dossier biomassa
digestão anaeróbia: fonte de biogås A degradação biológica da matÊria orgânica na ausência de oxigÊnio permite transformar a matÊria orgânica em biogås e ainda, em alguns casos, em biofertilizante. O biogås Ê formado
e pode ser usado para a geração de energia tÊrmica e elÊtrica ser injetado na rede de gås natural.
Os factos histĂłricos indicam que este ĂŠ um dos mais antigos processos tecnolĂłgicos, tendo sido durante muito tempo utilizado de forma empĂrica pela comunidade agrĂcola na produção de fertilizantes a partir de estrume de gado. Alguns registos da utilização do biogĂĄs para aquecimento de ĂĄgua na regiĂŁo de AssĂria remontam para 1000 a.C., mas sĂł no sĂŠculo XVII van Hel a partir da decomposição de matĂŠria orgânica. Um sĂŠculo depois, Alessandro Volta anunciou uma correlação direta entre a quantidade de matĂŠria orgânica decomposta e a quantidade de gases produzida. Finalmente, em 1808, Sir Humphry Davy demonstrou a presença de metano nos gases emergentes da digestĂŁo anaerĂłbia. No entanto, a industrialização da digestĂŁo anaerĂłbia sĂł terĂĄ começado em 1859 com a primeira estação de tratamento anaerĂłbio em Bombaim, Ă?ndia. A partir de 1895, o biogĂĄs produzido numa ETAR em Exeter, Inglaterra, foi recolhido e utilizado como combustĂvel na iluminação pĂşblica. Nos anos 30, Buswell e outros autores conduzi e documentaram as bactĂŠrias anaerĂłbias e as
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condiçþes ambientais que promovem este processo biolĂłgico. Em Portugal e em junho de 2011, o contributo do biogĂĄs para a produção de energia elĂŠtrica representava 120 GWh, apresentando uma taxa de crescimento de 61%. No entanto, o peso do biogĂĄs no total da produção de energia renovĂĄvel era apenas de 0,5%, pois a potĂŞncia total instalada ĂŠ ainda de 37,4 MW (DGEG, EstatĂsticas RĂĄpidas n.Âş 76 de junho de 2011). Atualmente a tecnologia da digestĂŁo anaerĂłbia e domĂŠsticos, resĂduos de animais e resĂduos sĂłli ! desta tecnologia a estes setores contribui para a diminuição das emissĂľes de gases de efeito de estufa, aumenta a produção de energia a partir de fontes renovĂĄveis, permite a valorização dos resĂduos orgânicos, diminui a dependĂŞncia energĂŠtica, reduz a poluição dos solos e meios hĂdricos e reduz a deposição de resĂduos orgânicos em aterros sanitĂĄrios. PorĂŠm, os parâmetros a controlar para que o processo de biodigestĂŁo seja bem-sucedido sĂŁo inĂşmeros e, desta forma, muitas vezes os resul operação das instalaçþes de biodigestĂŁo. É um processo microbiolĂłgico complexo pelo facto da degradação se dar atravĂŠs de diferentes grupos de microrganismos que devem interagir de forma equilibrada e coordenada. O desenvolvimento de modelos matemĂĄticos capazes de reproduzir o processo de digestĂŁo anaerĂłbia tem-se mostrado uma ferramenta cada vez mais importante para projetar e contro " fĂcios potenciais obtidos com o uso de modelos matemĂĄticos, o principal ĂŠ a redução dos esforços
Amadeu Silva Borges, Nuno Afonso Moreira, Adriana Machado, Escola de CiĂŞncias e Tecnologia, UTAD amadeub@utad.pt
laboratoriais à escala piloto na avaliação do comportamento de um determinado processo para # combinados com estratÊgias adequadas de monitorização e controlo, os modelos permitem otimizar o desempenho, a produtividade, a redução dos custos operacionais, os procedimentos de arranque e estabilidade do processo. Por exemplo, no Departamento de Engenharia da Universidade de Trås-os-Montes e Alto Douro têm sido desenvolvidas ferramentas numÊricas de previsão em função das condiçþes de operação dos sistemas de digestão anaeróbia. Modelos matemåticos como o modelo padrão, o modelo triangular e o modelo baseado na equação de Scholl e Canyon, têm sido aplicados a aterros sanitårios com bastante sucesso. Com igual sucesso, os modelos numÊricos AM1 e ADM1 têm sido usados na previsão da produção de biogås em ETARs e exploraçþes agropecuårias. Estes resultados numÊricos têm sido acompanhados por uma vasta campanha de validação experimental.
Etapas de Degradação AnaerĂłbia O processo da digestĂŁo anaerĂłbia pode ser descrito por uma sequĂŞncia de quatro fases principais de degradação: hidrĂłlise, acidogĂŠnese, acetogĂŠnese e a metanogĂŠnese, como esquematizado na Figura 1. A hidrĂłlise, a primeira etapa do processo de digestĂŁo anaerĂłbia, ĂŠ responsĂĄvel pela transformação de polĂmeros complexos (proteĂnas, hidratos de carbono e lĂpidos) nos seus monĂłmeros (açucares, aminoĂĄcidos e ĂĄcidos gordos de cadeia longa), sendo estes utilizados por microrganismos anaerĂłbios facultativos e anaerĂłbios estritos na etapa seguinte do processo.
dossier biomassa DIGESTĂƒO ANAERĂ“BIA: FONTE DE BIOGĂ S
Os modelos indiano, chinĂŞs e batelada sĂŁo constituĂdos essencialmente por um corpo cilĂndrico, podendo ser construĂdo em alvenaria ou ! & ' & e construĂdo em aço e as respetivas caixas de entrada e de saĂda (Figura 3). Os digestores contĂnuos de manta de PVC (imagem de abertura), ou tambĂŠm designados de modelo canadense ou da marinha sĂŁo constituĂdos na sua totalidade por manta em laminado de PVC, tanto o digestor como o gasĂłmetro sĂŁo formados por PVC. Normalmente, este tipo de digestor ĂŠ embutido no solo, necessitando assim da abertura prĂŠvia de um fosso, sobre o qual ĂŠ aplicado o manto de PVC. Figura 2 Esquema de um digestor a) UASB e b) CSTR (adaptado de [2]).
anaeróbios de acordo com o tipo de retenção de biomassa que Ê promovida nas diferentes tecnologias, podem considerar-se processos com biomassa em suspensão, em que o tempo de retenção de sólidos (TRS) Ê igual ao tempo de retenção hidråulico (TRH) e processos com retenção de biomassa, em que o TRS Ê superior ao TRH. Estes são os processos mais importantes e com vasta aplicação no tratamento de Os digestores anaeróbios com retenção de biomassa caraterizam-se por não ter partes móveis no seu interior, uma vez que a mistura Ê realizada por recirculação da biomassa atravÊs de uma bomba. O aquecimento deste tipo de digestores pode ser realizado aquando da recirculação da biomassa fazendo-a passar num permutador de calor, ou atravÊs do aquecimento das paredes do diges O digestor anaeróbio mais comum que se baseia na formação de grânulos Ê o digestor anaeróbio de manto de lamas (UASB – Anaerobic Sludge Blanket). Este tipo de digestor ! de destilarias, unidades processuais de alimentos e estaçþes de tratamento de åguas residuais.
A maior vantagem desta tecnologia de digestores comparativamente Ă s restantes existentes no mercado ĂŠ o seu baixo investimento. Como desvantagens, apresenta longos tempos de arranque e necessidade de elevada quantidade de grânulos para um arranque rĂĄpido. Nos digestores de mistura completa (CSTR – Continuously Stirred Tank Reactors) nĂŁo hĂĄ retenção de biomassa, sendo o TRH igual ao TRS. Este tipo de digestor estĂĄ destinado fundamentalmente Ă digestĂŁo anaerĂłbia de lamas de ETARs e de resĂduos animais. SĂŁo amplamente usadas na Alemanha e Dinamarca em instalaçþes agro! " # O armazenamento do biogĂĄs pode ser feito no interior do digestor (topo do digestor) ou externamente num reservatĂłrio de gĂĄs (gasĂłmetro). AlĂŠm dos modelos anteriores, os modelos rurais indiano, chinĂŞs, batelada e de manta de PVC sĂŁo digestores com uma ampla utilização mundial. Estes digestores apresentam um baixo custo, uma vez que sĂŁo construĂdos com materiais rudimen $ $ % cada para a sua construção. Normalmente, este tipo de digestores nĂŁo possui aquecimento nem sistema de mistura o que resulta num baixo rendimento do processo de digestĂŁo anaerĂłbia.
O biogĂĄs pode ser usado para a geração de energia tĂŠrmica (calor/vapor), de energia elĂŠtrica, ou geração combinada de vapor e eletricidade (cogeração) e como combustĂvel para veĂculos. Pode ainda ser injetado na rede de gĂĄs natural e usado como combustĂvel para as cĂŠlulas de combustĂvel. Para a geração de energia elĂŠtrica e energia tĂŠrmica serĂĄ necessĂĄrio o fornecimento de biogĂĄs a motores de combustĂŁo e caldeiras. Posto isto, a qualidade do biogĂĄs ĂŠ crucial para se obter o mĂĄximo rendimento da instalação e durabilidade dos equipamentos. Para aumentar a qualidade do biogĂĄs serĂĄ necessĂĄrio efetuar a sua limpeza e ! * ! ! o espaço ocupado no armazenamento, e cumprir as normas de qualidade caso seja para injetar na rede de gĂĄs natural. + ! 012, com %4 ! & 52S, para evitar a corrosĂŁo dos equipamentos, a ĂĄgua (H2O), para evitar a formação de condensados potencialmente corrosivos nas tubagens e equipamentos e a NH3, para evitar a corrosĂŁo e a libertação de NOx. Umas das principais vantagens da recuperação e utilização do biogĂĄs ĂŠ, sem dĂşvida, o efeito ambiental, na medida em que o biogĂĄs ĂŠ constituĂdo principalmente por CH4 e CO2, dois dos principais gases causadores do efeito estufa.
[1] Gerardi, M. H. (2003). The Microbiology of Anaerobic Digesters. John Wiley & Sons, Inc., 5 % 9 & : ; < => [2] Skiadas, I.V., Gavala, H. N., Schmidt, J.E, Ahring, B.K. (2003) Anaerobic Granular Sludge and ? * ? @ L Q ? @ =&X Y#& !! Z[$\\> [3] Paulo Ferreira, Biodigestores - Energia, fertilidade e saneamento para a zona rural, 2.ÂŞ Ed. Cone Editora. Figura 3 Digestores rurais (adaptado de [3]).
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