outros energéticos. ................... 23
Tabela 6 – Principais informações referentes a entrada de dados no aterro sanitário
de Paulínia. ........................................................................................................... 42
Tabela 7 – Municípios que destinam seus resíduos no aterro sanitário de Paulínia.
.............................................................................................................................. 43
Tabela 8 – Dados para estimativa da geração de biogás no aterro sanitário de
Paulínia. ................................................................................................................ 45
Tabela 9 – Vazão de metano no período de 2000 a 2060 no aterro sanitário de
Paulínia. ................................................................................................................ 45
Tabela 10 – Potência disponível no período de 2000 a 2060 no aterro sanitário de
Paulínia. ................................................................................................................ 49
Tabela 11 – Potência disponível e a estimativa de uso do biogás gerado do aterro
de Paulínia. ........................................................................................................... 52
Tabela 12 – Dados da tecnologia escolhida para o uso energético do aterro sanitário
de Paulínia. ........................................................................................................... 52
Tabela 13 – Custos para o dimensionamento simplificado do projeto de geração de
energia elétrica no aterro sanitário de Paulínia. .................................................... 53
Tabela 14 – Preço da tonelada de dióxido de carbono gerado no processo. ....... 53
Tabela 15 – Geração de energia elétrica de 2019 até 2045 – período de 26 anos.
.............................................................................................................................. 54
Tabela 16 – Crédito de carbono disponível de 2019 a 2045 (período de 26 anos).
.............................................................................................................................. 55
Tabela 17 – Potência disponível no período de 2000 a 2060 no aterro sanitário de
Paulínia. ................................................................................................................ 55
Tabela 18 – Fluxo de caixa. .................................................................................. 56
Tabela 19 – Retorno do Investimento. .................................................................. 57
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO ................................................................................................... 12
2 JUSTIFICATIVA ................................................................................................ 15
3 OBJETIVOS ....................................................................................................... 16
3.1 Objetivo geral ................................................................................................ 16
3.2 Objetivos específicos ................................................................................... 16
4 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA .............................................................................. 17
4.1 Resíduos sólidos........................................................................................... 17
4.2 Destinação dos resíduos sólidos no Brasil ................................................ 18
4.2.1 Aterros sanitários ......................................................................................... 19
4.2.1.1 Biodegradação dos resíduos sólidos urbanos ........................................... 20
4.2.1.2 Impactos ambientais do aterro sanitário.................................................... 22
4.2.1.3 Biogás ....................................................................................................... 22
4.2.1.4 Fatores que influenciam a geração do biogás ........................................... 23
4.2.1.5 Aproveitamento do biogás para geração de energia elétrica .................... 24
4.2.2 Sustentabilidade ........................................................................................... 26
4.3 Sustentabilidade e energia ........................................................................... 27
4.4 Mecanismo de desenvolvimento limpo ....................................................... 28
5 METODOLOGIA ................................................................................................ 30
5.1 Local de estudo ............................................................................................. 30
5.2 Levantamento de dados ............................................................................... 31
5.3 Metodologia para determinação da produção de biogás .......................... 31
5.3.1 Calculo para quantificar a quantidade de metano gerado ............................ 32
5.3.2 Determinação da potência e energia elétrica disponível .............................. 35
5.3.3 Cálculos de payback descontado e valor presente líquido ........................... 35
6 RESULTADOS E DISCUSSÕES ....................................................................... 37
6.1 Caraterísticas do aterro ................................................................................ 37
6.2 Aplicação do software Biogás ..................................................................... 40
6.2.1 Características do aterro .............................................................................. 41
6.2.2 Estimativa de geração de biogás no aterro - entrada de dados ................... 42
6.2.3 Estimativa de geração de biogás no aterro – resultados ............................. 45
6.2.4 Energia disponível e estimativa de uso ........................................................ 51
6.2.5 Escolha da tecnologia de uso energético ..................................................... 52
6.2.6 Dimensionamento simplificado do projeto de uso de biogás........................ 52
6.2.7 Preço da tonelada de dióxido de carbono .................................................... 53
6.2.8 Resumo de possíveis custos e rendimentos ................................................ 53
6.3 Retorno de Investimento .............................................................................. 55
6.4 Valor presente líquido ................................................................................... 57
7 CONCLUSÃO .................................................................................................... 59
REFERÊNCIAS .................................................................................................... 60
12
1 INTRODUÇÃO
Nas últimas décadas, houve um crescimento em relação à conscientização
dos problemas ambientais, e como resultado observam-se normas e legislações
mais restritivas, como a Lei 9.605/1998 - Lei dos Crimes Ambientais e Lei
12.305/2010 - Institui a Política Nacional de Resíduos Sólidos (PNRS), a fim de
minimizar os impactos ambientais negativos.
A contaminação do meio ambiente tem sido apontada como um dos grandes
problemas da sociedade moderna. O aumento da população e da atividade
industrial é considerado como principal fator para a geração de resíduos, que
impactam de forma negativa o meio ambiente. Quando os resíduos sólidos são
manejados adequadamente, esses insumos podem adquirir valor comercial ou
podem ser utilizados como matérias-primas para novos produtos.
Hoje, mais da metade da produção de resíduos sólidos pertence aos países
desenvolvidos, concluindo, que a relação de produção de resíduos é proporcional
à renda per capita da população (REYNOL, 2008). Com o grande volume de
resíduos gerados intensificam-se as preocupações em relação à sua disposição
final, de forma a minimizar os impactos prejudiciais à saúde das populações e do
meio ambiente. Nos Estados Unidos, Japão e países da União Europeia, os
cuidados com os resíduos sólidos são os mais complexos do mundo, divididos em
diversas etapas: minimização, reutilização, reciclagem, recuperação de energia
através da incineração e por fim, a disposição final em aterros sanitários (BRUCE1,
1994 apud ANDRADE, 2011).
A conscientização da população de países desenvolvidos deve-se a fatores
adquiridos ao longo do tempo: investimentos em infraestrutura urbana, colaboração
da população nas questões ambientais, nível de instrução e nível econômico
(BRUCE1, 1994 apud ANDRADE, 2011).
No Brasil, os cuidados com os resíduos sólidos são inferiores, comparados
aos países desenvolvidos. A reciclagem é pouco significativa em relação ao
montante de resíduos gerados. As principais destinações finais utilizadas no Brasil
são: lixões, aterro controlado e aterro sanitário, este último, o único destino
1 BRUCE, J. Urban waste management: past, present and future perspectives. In: ISWA (ed.) International directory of solid waste management – 1994/5: the ISWA yearbook. Londres: James & James Science Publishers, 1995.
13
considerado ambientalmente correto (ABRELPE, 2010).
A Lei Federal nº 12.305/10 que instituiu a Política Nacional de Resíduos
Sólidos (PNRS), propõe a redução na geração de resíduos, através da reciclagem
e reaproveitamento. Os rejeitos produzidos devem ser destinados em locais
adequados, a fim de minimizar os riscos de poluição e os danos à saúde humana.
A destinação ambientalmente correta dos resíduos sólidos e a “eliminação e
recuperação de lixões, associados à inclusão social e à emancipação econômica
de catadores de materiais reutilizáveis e recicláveis” é uma das metas da PNRS
(Ministério do Meio Ambiente, 2012). Entretanto, o objetivo de eliminar os lixões,
proposto para o ano de 2014, foi prorrogado, através do projeto PL 2.289/15, para
até o ano de 2021.
Neste contexto, observamos como forma de destinação segura e
economicamente viável, a utilização de aterros sanitários, que possuem o solo
impermeabilizado, na maior parte das vezes, por geomembranas de polietileno de
alta densidade (PEAD), evitando a contaminação do solo e dos corpos d’água com
o chorume, líquido produzido durante a decomposição dos resíduos, que é coletado
e encaminhado para tratamento.
Os resíduos, que possuem composição distinta entre materiais inorgânicos,
inertes, orgânicos e recalcitrantes, são decompostos por meio de dois processos,
aeróbio que ocorre no período de deposição do resíduo no solo e, com a redução
de oxigênio disponível, inicia-se o processo anaeróbico. É no processo anaeróbio,
que a fração de resíduos restantes, passa a ser degradada por microrganismos
anaeróbicos, que transformam os resíduos orgânicos em resíduos mais simples e
que após a fermentação são convertidos em subprodutos orgânicos e biogás
(PECORA, 2006).
Nas últimas décadas, o biogás era considerado subproduto indesejado da
decomposição de resíduos, entretanto, com o passar do tempo e a necessidade de
novas fontes de energias sustentáveis, temos no seu aproveitamento, a visibilidade
de redução de custos e, no melhor dos cenários, geração de renda com a venda
da energia produzida.
O biogás, produzido em aterros sanitários, pode ser captado e queimado ou
utilizado como combustível para geração de energia. A captação é realizada
através de drenos verticais, que através de motores elétricos, que criam pressão
negativa, conduzindo o biogás ao flare (queimador) ou utilizando para geração de
14
energia (FIGUEIREDO, 2011).
O aproveitamento do biogás na forma de energia elétrica, está ligado,
diretamente, a diminuição da liberação de metano na atmosfera, colaborando com
as questões atuais defendidas pela sustentabilidade mundial. O gás metano é um
dos gases do efeito estufa, responsável por questões ambientais, tais como o
aquecimento global e as mudanças climáticas.
No estado de São Paulo, de acordo com o Instituto Brasileiro de Geografia e
Estatística (IBGE), a quantidade de resíduos sólidos urbanos coletados é de 1,4
(Kg/habitantes/dia) e 62.156 (tonelada/dia) para o ano de 2015. Em relação à
destinação final, 77,2% dos resíduos foram destinados para aterro sanitário, 14,9%
dos resíduos foram destinados em aterro controlado e 7,9% dos resíduos foram
destinados em lixões (ABRELPE, 2015).
O aterro sanitário particular, estudado no presente trabalho, encontra-se na
cidade de Paulínia, SP. A geração de resíduos sólidos urbanos é de 0,9
Kg/habitantes/dia (PREFEITURA MUNICIPAL DE PAULÍNIA, 2015). O objetivo
principal deste trabalho, em relação ao cenário apresentado, é avaliar a viabilidade
técnica e econômica da captação e queima do biogás, provenientes do aterro
sanitário da cidade de Paulínia, com a finalidade de gerar energia elétrica para auto-
sustentabilidade do aterro sanitário e com o intuito de revender para as
concessionárias de energia da região, aproveitando um subproduto, que
atualmente é queimado e liberado no ar.
15
2 JUSTIFICATIVA
O crescente desenvolvimento urbano e industrial impulsiona a geração de
resíduos sólidos, que muitas vezes, geram problemas ambientais, relacionados
com a contaminação de solos, corpos hídricos e o ar. A disposição correta desses
resíduos é realizada em aterros sanitários, que, todavia, produzem gases do efeito
estufa. Neste presente trabalho, pretende-se avaliar a viabilidade de aproveitar os
gases produzidos no aterro sanitário (biogás), para a produção de energia elétrica.
16
3 OBJETIVOS
3.1 Objetivo geral
Avaliar a viabilidade técnica e econômica da implementação de um
biodigestor para geração de energia no aterro sanitário da cidade de Paulínia – SP.
3.2 Objetivos específicos
• Coletar dados referentes aos resíduos sólidos do aterro sanitário da
cidade de Paulínia - SP;
• Determinar a geração de biogás no aterro sanitário;
• Avaliar a viabilidade relacionada ao aproveitamento do biogás para
geração de energia elétrica;
• Estimar o tempo de retorno do investimento;
17
4 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
4.1 Resíduos sólidos
Conforme a Norma Brasileira ABNT NBR 10004 de 2004 os resíduos sólidos
são definidos como ABNT (2004):
aqueles resíduos nos estados sólido e semissólido, que resultam de atividades da comunidade de origem industrial, doméstica, hospitalar, comercial, agrícola, de serviços e de varrição. Ficam incluídos nesta definição os lodos provenientes de sistemas de tratamento de água, aqueles gerados em equipamentos e instalações de controle de poluição, bem como determinados líquidos cujas particularidades tornem inviável o seu lançamento na rede pública de esgotos ou corpos de água, ou exijam para isso soluções técnicas e economicamente inviáveis em face de melhor tecnologia disponível.
Os resíduos sólidos são classificados em perigosos e não perigosos. Estes
últimos divididos em inertes e não inertes. Essa classificação é realizada através
da caracterização do resíduo que consiste em avaliar o tipo de processo ou
atividade em que gerou os resíduos e as substâncias que impactam o meio
ambiente e a saúde da população. Os resíduos perigosos, também conhecidos
como resíduos classe I apresentam características como periculosidade,
inflamabilidade, toxicidade, corrosividade, reatividade e patogenicidade (ABNT,
2004).
Os resíduos não perigosos ou classe II dividem-se em não inertes
(classe II A) e inertes (classe II B). Os resíduos classe II A possuem características
como biodegradabilidade, combustibilidade ou solubilidade em água. Os resíduos
inertes, também conhecidos como resíduos classe II B, são os resíduos que não
solubilizam seus constituintes em água a níveis superiores aos aceitáveis de
potabilidade.
Podemos utilizar outra classificação, quando falamos de resíduos sólidos,
a classificação dos resíduos em relação à fonte geradora. As principais
classificações são referentes a resíduos domiciliares, comerciais, públicos, serviços
de saúde, industriais, estação de tratamento de efluentes (lodos), atividades e
mineração, agropecuária, construção civil e radioativos.
A composição dos resíduos sólidos urbanos de que tratará este trabalho,
apresenta as seguintes características, conforme apresentado na Tabela 1.
18
Tabela 1 – Composição dos resíduos sólidos no Brasil.
Resíduos Participação (%) Quantidade (t/dia)
Material reciclável 31,9 58.527,40
Metais 2,9 5.293,50
Aço 2,3 4.213,70
Alumínio 0,6 1.079,90
Papel, papelão e tetrapak 13,1 23.997,40
Plástico total 13,5 24.847,90
Plástico filme 8,9 16.399,60
Plástico rígido 4,6 8.448,30
Vidro 2,4 4.388,60
Matéria orgânica 51,4 94.335,10
Outros 16,7 30.618,90
Total 100,0 183.481,50
Fonte: Adaptado de Ministério do Meio Ambiente (2011).
4.2 Destinação dos resíduos sólidos no Brasil
Os novos hábitos e o aumento de renda da população brasileira resultam na
geração, progressiva, de resíduos sólidos. Diariamente, são coletados no Brasil
entre 180 e 250 mil toneladas de resíduos sólidos domiciliares, visto que, a
produção encontra-se em plena ascensão de 7% ao ano, sendo de 1 kg por
habitante/dia (GOUVEIA; PRADO, 2012).
No entanto, conforme o mesmo autor, mais da metade dos municípios
brasileiros, possuem destinação final incorreta, em vazadouros a céu aberto, os
chamados lixões ou em aterros controlados, onde os resíduos são apenas cobertos
por terra, mas que não evitam a poluição do solo e dos corpos hídricos e a produção
de gases perigosos (GOUVEIA; PRADO, 2012).
Entre 2007 a 2010 houve um aumento significativo na destinação final para
aterros sanitários e diminuição na destinação final para lixões, como observado na
Tabela 2. Este resultado deve-se as metas contidas na PNRS e pela
conscientização que vem se disseminando mundialmente.
19
Tabela 2 – Destinação final de resíduos sólidos no Brasil.
Modalidades 2007 2008 2009 2010
Aterro sanitário 38,6 54,8 56,8 57,6
Aterro controlado 31,8 20 23,9 24,3
Lixão 29,6 25,2 19,3 18,1
Fonte: Adaptado de ABRELPE (2009 e 2010).
Outras destinações para os resíduos sólidos, como a incineração,
compostagem e reciclagem, são pouco usuais no país.
No ano de 2010, foi promulgada a Lei Federal nº 12.305 que instituiu a
Política Nacional de Resíduos Sólidos (PNRS). A Política contém instrumentos para
o enfrentamento dos principais problemas ambientais, sociais e econômicos
decorrentes do manejo inadequado dos resíduos sólidos (BRASIL, 2010).
Prevê a prevenção e a redução na geração de resíduos, aumento da
reciclagem e da reutilização dos resíduos sólidos e a destinação ambientalmente
adequada dos rejeitos. Instituiu a responsabilidade compartilhada dos geradores
de resíduos na Logística Reversa dos resíduos e embalagens pós-consumo. Além
de criar metas para a eliminação dos lixões e institui instrumentos de planejamento
nos níveis da administração pública (BRASIL, 2010).
A PNRS estabeleceu um prazo de quatro anos após a aprovação da lei para
que os municípios eliminassem e recuperassem qualquer destinação não
adequada, lixões e aterros controlados e os rejeitos sejam encaminhados a aterros
sanitários. No entanto, muitos municípios não cumpriram essa meta e há projetos
de lei tramitando no congresso que prorrogam esse prazo para 2021.
4.2.1 Aterros sanitários
Os aterros sanitários são considerados uma forma de disposição final
ambientalmente adequada para os resíduos sólidos, quando não é possível reciclar
ou realizar a compostagem, utilizando tecnologias para diminuir os riscos
ambientais de contaminação, e visando a segurança e saúde pública.
Para depositar os resíduos são feitas células (valas) com impermeabilização
do solo, utilizando mantas de Polietileno de Alta Densidade (PEAD). Os gases
20
produzidos pela decomposição são drenados, assim como a água da chuva e o
chorume originado pela decomposição da matéria orgânica. As camadas são
cobertas por terra, para evitar a proliferação de animais e o mau cheiro. Os resíduos
dispostos nas células são compactados por máquinas, que ajudam na estabilidade
do aterro sanitário (MONTAGNA, 2013). A Figura 1 mostra uma esquematização.
Figura 1 – Estrutura de um aterro sanitário.
Fonte: Toda Matéria (2016).
4.2.1.1 Biodegradação dos resíduos sólidos urbanos
Dentro das células que compõem o aterro sanitário, ocorre a estabilização dos
resíduos sólidos urbanos através da degradação biológica. A degradação varia em
relação a diversos fatores, como, disponibilidade de microrganismos, condições
ambientais, variabilidade dos resíduos, condições de operação do aterro sanitário e
da presença ou ausência de oxigênio, sendo essa última característica responsável
pela degradação aeróbica ou anaeróbica, respectivamente (BORBA, 2006).
A degradação inicia-se logo após a deposição dos resíduos nas células. No
começo, a degradação é predominantemente aeróbica, devido à alta taxa de
oxigênio, e quando o oxigênio não for mais abundante, iniciará o processo
anaeróbico no sistema. Outro fator importante para a degradação dos compostos
orgânicos e inorgânicos são os mecanismos biológicos e físico-químicos, que
21
utilizam a água como catalisador (CASTILHOS JR et al., 2003).
A formação dos gases no aterro sanitário possui relação com o tempo e
acontecem em fases distintas de decomposição, são elas (VANZIN, 2016):
• Fase inicial: Formação de gás carbônico e água através da
biodegradação em condições aeróbicas;
• Fase de Transição: Formação de metano, ácidos orgânicos e outros
produtos, devido à queda potencial no nível de oxigênio e a presença
de nitratos e sulfatos, iniciando-se as reações anaeróbicas;
• Fase Ácida: Produção principal de dióxido de carbono, com reações
aceleradas, grande produção de ácidos orgânicos em relação ao gás
hidrogênio. Quebra dos compostos maiores em compostos apropriados
para uso como fonte de energia para os microrganismos. Formação do
ácido acético, através da acidogênese e acetogênese;
• Fase Metanogênica: O ácido acético, produzido na etapa ácida, é
convertido em gás hidrogênio, metano e dióxido de carbono por
microrganismos anaeróbios;
• Fase Maturação: Nesta fase, temos grande quantidade de metano e gás
carbônico, entretanto a taxa de produção do gás diminui, visto que, a
maioria dos nutrientes foi consumida, restando, apenas, os nutrientes
de degradação lenta.
A Figura 2 apresenta as fases de decomposição dos rejeitos de um aterro.
Figura 2 – Fases de formação do biogás nos aterros sanitários.
Fonte: Pohland e Gould (1986).
22
4.2.1.2 Impactos ambientais do aterro sanitário
Mesmo sendo uma alternativa ambientalmente adequada à destinação final
de resíduos sólidos urbanos, os aterros sanitários trazem muitos problemas, que
se agravam quando localizados próximo de centros urbanos. Por emissão
secundaria ocorre o barulho, poeira, chorume e emissões gasosas. Algumas
emissões ocasionam fortes odores, oriundas de lixo doméstico e resíduos
perigosos. Tais problemas causam grande resistência da população indeferindo a
construção e manipulação de novos aterros sanitários (LUPE, 1993).
Devido ao grande potencial de geração de impactos, para a construção e
operação de aterros sanitários é necessária a elaboração de Estudo de Impacto
Ambiental (EIA) a fim de minimizar os impactos negativos e ser o mais sustentável
possível e menos degradante para os centros urbanos. Um dos problemas mais
preocupantes e que afetam a população são os problemas respiratórios e de pele
causados pela emissão de gases, que contaminam o ar.
Uma maneira de minimizar um dos problemas provenientes da implantação
de aterros sanitários é a utilização de gases decorrentes dos aterros para a geração
de energia elétrica.
4.2.1.3 Biogás
O Biogás em sua essência é uma mistura de gases compostos em média por
30% de gás carbônico, 65% de metano e 5% divididos entre hidrogênio, nitrogênio,
ácido sulfídrico, entre outros como mostra a Tabela 3 (NISHIMURA, 2009).
Tabela 3 – Composição do biogás.
Gás Quantidade (%)
Metano 50 a 80
Dióxido de Carbono 20 a 40
Hidrogênio 1 a 3
Nitrogênio 0,3 a 3
Ácido Sulfídrico e outros 1 a 5
Fonte: La Farge (1995).
23
Sendo mais leve do que o ar e apresentando menores riscos de explosão,
comparado ao gás natural, o biogás ocupa um volume maior, atribuindo certas
desvantagens em relação a transporte e utilização (SCHWADE, 2006).
Resultante da decomposição orgânica, o biogás, através da digestão de
bactérias metanogênicas na ausência de oxigênio em meio anaeróbico. Encontrado
em pântanos dejetos bovinos, equinos e suínos, estações de tratamento de
efluentes domésticos e industriais e em aterros sanitários (ZULAUF2, 2004 apud
VANZIN, 2006).
Como principal componente do biogás, o metano não possui cheiro, cor ou
sabor, no entanto, outros gases presentes exalam um odor intenso e desagradável
(BARREIRA, 1993).
O Biogás visto muitas vezes como subproduto vem ganhando espaço e
muitos estudos afim de provar sua viabilidade econômica associada a preocupação
ambiental. A Tabela 4 apresenta a equivalência de biogás com outros energéticos.
Tabela 4 – Equivalência de 1 m3 de biogás com outros energéticos.
Energético Quantidade equivalente a 1 m3 de biogás
Gasolina 0,613 L
Querosene 0,579 L
Diesel 0,553 L
GLP 0,454 kg
Álcool 0,790 L
Carvão Mineral 0,735 kg
Lenha 1,538 kg
Energia Elétrica 1,428 kWh
Fonte: Schwade (2006).
4.2.1.4 Fatores que influenciam a geração do biogás
A geração de biogás é influenciada por diversos fatores, entre os quais
podem ser citados: temperatura, pH, taxa de oxigênio, composição dos resíduos,
umidade presente dos resíduos, tamanho das partículas, nutrientes e capacidade
2 ZULAUF, M. Geração com biogás de aterros de lixo. In: Dossiê: Energia Positiva para o Brasil. 2004. Disponível em: <http://www.greeenpeace.org.br>. Acesso em: 12 dez. 2004.
24
tampão (BRITO FILHO, 2005). As composições dos resíduos contidos nos aterros
sanitários afetam a geração de biogás, como apresentado a seguir:
A temperatura de um aterro sanitário influência nos tipos de bactérias
predominantes e na quantidade de biogás formado. Para as bactérias mesofílicas
a faixa de temperatura ótima é de 30 a 35ºC, para as bactérias termofílicas essa
faixa é de 45 a 65ºC, sendo essas bactérias grandes geradoras de gás, entretanto
a maior parte dos aterros sanitários encontra-se com temperaturas na faixa das
mesófilas. As mudanças de temperatura são típicas na superfície do aterro
sanitário, devido às mudanças do próprio ambiente. As máximas temperaturas são
atingidas no período de 45 dias, logo após a disposição dos resíduos, como
resultado da atividade aeróbia microbiológica. A variação de temperatura do biogás
proveniente de aterros sanitários está entre 30 a 60ºC.
Para as bactérias anaeróbias, a faixa de pH ótimo fica entre 6,7 a 7,5. Nesta
faixa de pH, presenciamos um aumento na metanogênese, maximizando a
produção de metano. A maior parte dos aterros sanitários possui ambientes
levemente ácidos (McBAIN et al., 2005).
A umidade é proporcional à taxa de produção do biogás, entretanto é um
fator bastante variável nos aterros sanitários, variando com a quantidade de
infiltração de águas superficiais, águas subterrâneas, variações com relação ao tipo
de resíduo e liberação de água como resultado da decomposição (McBAIN et al.,
2005).
O tamanho das partículas influencia na rapidez da sua decomposição.
Resíduos com partículas menores se decompõem mais rapidamente, acelerando
as taxas de produção de biogás (McBAIN et al., 2005).
4.2.1.5 Aproveitamento do biogás para geração de energia elétrica
O biogás tem um elevado teor de metano (CH4), que possui diversas
aplicações voltadas para a área de energia. Entre suas aplicações, podemos citar
produção de calor em processos, secagem de grãos em zonas rurais, secagem de
lodo proveniente de Estação de Tratamento de Esgoto, queima em caldeiras,
tratamento de chorume, entre outros (ICLEI, 2009). A Figura 3 mostra uma
esquematização do processo.
25
Figura 3 – Ciclo do biogás
Fonte: VG Resíduos (2018).
A extração do biogás é realizada através de drenos horizontais e verticais,
sopradores, filtros para a remoção de material particulado e tanques separadores
de condensado. As tubulações para coleta do biogás são acopladas aos drenos, e
conduzem o gás para os sistemas de queima em flare (Figura 4) ou para
reaproveitamento energético. O gás é extraído através da pressão negativa gerada
pelo soprador e o sistema conta, ainda, com válvulas para controle de pressão e
termômetros (ICLEI, 2009).
Figura 4 – Queimadores do aterro de Paulínia
Fonte: Estre (2017).
26
Para a conversão do biogás em energia elétrica, o motor ciclo Otto é o
equipamento mais utilizado, devido ao maior rendimento elétrico e baixo custo. Os
motores ciclo Otto, funcionam aspirando a mistura ar-combustível e depois
comprimindo no interior dos cilindros e a combustão é dada pela faísca produzida
na vela de ignição (ICLEI, 2009).
Os motores ciclo Otto são chamados de quatro tempos, que se dividem em
admissão (primeiro tempo) que é a abertura da válvula para a entrada do ar-
combustível e o pistão é empurrado para baixo, compressão (segundo tempo)
fechamento da válvula e compressão do gás fazendo o pistão subir e a vela gerar
faísca, combustão (terceiro tempo) explosão da mistura e expansão dos gases,
permitindo que o pistão desça e exaustão (quarto tempo) abertura da válvula de
escape e saída dos gases expulsos pelo pistão (ICLEI, 2009). A Figura 5 apresenta
uma esquematização do motor de quatro tempos.
Figura 5 – Funcionamento do motor de quatro tempos
Fonte: Gibi (2013).
4.2.2 Sustentabilidade
Os últimos séculos foram marcados pelas revoluções industriais e
tecnológicas, que foram responsáveis pelo surgimento de novas tecnologias
produtivas. Com a produção desenfreada, a sociedade passou a enfrentar
27
problemas como concentrações de riquezas, desemprego, prejuízos ambientais e
dificuldades nas relações de empresas e sociedade.
Neste contesto, começaram a surgir estudos e discussões a fim de minimizar
os diversos danos causados, principalmente ao meio ambiente. Em 1972, no Clube
de Roma, temos o relatório “Os Limites do Crescimento”, em que era discutido
temas como o crescimento acelerado da população com recursos limitados, em
1973 temos o conceito de “Ecodesenvolvimento” e a “Declaração de Cocoyok”
divulgada na Conferência das Nações Unidas, em que concluiu-se que os países
desenvolvidos contribuíram, majoritariamente, para os problemas relacionados ao
subdesenvolvimento, devido ao grande grau de consumo (OLIVEIRA et al., 2012).
Dentre todas as conferências, podemos destacar a de Estocolmo, 1972, como
marco para as tentativas de melhorias no meio ambiente, buscando o equilíbrio
entre desenvolvimento econômico e degradação ambiental, originando-se o termo
Desenvolvimento Sustentável.
O termo sustentabilidade, surgiu em 1987, oficialmente na Comissão
Mundial sobre Meio Ambiente e Desenvolvimento (CMMAD), organizada pelo
Organização das Nações Unidas (ONU), em que significa: “[...] a capacidade de
satisfazer as necessidades do presente sem comprometer a capacidade das
gerações futuras de satisfazerem suas próprias necessidades” (CMMAD, 1988, p.
9).
A sustentabilidade é dividida em três pilares econômico, social e ambiental,
considerando-se para econômico, a viabilidade dos projetos, apresentando retorno
aos investimentos. Em relação ao caráter social, as organizações necessitam
apresentarem boas condições de trabalho, inclusão social e combate à
desigualdade social e para o pilar ambiental, a empresa precisa apresentar
preocupações com os impactos ambientais provenientes de seus serviços e
apresentar soluções para minimização ou compensação (DIAS, 2011).
4.3 Sustentabilidade e energia
A sustentabilidade e o desenvolvimento sustentável, concretiza-se na busca
de fontes de energias renováveis, que contribuem com nossas necessidades
atuais, sem prejudicar a capacidade de utilização dos mesmos recursos pelas
gerações futuras (CMMAD, 1988, p. 9).
28
A energia renovável é proveniente dos recursos naturais como água, sol,
chuva, vento, marés e energia geotérmica, conhecidas como energia “limpa”,
embora nem sempre causem baixos impactos ambientais, no contexto de
sustentabilidade ambiental, por emitirem baixas concentrações de gases do efeito
estufa, são consideradas viáveis. A utilização da energia “limpa” possui diversas
vantagens, tais como:
• Diversificação da matriz energética;
• Reduzem as emissões de gases do efeito estufa;
• Garantem o fornecimento de energia;
• Geração de novas oportunidades de trabalho;
• Diminuem o desmatamento em áreas florestais.
Não são consideradas energias “limpas” as fontes de energia provenientes
de combustíveis fósseis e energia nuclear, por passarem por processos de
utilização irreversíveis e gerarem produtos prejudiciais ao meio ambiente.
O crescimento econômico e os padrões complexos em que estamos
inseridos, geram a dependência de fontes confiáveis de energia. Com a crise
energética em 2001, no Brasil passou-se a diversificar melhor sua matriz
energética, com criações de projetos para incentivar a pesquisa de geração de
energia alternativa (Silva e Cavaliero, 2003).
Os principais problemas encontrados para implantação das energias
renováveis, estão relacionados ao seu alto custo de desenvolvimento e
aplicabilidade reduzida a pequenos sistemas ou ambientes fechados. Com
investimentos em pesquisa de fontes de energias renováveis e políticas voltadas
a diminuição do consumo, podemos melhorar este cenário pouco favorável
(JATOBÁ; CIDADE; VARGAS, 2009).
Como exemplo de fonte de energia alternativa, foi inaugurado, em São Paulo
2004, no aterro sanitário dos Bandeirantes, uma usina para geração de energia
elétrica através do biogás proveniente da decomposição dos resíduos orgânicos.
De acordo com informações da empresa operadora do aterro sanitário, a usina tem
capacidade para abastecer 400 mil pessoas (FIGUEIREDO, 2011).
4.4 Mecanismo de desenvolvimento limpo
O Protocolo de Kyoto, de 1997, foi um tratado internacional de grande porte,
29
com 174 signatários. Com objetivo principal de proteger o meio ambiente, evitando
que atividades humanas, inviabilizem a vida sobre a Terra, poluindo-a e
degradando-a (SILVA, 2009).
O Protocolo trata de gases que provocam efeito estufa (GEE), Entre as
estratégias nele estabelecidas, uma desperta especial interesse para o Brasil e
países emergentes, O Mecanismos de Desenvolvimento Limpo, (MDL) permite que
países desenvolvidos invistam em projetos em países emergentes, gerando
“créditos de carbono” e o desenvolvimento sustentável, estabelecendo uma união
entre duas nações, para um único objetivo, a redução dos gases que causam o
efeito estufa, problema fortemente alarmado por cientistas e estudiosos.
(VENTURA; ANDRADE, 2006).
Além de promover o desenvolvimento sustentável o MDL traz como benefício
a diminuição dos custos globais de redução de GEE. Os países desenvolvidos, ao
investirem em projetos de baixo custo em países em desenvolvimentos, reduziriam
cortes na sua própria economia, podendo comprar créditos de carbono que serão
computados na sua meta de redução, que tem como moeda padrão o carbono
equivalente (CO2e). Sendo esperado transferências de tecnologias limpas, que com
tudo não tem acontecido de fato (MAROUN; 2007).
30
5 METODOLOGIA
5.1 Local de estudo
O estudo será desenvolvido no aterro sanitário do município de Paulínia/SP,
localizado na Avenida Orlando Vedovello, s/n - Parque da Represa - Paulínia, SP.
O município está localizado a nordeste do Estado de São Paulo, com
importantes cidades a sua volta como: São Paulo, Santos, São Carlos, Piracicaba,
Americana, Limeira, Rio Claro e Campinas que possui o Aeroporto Internacional de
Viracopos. Está parcela de cidades de São Paulo, gera a parte mais importante do
produto nacional bruto do Brasil. O mapa de localização do município e do
empreendimento pode ser observado na Figura 6.
Figura 6 – Localização de São Paulo, do município de Paulínia e do aterro sanitário presente no município.
Fonte: Elaborado pela autora, adaptado de imagens da internet.
A população de Paulínia, conforme estimado pelo IBGE 2018 é de 106.776
31
habitantes, com densidade demográfica de 2010 de 592,17 habitantes/ km².
O clima de Paulínia, segundo a classificação climática de Koeppen, é o Cwa,
que é caracterizado pelo clima tropical de altitude, usualmente possui chuvas no
verão e seca no inverno. Campos (2011) avaliou o relevo de Paulínia, a variação
de altitude do município é de 520 a 660 m, com declividade inferior a 2,5 graus.
5.2 Levantamento de dados
Os dados necessários para elaboração do trabalho serão obtidos a partir dos
seguintes procedimentos de levantamento de dados, tais como:
• Quantidade de resíduos que chegam ao aterro sanitário e composição dos
resíduos;
• Análise da ocupação do aterro sanitário;
• Análise do projeto do aterro sanitário.
5.3 Metodologia para determinação da produção de biogás
A metodologia utilizada para avaliar o potencial de geração de energia do
biogás no aterro sanitário, foi sugerida pelo Painel Intergovernamental sobre
Mudança do Clima – IPCC, segundo Houghton et al. (1996), que é utilizado nos
cálculos do programa, disponibilizado pela Companhia Ambiental do Estado de São
Paulo (CETESB) por Vieira e Silva (2006).
A metodologia IPCC de Houghton et al. (1996) supõe que o total de metano
é gerado no ano em que o resíduo é disposto no aterro sanitário, obedecendo a
uma equação cinética de primeira ordem, considerando o processo de degradação
ao longo do tempo. No método são aplicados alguns fatores de correção para o
cálculo do metano, como a constante de geração de biogás de 0,05, para o carbono
orgânico degradável o valor de 12% e de 77% para a fração do carbono orgânico
degradável, na falta de informações, e fator de oxidação igual a zero.
O software denominado “Biogás, geração e uso energético – aterro 1.0”
elabora um projeto através de informações sobre o aterro sanitário, como número
de drenos, demandas de energia, dados sobre a disposição final, entre outros e
elabora um gráfico com a estimativa das emissões de metano. Para o cálculo da
32
quantidade de gás disponível e com potencial é considerado o gasto energético e
a tecnologia utilizado nesta conversão. O programa disponibiliza outras
informações como custos dos equipamentos e tratamentos para melhoria do
biogás, enfatizando que a qualidade dos resultados depende da qualidade das
informações que alimentarão o programa (VIEIRA; SILVA, 2006).
5.3.1 Calculo para quantificar a quantidade de metano gerado
O Conselho Internacional para Iniciativas Ambientais Locais (ICLEI), sugere
a metodologia do IPCC para a quantificação do metano, consiste nas seguintes
equações (ICLEI, 2009):
Para obtenção da fração de carbono orgânico no resíduo, temos a
Equação 1.
DOC = (0,40 ∗ A) + 0,16 (𝐵 + 𝐶) + 0,30 ∗ 𝐷 (1)
Onde:
DOC: Fração de carbono orgânico degradável no resíduo.
A: Fração de papel, papelão e tecidos (%).
B + C: Fração de alimentos e outros resíduos orgânicos (%).
D: Fração de resíduos de madeira (%).
Para obtenção da fração de carbono orgânico que pode se decompor pela
Equação 2.
DOCf = 0,014 ∗ T + 0,28 (2)
Onde:
DOCf – Fração do DOC que pode se decompor.
T – Temperatura na zona anaeróbia dos resíduos, estimada em 35 °C.
33
Para obtenção da fração de carbono orgânico no resíduo, obtida pela
Equação 3.
L0 = MCF ∗ DOC ∗ DOCf ∗ F ∗16
12 (3)
Onde:
L0 – Potencial de geração de metano do resíduo (m3 biogás.kgRSD–1).
MCF – Fator de correção de metano = 1 (aterro bem gerenciado).
DOC – Fração de carbono orgânico degradável no resíduo.
DOCf – Fração do DOC que pode se decompor = 0,50 (recomendação do
IPCC 2006).
F – Fração de CH4 no biogás (geralmente a quantidade de CH4 presente no
biogás em aterro sanitário é de 50%).
16/12 – Relação de massas atômicas na conversão de carbono (C) para
metano (CH4).
Para o cálculo da emissão de metano (Q) de aterro em funcionamento pela
Equação 4 e de aterro desativado pela Equação 5.
QAterro em funcionamento = F ∗ R ∗ L0 ∗ (1 − 𝑒−𝑘𝑡) (4)
QAterro desativado = F ∗ R ∗ L0 ∗ (𝑒−𝑘𝑐 − 𝑒−𝑘𝑡) (5)
Onde:
Q – Emissão de metano (m3 CH4 ano–1)
F – Fração de metano no biogás (%).
R – Fluxo de resíduo no ano (tRSD).
L0 – Potencial de geração de metano do resíduo (m3 biogás kgRSD–1).
k – Constante de decaimento.
c – Tempo decorrido desde o fechamento do aterro (anos).
t – Tempo decorrido desde a abertura do aterro.
De acordo com Houghton et al. (2006), o valor de k para clima tropical
– resíduo úmido – pode variar da seguinte forma: para papel (k = 0,07), para
34
resíduos orgânicos (k = 0,17), para resíduos têxteis (k = 0,07), para resíduos
de jardinagem (k = 0,17), para um valor médio (k = 0,12).
Para o cálculo do fluxo de resíduos no ano (R) pela Equação 6.
R = (RSD) ∗ (Nhab) ∗ (dias no ano) ∗ (% aterro) (6)
Onde:
RSD – Resíduos sólidos gerados por cada habitante por dia (Kg).
Nhab – Número de habitantes estimado para cada ano.
% aterro – Porcentagem de resíduos destinados no aterro.
O software Biogás, geração e uso energético – aterro 1.0 (VIEIRA; SILVA,
2006), considera as seguintes particularidades para seu correto funcionamento:
- Características do aterro;
- Estimativa de geração de biogás no aterro – entrada de dados;
- Estimativa de geração de biogás no aterro – resultados;
- Energia disponível e estimativa de uso;
- Escolha da tecnologia de uso energético;
- Dimensionamento simplificado do preço de uso do biogás.
- Preço da tonelada de Dióxido de Carbono.
- Geração, impressão e armazenamento do relatório.
Para a estimativa de geração do metano calculado através deste software,
utiliza-se a Equação 7.
∑QX = K ∗ L0 ∗ ∑(RX ∗ 𝑒−k(x−T)) (7)
Onde: QX – Vazão do metano (m3 ano–1).
K – Constante de decaimento (1 ano–1).
L0 – Potencial de geração de biogás (m3 kg–1).
RX – Fluxo de resíduo (t ano–1).
x – Ano atual (ano).
T – Tempo de deposição do resíduo (ano).
35
5.3.2 Determinação da potência e energia elétrica disponível
Na determinação da potência elétrica disponível, será utilizado o método
sugerido pela CETESB (VIEIRA; SILVA, 2006; DOMINGUES; SILVA, 2008),
conforme a Equação 8.
PX = Q ∗ PC ∗ (CH4)/31.536.000) ∗ EC ∗ (k/100) (8)
Onde: PX – Potência disponível por ano (KW ano–1).
Q – Vazão do metano (m3 ano–1).
PC – Poder calorífico do CH4 por ano = 35,53 x 106 Jm–3.
31.536.000 – Quantidade de segundos por ano (s ano–1)
EC – Eficiência da coleta de gases (75%).
k – 1000.
A metodologia do IPCC de Houghton et al. (1996) sugere o cálculo da
energia elétrica disponível, como podemos observar na Equação 9.
E = P ∗ Rend ∗ ∆t (9)
Onde:
E – Energia disponível por ano (KWh ano–1).
P – Potência disponível por ano (KW ano–1).
Δt – Tempo de operação durante um ano (h).
Rend – Rendimento de motores operando a plena carga (%).
5.3.3 Cálculos de payback descontado e valor presente líquido
O payback descontado é o demonstrativo de tempo em que o investimento
é pago e começa a gerar lucro. Este cálculo leva em consideração o efeito de se
trazer o fluxo de caixa a valor presente, descontado pela taxa mínima de
atratividade (GITMAN; MADURA, 2003).
Para calcular o fluxo de caixa, é realizado a soma das receitas e a subtração
36
das despesas, conforme Equação 10 (GITMAN; MADURA, 2003).
FC = Receitas − Despesas (10)
Onde:
FC – Fluxo de caixa anual (R$).
Receitas – Entrada de caixa (R$).
Despesas – Saída de caixa (R$).
O valor presente líquido (VPL) apresenta a viabilidade do investimento.
Quando o VPL é negativo, o retorno do projeto será menor que o investimento inicial
e, quando o VPL é positivo, o valor obtido no projeto pagará o investimento inicial
(GITMAN; MADURA, 2003).
VPL = −I0 + ∑FC𝑡
(1 + r)𝑡
𝑛
𝑡=1
(11)
Onde:
VPL – Valor presente líquido (R$).
FC – Fluxo de caixa em cada ano (R$).
r – Taxa de desconto (%).
t– O período em questão
I0 – Investimento inicial (R$).
37
6 RESULTADOS E DISCUSSÕES
6.1 Caraterísticas do aterro sanitário
O aterro de Paulínia, pertencente ao grupo Estre Ambiental, iniciou suas
atividades em 2000, recebendo resíduos diariamente de 33 municípios e diversos
clientes privados. A Figura 7 apresenta a vista aérea do aterro sanitário de
Paulínia.
Figura 7 – Vista aérea do aterro sanitário de resíduos sólidos urbanos de Paulínia
Fonte: Portal Hortolândia (2014).
Das características presentes no aterro sanitário, podemos citar a
impermeabilização adequada com manta de alta densidade de 2 mm de PEAD, de
acordo com a Figura 8.
38
Figura 8 – Camada de impermeabilização com manta de alta densidade
Fonte: Oliveira (2003).
O sistema de drenagem de chorume, foi feito com manta geotêxtil, britas e
tubos PEAD, conforme observado na Figura 9. Está forma de captação, evita
derramamentos e possíveis contaminações do solo. Após a captação, o líquido é
encaminhado para tanques de armazenamento, que são revestidos por manta
PEAD de 2 mm. O destino do chorume é feito, semanalmente, por uma empresa
responsável pelo seu tratamento e destino final (CAMPOS et al., 2007).
Figura 9 – Tanque de retenção de chorume
Fonte: Oliveira (2003).
39
A drenagem da água pluvial é realizada, para evitar problemas na estrutura
das células e contribui para o controle da geração de chorume, visto que, quanto
mais água, mais liquido é produzido. A água captada pelo sistema de drenagem, é
encaminhada para tanques de sedimentação, posteriormente é encaminhado aos
rios (CAMPOS et al., 2007). A Figura 10 mostra as tubulações de água pluviais.
Figura 10 – Tubulação de águas pluviais
Fonte: Campos et al. (2007).
A compactação do resíduo é realizada assim que o material é deposto no
aterro sanitário, com a finalidade de assegurar a estabilidade das células após seu
encerramento. Posteriormente, ao processo de compactação, detemos uma
camada de solo sobre os resíduos, para evitar o acumulo e proliferação de aves,
ratos, insetos e outros vetores, odor desagradável e auxiliar na estabilidade das
células do aterro (CAMPOS et al., 2007). A Figura 11 mostra o processo de
compactação do resíduo.
Figura 11 – Resíduo no processo de compactação
Fonte: Botão (2017).
40
Atualmente, a captação dos gases é realizada através dos drenos e o biogás
é queimado nos flares, gerando créditos de carbono.
Após implantação do projeto de transformação do biogás em energia
elétrica, poderemos considerar a usina de bioenergia, conforme Figura 12.
Figura 12 – Usina de bioenergia de Tremembé
Fonte: Tirloni (2017).
6.2 Aplicação do software Biogás
O método utilizado para realização do presente trabalho, foi o software
“Biogás, geração e uso energético – aterro 1.0”.
Ao começar um novo projeto no software biogás 1.0, essas são as pastas
que devemos preencher, em sequência, de acordo com a Figura 13.
41
Figura 13 – Tela inicial software Biogás, geração e uso energético – aterro 1.0
Fonte: Software Biogás.
6.2.1 Características do aterro
Para definir as características do aterro, são necessárias informações como
localização, gerenciamento, contatos, registros fotográficos, quantidade de drenos
e distância de bairros e industrias mais próximas como mostra o Quadro 1. Nem
todos os dados são obrigatórios para o programa, como distância da empresa ao
aterro sanitário, entretanto, quanto maior o número de informações, melhor a
qualidade dos dados gerados.
Quadro 1 – Principais informações para as características do aterro sanitário de Paulínia.
Principais Informações Fonte
Nome da Unidade CGR Paulínia Empresa
Endereço Av. Orlando Vedovello, s/nº -
Parque da Represa - Paulínia -SP Empresa
Distância do bairro mais próximo (Figura 14) 587,93 metros Google Earth
Quantidade de drenos 511 drenos Autor
Fonte: Própria autora.
A distância do bairro Parque Bom Retiro ao CGR Paulínia está na Figura 14.
42
Figura 14 – Distância do Bairro Parque Bom Retiro ao CGR Paulínia.
Fonte: Google (2019).
6.2.2 Estimativa de geração de biogás no aterro - entrada de dados
A Tabela 6 apresenta as principais informações referentes ao aterro sanitário
de Paulínia.
Tabela 5 – Principais informações referentes a entrada de dados no aterro sanitário de Paulínia.
Principais Informações Fonte
Ano de abertura do aterro 2000 Empresa
Ano de previsão de fechamento do aterro 2030 Estimativa
População atual 2.900.591,00 IBGE
Taxa de Crescimento Populacional 1,9% Valor sugerido
Taxa de Geração de Resíduos 0,2 t.hab.ano–1 Valor sugerido
Taxa de Coleta de Resíduo 95,00% Valor sugerido
Fonte: Própria autora.
Para obter as informações referente a população, foi usado o relatório da
CETESB (2018), Inventário de Resíduos Sólidos Urbanos 2017, em que foi
pesquisado todos os municípios que destinam seus resíduos em Paulínia.
Posteriormente, através de consultas no site do IBGE, identificamos a população
estimada para o ano de 2018 por município, conforme observado na Tabela 7.
43
Tabela 6 – Municípios que destinam seus resíduos no aterro sanitário de Paulínia.
Nº Município UGRHI RSU (t/dia) Enquadramento
e observação Habitantes
1 Águas de Lindóia * 9 12,84 A D - Paulínia - A.P. 18.599,00
2 Americana * 5 209,50 A D - Paulínia - A.P. 237.112,00
3 Amparo * 5 44,83 A D - Paulínia - A.P. 71.700,00
4 Araras 9 111,79 A D - Paulínia - A.P. 118.843,00
5 Artur Nogueira * 5 37,65 A D - Paulínia - A.P. 50.246,00
6 Campinas * 5 1278,31 A D - Paulínia - A.P. 1.081.000,00
7 Conchal * 9 20,83 A D - Paulínia - A.P. 25.229,00
8 Cosmópolis * 5 51,33 A D - Paulínia - A.P. 66.807,00
9 Engenheiro Coelho 9 9,98 A D - Paulínia - A.P. 18.611,00
10 Espírito Santo do Pinhal 9 31,40 A D - Paulínia - A.P. 42.260,00
11 Holambra * 5 7,10 A D - Paulínia - A.P. 13.375,00
12 Hortolândia 5 199,97 A D - Paulínia - A.P. 192.692,00
13 Ipeúna * 5 4,32 A D - Paulínia - A.P. 6.016,00
14 Iracemápolis * 5 15,95 A D - Paulínia - A.P. 23.264,00
15 Itupeva 5 39,62 A D - Paulínia - A.P. 44.859,00
16 Jaguariúna 5 42,11 A D - Paulínia - A.P. 51.907,00
17 Lindóia 9 5,39 A D - Paulínia - A.P. 6.712,00
18 Louveira 5 35,32 A D - Paulínia - A.P. 37.125,00
19 Mogi-mirim 9 69,14 A D - Paulínia - A.P. 91.483,00
20 Monte Alegre do Sul 5 3,15 A D - Paulínia - A.P. 7.152,00
21 Morungaba 5 7,91 A D - Paulínia - A.P. 12.934,00
22 Nova Odessa 5 45,82 A D - Paulínia - A.P. 56.764,00
23 Paulínia 5 92,16 A D - Paulínia - A.P. 100.128,00
24 Pinhalzinho 5 5,09 A D - Paulínia - A.P. 13.105,00
25 Santa Cruz da Conceição * 9 2,09 A D - Paulínia - A.P. 4.002,00
26 Santo Antônio de Posse 5 14,56 A D - Paulínia - A.P. 20.650,00
27 Santo Antônio do Jardim 9 2,51 A D - Paulínia - A.P. 6.053,00
28 São Pedro 5 23,46 A D - Paulínia - A.P. 6.235,00
29 Serra Negra 9 17,46 A D - Paulínia - A.P. 26.387,00
30 Sumaré 5 242,81 A D - Paulínia - A.P. 273.007,00
31 Tuiuti 5 2,34 A D - Paulínia - A.P. 5.930,00
32 Valinhos 5 106,22 A D - Paulínia - A.P. 106.793,00
33 Vinhedo 5 58,21 A D - Paulínia - A.P. 63.611,00
Total 2.851,17 2.900.591,00
Fonte: CESTESB (2017).
Na Figura 15, é apresentado a fórmula para o cálculo da estimativa de vazão
44
de metano, conforme método IPCC, em que temos para constante de decaimento
(k) o valor de 0,08 (1/ano-1), para potencial de geração de biogás (L0) com o valor
de 0,12 (m³CH4/kg-1) e para fluxo de resíduos (RX) com valor de 535.185 (t/ano-1).
Figura 15 – Estimativa da vazão de metano no ano considerado
Fonte: Software Biogás.
Para o cálculo de RX, foi utilizado os dados da população atendida pelo
serviço de coleta de resíduos, da seguinte forma:
Estimativa de disposição de resíduos (RX) é feita a partir da Equação 12.
RX = Pop ∗ TRSD ∗ TColeta (12)
Onde: RX – Fluxo de resíduo no ano x (t ano–1).
Pop – População atendida pelo aterro no ano x (hab).
TRSD – Taxa de geração de resíduos (tRSD hab–1.ano–1).
TColeta – Taxa de coleta de RSD (%).
45
Para estimar a população (𝑃𝑜𝑝), foi utilizada a Equação 13.
Pop = Pop0 ∗ (1 + 𝑖)x−ano (13)
Onde:
Pop0 – População atendida pelo aterro no ano atual (hab).
𝑖 – Taxa de crescimento populacional no período considerado (%).
x – Ano (ano).
ano – Ano atual (ano)
Para obtenção dos resultados, foram utilizados para taxa de crescimento
populacional (𝑖) o valor de 1,7 (ano-1), para (TRSD) taxa de geração de resíduos, o valor
de 0,183 (tRSD/hab.ano) e para taxa de coleta de RSD (Tcoleta), o valor de 88 (%).
6.2.3 Estimativa de geração de biogás no aterro – resultados
A Tabela 8 mostra os dados para estimar a geração de biogás no aterro e a
Tabela 9 mostra a vazão de metano ao longo do tempo de 2000 a 2060.
Tabela 7 – Dados para estimativa da geração de biogás no aterro sanitário de Paulínia.
Principais Informações Fonte
Linha de base de queima 20% Valor sugerido
Energia elétrica evitada 0,2782 tCO2/MWhevit Valor sugerido
Eficiência de coleta de biogás 75% Valor sugerido
Eficiência de queima de biogás 95% Valor sugerido
Fonte: Própria autora.
Tabela 8 – Vazão de metano no período de 2000 a 2060 no aterro sanitário de Paulínia. (continua)
Ano Vazão
(10³ m³/ano) Coleta
(10³ m³/ano) População
Lixo Gerado (kg)
Lixo Coletado
(kg)
Lixo Acumulado
(kg)
2000 3.827 2.870 2.098.030 419.606.062 398.625.759 399.165.063
2001 7.432 5.574 2.137.893 427.578.578 406.199.649 805.364.711
2002 10.834 8.126 2.178.513 435.702.571 413.917.442 1.219.282.154
2003 14.050 10.538 2.219.905 443.980.919 421.781.874 1.641.064.027
46
Tabela 9 – Vazão de metano no período de 2000 a 2060 no aterro sanitário de Paulínia. (continuação)
Ano Vazão
(10³ m³/ano) Coleta
(10³ m³/ano) População
Lixo Gerado (kg)
Lixo Coletado
(kg)
Lixo Acumulado
(kg)
2004 17.096 12.822 2.262.083 452.416.557 429.795.729 2.070.859.756
2005 19.986 14.990 2.305.062 461.012.472 437.961.848 2.508.821.604
2006 22.734 17.050 2.348.859 469.771.708 446.283.123 2.955.104.727
2007 25.352 19.014 2.393.487 478.697.371 454.762.502 3.409.867.230
2008 27.851 20.888 2.438.963 487.792.621 463.402.990 3.873.270.220
2009 30.243 22.682 2.485.303 497.060.681 472.207.647 4.345.477.866
2010 32.537 24.403 2.532.524 506.504.834 481.179.592 4.826.657.458
2011 34.743 26.057 2.580.642 516.128.426 490.322.004 5.316.979.463
2012 36.868 27.651 2.629.674 525.934.866 499.638.122 5.816.617.585
2013 38.921 29.191 2.679.638 535.927.628 509.131.247 6.325.748.832
2014 40.909 30.682 2.730.551 546.110.253 518.804.740 6.844.553.572
2015 42.839 32.129 2.782.432 556.486.348 528.662.030 7.373.215.603
2016 44.717 33.538 2.835.298 567.059.588 538.706.609 7.911.922.212
2017 46.549 34.912 2.889.169 577.833.721 548.942.035 8.460.864.246
2018 48.340 36.255 2.944.063 588.812.561 559.371.933 9.020.236.180
2019 50.096 37.572 3.000.000 600.000.000 570.000.000 9.590.236.180
2020 51.820 38.865 3.057.000 611.400.000 580.830.000 10.171.066.180
2021 53.518 40.138 3.115.083 623.016.600 591.865.770 10.762.931.950
2022 55.193 41.395 3.174.270 634.853.915 603.111.220 11.366.043.169
2023 56.849 42.637 3.234.581 646.916.140 614.570.333 11.980.613.502
2024 58.491 43.868 3.296.038 659.207.546 626.247.169 12.606.860.671
2025 60.120 45.090 3.358.662 671.732.490 638.145.865 13.245.006.536
2026 61.740 46.305 3.422.477 684.495.407 650.270.637 13.895.277.173
2027 63.355 47.516 3.487.504 697.500.820 662.625.779 14.557.902.952
2028 64.966 48.724 3.553.767 710.753.335 675.215.669 15.233.118.621
2029 66.576 49.932 3.621.288 724.257.649 688.044.766 15.921.163.387
2030 68.188 51.141 3.690.093 738.018.544 701.117.617 16.622.281.004
47
Tabela 9 – Vazão de metano no período de 2000 a 2060 no aterro sanitário de Paulínia. (conclusão)
Ano Vazão
(10³ m³/ano) Coleta
(10³ m³/ano) População
Lixo Gerado (kg)
Lixo Coletado
(kg)
Lixo Acumulado
(kg)
2031 62.946 47.209 3.760.204 (null) (null) (null)
2032 58.106 43.580 3.831.648 (null) (null) (null)
2033 53.639 40.229 3.904.450 (null) (null) (null)
2034 49.515 37.136 3.978.634 (null) (null) (null)
2035 45.708 34.281 4.054.228 (null) (null) (null)
2036 42.194 31.645 4.131.259 (null) (null) (null)
2037 38.950 29.212 4.209.753 (null) (null) (null)
2038 35.955 26.966 4.289.738 (null) (null) (null)
2039 33.191 24.893 4.371.243 (null) (null) (null)
2040 30.639 22.979 4.454.296 (null) (null) (null)
2041 28.283 21.213 4.538.928 (null) (null) (null)
2042 26.109 19.582 4.625.168 (null) (null) (null)
2043 24.101 18.076 4.713.046 (null) (null) (null)
2044 22.248 16.686 4.802.594 (null) (null) (null)
2045 20.538 15.403 4.893.843 (null) (null) (null)
2046 18.959 14.219 4.986.826 (null) (null) (null)
2047 17.501 13.126 5.081.576 (null) (null) (null)
2048 16.156 12.117 5.178.126 (null) (null) (null)
2049 14.914 11.185 5.276.510 (null) (null) (null)
2050 13.767 10.325 5.376.764 (null) (null) (null)
2051 12.709 9.531 5.478.922 (null) (null) (null)
2052 11.731 8.799 5.583.022 (null) (null) (null)
2053 10.829 8.122 5.689.099 (null) (null) (null)
2054 9.997 7.498 5.797.192 (null) (null) (null)
2055 9.228 6.921 5.907.339 (null) (null) (null)
2056 8.519 6.389 6.019.578 (null) (null) (null)
2057 7.864 5.898 6.133.950 (null) (null) (null)
2058 7.259 5.444 6.250.495 (null) (null) (null)
2059 6.701 5.026 6.369.255 (null) (null) (null)
2060 6.186 4.639 6.490.271 (null) (null) (null)
Fonte: Elaborado pela autora com o Software Biogás.
48
A Figura 16 apresenta o gráfico da vazão anual de metano no período de
2000 a 2060.
Figura 16 – Vazão anual de metano no período de 2000 a 2060 no aterro sanitário de Paulínia.
Fonte: Elaborado pela autora com o Software Biogás.
Para obtenção da potência disponível (Px), foi convertida a vazão de metano
através da Equação 14.
PX = QX PC(metano)
31.536.000EC
k
1.000 (14)
Onde: PX – Potência disponível a cada ano (kW).
QX – Vazão de metano a cada ano (m3CH4.ano–1).
PC(metano) – Poder calorífico do metano (igual a 35,53 x 106 J.m–3CH4).
EC – Eficiência de coleta de gases (%), informada pelo usuário.
31.536.000 – 31.536.000 s = 1 ano (s.ano–1).
k – k = 1000 (adimensional)
A Tabela 10 apresenta os dados de potência disponível no aterro no período
de 2000 a 2060.
49
Tabela 9 – Potência disponível no período de 2000 a 2060 no aterro sanitário de Paulínia.
(continua)
Ano Potência (kW) Vazão (m³/h) Potência (MMBtu/h)
2000 3.234 369 11.033
2001 6.280 717 21.428
2002 9.155 1.045 31.237
2003 11.872 1.355 40.510
2004 14.446 1.649 49.291
2005 16.888 1.928 57.624
2006 19.210 2.193 65.546
2007 21.422 2.445 73.094
2008 23.534 2.687 80.300
2009 25.555 2.917 87.197
2010 27.494 3.139 93.811
2011 29.357 3.351 100.170
2012 31.153 3.556 106.298
2013 32.888 3.754 112.217
2014 34.568 3.946 117.949
2015 36.199 4.132 123.513
2016 37.785 4.313 128.928
2017 39.333 4.490 134.209
2018 40.847 4.663 139.373
2019 42.330 4.832 144.435
2020 43.787 4.999 149.406
2021 45.222 5.162 154.301
2022 46.637 5.324 159.131
2023 48.037 5.484 163.907
2024 49.424 5.642 168.639
2025 50.801 5.799 173.336
2026 52.170 5.955 178.008
2027 53.534 6.111 182.663
2028 54.895 6.267 187.308
2029 56.256 6.422 191.951
2030 57.618 6.577 196.599
50
Tabela 10 – Potência disponível no período de 2000 a 2060 no aterro sanitário de Paulínia.
(conclusão)
Ano Potência (kW) Vazão (m³/h) Potência (MMBtu/h)
2031 53.188 6.072 181.484
2032 49.099 5.605 167.531
2033 45.324 5.174 154.650
2034 41.839 4.776 142.760
2035 38.623 4.409 131.784
2036 35.653 4.070 121.652
2037 32.912 3.757 112.299
2038 30.382 3.468 103.665
2039 28.046 3.202 95.695
2040 25.890 2.955 88.338
2041 23.899 2.728 81.546
2042 22.062 2.518 75.276
2043 20.365 2.325 69.489
2044 18.800 2.146 64.146
2045 17.354 1.981 59.215
2046 16.020 1.829 54.662
2047 14.788 1.688 50.459
2048 13.651 1.558 46.580
2049 12.602 1.439 42.999
2050 11.633 1.328 39.693
2051 10.739 1.226 36.641
2052 9.913 1.132 33.824
2053 9.151 1.045 31.223
2054 8.447 964 28.823
2055 7.798 890 26.607
2056 7.198 822 24.561
2057 6.645 759 22.673
2058 6.134 700 20.930
2059 5.662 646 19.320
2060 5.227 597 17.835
Fonte: Elaborado pela autora com o Software Biogás.
51
A Figura 17 apresenta o gráfico da potência anual no período de 2000 a
2060. O pico de potência disponível, ocorre no ano de 2030, ano de previsão de
encerramento das atividades do aterro sanitário.
Figura 17 – Potência anual de metano no período de 2000 a 2060 no aterro sanitário de Paulínia.
Fonte: Elaborado pela autora com o Software Biogás.
6.2.4 Energia disponível e estimativa de uso
A disponibilidade de gás está diretamente ligada a disponibilidade de
energia, sendo sua vazão determinante na potência do equipamento utilizado.
A estimativa da energia disponível (Edisponível) é feita a partir da Equação 15.
EDisponível = PX ×1
365 ∗ 24 (15)
Onde:
Edisponível – Energia disponível (m3CH4).
PX – Potência disponível (m3CH4 h–1).
365 – dias por ano (dia ano–1).
24 – horas por dia (h dia–1).
52
A Tabela 11 apresenta os dados de potência disponível e a estimativa de
uso do biogás gerado.
Tabela 10 – Potência disponível e a estimativa de uso do biogás gerado do aterro de Paulínia.
Principais Informações Fonte
Potência disponível máxima 57.618,21 kW Gerado pelo software
Máximo gás disponível 51.141,23 x 10³ m³CH4/ano Gerado pelo software
Gás disponível para uso elétrico 4.261.769,00 m³CH4/mês Gerado pelo software
Estimativa da potência elétrica possível
Rendimento de conversão energética 33% Valor sugerido
Potência estimada 19.030 kW Gerado pelo software
Potência útil elétrica desejada 5.700 kW Empresa
Energia elétrica para a venda 3.762.000 kWh/mês Gerado pelo software
Fonte: Própria autora.
6.2.5 Escolha da tecnologia de uso energético
A Tabela 12 apresenta os dados da tecnologia escolhida para o uso
energético do aterro sanitário de Paulínia.
Tabela 11 – Dados da tecnologia escolhida para o uso energético do aterro sanitário de Paulínia.
Principais Informações Fonte
Grupo gerador Otto nacional 1.000 R$ kWinstalado–1 Valor sugerido
Potência elétrica 5.700 (kW) * Valor sugerido
* – São 4 geradores de 1,4 MW cada.
Fonte: Própria autora.
6.2.6 Dimensionamento simplificado do projeto de uso de biogás
Considerando todas as informações fornecidas, o software Biogás, esboça o
dimensionamento de um projeto para uso energético do biogás. Algumas das
informações consideradas nesta etapa são o quantitativo de drenos, sistemas de
coleta, sistemas de tratamentos e purificação, compressão, armazenamento e
53
transporte do gás.
A Tabela 13 apresenta os custos para o dimensionamento simplificado do
projeto de geração de energia elétrica. No software biogás, nós adicionamos o
quantitativo e o software responde com valores aproximados para cada
equipamento.
Tabela 12 – Custos para o dimensionamento simplificado do projeto de geração de energia elétrica no aterro sanitário de Paulínia.
Principais Informações Fonte
Quantidade de queimador 6 Empresa
Custo por queimador R$ 200.000,00 Valor sugerido
Gasoduto para transporte R$ 147.000,00 Valor sugerido
Volume do gasômetro 2.500 m3 Empresa
Custo por gasômetro 90 R$ m–1 Valor sugerido
Custo compressão 500 R$ m–3 h–1 Valor sugerido
Custo com tratamento de H2O filtro coalescente, H2O/Siloxina e CO2
0,010 R$ m–3 h–1 Valor sugerido
Custo com drenos 1.000 R$ unidade–1 Valor sugerido
Custo com tubulações de coleta 250 R$ unidade–1 Valor sugerido
Fonte: Própria autora.
6.2.7 Preço da tonelada de dióxido de carbono
A Tabela 14 apresenta o preço da tonelada de dióxido de carbono gerado no
processo.
Tabela 13 – Preço da tonelada de dióxido de carbono gerado no processo.
Principais Informações Fonte
Preço da tonelada de dióxido de carbono 34 R$ tCO2 ICLEI, 2009
Fonte: Própria autora.
6.2.8 Resumo de possíveis custos e rendimentos
A Tabela 15 apresenta o resumo dos possíveis custos e rendimentos do
processo de geração de energia elétrica de 2019 até 2045 (período de 26 anos).
54
Tabela 14 – Geração de energia elétrica de 2019 até 2045 – período de 26 anos.
Geração de energia
Etapa Custo (R$)
Queimador R$ 1.200.000,00
Purificação - H2S / Siloxina R$ 4.139.387,46
Purificação - H2O/Resfriamento R$ 4.139.387,46
Purificação - CO2 R$ 4.139.387,46
Investimento para uso direto de gás R$ 0,00
Investimento para geração elétrica R$ 21.077.223,14
Gasômetro R$ 225.000,00
Gasoduto do aterro R$ 147.000,00
Custo do uso do gás (R$/ m³CH4) R$ 0,00
Custo do equipamento para uso de gás R$ 0,00
Custo do equipamento para geração elétrica R$ 5.700.000,00
Custo de compressão R$ 875.060,77
Custo de coleta R$ 512.000,00
Custo da eletricidade (R$/MW.h) R$ 15,63
Fonte: Elaborado pela autora com o Software Biogás.
A partir dos resultados obtidos na Tabela 15, a Figura 18 apresenta o
gráfico com distribuição de investimentos.
Figura 18 – Investimento por fase de recuperação
Fonte: Elaborado pela autora com o Software Biogás.
55
A Tabela 16 e a Figura 19 apresentam o crédito de carbono de 2019 até
2045 – período de 26 anos.
Tabela 15 – Crédito de carbono disponível de 2019 a 2045 (período de 26 anos).
Crédito de Carbono
Descrição Medidas
Total de CO2eq(t) 9.432.320
Total de CH4(t) 449.158
Total de CH4(m³CH4) 670.385.225
Potência útil (kW) 5.700
Crédito de carbono pela queima (R$) 320.698.884,14
Crédito de carbono pela eletricidade (R$)
Fonte: Própria autora.
Figura 19 – Crédito de carbono disponível de 2019 a 2045 (período de 26 anos).
Fonte: Elaborado pela autora com o Software Biogás.
6.3 Retorno de Investimento
A Tabela 17 mostra os dados para cálculo do payback descontado e valor
presente líquido.
Tabela 16 – Potência disponível no período de 2000 a 2060 no aterro sanitário de Paulínia.
Dados Importantes Fonte
Período de aproveitamento 2019 a 2045 Autores
Produção de energia 49932 MWh-¹ Autores
Custo da produção de energia 15,63 R$ MWh-¹ Software Biogás
56
Valor de venda da energia 211,28 R$ MWh-¹ CPFL, 2019
Investimento com equipamentos R$ 21.077.223,14 Autores
Fonte: Própria autora.
Na Tabela 18 obtemos o fluxo de caixa anual levando em consideração a
energia elétrica comerciável e a venda de créditos de carbono.
Tabela 17 – Fluxo de caixa.
Energia Recita Venda Custo Produção Crédito de Fluxo de
Ano Comerciável de Energia de Energia Carbono Caixa Líquido (MWh ano-¹) (R$) (R$) (R$) (R$)
2019 49932 10549632,96 780437,16 21455694,00 31224889,80
2020 49932 10549632,96 780437,16 22101510,39 31870706,19
2021 49932 10549632,96 780437,16 22766765,85 32535961,65
2022 49932 10549632,96 780437,16 23452045,50 33221241,30
2023 49932 10549632,96 780437,16 24157952,07 33927147,87
2024 49932 10549632,96 780437,16 24885106,43 34654302,23
2025 49932 10549632,96 780437,16 25634148,13 35403343,93
2026 49932 10549632,96 780437,16 26405735,99 36174931,79
2027 49932 10549632,96 780437,16 27200548,65 36969744,45
2028 49932 10549632,96 780437,16 28019285,16 37788480,96
2029 49932 10549632,96 780437,16 28862665,64 38631861,44
2030 49932 10549632,96 780437,16 29731431,88 39500627,68
2031 49932 10549632,96 780437,16 26943549,00 36712744,80
2032 49932 10549632,96 780437,16 24845848,00 34615043,80
2033 49932 10549632,96 780437,16 23004594,00 32773789,80
2034 49932 10549632,96 780437,16 21193843,00 30963038,80
2035 49932 10549632,96 780437,16 19385964,00 29155159,80
2036 49932 10549632,96 780437,16 17934548,00 27703743,80
2037 49932 10549632,96 780437,16 16823434,00 26592629,80
2038 49932 10549632,96 780437,16 15304958,00 25074153,80
2039 49932 10549632,96 780437,16 14103394,00 23872589,80
2040 49932 10549632,96 780437,16 13024345,00 22793540,80
2041 49932 10549632,96 780437,16 11992394,00 21761589,80
57
2042 49932 10549632,96 780437,16 11012345,00 20781540,80
2043 49932 10549632,96 780437,16 10103943,00 19873138,80
2044 49932 10549632,96 780437,16 9345984,00 19115179,80
2045 49932 10549632,96 780437,16 8845948,00 18615143,80
Fonte: Própria autora.
6.4 Valor presente líquido
Os resultados de retorno de investimentos baseados no software
Biogás, mostraram-se viáveis economicamente. Considerando o valor de
211,28 R$ MWh–1 (CPFL, 2019). Com taxa de atratividade de 10,40%, o VPL em
28 anos será aproximadamente R$ 250.441.264,50 como mostra a Tabela 18.
Tabela 18 – Retorno do Investimento.
Ano Investimento Inicial Fluxo de Caixa Líquido (R$)
Payback Descontado (R$)
Valor Presente Líquido (R$)
2018 21.077.223,14 -21.077.223,14
2019 31.224.889,80 28.283.414,67 7.206.191,53
2020 31.870.706,19 26.148.906,96 33.355.098,50
2021 32.535.961,65 24.180.007,28 57.535.105,78
2022 33.221.241,30 22.363.489,10 79.898.594,88
2023 33.927.147,87 20.687.212,94 100.585.807,82
2024 34.654.302,23 19.140.034,59 119.725.842,41
2025 35.403.343,93 17.711.721,32 137.437.563,74
2026 36.174.931,79 16.392.875,25 153.830.438,98
2027 36.969.744,45 15.174.863,32 169.005.302,30
2028 37.788.480,96 14.049.753,36 183.055.055,66
2029 38.631.861,44 13.010.255,56 196.065.311,22
2030 39.500.627,68 12.049.668,97 208.114.980,19
2031 36.712.744,80 10.144.225,65 218.259.205,84
2032 34.615.043,80 8.663.589,33 226.922.795,18
2033 32.773.789,80 7.430.029,93 234.352.825,10
2034 30.963.038,80 6.358.261,75 240.711.086,86
2035 29.155.159,80 5.423.019,65 246.134.106,51
2036 27.703.743,80 4.667.616,23 250.801.722,74
2037 26.592.629,80 4.058.344,34 254.860.067,08
2038 25.074.153,80 3.466.129,76 258.326.196,84
2039 23.872.589,80 2.989.158,85 261.315.355,69
58
2040 22.793.540,80 2.585.188,29 263.900.543,98
2041 21.761.589,80 2.235.640,31 266.136.184,29
2042 20.781.540,80 1.933.837,52 268.070.021,81
2043 19.873.138,80 1.675.095,73 269.745.117,54
2044 19.115.179,80 1.459.427,34 271.204.544,89
2045 18.615.143,80 1.287.364,16 272.491.909,05
Fonte: Própria autora.
O investimento de 21.077.223,14 será pago, em aproximadamente 09
meses, por se tratar de um projeto a ser implantado em um aterro sanitário em
pleno funcionamento, o custo de investimento inicial para geração de energia é
reduzido, e com a produção de biogás em alta, os motores instalados conseguem
operar em valores próximos de potencias elevadas desde o início da implantação.
O valor calculado, refere-se a máxima produção de energia elétrica sendo
desprezado o consumo de energia elétrica para usos internos, junto a isso deve-se
considerar manutenções e possíveis falhas ao decorrer dos 28 anos de geração no
aterro, porém os valores de retorno ainda continuariam sendo economicamente
viável, abrindo margens até mesmo para negociações de valores, afim de tornar a
venda de energia elétrica gerada no aterro ainda mais atrativa.
Algumas barreiras são impostas para um trabalho desta magnitude, uma
delas é a falta de incentivos governamentais, outro ponto que pode pesar no projeto
e requer estudos de profissionais especializados e a aquisição de tecnologias para
o setor elétrico vinculado a biogás (FIGUEIREDO, 2011).
O investimento de empresas em construir maquinário nacional ajudaria nas
áreas socioeconômicas, sendo ofertados mais empregos e mantendo o capital
nacional ativo.
59
7 CONCLUSÃO
O presente trabalho mostrou a viabilidade econômica da implantação do
projeto para gerar energia elétrica proveniente da fonte de biogás, no aterro
sanitário de Paulínia, através de um modelo computacional capaz de calcular a
geração de biogás e energia elétrica, assim como todos seus custos de
investimentos e lucros, gerados pelo aterro sanitário.
O software Biogás – Aterro 1.0 utiliza a metodologia e equacionamentos do
Painel Intergovernamental sobre Mudança do Clima (IPCC). Foram considerados
dados reais do presente aterro, gerenciado pela empresa ESTRE AMBIENTAL, que
no momento ainda não conta com a geração de energia elétrica no seu aterro
sanitário de aproximadamente um milhão de metros quadrados.
A utilização do software foi essencial para obtenção dos resultados, que vão
de encontro com o esperado, em relação a teoria estudada. A entrada de
informações e a qualidade das mesmas, interferem diretamente no resultado final,
ocasionando um projeto mais próximo da realidade, quando se tem mais detalhes
e especificações do aterro sanitário, como, por exemplo, a deposição diária de
resíduos.
Os aterros sanitários são hoje uma forma de tratamento de resíduos
considerada ecologicamente correta, mas com o aproveitamento do biogás para a
geração de energia elétrica os mesmos tornam-se ainda mais atrativos, tanto
visando investimentos de grande retorno, quanto para uma solução ambiental
eficiente. Conclui-se, ainda que apesar da dificuldade para adquirir tecnologias e
mão de obra especializada, é valido insistir nesta modalidade promissora,
incentivando futuros investimentos e crescimento na área.
60
REFERÊNCIAS
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