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UNIVERSIDADE CÂNDIDO MENDES
PÓS-GRADUAÇÃO “LATU SENSU”
INSTITUTO A VEZ DO MESTRE
PRODUÇÃO DE GÁS METANO EM BIODIGESTOR
Autor: José Vieira Carneiro
Orientadora: Profª Ms. Fabiane Muniz
Niterói
2007
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UNIVERSIDADE CÂNDIDO MENDES
PÓS-GRADUAÇÃO “LATU SENSU”
INSTITUTO A VEZ DO MESTRE
PRODUÇÃO DE GÁS METANO EM BIODIGESTOR
Esta monografia apresentada ao Curso de
Pós-graduação
Educação
em
Ambiental
Planejamento
da
e
Universidade
Cândido Mendes é parte dos requisitos
para a obtenção do grau de Especialista
em Planejamento e Educação Ambiental.
Por: José Vieira Carneiro
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AGRADECIMENTOS
A Lúcia pela valiosa contribuição na
digitação e correção dos textos, bem
como
o
incentivo
para
dar
continuidade e concluir este trabalho
de pesquisa.
4
DEDICATÓRIA
Dedico esta monografia a todos que direta
ou indiretamente contribuíram de alguma
forma com suas críticas e sugestões, mas
sempre enriquecedoras, para que este
trabalho fosse concluído.
Sabedoria chinesa:
“Resíduo é uma
aproveitada.”
matéria-prima
mal
5
...E não há melhor resposta
que o espetáculo da vida:
vê-la desfiar seu fio,
que também se chama vida,
ver a fábrica que ela mesma,
teimosamente, se fabrica,
vê-la brotar como há pouco
em nova vida explodida;
mesmo quando é assim pequena
a explosão, como a ocorrida;
mesmo quando é uma explosão
como a de há pouco, franzina,
mesmo quando é a explosão
de uma vida Severina.
Morte e vida Severina
João Cabral de Melo Neto (1920-1999)
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RESUMO
Hoje com a grande preocupação do homem com o aquecimento global,
futura escassez de petróleo, alto custo da energia, efeito estufa, grandes
volumes de lixo produzidos pela nossa sociedade, ocupando imensas áreas,
aproximando-se cada vez mais dos centros urbanos, com sua vida útil
diminuindo muito rapidamente ou tendo que ser criados novos locais para o
depósito desse lixo, sempre com um custo mais elevado. Entra a biodigestão
como uma alternativa viável para diminuir o volume de matéria orgânica
(grande componente do lixo) que seria descartada nos lixões, aterros
sanitários, etc.
O biodigestor é considerado por muitos como uma verdadeira fábrica de
biofertilizante, biogás e uma usina de saneamento unidos num só equipamento
de quase nulo impacto ambiental, pois toda biomassa nele depositada gera gás
metano e biofertilizante.
Um
biodigestor
instalado
no
Centro
de
Educação
Técnica
e
Profissionalizante – CETEP, localizado na Rua Guimarães Junior, 182 –
Barreto – Niterói – RJ, é totalmente viável, já que 25kg de resto de cultura
produz em média 1,0m³ de gás metano CH4. Como a quantidade de matéria
orgânica diária a ser depositada é de 4,0 toneladas, vai gerar 160m³ de gás
metano para ser queimado na cozinha do refeitório da escola.
O outro aspecto é o ambiental. Como toda essa matéria orgânica é
utilizada para abastecer o biodigestor, seria menos 100 toneladas mensais nos
lixões, contribuindo para o aumento da vida útil dos lixões ou aterros sanitários
e também diminuindo o chorume e a emissão de gás metano na atmosfera,
grande causador do efeito estufa.
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METODOLOGIA
A metodologia utilizada para a realização deste trabalho foi uma
extensa pesquisa bibliográfica, consulta a sites especializados, órgãos
governamentais (ministérios, secretarias, etc.). Quanto a pesquisa bibliográfica,
o trabalho mais árduo foi procurar de algum livro que descrevesse alguma
experiência com biodigestor que utilizasse como biomassa o material orgânico
vegetal e resto de alimentos, para que pudesse ser adotado como parâmetro
nesta monografia. Especificamente não foi encontrado exatamente esta
biomassa para abastecer o “nosso biodigestor”, mas todas as tabelas utilizadas
foram associadas à matéria seca (resíduos vegetais), consultados em tabelas
de órgãos governamentais, trabalhos apresentados em congressos, todas
mostrando a mesma relação entre massa de resíduo vegetal e volume de gás
metano gerado. Por isso, será adotado este valor para balizar esta monografia.
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SUMÁRIO
INTRODUÇÃO
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CAPÍTULO I: Um pouco de história do Biodigestor
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CAPÍTULO II: O que é um Biodigestor?
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CAPÍTULO III: Tipos de biodigestor
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CAPÍTULO IV: O Biogás
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CAPÍTULO V: O Biofertilizante
31
CAPÍTULO VI: Impacto Ambiental Positivo
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CONCLUSÃO
37
BIBLIOGRAFIA
38
WEBGRAFIA
39
ÍNDICE
41
FOLHA DE AVALIAÇÃO
43
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INTRODUÇÃO
Este trabalho tem por objetivo verificar se há viabilidade econômica de
se instalar um biodigestor no CETEP – Barreto, utilizando como biomassa os
resíduos dos alimentos do refeitório e os rejeitos de frutas, verduras e legumes
que são comercializados na Central de Abastecimento, localizada próxima ao
CETEP, a menos de 400 metros da escola. O objetivo seria adicionar aos
restos de comida da escola (1600 refeições por dia),durante 6 dias por semana
aos rejeitos da Central de Abastecimento de Niterói (CADEN) situada na Rua
Galvão, 148 - Barreto – Niterói – RJ, que estão impróprios para a
comercialização. Segundo estimativas do diretor administrativo, Sr. Jorge
Villela Soares, supera quatro toneladas por dia esses rejeitos, adicionados com
os 110 quilogramas de restos de alimentos produzidos pelo refeitório do
CETEP. Com esta matéria orgânica (biomassa), pretende-se verificar,através
de dados já estabelecidos, qual a quantidade (volume em metros cúbicos) de
gás metano (CH4) poderia ser gerado num biodigestor para ser utilizado na
cozinha do refeitório.
Outro aspecto que a princípio não passa pelo crivo econômico,é o ambiental,
que hoje em dia todos nós deveríamos olhar com a máxima atenção, que é a
possibilidade de diminuir significativamente o volume de lixo que iria para os
lixões ou aterros sanitários (se é que este existe em nossa região). Com isto,
ganha a escola,
o meio ambiente, os alunos e professores e toda a
comunidade escolar, já que despertará para esta comunidade de participar de
um projeto ecológico de grande impacto positivo dentro da escola e
provocando uma conscientização de todos quanto à possibilidade de
transformação de energia e a urgente necessidade de redução do lixo
descartável.
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CAPÍTULO I
UM POUCO DA HISTÓRIA DO BIODIGESTOR
Em 1776 o pesquisador italiano Alessandro Volta, (o mesmo que inventou a
pilha) identificou pela primeira vez o gás metano (CH4) como resultado de
decomposição da matéria orgânica “restos de vegetais em ambientes
confinados , os chamados “gás dos pântanos”.
Em 1806, na Inglaterra Humphey Davy identificou um gás rico em carbono e
dióxido de carbono, resultante da decomposição de dejetos de animais em
lugares úmidos [...] . Ao que parece, apenas em 1857, em Bombaim, Índia, foi
construído a primeira instalação operacional destinada a produzir gás
combustível, para um hospital de hansenianos. Nesta mesma época,
pesquisadores como Fisher e Scharader, na Alemanha e Grayon na França,
entre outros, estabelecerem as bases teóricas e experimentais da biodigestão
anaeróbia. Posteriormente, em 1890, Donald Cameron projetou uma fossa
séptica para a cidade de Exeter, na Inglaterra, sendo o gás produzido utilizado
para iluminação pública. Uma importante contribuição para o tratamento
anaeróbio de esgotos residenciais foi feita por Karl Inhoff, na Alemanha que por
volta de 1920, desenvolveu um tanque biodigestor, o tanque Inhoff, bastante
difundido na época (Nogueira, 1986, p. 1-2).
Em 1857 na Índia, nas proximidades de Bombaim, pela primeira vez instalou-se
uma unidade para produção de gás combustível estima-se hoje que exista
neste pais mais de 150.000 unidades instaladas. Em alguns paises como a
Alemanha e asiáticos como a China desenvolveu-se a técnica da produção de
biogás na eliminação de resíduos de esgoto. Esta técnica consiste de um
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biodigestor. Este equipamento é construído de alvenaria e localizado abaixo
do solo, possui uma campânula por onde sai o gás, uma entrada de material e
uma saída de emergentes, que na verdade é adubo químico de ótima
qualidade.
A primeira instalação no Brasil de um biodigestor foi na Granja do Torto, em
Brasília em 1976, um modelo chinês e que vem funcionando muito bem. Em
1900 foi posto em funcionamento regular em Bombaim, Índia, o primeiro
digestor de batelada o qual recebe carga total de biomassa e somente é
esvaziado quando houver a total conversão da biomassa em biofertilizante e
biogás, segundo Seixas et al (1980, p. 6-7). Na Europa os italianos e alemães
como os povos mais atingidos pela 2ª Guerra Mundial, procuraram
desenvolver muitas técnicas para a obtenção de biogás de dejetos e restos de
cultura. Mas foi na Índia em 1939 que ocorreu os melhores resultados com a
pesquisa de biodigestores, feita pelo Instituto Indiano de Pesquisa Agrícola, em
Kampur, onde a primeira usina de gás de esterco foi instalada. Segundo
Nogueira (1986). O sucesso foi tão grande que os indianos criaram o Gabor
Bux Institute (1950), sob o comando de Ram Bux Singh. Como resultado das
pesquisas houve grande difusão dos biodigestores como forma de obter gás
combustível. Tratar dos dejetos animais e como produto final da biodigestão o
fertilizante (biofertilizante) utilizado na agricultura. Esse trabalho pioneiro,
realizado na região de Ajitmal (norte da Índia), possibilitou a construção de
meio milhão de biodigestores no interior do país.
Pela literatura existente o primeiro biodigestor posto em funcionamento regular
na Índia foi no início do século XX em Bombaim Em 1950, Patel instalou, ainda
na Índia, o primeiro biodigestor de sistema contínuo. Na década de 60, Fray,
um fazendeiro, desenvolveu pesquisas com biodigestores da África do Sul
(Sganzerla, 1983, p. 8)
A China motivada pelo sucesso dos biodigestores construídos na Índia, adotou
a tecnologia a partir de 1958, onde até 1972, já haviam sido instalados 7,2
milhões de biodigestores na região do Rio Amarelo. Nesta localização as
condições climáticas são favoráveis a produção de biogás.
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Em 1973 deflagrou-se uma grande crise energética com um aumento brutal no
preço do petróleo levando tanto paises ricos como paises do terceiro mundo a
adotar os biodigestores como fonte alternativa de energia, contudo o uso dessa
tecnologia não prosperou tanto em outros paises, como na Índia e China.
Há pelo menos meio século, para os chineses a implantação de biodigestores
transformou-se
em
questão
vital,
incrustada
em
lógicas
de
política
internacional. Um país continental, com excesso de população, a China
buscou, durante os anos 50 e 60, no auge da Guerra Fria, por uma alternativa
de descentralização energética.
Baseavam-se em uma lógica simples. No caso de uma guerra que poderia
significar a destruição quase total da civilização como a conhecemos. O ataque
às centrais energéticas, como as poderosas usinas hidroelétricas, representaria
o fim de toda a atividade econômica.
Isso porque a energia deixaria de ser disponível nos grandes centros, mas
naqueles
pequenos
centros,
as
pequenas
unidades
de
biodigestão
conseguiriam passar incólumes ao poder inimigo. A descentralização, portanto,
implica em criar unidades suficientes nas pequenas vilas, vilarejos e regiões
mais longínquas. Desnecessário dizer a razão pela qual os biodigestores
fizeram parte da estratégia. (Barrera, 1993 p. 17).
Hoje sem o risco de “Guerra Fria” a China precisa desta tecnologia para
fornecer energia para alimentar e fixar os seus milhões de habitantes no
campo.
Já na Índia que não corria o risco de ataques nucleares, o que motivou o
desenvolvimento de biodigestores, foi a escassez de combustíveis fósseis e a
utilização desta tecnologia para saciar a fome de seus milhões de habitantes.
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CAPÍTULO II
O QUE É UM BIODIGESTOR
Tecnicamente a biodigestão é um processo de degradação, transformação ou
decomposição de substâncias vegetais ou animais, conhecidos como matéria
orgânica. Biodigestor é o aparelho pelo qual se processa a biodigestão. O
biodigestor, basicamente, consiste numa câmara fechada onde a matéria
orgânica (biomassa) será fermentada, anaerobicamente (sem oxigênio)
produzindo biogás e biofertilizante.
Dentre as muitas vantagens do tratamento de dejetos por biodigestão,
podemos citar: a eliminação de ovos de esquistossomos e ancilóstomos, bem
como também as bactérias, os bacilos (desintéricos e paratíficos) e outros
parasitas geralmente presentes. Ao final do processo de fermentação, o
número de ovos de parasitas encontrados no resíduo orgânico no interior do
biodigestor pode ser reduzido em até 99%. Desta forma este efluente pode ser
aproveitado como biofertilizante e aplicado nas culturas agrícolas, sem
apresentar os riscos relativos a contaminantes biológicos. Outra vantagem é a
produção de biogás realizados por um tipo de bactéria do grupo metanogênicas
que degradam a matéria orgânica, produzindo o gás metano (CH4) de alto
poder calorífico e que pode ser utilizado como combustível.
Considerado por alguns como um poço de petróleo, uma verdadeira fábrica de
fertilizante e uma usina de saneamento, unidos num só equipamento, pois além
de produzir gás de alto poder calorífico, limpa os resíduos não aproveitáveis de
uma propriedade e gera fertilizante de excelente qualidade. Neste sentido o
biodigestor apresenta-se como fonte alternativa de energia, isto sem considerar
quase nulo o impacto ambiental e o relevante impacto social.
Os biodigestores agrícolas que têm por finalidade a decomposição da matéria
orgânica (biomassa), mas também a obtenção de um produto de alta
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concentração de nutrientes para vegetais, que é utilizado como adubo ou
fertilizante, é conhecido como biofertilizante.
Com os atuais conhecimentos científicos sobre os biodigestores foi possível
estabelecer diversas fases da biodigestão. De posse destes conhecimentos
passou então a ser possível projetar e construir os biodigestores, para atender
as diversas necessidades de uso.
2.1- FASES DA BIODIGESTÃO
Seguem as várias fases da biodigestão dentro de um biodigestor.
A – REAÇÃO ENZIMÁTICA – Auxiliadas por ações mecânicas as enzimas
agem como catalizadores nas reações que transformam os compostos
orgânicos complexos, tornando-os mais simples, e hidrolizando-os, e facilitando
assim a ação de ácidos e bactérias, e tornando a digestão mais fácil, como
acontece no sistema gástrico dos animais. Uma das mais importantes reações
desta fase é a transformação dos produtos amiláceos presentes na matéria
orgânica, em açúcares.
B – AÇÃO DO OXIGÊNIO E BACTÉRIAS – Nesta fase a matéria orgânica
(parte digerida e parte não digerida) já beneficiada pelas bactérias é submetida
à ação do oxigênio e de bactérias aeróbias e mistas, provenientes dos
excrementos animais, provocando a formação de compostos de cadeias
simples e solúveis na água.
C– ATAQUE BACTERIANO – Aqui, a matéria orgânica, parcialmente
decomposta, é submetida à ação de leveduras alcoólicas, que transformam os
açúcares provenientes dos amiláceos submetidos à ação das enzimas na
primeira fase, em álcoois. Também por ação de bactérias os álcoois
transformam-se em ácidos acéticos, e este em acetatos. Esta fase ainda é
predominantemente aeróbia, uma vez que se processa na presença de
oxigênio do ar.
D – FASE ÁCIDA MISTA – Durante esta fase, misturam-se as ações de
bactérias aeróbias e anaeróbias, num meio ainda ácido. O meio de cultura vai-
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se tornando, parcialmente neutro, e propício à ação e predominância de
bactérias anaeróbias, neutralizando o meio de cultura, dá início então a uma
nova fase.
E – FASE ANAERÓBIA NEUTRA – Esta fase é caracterizada pela
predominância total de bactérias anaeróbias, conseqüência de condições de
vida que lhes são mais favoráveis do que as bactérias aeróbias e mistas. Pela
ação das bactérias anaeróbias predominantes, nosso meio de cultura já é uma
biomassa composta de húmus, soluções coloidais e soluções moleculares
ionizadas. Nesta fase a biomassa apresenta-se neutra, e seu DBO (Demanda
Biológica de Oxigênio) já é mínimo e geralmente zero.
F – FASE DE OXIGENAÇÃO E AERAÇÃO – Esta é a última fase do processo,
e por ela, se faz a redução e eliminação do DQO (Demanda Química de
Oxigênio).
2.2- COMPONENTES DE UM BIODIGESTOR
Um biodigestor agrícola genérico deve ser projetado de forma que se constitua
numa série de câmaras interligadas, para que em cada uma delas se
desenvolva de maneira independente, cada uma das fases da biodigestão. As
funções de cada câmara podem ser assim descritas:
A – CÂMARA DE DESCARGA – aqui é feita a carga de resíduos constituintes
da matéria orgânica, os quais são submetidos à trituração e misturados com
água.
Nesta câmara, também se processa, uma aeração, e a matéria orgânica passa
por transformações físico-químicos, catalizadas por enzimas, e realizadas por
bactérias, sendo que uma das pricipais reações é a transformação dos
produtos amiláceos em açúcares. Geralmente esta câmara tem capacidade
para reter matéria orgânica por 5 dias.
B – CÂMARA DE TRATAMENTO AERÓBIO – Nesta fase continua-se com a
aeração da matéria orgânica, e processa-se uma fermentação aeróbia ácida,
quando os açúcares são transformados em álcoois, e estes se transformam em
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ácido acético, sendo que o ácido assim obtido, forma acetatos, e o nível de
DQO é reduzido. O dimensionamento desta câmara, geralmente é feito para
uma retenção de massa por 15 dias.
C – CÂMARA DE TRATAMENTO MISTO - Processa-se nesta câmara uma
fermentação mista, entre aeróbia e anaeróbia ácida, iniciando-se já a tendência
para a fermentação anaeróbia neutra. Aqui, o nível de DBO (Demanda
Biológica de Oxigênio) começa a declinar, e inicia-se a formação de biogás, e
do húmus. As dimensões desta câmara devem permitir retenção da matéria
orgânica durante 15 dias.
D – CÃMARA DE TRATAMENTO ANAERÓBIO - Nesta câmara de
fermentação anaeróbia é totalmente dominante, e temos a formação ampla de
biofertilizante, de húmus e de biogás. O dimensionamento desta câmara
deverá permitir a retenção de biomassa dentro da mesma durante 15 dias.
E – TANQUE DE AERAÇÃO – Neste tanque, é feita a aeração para nitrificação
através de bactérias nitrificantes, e drástica redução do nível de DQO.
F – DEPÓSITO DE BIOFERTILIZANTE PURO – Sua finalidade precípua é a
estocagem do biofertilizante que deverá ter capacidade de 30 dias de produção
do biodigestor, e deve ter comunicação com os tanques de mineralização.
G – TANQUE DE MINERALIZAÇÃO – Geralmente tem capacidade de 10 m³.
Aqui, quando necessário, faz-se a correção da composição química do
bioferlizante.
Para se ter um biodigestor que funcione conforme o esperado, é necessário
assessoria de profissionais que tenham bastante vivência nesta especialidade.
O projeto de um biodigestor requer um estudo bem desenvolvido que exige um
trabalho de engenharia, por se tratar de um equipamento complexo. Como
qualquer outro implemento agrícola, o biodigestor necessita de um operador, e
de manutenção, o que requer pessoal bem treinado.
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CAPÍTULO III
TIPOS DE BIODIGESTORES
Os biodigestores podem ser cilíndricos e prismáticos, quanto à forma. Em
relação ao terreno, podem ser horizontais (se as dimensões da base forem
maiores que a altura) e verticais (se a altura for maior que as dimensões da
base). Os gasômetros podem ser do tipo fixo, quando acoplados diretamente
ao digestor, e independente, quando instalado fora da câmara digestora.
Quanto ao funcionamento, eles podem ser dos tipos estático (imóvel), dinâmico
(flutuante) e inflável.
3.1- BIODIGESTOR MODELO INDIANO
É um sistema de produção de gás metano (CH4), vertical, contínuo, com
gasômetro flutuante, acoplado ao corpo da câmara digestora, localizada abaixo
do nível do terreno. De forma cilíndrica é construído em alvenaria de tijolos ou
concreto. O gasômetro é de chapa de aço, com o teto cônico ou reto, podendo
também ser usada a fibra de vidro. O selo hidráulico do conjunto é garantido
pelo peso do gasômetro.
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Biogás – Um Projeto de Saneamento Urbano – Agenor P.T.Magalhães.
3.2- BIODIGESTOR MODELO CHINÊS
É um sistema de produção de biogás (gás metano), vertical, de cúpula
(gasômetro) fixa, de forma cilíndrica, com calotas inferior e superior construídas
em alvenaria de tijolos ou concreto, sendo situado abaixo do nível do solo. Sob
a calota superior se acumula o gás (câmara de gás).
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Biogás – Um Projeto de Saneamento Urbano – Agenor P.T. Magalhães.
3.3 – BIODIGESTOR MODELO PLASTISUL
É do tipo horizontal, com câmara digestora escavada no solo, e a campânula
de gás do tipo inflável é de plástico fabricado pela Plastisul.
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Biogás – Um Projeto de Saneamento Urbano – Agenor P.T. Magalhães.
3.4 – BIODIGESTOR APÓTEMA I
É uma composição dos modelos chinês e indiano, com a cúpula fixa e o
gasômetro independente.
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Biogás – Um Projeto de Saneamento Urbano – Agenor P.T. Magalhães.
Biogás – Um Projeto de Saneamento Urbano – Agenor P.T. Magalhães.
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3.5 – BIODIGESTOR APÓTEMA II
Adaptado do modelo indiano, sendo uma variação do modelo Apótema I,
apresentando o gasômetro flutuante.
Biogás – Um Projeto de Saneamento Urbano – Agenor P.T. Magalhães.
3.6 – BIODIGESTOR APÓTEMA III
Com o digestor de cúpula fixa e gasômetro flutuante independente, é uma
alternativa construtiva ao modelo Apótema I.
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Biogás – Um Projeto de Saneamento Urbano – Agenor P.T. Magalhães.
3.7 – BIODIGESTOR MODELO MARINHA
Sendo do tipo horizontal, com a câmara digestora acima ou abaixo do solo,
com gasômetro construído em fibra plástica inflável, tendo como característica
principal, a facilidade de acoplar em série diversos módulos de até 5 unidades,
em linha ou 4 unidades formando um quadrilátero, estes conjuntos de quatro
ou cinco biodigestores poderão ser colocados lado a lado formando enormes
painéis com centenas ou milhares de unidades. O biogás produzido será
recolhido por uma única tubulação, situada ao longo dos conjuntos,
conduzindo-o direto aos pontos de utilização. Se sistema como estes fossem
adotados, seria possível processar enormes quantidades de biomassa, como é
o caso dos lançamentos de esgotos de cidades, tratamento de efluentes
industriais (destilarias, matadouros, indústrias, etc.). Com isto produzindo
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grandes quantidades de biogás e biofertilizantes. A produção estimada diária
de biogás, para o modelo Marinha II é de 6 a 10m³/dia de biogás e para o
modelo Marinha III é de 15 a 30m³/dia de biogás, dependendo das condições
de temperatura e do tipo de matéria orgânica a ser utilizada.
Manual do Biodigestores Marinha – Engº Civil Januário Elcio Lourenço.
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Manual dos Biodigestores Marinha – Engº Civil Januário Elcio Lourenço
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CAPÍTULO IV
O BIOGÁS
O Biogás, considerado como sub-produto da biodigestão, conseqüentemente
do biodigestor, pois somente de 2,0 a 4,0% do peso da matéria orgânica inicial
utilizada no processo, transforma-se em biogás, uma mistura de gases, e em
sua composição encontramos em média:
60% de gás metano (CH4)
38% de gás carbônico (CO2)
1,5% de gás sulfídrico (H2S)
traços de outros gases
O biogás é produzido na fase de gaseificação do processo de digestão
(degradação da matéria orgânica). O biogás contém de 65 a 70% de metano,
25 a 30% de monóxido de carbono, hidrocarbonetos e gás sulfídrico. O poder
calorífico do biogás é de 5.700 a 6.200Kcal/m³.
O processo de produção do biogás tem sua ótima velocidade com pH entre 7 e
8, e temperatura ao redor de 35ºC. Em pH menores que 7, a geração é
paralisada, e em temperatura abaixo de 15ºC a produção é muito pequena.
O processo de produção de biogás depende da temperatura e do pH do
substrato, da concentração de nutrientes e de sólidos da solução, sendo que as
dimensões dos biodigestores devem levar em conta, também a produção de
resíduos que se tem disponível para abastecê-los.
O poder calorífico do biogás varia de 5.000 a 7.000 Kcal/m³, sendo variável
devido a maior ou menor pureza, ou seja, da quantidade de metano presente
na mistura. O biogás altamente purificado pode chegar a 12.000 Kcal/m³.
Portanto, 1,0 m³ de biogás equivale:
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0,613 litros de gasolina
0,579 litros de querosene
0,554 litros de óleo diesel
0,454 litros de GLP
0,790 litros de álcool hidratado
1,536 Kg de lenha
1,428 Kw de energia elétrica
Por possuir um alto teor de metano é um ótimo gás para geração de energia
térmica, e mesmo combustível para motores de explosão. Para aumentar o
rendimento térmico do biogás e eliminar sua característica corrosiva, devido à
presença de ácido sulfídrico, é aconselhável tratá-lo. Assim sendo, o gás
sulfídrico deverá ser eliminado por lavagem em lixívia de hidróxido de potássio
e o sal resultante, adicionado ao bioferlizante para enriquecê-lo com enxofre e
potássio. O gás carbônico pode ser eliminado por lavagem do biogás com água
sob média pressão, e posteriormente utilizado para enchimento de extintores
de incêndio. Também podemos eliminar o gás carbônico, por lavagem do
biogás com hidróxido de cálcio, e o sal resultante (carbonato de cálcio ou
calcário), utilizado para correção do pH de solos ácidos.
O gás final será metano puro, em ótimo combustível, que tanto poderá ser
utilizado em baixas pressões em fogões, estufas, como armazenado sob altas
pressões em cilindros apropriados, que apresentam resistência similar àquela
dos utilizados para engarrafamento de hidrogênio ou oxigênio.
Comparando o biogás com as demais fontes de energia, 1,0 m³ de biogás é
equivalente a:
1,5 m³ de gás de cozinha
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0,8 litros de gasolina
1,3 litros de álcool
7,0 Kw de eletricidade
2,7 Kg de madeira queimada
Entre outros usos, sendo que 55m³ de biogás resultam em 3 horas/dia de
funcionamento de gerador e produção de 86.000Kw/ano.
Ainda temos que 10 m³ de biogás fazem funcionar uma fornalha de secagem
por 3 horas.
Este item teve como referência o VII Simpósio Goiano de Avicultura e II
Simpósio Goiano de Suinocultura – Avesui Centro – Oeste Seminário Técnicos
e Suinocultura – 13, 14 e 15 de setembro de 2005 – Goiânia - GO
Para produzir 1,0 m³ de biogás é necessário:
25 Kg de esterco fresco de vaca
5 Kg de esterco de galinha
12 Kg de esterco de porco
25 Kg de plantas ou cascas de cereais
20 Kg de lixo
Como ótimo combustível que é o biogás, pode substituir o GLP, em fogões,
lampiões, aquecedores de água e outros, em saunas, bem como a gasolina e o
óleo diesel, com simples adaptações nos motores que utilizam estes derivados
de petróleo, em geradores de energia (a ONAN – Montgomery do Brasil S.ª
fabrica motores até 9,0 CV, com um consumo de 3,16 m³/h de biogás.
29
Composição do biogás
O biogás é um gás resultante da fermentação anaeróbia (em ausência do
oxigênio do ar) de dejetos animais e resíduos vegetais, isto é, da degradação
da matéria orgânica, em condições adequadas de umidade, temperatura e
acidez.
Assim é que a composição do biogás conforme o material a ser digerido
(composição do substrato ), a temperatura no interior do biodigestor, o tempo
de fermentação e mesmo o modelo e a capacidade do biodigestor.
Em valores usuais, a mistura gasosa se compõe de:
Metano
CH4
55 a 65%
Gás carbônico
CO2
35 a 45%
Hidrogênio
H2
0 a 1%
Oxigênio
O2
0 a 1%
Nitrogênio
N2
0 a 1%
Gás sulfídrico
H2S
0 a 1%
Os gases principais são o metano, com 65% e o gás carbônico com 35%,
considerados valores médios. O gás metano é combustível por excelência e o
biogás é tanto mais puro quanto maior é seu teor de metano. O gás sulfídrico,
formado no processo de fermentação, e o que dá o odor pútrido característico à
mistura quando o gás é liberado, sendo também o responsável pela corrosão
que se verifica nos componentes do sistema.
30
ESQUEMA DO CICLO DO BIOGÁS
Biogás – Um Projeto de Saneamento Urbano – Agenor P.T. Magalhães
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CAPÍTULO V
O BIOFERTILIZANTE
O valor de um biodigestor está também no adubo produzido por ele, que é
conhecido como biofertilizante e no saneamento que ele proporciona após as
diversas fases da biodigestão. O produto resultante é um líquido escuro, em
virtude da presença do húmus, a que denominamos biofetilizante puro, o qual
pode ser usado em qualquer solo, como adubo de origem orgânica de alta
qualidade, ou como corretivo de acidez, de vida bacteriana e de textura.
Segundo Barrera, 1993, o biofertilizante puro apresenta uma concentração de
nutrientes relativamente alta, e apesar disso, pode ser utilizado diretamente no
solo. É um grande auxiliar quando utilizado como aditivo na preparação de
soluções nutritivas na prática de hidroponia organo-inorgânica, promovendo
enorme aumento da produtividade dos cultivos hidropônicos. Uma vez diluído
apresenta também excelentes condições para utilização como solução nutritiva,
na prática da hidroponia orgânica. As vantagens na utilização do biofertilizante
são enormes, não só pelo seu custo muito baixo, mas também pelos resultados
na produtividade agrícola. No entanto, pode eventualmente não ser o adubo
mais adequado para todas as culturas. Além disso, sua composição pode
variar muito, dependendo das variações da matéria orgânica utilizada para
alimentar o biodigestor que o produz. Desta forma, para se obter uma
linearidade na composição do biofertilizante, é aconselhável que também se
mantenha uma linearidade no tipo, qualidade e composição da matéria
orgânica utilizada na sua preparação. De acordo com Sganzerla, 1983, a
utilização correta de um biofertilizante, é a chave principal para atingirmos os
melhores índices de produtividade agrícola, e para tanto, existem algumas
regras que devem ser observadas, e que poderíamos enumerar como segue:
1 – Proceder periodicamente a análises físico-químicas do biofertilizante, para
determinar quais os teores de elementos químicos componentes do mesmo, e
sua solubilidade total ou parcial na água. Não havendo grandes modificações
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ou variações na composição da matéria orgânica básica, uma análise mensal é
suficiente.
2 – Conduzir uma análise físico-química do solo onde se pretende cultivar
determinado vegetal, para determinar o teor e os componentes químicos desse
solo, e seu grau de solubilidade.
3 – Saber por literatura ou por análise, quais os teores e os componentes do
vegetal a ser cultivado.
Com os dados enumerados nos itens acima faz-se então a correção da
composição química do biodifertilizante, por adição de nutrientes solúveis,
operação esta denominada como mineralização do biofertilizante. O processo
de mineralização poderá não ser uma operação fácil para muitos agricultores, e
é aconselhável àqueles que sentirem dificuldades para tanto, servirem-se de
uma assessoria adequada. Os procedimentos aqui descritos, também devem
ser observados quando da utilização do biofertilizante como solução nutritiva
na hidroponia
Componentes do Biofertilizante
Após a passagem pelo digestor, o resíduo líquido efluente torna-se um
excelente fertilizante, rico em nitrogênio e húmus, ótimo adubo para fins
agrícolas, constituindo de:
Nitrogênio
1,4 a 1,8%
Fosfato
1,1 a 2,08%
Óxido de potássio
0,8 a 1,28%
Esses valores são válidos, após a secagem da pasta.
Este produto final pode ser manuseado sem maiores conseqüências, pois é
isento de cheiro, não transmite doenças, nem é foco de moscas.
A matéria orgânica, após digerida, adquire um aumento de nitrogênio e de
outros nutrientes, devido à perda de carbono, no processo, sob a forma de
metano
(CH4)
e
gás
carbônico
(CO2).
A
redução
do
fator
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C/N
(carbono/nitrogênio) traz benefícios para a massa orgânica quando o produto
final é para fins agrícolas.
A relação C/N de um adubo é um índice que indica as formas crua,
bioestabilizada (semi-digerida) ou curada (totalmente digerida) da matéria
orgânica. Obtém-se esta relação dividindo-se o teor de carbono pelo teor de
nitrogênio sendo o de nitrogênio representado pela unidade.
Por exemplo, a palha de milho contém 54% de C e 0,49% de N e tem uma
relação C/N igual a 110/1. Num adubo composto humificado, obtido pelo
processo bioquímico de decomposição a partir dos mesmos insumos (matéria
orgânica) utilizados na biodigestaão, tem-se uma relação C/N próxima a
10/1.Numa relação acima e em torno de 30/1 indica que o composto está
bioestabilizado. No caso do biodigestor, a relação 30/1 é recomendada porque
as bactérias utilizam de 25 a 30 vezes mais rápido o nitrogênio (contido nos
estercos) do que o carbono (existente nos restos de cultura, etc)
34
CAPÍTULO VI
IMPACTO AMBIENTAL POSITIVO
6.1–DIMINUIÇÃO DA MATÉRIA ORGÃNICA NA FORMAÇÃO DO
LIXO
Todo o discurso da década de 1970 a 1980, quando se referia à escassez de
energia se preocupava apenas com a quantidade de energia que outras fontes
alternativas poderiam gerar, sem no entanto levar em consideração os
benefícios que tais fontes poderiam trazer ao meio ambiente. O texto a seguir
dá uma idéia da preocupação da época.
“Apenas 12% das 5.167 mil propriedades rurais do Brasil (GEER – 1983)
possuem eletrificação rural, ou seja, cerca de 23 milhões de pessoas nas
propriedades rurais não dispõem de energia elétrica.
Exemplos como estes evidenciam as proporções do problema da energia no
meio rural e de uma concepção energética que se deve seguir, a partir da
escassez do petróleo.
O Brasil dispõe de condições climáticas favoráveis para explorar seu potencial
energético derivados de dejetos e restos de culturas, deixando com o gás de
bujão e o combustível líquido (querosene, gasolina, óleo diesel) para o homem
urbano, aliviando ao mesmo tempo o país de maior importação de petróleo’’.
Em outro parágrafo lemos.
‘’ O alcance de um programa de substituição de fontes de energia, por biogás,
pode ser avaliado tomando-se a produção dos 7,2 milhões de biodigestores
instalados na China até dez/79 que tem um valor energético equivalente a 5
(cinco) Itaipus ou 48 milhões de toneladas de carvão mineral”. (Construção e
Operação de Biodigestor modelo Chinês – Empresa Brasileira de Assistência
Técnica e Extensão Rural – EMBRATER 83 – 2a edição)
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Pelo texto, observa-se que a única preocupação é com a escassez de energia ,
e uma busca de solução para evitar essa escassez. Quando se pensava em
Biodigestor, buscava-se apenas retirar dele o biogás, deixando para um plano
secundário o biofertilizante , como subproduto da fermentação, que poderia ser
utilizado como adubo nas suas plantações, e também diminuindo muito o
volume de matéria orgânica que poderia poluir os rios e nascentes destas
propriedades. Já no meio urbano, o Biodigestor poderia ser utilizado como
fonte alternativa de energia em muitos condomínios, por exemplo, e também
diminuir sensivelmente a quantidade de matéria orgânica nos lixões e nos
aterros sanitários aumentando a sua vida útil. Mas, não havia nesse tempo um
entendimento claro sobre o impacto positivo sobre o meio ambiente que
algumas destas fontes de energia poderiam trazer.
Essa conscientização, pode-se dizer, iniciou-se de forma objetiva na década de
1980 com a Lei 6.938, de 17.01.1981 que instituiu a Política Nacional de Meio
Ambiente.
Considerações como essas são importantes para se fazer uma ligação do que
se pensa hoje, devido ao grande problema do excesso de lixo produzido, e o
que não existia a 30 anos atrás entre a geração de energia limpa e redução do
volume de lixo nas cidades e não poluição dos mananciais de água nos meios
rurais. Os biodigestores seriam uma boa alternativa tanto para cidade como
para o campo.
Para o caso particular do Biodigestor proposto para ser instalado no CETEP
Barreto, além de produzir biogás que será queimado na cozinha do refeitório,
deixa-se de ser descartado no lixo uma quantidade expressiva de matéria
orgânica que alcançará 100 toneladas de matéria orgânica (resto de comida,
cascas de frutas e legumes, além de frutas, verduras e legumes que não estão
apropriados para ser comercializados na Central de Abastecimento de Niterói CADEN) que abastecerá o Biodigestor. Essa quantidade de biomassa será
doada diariamente por esta Central de Abastecimento, que se localiza a menos
de 400 metros do CETEP. Menos 100 toneladas de matéria orgânica por mês
nos lixões, ou aterros sanitários, parece pouca coisa, mas trata-se apenas de
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uma parceria entre uma Escola e uma Central de Abastecimento, contribuindo
entre outros aspectos para a redução do volume de lixo descartado, geração
de biogás, conscientização de toda a comunidade do CETEP sobre o valor de
uma transformação de matéria orgânica em energia e produção de
biofertilizante. Dentro desta linha de raciocínio poderíamos perguntar:
Quantas escolas existem apenas na região de Niterói e São Gonçalo?
Quantos grandes restaurantes oferecem refeições diariamente nesta mesma
região?
E os restaurantes populares do governo estadual?
Tanto as escolas, como os restaurantes que preparam comida descartam um
quantidade imensa de folhas, cascas de frutas e legumes e restos de comida
que poderiam ser coletados seletivamente e serem levados para abastecer um
ou mais Biodigestor em algumas dessas escolas, creches, etc. Tendo vários
benefícios imediatos, como: redução do consumo de GLP, diminuição do lixo e
produção de biofertilizante de alta qualidade que poderia ser doado aos
agricultores da região ou ser utilizados como adubo orgânico na horta das
escolas. Aliás hortas nas escolas é um bom exemplo de Educação Ambiental,
uma grande oportunidade para mostrar aos alunos as várias possibilidades de
se transformar energia.
37
CONCLUSÃO
Ficou evidenciado que a tecnologia dos biodigestores apresenta condições de
produzir um volume considerável de biogás. Se levarmos em consideração que
a quantidade de biomassa disponível que será utilizada é de 4.000 kg/dia, e se
em cada 25 kg dessa matéria orgânica poderá gerar em média 1,0 m³ de gás
metano, então teremos cerca de 160 m³/dia desse gás. O que comprova a
viabilidade
econômica de sua implantação, de acordo com os dados
fornecidos em todas as pesquisas realizadas, contribuindo para uma grande
redução do consumo de GLP na cozinha do refeitório CETEP – Barreto, assim
como a produção de biofertilizante, que poderia ser doado aos agricultores que
fornecem os hortifrutigranjeiros à CADEN, como compensação pela matéria
orgânica fornecida.
Com isto, ganham os dois lados e consolida-se uma parceria entre a CADEN e
o CETEP – Barreto. Outro dado real é a redução de uma quantidade
expressiva de matéria orgânica (100.000 kg/mês), que não mais fará parte da
composição do lixo, aliviando de certa forma o volume de lixo nos lixões.
Pesquisa sobre qual o melhor modelo de biodigestor a ser implantado, suas
dimensões, o volume de biogás produzido, a sua localização e qual o custo
para sua construção e implementação. Não fazem parte deste trabalho
monográfico,
ficando
para
pesquisas
aprofundamento desta e outras questões.
futuras
o
seu
detalhamento
e
38
BIBLIOGRAFIA
ANTUNES, Abílio José.
Apontamentos sobre Biogás. EMATER: Belo
Horizonte, 1981.
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EMATER. Apontamentos sobre Biogás. Belo Horizonte, 1981.
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07.04.2007.
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acesso em 10.03.2007.
http//www.matemagica.hpg.ig.com.br/biodigest.htm
acesso em 24.05.2007.
41
ÍNDICE
FOLHA DE ROSTO
2
AGRADECIMENTOS
3
DEDICATÓRIA
4
POESIA
5
RESUMO
6
METODOLOGIA
7
SUMÁRIO
8
INTRODUÇÃO
9
CAPÍTULO I: Um pouco da história do Biodigestor
10
CAPÍTULO II: O que é um Biodigestor?
13
2.1- Fases da biodigestão
14
2.2- Componentes de um Biodigestor
15
CAPÍTULO III: Tipos de Biodigestores
17
3.1- Biodigestor modelo Indiano
17
3.2- Biodigestor modelo Chinês
18
3.3.- Biodigestor modelo Plastisul
19
3.4- Biodigestor modelo Apótema I
20
3.5- Biodigestor modelo Apótema II
22
3.6- Biodigestor modelo Apótema III
22
3.7- Biodigestor modelo Marinha
23
CAPÍTULO IV: O Biogás
26
CAPÍTULO V: O Biofertilizante
31
CAPÍTULO VI: Impacto ambiental positivo
34
6.1- Diminuição da matéria orgânica na formação do lixo
34
42
CONCLUSÃO
37
BIBLIOGRAFIA
38
WEBGRAFIA
39
ÍNDICE
41
FOLHA DE AVALIAÇÃO
43
43
FOLHA DE AVALIAÇÃO
UNIVERSIDADE CÂNDIDO MENDES
INSTITUTO A VEZ DO MESTRE
Pós-Graduação “Latu-Sensu”
Título da Monografia:
PRODUÇÃO DE GÁS METANO EM BIODIGESTOR
Autor: JOSÉ VIEIRA CARNEIRO
Data da entrega: 28.07.2007
Avaliado por: Profª Ms. Fabiane Muniz
Conceito:
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45