Produção de Biogás usando
MICROALGAS SELVAGENS
Sérgio Peres, Angeles Perez Palha, Antônio Travassos, Alexandre Nunes
e Adalberto Nascimento Jr. – Universidade de Pernambuco
Laboratório de Combustíveis e Energia - POLICOM
Natal, 18 de novembro de 2015
INTRODUÇÃO
• Este trabalho objetiva a utilização de microalgas
selvagens de reservatórios eutrofizados para
produção de biogás.
• As microalgas foram obtidas no Lago da Barragem de
Carpina.
• Para manter as microalgas vivas, foram construídos 8
reatores no Laboratório de Combustíveis e Energia
(POLICOM) da Universidade de Pernambuco.
Barragem de Carpina
Concentração de biomassa 2,0 -2,5 kg m -³
MOTIVAÇÃO (1)
Atualmente,
industrialização
devido
mundial
ao
alto
e
nível
de
crescimento
desordenado da população, um dos maiores
desafios
é
realizar
um
DESENVOLVIMENTO
SUSTENTÁVEL, ou seja, sem degradar o meio
ambiente.
MOTIVAÇÃO (2)
Emissões de CO2 por
termelétricas e sistema de
transportes (combustão
de combustíveis fósseis)
- Poluição
Fotos: Domínio Público - Internet
do ar;
- Mudanças climáticas.
MOTIVAÇÃO (3)
Poluição dos reservatórios causados pelas:
Descarga de esgoto, runoff de
fertilizantes, descarte de resíduos
orgânicos nos rios, lagos e outros
reservatórios que fazem que
microalgas proliferem.
Source: Public Domains - Internet
Eutrofização
MICROALGAS
Microalgas são micro-organismos que trabalham
como
agentes
de
limpeza
da
água
(decompositores) que hidrolisam a matéria
orgânica e utilizam também alguns produtos
químicos (macro e micronutrientes) na sua
alimentação.
MICROALGAS
Portanto, as microalgas consomem parte da
matéria orgânica/inorgânica presente nos
efluentes para o crescimento rápido da biomassa
algal. O excesso de microalgas causa a
eutrofização.
As microalgas, também capturam o CO2 na
atmosfera, fixa o carbono e libera O2
(fotossíntese).
MOTIVAÇÃO (4)
UTILIZAÇÃO DE DOIS PROBLEMAS GRAVES:
CO2
Poluição do Ar
+
EUTROFIZAÇÃO
DOS RESERVATÓRIOS
MOTIVAÇÃO (4)
UTILIZAÇÃO DE DOIS PROBLEMAS GRAVES:
CO2
POLUIÇÃO DO AR
+
EUTROFIZAÇÃO
DOS RESERVATÓRIOS
MOTIVAÇÃO (4)
02 Problemas Ambientais
SOLUÇÃO SUSTENTÁVEL
CO2
O2
+
+
MICROALGAS
EUTROFIZAÇÃO
MOTIVAÇÃO (4)
02 Problemas Ambientais
SOLUÇÃO SUSTENTÁVEL
CO2
O2
+
+
MICROALGAS
EUTROFIZAÇÃO
BIOMASSA PARA
PRODUÇÃO DE
COMBUSTÍVEIS DE
TERCEIRA GERAÇÃO
OBJETIVO
Utilizar microalgas presente em
reservatórios eutrofizados para produção
de BIOGÁS.
MÉTODOS (1)
 Parte Biológica (parte laboratorial):
– As microalgas foram coletadas usando uma rede de Plankton (25 μm mesh);
– As microalgas foram identificadas usando um microscópio ótico trinocular
equipado com medição e fotodocumentação;
– Os métodos de classificação foram desewnvolvidos por Bourrelly (1970) e por
Anagnostidis e Komárek (1988, 1990, 2005).
– As densidades das microalgas (cél.mL-1) foram calculadas de acordo com
Palmer and Maloney (1954);
– O método para isolar as microalgas foi proposto por Gorham et al. (1964)..
– As microalgas foram cultivadas numa matriz de fotobiorreatores (8) que foi
construído e instalado no Laboratório de Combustíveis e Energia da
Universidade de Pernambuco (UPE).
Fonte: Peres and Travassos (2010) –
Os resultados biológicos não são mostrados neste trabalho.
Barragem de Carpina
Algumas espécies
de Microalgas encontradas
Figura 28
• Identificação de espécies de microalgas;
a
d
g
b
e
c
f
h
i
- Prancha 2: a- Scenedesmus sp.1; b- Scenedesmus sp.2; c- Scenedesmus sp.3; d- Scenedesmus sp.4; e- Staurastrum sp.1; f- ; g- Pediastrum simplex; h- Pediastrum duplex; iOscillatoria sp.1.
MÉTODOS (2)
Tecnologia de biogás:
• Foi determinada a concentração de microalgas (kg.m-3);
• Três tipos de inóculos foram usados: excrementos
humanos, de gado bovino e de galinha poedeira;
• Diferentes razões inóculo/substratos foram usadas para
selecionar a razão que produziam o maior volume de
biogás e com o maior teor de metano.
– Foram colocadas 1,0 kg da cultura de microalgas (2% de massa
seca) em garrafas de polietileno. Como inóculos foram
utilizados 0,2 kg de excrementos (humanos, bovinos e de
galinha), separadamente.
– O teor de água nos inóculos foram de 80,88%, 79,52% e
65,77%, respectivamente.
Coleta de microalgas
Na Barragem de Carpina
Concentração das
Microalgas
Rede de Plankton
(25 μm mesh).
MICROALGAS SELVAGENS
Amostra coletada
Fotobiorreator
OTIMIZAÇÃO DA
PRODUÇÃO DE BIOGÁS
BIODIGESTORES
PRODUÇÃO DE BIOGÁS
Tempo de retenção
RESULTADOS (1)
• A concentração de microalgas foi de 2.5 kg.m-3.
• De acordo com Luisa Gouveia (2012), uma
lagoa aberta fornece, em média, 1.5 kg.m-3;
RESULTADOS (2)
• Produção de Biogás
Inóculo: Excremento humano
Teor de metnao (%mol/mol)
50
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0
5
8
12 15 18 21 24 27 31 34 38 41 45 48 52 54 56 59 67
Dias
RESULTS (2)
• Produção de Biogás
Inóculo: Excremento de galinha
Methane content (%mol/mol)
16
14
12
10
8
6
4
2
0
5
9
12
16
19
Dias
22
25
29
32
36
RESULTADOS (4)
• Produção de Biogás
Inóculo: esterco de gado
Teor de metano (%mol/mol)
80
70
60
50
40
30
20
10
0
5
9
12
17
19
22
Dias
25
29
32
36
CONCLUSÕES (1)
• Os reservatórios eutrofizados funcionam com
um criatório de microalgas com uma alta
produtividade de biomassa (2.5 kg.m-3).
• As microalgas são produzidas sem custo ou
com um custo reduzido (tem que coletá-las e
retirar alguns contaminantes);
• A maior concentração de metano foram
obtidas usando esterco bovino como inóculo;
CONCLUSÕES (2)
• As pesquisas de microalgas tem que ser
continuadas para determinar precisamente a
quantidade de biogás produzida com a biomassa
algal;
• Também, são necessários realizar experimentos
em larga escala, especialmente com alimentação
contínia das microalgas, de modo que sejam
determinados a viabilidade de uso;
CONCLUSÕES (3)
• Também, co-digestão de microalgas selvagens
com lodo de esgoto e outros substratos devem
ser testados;
• O meio-ambiente e a sociedade serão
beneficiados se as microalgas selvagens de
reservatórios eutrofizados forem utilizadas como
matéria-prima para produção de biocombustíveis
de terceira geração como o biogás, etanol e o
biodiesel. Além de dois problemas ambientais
grandes serão minimizados/reduzidos.
Pesquisas com Microalgas
no POLICOM-UPE
• Identificação, isolamento e cultivo de espécies
de microalgas;
Figura 28
Pesquisas com Microalgas
no POLICOM-UPE
• Identificação de espécies de microalgas;
a
d
g
b
e
c
f
h
i
- Prancha 2: a- Scenedesmus sp.1; b- Scenedesmus sp.2; c- Scenedesmus sp.3; d- Scenedesmus sp.4; e- Staurastrum sp.1; f- ; g- Pediastrum simplex; h- Pediastrum duplex; iOscillatoria sp.1.
Pesquisas com Microalgas
no POLICOM-UPE
• Caracterização energética da biomassa algal:
– Poder calorífico (inferior e superior);
– Análise aproximada (teor de voláteis, carbono fixo e
cinzas);
– Análise elementar (C, H, N, O, S).
Pesquisas com Microalgas
no POLICOM-UPE
• Captura de CO2 pelas microalgas;
Pesquisas com Microalgas
no POLICOM-UPE
• Produção de Biodiesel de microalgas;
Pesquisas com Microalgas
no POLICOM-UPE
• Produção de Etanol de microalgas;
Mosto para fermentação
alcoólica
Identificação do etanol por CG
Pesquisas Bioenergia
no POLICOM-UPE
• Gaseificação e Pirólise de biomassa residual
PIROLISADOR DE
LEITO FLUIDIZADO
GASEIFICADOR DE BANCADA
GASEIFICADOR DOWNDRAFT
Pesquisas Bioenergia
no POLICOM-UPE
• Gaseificação e Pirólise de biomassa residual
REATOR
(PIROLISADOR/
GASEIFICADOR
Pesquisas Bioenergia
no POLICOM-UPE
• Produção de Biodiesel de Macaíba e
gaseificação da biomassa residual;
Pesquisas com BIOGÁS
no POLICOM-UPE
• 02 Projetos de P&D Estratégico – ANEEL –
Inserção de Biogás na Matriz Energética
Brasileira:
– Projeto CELPE – Arranjos técnicos e comerciais
para inserção de geração de energia elétrica a
partir do biogás de resíduos/efluentes líquidos
dentro de um modelo com biodigestores
dispersos.
– Projeto CHESF – Valorização Energética dos
Resíduos do Estado de Pernambuco;
Projeto CELPE
Biogás para E.E.
Substratos:
- Lodo de esgoto e restos de comida (30 kVA); Reserva Camará (shopping);
- Produção de 200 kW numa Estação de Tratamento
de Esgoto de Caruaru – PE;
Projeto CELPE
Biogás para E.E.
Projeto CELPE
Biogás para E.E.
RESERVA CAMARÁ – CAMARAGIBE -PE
Projeto CELPE
Biogás para E.E.
EM LABORATÓRIO – (UFPE-UPE)
REAL – NA RESERVA CAMARÁ
Projeto CELPE
Biogás para E.E.
ETE CARUARU - COMPESA
Projeto CHESF
Biogás para E.E.
•
•
•
•
RSU Novos (parte orgânica);
RSU pré-existentes em aterros;
Vinhaça; e,
Manipueira.
Projeto CHESF
Biogás para E.E.
•
•
•
•
RSU Novos (parte orgânica);
RSU pré-existentes em aterros;
Vinhaça; e,
Manipueira.
GERAÇÃO DE 2,4 MWe
RSU PRÉ-EXISTENTES
Encerramento de lixões e aterros por imposição da Política Nacional de
Resíduos Sólidos (Lei 12.305/2010).
Fonte: ABRELPE; Aluísio Oliveira, MMA 2013
•
Concepção atual diferenciada  utilização do RSU do aterro com variáveis de
processo (temperatura, umidade, adição de chorume, etc) controlados para
geração de biogás e eletricidade. – Projeto Piloto.
RSU NOVOS
• Este subprojeto visa a utilização da parte
orgânica dos RSU (restos de frutas, verduras,
comida etc) para geração de biogás em
biodigestores, com consequente produção de
eletricidade;
• Evitando a disposição em aterros.
VINHAÇA
• É o principal resíduo na produção de etanol. Para
cada litro de Etanol produzido são gerados de 10 a 14
litros de vinhaça;
• Utilização atual: FERTIRRIGAÇÃO;
VINHAÇA
• É o principal resíduo na produção de etanol. Para
cada litro de Etanol produzido são gerados de 10 a 14
litros de vinhaça;
• Utilização proposta: GERAÇÃO DE BIOGÁS PARA
PRODUÇÃO DE ELETRICIDADE.
ELETRICIDADE
MANIPUEIRA
Devido ao problema ambiental causado pela manipueira, o
Governo de Pernambuco realizou um projeto piloto para
utilização da manipueira para produção de biocombustíveis
(etanol), sendo esse elemento um motivador adicional para a
inclusão deste substrato na pesquisa do biogás.
MANIPUEIRA
Projeto CHESF Biogás dará maior amplitude de utilização da
manipueira com a produção de energia elétrica utilizando biogás
gerado e como consequencia reduzindo consideravelmente o seu
impacto ambiental e contribuindo para melhoria na qualidade de
vida .
COMPOSIÇÃO DA EQUIPE DO PROJETO
INVENTÁRIO DE BIOGÁS
INVENTÁRIO DA BIOMASSA PRODUTORA DE BIOGÁS DE PERNAMBUCO
Autores: Sérgio Peres Ramos da Silva - UPE
Maria de Los Angeles Perez Palha – UFPE
RECIFE
Julho/2015
SUBSTRATOS:
- EXCREMENTOS BOVINOS;
- RESÍDUOS DA LAVOURA
PERMANENTE E TEMPORÁRIA;
- ETE´S;
- RSU´S;
ACKNOWLEDGEMENTS
OBRIGADO
Porto de Galinhas
Fernando de Noronha
Contact:
Prof. Sérgio Peres, Ph.D.
Universidade de Pernambuco
Escola Politécnica de Pernambuco
POLICOM – Laboratório de Combustíveis e Energia
Fone: +55 (81) 3184-7502/ 4101-8728
E-mail: [email protected]
[email protected]
[email protected]