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ANTONIO CARLOS DOURADO BARROS DA ROCHA LUÍS AUGUSTO BARBOSA CORTEZ JORGE DE LUCAS JUNIOR

RESÍDUOS SÓLIDOS URBANOS E VINHAÇA Reconciliando energia, fertilizantes e meio ambiente

PROCESSO NÚMERO 2025/13945-0

Antonio Carlos Dourado Barros da Rocha Luís Augusto Barbosa Cortez Jorge de Lucas Junior

Resíduos sólidos urbanos e vinhaça Reconciliando energia, fertilizantes e meio ambiente

Resíduos sólidos urbanos e vinhaça: reconciliando energia, fertilizantes e meio ambiente © 2026 Antonio Carlos Dourado Barros da Rocha, Luís Augusto Barbosa Cortez, Jorge de Lucas Junior Editora Edgard Blücher Ltda. Publisher Edgard Blücher Editor Eduardo Blücher Coordenação editorial Rafael Fulanetti Coordenação de produção Ana Cristina Garcia Preparação de texto Edgar Costa Diagramação Estúdio dS Revisão de texto Maurício Katayama Capa Juliana Midori Horie Imagem da capa iStockphoto

As opiniões, hipóteses e conclusões ou recomendações expressas neste material são de responsabilidade dos autores e não necessariamente refletem a visão da FAPESP.

Dados Internacionais de Catalogação na Publicação (CIP) Heytor Diniz Teixeira, CRB-8/10570 Rua Pedroso Alvarenga, 1245, 4 o andar 04531-934 – São Paulo – SP – Brasil Tel.: 55 11 3078-5366 contato@blucher.com.br www.blucher.com.br

Rocha, Antonio Carlos Dourado Barros da Resíduos sólidos urbanos e vinhaça : reconciliando energia, fertilizantes e meio ambiente / Antonio Carlos Dourado Barros da Rocha, Luís Augusto Barbosa Cortez, Jorge de Lucas Junior. – São Paulo : Blucher, 2026. 216 p. : il.

Segundo o Novo Acordo Ortográfico, conforme 6. ed. do Vocabulário Ortográfico da Língua Portuguesa, Academia Brasileira de Letras, julho de 2021.

Bibliografia ISBN 978-85-212-3121-9 (Impresso) ISBN 978-85-212-3120-2 (Eletrônico - Epub) ISBN 978-85-212-3119-6 (Eletrônico - PDF) 1. Resíduos sólidos urbanos. 2. Vinhaça de cana-de-açúcar. 3. Biometano. 4. Biogás. 5. Bioenergia. I. Cortez, Luís Augusto Barbosa. II. Lucas Junior, Jorge de. III. Título.. CDU 628.4 Índice para catálogo sistemático: 1. Resíduos sólidos urbanos

CDU 628.4

Sumário

Prefácio.....................................................................................................................................

1 Introdução.........................................................................................................................

2 Resíduos sólidos urbanos (RSU)................................................................................

3 As experiências de gestão dos resíduos sólidos urbanos.................................

4 Biometano dos resíduos sólidos urbanos..............................................................

5 Vinhaça de cana-de-açúcar........................................................................................

107

6 A fertirrigação com vinhaça de cana-de-açúcar..................................................

131

7 Biodigestão de vinhaça de cana-de-açúcar..........................................................

153

8 Outros usos da vinhaça de cana-de-açúcar..........................................................

171

9 Integração do biometano de RSU com biometano de vinhaça.......................

175

10 Contribuições ambientais do biometano de RSU e da vinhaça......................

181

11 Sinergia entre RSU, vinhaça de cana, etanol de milho e estrume de gado para a produção de biogás.............................................................................................................. 187 12 Conclusão.........................................................................................................................

197

Resíduos sólidos urbanos e vinhaça

Referências..............................................................................................................................

203

Glossário...................................................................................................................................

209

Sobre os autores....................................................................................................................

211

Introdução

A existência humana e sua relação com o meio ambiente podem ser mais bem compreendidas quando se consideram o avanço tecnológico e o uso da energia. No princípio, em diferentes civilizações, as sociedades mais primitivas, para assim chamá-las, tinham um modo de vida mais harmonioso com a natureza, não havendo, portanto, diferenças significativas entre os seres humanos e outros animais. A noção de “lixo”, por exemplo, simplesmente inexistia. Os rejeitos eram parte das cadeias de consumo de outras espécies ou biodigeridos pela natureza (reciclados). Evidentemente, a vida no planeta sempre existiu graças a uma fonte de energia que provê, de forma constante há milhões de anos, todo o aporte necessário ao básico da vida. O fenômeno da vida e sua evolução só são possíveis graças a essa fonte de energia que chamamos de Sol, que nos aquece, possibilita a fotossíntese e oferece outras contribuições importantes. Com a evolução tecnológica, o ser humano foi aumentando a taxa de exploração dos recursos naturais, o que lhe permitiu melhorar suas condições de vida, sua longevidade e também seu crescimento populacional. A primeira grande evolução tecnológica deu-se com a domesticação do fogo, tanto para aquecimento e iluminação quanto para o cozimento de alimentos.

Resíduos sólidos urbanos e vinhaça

A descoberta da agricultura e a sistematização do uso da terra permitiram melhorar o aproveitamento do trabalho humano. Com o emprego de animais, foi possível dar outro grande salto na produtividade agrícola e do trabalho. O ser humano foi aprendendo a controlar essas importantes variáveis, desenvolvendo as bases da agricultura. Aos poucos, o ser humano também aprendeu a controlar e servir-se dos ventos, para a moagem de grãos, movimentação de água e navegação; do sol, para secagem e agricultura; e da madeira para diversos fins. A humanidade melhorou gradativamente suas condições de vida, o que permitiu mais tempo livre para outras atividades, como as artes e as ciências. O desenvolvimento científico progrediu à medida que o ser humano dispôs de mais tempo livre. A escrita foi sistematizada, e a imprensa permitiu acelerar a comunicação e disseminar mais rapidamente o conhecimento. A essa altura, o ser humano já transformava mais rapidamente o seu entorno mas também poluía consideravelmente o meio ambiente, contaminando principalmente solos e águas. Parece quase um paradoxo que, de um lado, o progresso tecnológico proporcionasse melhores condições de vida para o ser humano e, de outro, promovesse uma piora gradativa da qualidade ambiental. Essa espiral mudou de escala com a melhor compreensão da termodinâmica e a invenção de seus ciclos, que permitiam melhorar ainda mais a eficiência do trabalho. Isso tudo possibilitou a chegada da era industrial, o uso da máquina a vapor, ferrovias e navios mais modernos, que encurtaram distâncias e trouxeram uma revolução no comércio. Estava inventado o mundo globalizado. Na sequência, o ser humano começou a valer-se de recursos fósseis, até então ignorados. O carvão mineral passou a ser extraído por apresentar muitas vantagens sobre o carvão de madeira. Em seguida apareceu o petróleo, no início pouco compreendido, mas rapidamente se descobriram seus usos e possibilidades. Possivelmente, nada trouxe mais progresso à humanidade do que o uso dos recursos fósseis. O carvão mineral, o petróleo e o gás natural permitiram um desenvolvimento sem precedentes, com um aumento considerável da qualidade de vida. Todos os indicadores evoluíram positivamente, mas, em contrapartida, o preço a ser pago manifestou-se na forma de uma poluição sem precedentes: uma poluição visível, com a contaminação dos solos, da água doce e dos mares, e uma poluição invisível, com o chamado efeito estufa.

Resíduos sólidos urbanos (RSU)

Sem entrar em definições técnicas, apresentaremos alguns conceitos que serão importantes para a compreensão do texto que segue. Em primeiro lugar, é importante recuperar o conceito da Segunda Lei da Termodinâmica, que é complexa e abrangente, mas fornece também parâmetros aplicáveis ao nosso dia a dia. Uma das consequências da segunda lei é que não existe na natureza, como a conhecemos, processo ou transformação 100% eficiente. Esse é o mesmo conceito que usamos para dizer que não se pode construir o “moto perpétuo” e também o mesmo que nos permite dizer que não há processo de transformação sem resíduos. Isto posto, precisamos agora diferenciar o que alguns chamam de “resíduo zero”, pois não se trata de um processo que não gere resíduos, mas sim de múltiplos processos que permitam o aproveitamento de quase todos os resíduos para outros usos, que não aqueles que motivaram o processo inicial. Mas, ainda assim, sempre sobra algum resíduo, ainda que muito pequeno. Entrando agora no tema resíduos sólidos, vamos ver o que a ABNT diz a respeito: “Resíduos nos estados sólido e semissólido, que resultam de atividades de origem industrial, doméstica, hospitalar, comercial, agrícola, de serviços e de varrição”. É fundamental ter em mente que “lixo” – palavra

Resíduos sólidos urbanos e vinhaça

mais comum para resíduo sólido – é qualquer coisa inservível ou sem utilidade para seu proprietário. Esse conceito é muito importante, pois introduz dois aspectos: “inservível para seu proprietário” e a palavra “proprietário” em si, pois esta significa também responsável. O fato de certo material ser inservível para seu proprietário, que, portanto, quer se desfazer dele, não significa que ele seja inservível para outrem ou para ser utilizado por outros processos. Neste momento é importante considerar a substituição da palavra “lixo” por “resíduo” em nosso vocabulário coloquial do dia a dia, uma vez que resíduo é o que sobra de um processo qualquer e que não pode ser mais utilizado nesse processo por seu proprietário, mas pode, sim, alimentar outro processo. Como exemplo, podemos citar os restos de alimento, que não serão mais aproveitados por seu proprietário, mas, com o devido processamento, podem ser utilizados para outros fins. Não queremos aqui discutir o grande desperdício de alimento em nosso país – deixamos isso para outras políticas públicas –, mas queremos, sim, alertar para o fato de que restos de alimento, assim como outros materiais orgânicos (biológicos), podem ter um uso extremamente nobre para a sociedade. O mesmo acontece com quase todos os resíduos que descartamos, desde os conhecidos recicláveis (plásticos, metais, papel etc.) até os mais “descartáveis”, como restos de obras, de construção civil e demolição, resíduos de podas e jardinagem, e tantos outros. Os únicos resíduos que se diferenciam e, portanto, têm requisitos próprios para descarte estabelecidos na legislação são os resíduos de serviços de saúde e os resíduos agroindustriais tóxicos. O conceito apresentado, de que quase tudo pode ser reaproveitado, vai ao encontro do novo modelo econômico, a economia circular. Fazendo o reaproveitamento de materiais descartados, impactamos diretamente a extração de novas matérias-primas do planeta, e mais ainda, podemos produzir outras coisas que substituem a necessidade de extração dessas matérias-primas, usando para isso os ciclos da natureza. Cabe aqui mais uma ressalva, pois não estamos abordando a reciclagem industrial convencional, já conhecida de todos, mas a reciclagem de materiais orgânicos (biológicos), pois estes, sem exceção, são reciclados pela própria natureza, pela ação de bactérias, fungos e insetos, que em condições adequadas se alimentam dos nutrientes dos seres vivos e produzem hidrocarbonetos. Foi por este mecanismo de reciclagem natural que dinossauros, plantas e outros seres vivos de milhares de anos atrás viraram os depósitos de

As experiências de gestão dos resíduos sólidos urbanos

A EXPERIÊNCIA DA ORIZON Não podemos deixar de citar neste capítulo a experiência da empresa Orizon – Valorização de Resíduos, hoje a maior gestora de resíduos sólidos do Brasil, com muitos projetos de aproveitamento. Uma das pioneiras e a primeira bem-sucedida em seu objetivo de implantar um projeto de incineração de rejeitos na cidade de Barueri (SP), a Usina de Recuperação de Energia (URE) Barueri. A URE Barueri, idealizada como um marco na gestão de resíduos sólidos e na geração de energia limpa no Brasil, enfrenta uma trajetória marcada por desafios e avanços desde o início de sua implantação.

1. Contexto e objetivos A URE Barueri, com capacidade para processar 825 toneladas de resíduos sólidos urbanos por dia e gerar 17 MW de energia elétrica, surge como uma solução inovadora para o destino final dos RSU, combatendo a crescente

Resíduos sólidos urbanos e vinhaça

problemática dos aterros sanitários e promovendo a geração de energia renovável.

2. Desafios enfrentados ●

●

Licenciamento ambiental: o processo de licenciamento ambiental se mostrou moroso e complexo, marcado por contestações e análises rigorosas por parte dos órgãos ambientais, atrasando o cronograma inicial do projeto; Oposição da comunidade: nem toda a população local se mostrou receptiva à construção da URE, com receios relacionados à emissão de poluentes e aos impactos ambientais da usina; Incertezas econômicas: fatores como a oscilação do preço da energia e a necessidade de investimentos iniciais elevados geraram incertezas sobre a viabilidade econômica do projeto.

3. Avanços e perspectivas ●

●

Superação de obstáculos: apesar dos desafios, a URE Barueri superou diversas etapas do processo de licenciamento e obteve as licenças necessárias para sua construção e operação; Tecnologia de ponta: a usina contará com tecnologia de ponta para minimizar emissões e garantir o controle ambiental durante todo o processo, buscando atender aos mais rígidos padrões internacionais; Engajamento da comunidade: ações de diálogo e esclarecimento estão sendo promovidas para informar a comunidade sobre os benefícios da URE e seus impactos positivos no meio ambiente e na economia local; Sustentabilidade e eficiência: a URE Barueri tem o potencial de desviar milhares de toneladas de RSU dos aterros sanitários, reduzindo a emissão de Gases de Efeito Estufa e promovendo a geração de energia limpa e renovável.

4. Considerações finais A URE Barueri se configura como um projeto inovador (no Brasil) e promissor, com o potencial de transformar a forma como lidamos com os resíduos sólidos urbanos e a geração de energia no país. Apesar dos desafios enfrenta-

Biometano dos resíduos sólidos urbanos

Toda matéria de origem biológica, também chamada de orgânica, é reciclada pela natureza. Já comentamos aqui a origem do petróleo, carvão e gás natural. Nos interessa, entretanto, uma reciclagem natural de mais curto prazo, que é o consumo desta matéria por bactérias ao longo de períodos que chegam a durar dias e que, ao final, produz o que chamamos de biogás. Esse biogás é rico em metano, cerca de 60%. Sendo de fonte biogênica, esse metano é chamado de biometano. Praticamente todo resíduo orgânico, quando se decompõe, passa por um processo de biodigestão que libera biogás. Chama-se biodigestão, pois o processo é executado por organismos vivos, bactérias, que se alimentam da matéria orgânica e liberam gás. Esse processo acontece nos lixões e aterros sanitários, nos dejetos de animais, nos resíduos agrícolas, como cascas, folhas e galhos, mas também em outros processos fermentativos, como o caso da produção de etanol com a vinhaça. Até a digestão de herbívoros produz metano; por isso se fala tanto das emissões pela pecuária. O gás metano, quando emitido na atmosfera, representa 28 vezes mais efeito estufa do que o gás carbônico, se considerado um horizonte de longo

Resíduos sólidos urbanos e vinhaça

prazo (cem anos, por exemplo). Entretanto, se considerarmos um horizonte temporal mais curto, ele é cerca de 80 vezes mais potente que o CO2. Isso ocorre devido à degradação do metano na atmosfera ao longo do tempo. Como precisamos descarbonizar nossa atmosfera num período mais curto que cem anos, uma ação fundamental para controlar emissões de GEE é reduzir as emissões de metano. É importante ressaltar que mesmo atividades mitigadoras da emissão de metano, como sua captura e queima em aterros sanitários, são capazes de reduzir apenas uma parte do gás produzido, pois parcela significativa é emitida difusamente pela superfície do local. Aproveitar o metano emitido e utilizá-lo como biometano é, portanto, não apenas uma necessidade ambiental, mas também uma fonte de combustível renovável de extrema importância para a descarbonização e a transição energética, pois, idêntico ao gás natural (fóssil), o biometano, também chamado de Gás Natural Renovável (GNR), pode ser utilizado da mesma forma, ou seja, como combustível industrial em fornos, caldeiras e aquecedores, mas também como combustível veicular. Segundo o relatório Net Zero Readiness Report 2023, da KPMG, publicado em reportagem no início de 2024 pela Revista Exame, o setor de transportes foi o que mais cresceu em emissões no período 2005 a 2022, com 53% de aumento. Foram analisadas sete indústrias em mais de 20 países com informações da frente de Emissões para Pesquisa Atmosférica Global, da Comissão Europeia. Segundo o estudo, a agricultura foi responsável por 46% das emissões desses gases, enquanto transportes emitiram 16% e resíduos, 13% em 2022. O estudo analisou as áreas de agricultura, transportes, resíduos, indústria, energia, eletricidade e edificações em mais de 20 países e usou informações do banco de dados de Emissões para Pesquisa Atmosférica Global, da Comissão Europeia. Para um país como o Brasil, exportador de commodities, de dimensões continentais, com rodovias como principal modal de transporte, com a população concentrada na costa e a produção mineral e agrícola no interior, é fácil entender que o transporte rodoviário é o principal vilão nessa história, respondendo por mais de 50% das emissões. Caminhões e ônibus são os maiores emissores do transporte rodoviário, respondendo por mais da metade das emissões do setor. Considerando agora que as principais fontes de matéria orgânica são resíduos do agro e resíduos sólidos urbanos, é fácil ver

Vinhaça de cana-de-açúcar

Diferentemente dos resíduos sólidos urbanos, a vinhaça é um Resíduo Líquido Rural (RLR), assim como outros efluentes líquidos tanto da agroindústria canavieira quanto de outras. Portanto, o fato de ser um resíduo rural já leva a pensar na sua disposição como fertilizante. Outra característica que difere bem a vinhaça dos RSU é sua composição muito mais uniforme e previsível. Assim, sabe-se com antecedência, produz-se todos os dias a mesma vinhaça, o que torna a questão de sua disposição mais simplificada, mas não menos importante, como veremos. A fabricação de álcool (etanol), seja para produção de bebidas ou, posteriormente, para produção de biocombustíveis, está baseada nos processos de fermentação e destilação, com correspondente coprodução de um resíduo líquido considerado um efluente que pode causar poluição ambiental, caso o método de disposição seja inadequado. Como já foi dito na introdução deste livro, a produção de álcool coincide com a invenção do alambique, que possibilitou o uso de álcool para diferentes fins, inclusive farmacêuticos, iluminação, bebidas, entre outros. O alambique, embora mais sofisticado, é usado até hoje em destilação em pequena escala para a produção de bebidas, entre outros. É um aparato relativamente simples que permite a separação do ál-

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Resíduos sólidos urbanos e vinhaça

cool (fração mais volátil). No alambique, essa separação do álcool se faz por batelada, ou seja, não continuamente. Com a invenção dos motores automotivos, tanto ciclo Otto como ciclo Diesel, vieram a necessidade de combustíveis. Inicialmente, os motores usavam biocombustíveis como etanol e óleo vegetal, respectivamente, pois era o que existia disponível na época. No caso do etanol combustível e seu uso em motores, de certa forma coincidiu com a invenção das colunas de destilação. Tanto no caso do alambique como das colunas de destilação, na parte superior obtém-se o etanol e na parte inferior a vinhaça de cana-de-açúcar. As colunas de destilação possibilitaram processos contínuos, o que favoreceu a maior escala de produção, com menores custos. Neste livro, trataremos fundamentalmente da vinhaça industrial de cana-de-açúcar obtida de forma contínua usando colunas de destilação.

COMO A VINHAÇA SE ORIGINA NO CAMPO O resíduo vinhaça de cana-de-açúcar nasce no campo, com todas as impurezas – terra, fertilizantes e fibras – que são involuntariamente levadas junto com o colmo da cana para a usina ou destilaria. No início da década de 1970 no Brasil, e até há pouco tempo, a cana era toda plantada e colhida manualmente. O plantio era feito com toletes1 cortados do colmo da cana e colocados, espaça damente, num sulco. Já a colheita era feita também manualmente e realizada imediatamente após a queima programada do canavial. A queima era feita para facilitar a colheita manual, do contrário a palha iria atrapalhar as operações. Nos meses de colheita da cana na região Centro-Sul do Brasil, tipicamente de abril a outubro, havia muitas queimadas de canaviais.2 A atmosfera, que já estava muito seca pela falta de chuvas no inverno brasileiro, agravava sua condição devido às queimadas. Esse transtorno das queimadas da cana-de-açúcar levou ao projeto de programar o fim das queimadas e, consequentemente, o corte manual da co1

A brota da cana-de-açúcar é feita com toletes de aproximadamente 10 cm. Esses toletes possuem gemas que se desenvolvem em plantas adultas. Atualmente, há diversas tentativas de industrializar a prática do plantio e germinação da cana, como a experiência do “Plene”, da empresa Syngenta. A queimada dos canaviais desprende quantidade impressionante de calor, com altas labaredas, muita fumaça e fuligem, assemelhando-se a uma explosão contínua no campo.

A fertirrigação com vinhaça de cana-de-açúcar

A INVENÇÃO DA FERTIRRIGAÇÃO COM VINHAÇA Inicialmente com o Prof. Jaime Almeida e posteriormente com o Prof. Nadir Almeida da Glória da Esalq-USP, aperfeiçoou-se a tecnologia de fertirrigação, que, se não resolveu, pelo menos equacionou razoavelmente a questão da vinhaça. A vinhaça era entendida, originalmente, como um problema e, de uma certa maneira, seu uso no campo como fertilizante passou a ser uma solução, ajudando as usinas a economizar com a compra de fertilizantes. Como afirma o Eng. Clébio Matioli, a fertirrigação é uma solução técnica, econômica e ambiental muito inteligente de reciclagem de nutrientes, devolvendo aos solos os nutrientes que a cana utilizou para o seu desenvolvimento vegetativo/produtivo, inclusive proporcionando uma enorme economia para o Brasil, reduzindo a importação de fertilizantes, especialmente de potássio. Além do potássio, a tecnologia da fertirrigação proporciona o uso da matéria orgânica e outros nutrientes presentes na vinhaça. A Usina da Pedra, em parceria com a Esalq, foi pioneira nas pesquisas sobre o uso fertilizante da vi-

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nhaça. Nas décadas seguintes, desenvolveu-se a tecnologia de transporte e aplicação da vinhaça no campo (Rossetto, 2019). Como foi dito anteriormente, o grande volume resultante de vinhaça advém da diluição necessária para que a fermentação ocorra em horas e não em dias. Daí a razão por que se obtém um volume de vinhaça muito superior, tipicamente de 9 a 17 vezes o volume de etanol produzido de cana-de-açúcar nas diferentes configurações de usina e destilarias de etanol de cana no Brasil. Isso quer dizer que para uma produção de 33 bilhões de litros de etanol de cana resultam cerca de 560 bilhões de litros de vinhaça (Rossetto, 2019). Tabela 6.1 Proporções típicas do volume de vinhaça em relação ao volume de etanol produzido segundo diferentes tipos de destilaria no Brasil Tipo de destilaria

Produção de Vinhaça

Destilarias Autônomas

14 a 17 litros de vinhaça/litro de etanol

Destilarias Autônomas com pré-concentração do caldo

9 a 13 litros de vinhaça/litro de etanol

Destilarias Anexas

10 a 14 litros de vinhaça/litro de etanol

Fonte: Rossetto (2019).

Essa grande quantidade foi motivo de grande preocupação desde o início do Proálcool em 1975, quando se planejava multiplicar sobremaneira a produção de etanol combustível no Brasil. Falava-se à época que a carga poluido ra da vinhaça resultante seria superior ao do esgoto das cidades, indo causar um transtorno enorme à população. Sua disposição na natureza é considerada altamente nociva à fauna, flora e microfauna e microflora. Como será visto, outras formas de disposição da vinhaça encontram-se em uso. Ao longo deste livro poder-se-á analisar os prós e contras das diferentes tecnologias e seus custos econômicos e ambientais. Também serão analisados e discutidos os caminhos futuros da vinhaça, considerando aspectos energéticos, fertilizantes e ambientais. Há ainda, desenvolvida mais recentemente, a tecnologia de produção de etanol a partir das fibras da cana, o chamado etanol 2G. Sobre a vinhaça do etanol 2G teceremos alguns comentários adiante.

Biodigestão de vinhaça de cana-de-açúcar

BIODIGESTÃO DA VINHAÇA IN NATURA A biodigestão é um processo muito antigo, tendo se tornado bastante usado tanto na China como na Índia. Nesses países, a população era fundamentalmente vegetariana ou se alimentavam com pouca variedade de produtos, o que tornava a biodigestão dos resíduos bastante simples. Não havia desinfetantes ou medicamentos como antibióticos, simplificando muito a sobrevivência dos microrganismos que atuam na biodigestão. No entanto, a biodigestão anaeróbia usando biodigestores no modelo chinês ou modelo indiano funciona bastante bem para o tratamento de resíduos sólidos com um teor de umidade intermediário, como restos de alimentos, urina e fezes, desde que se consiga manter uma certa fluidez no biodigestor. Muitas vezes é necessário adicionar água ao material que entra no biodigestor. É o que ocorre, por exemplo, quando se alimenta esterco de gado estabulado. A água adicional garante a fluidez necessária. Nesses biodigestores, o tempo de residência é elevado, muitas vezes de mais de um mês, para que

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o resíduo seja tratado, passando pelas etapas para sua degradação e liberação de biogás (mistura de metano e gás carbônico), como já visto anteriormente. O processo da biodigestão anaeróbia é bastante complexo, mas pode ser entendido esquematicamente por meio da Figura 7.1. Para uma melhor compreensão do processo, como dito anteriormente, este pode ser dividido em etapas: hidrólise, acidogênese, acetogênese e metanogênese.

Figura 7.1

Rotas metabólicas da biodigestão anaeróbia.

Fonte: Baseada em Chernicharo (1997).

Do ponto de vista industrial, o objetivo da biodigestão é a redução da carga poluente do resíduo em questão. Quando se tem um resíduo como a vinhaça com alta DBO, considera-se a biodigestão anaeróbia como processo de redução a níveis considerados aceitáveis. Nos últimos anos, tem-se considerado também a biodigestão anaeróbia da vinhaça para se evitar que a geração de metano ocorra ao ar livre, no campo, gerando emissões de Gases de Efeito Estufa. É sempre importante relembrar que o metano possui um potencial de aquecimento da atmosfera cerca de 80 vezes maior que o dióxido de carbono considerando um horizonte de 20 anos, pois ele se decompõe. Num horizonte de 100 anos o metano é 23 vezes mais potente. Portanto, os efeitos da biodigestão anaeróbia (redução da DBO, redução das emissões de metano e recuperação do metano para fins energéticos), podem ser conside-

Outros usos da vinhaça de cana-de-açúcar

INCINERAÇÃO DA VINHAÇA CONCENTRADA A incineração da vinhaça de cana-de-açúcar é uma maneira de realizar a disposição definitiva do resíduo. Essa ideia provavelmente é baseada na incineração da lixívia negra ou licor negro (black liquor) oriunda do processo Kraft, usado na produção de papel (Merriam, 1982). Na incineração do licor negro, recuperam-se os sais de sódio, necessários no branqueamento (bleaching) do papel. As vantagens esperadas com a incineração da vinhaça são: ●

eliminação do efluente e, portanto, do seu poder poluente;

●

recuperação do potássio e outros nutrientes nas cinzas. Já como desvantagens da incineração da vinhaça, Rossetto (2019) aponta:

●

a eliminação do nitrogênio, fósforo e sulfatos; e

●

os elevados custos de investimento (caldeira) e energia.

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Em experiências realizadas na Tailândia na década de 1980, esse processo foi tentado industrialmente pela empresa Alfa-Laval (Nilsson, 1981). Naquela oportunidade, os testes foram realizados com vinhaça concentrada a 60 Brix, ou seja, 60% de sólidos solúveis. Também a empresa H.C.G. reportou experiências com incineração de vinhaça (Spruytenburg, 1982). Posteriormente, em experiências realizadas na Louisiana, nos Estados Unidos, por Cortez (1988) e reportadas por Cortez e Brossard Perez (1997), realizaram-se sem sucesso vários testes com vinhaça também com 60 Brix. Possivelmente a razão do insucesso tenha sido o tipo de forno ou do atomizador utilizado. Já com vinhaça concentrada a 40 Brix, mas misturada em diferentes proporções com óleo combustível (emulsões vinhaça-óleo), a incineração foi possível. Tabela 8.1

Composição, análise elementar e imediata de vinhaça in natura e em base seca, de licor negro e de bagaço de cana

Componente

Vinhaça in natura (*)

Vinhaça Seca (*)

Licor Negro Base seca (**)

Bagaço Úmido

Sólidos (%)

29,79

n.d. (***)

52%

Cinzas (%)

13,31

18,95

n.d.

1,7%

Enxofre (%)

0,08

0,12

4,4

traços

Carbono Volátil (%)

48,67

69,31

n.d.

40,2

Carbono Fixo (%)

8,24

11,73

n.d.

6,1

Carbono (%)

n.d.

39,72

37,0

23,8

Hidrogênio (%)

n.d.

8,60

2,8

Nitrogênio (%)

n.d.

1,65

n.d.

traços

(*) para esta análise foi empregada uma vinhaça obtida a partir da fermentação e destilação de melaço de cana tipo HTM-high test molasses. (**) o licor negro aqui especificado tem um poder calorífico de 14.400 kJ/kg, densidade a 100oC de 1350 kg/m3 a 65% e viscosidade a 100oC de 20 x 103 Pa.s a 65%. (***) n.d. = não disponível. Fontes: Cortez e Brossard Perez (1997); Clay e Karnofski (1981); Babcock e Wilcox (1978).

Quanto ao poder calorífico da vinhaça, tem-se 14.390 kJ/kg para a vinhaça seca e 7.600 kJ/kg para a vinhaça a 60% sólidos (Wesley e Cortez, 2000).

Integração do biometano de RSU com biometano de vinhaça

Tabela 9.1

Investimentos típicos em instalação de produção de biogás usando lixo, esgoto e vinhaça como

substrato

Item

Lixo

Esgoto

Vinhaça

Capacidade (Nm3 de biogás purificado/dia)

6.000

Volume de diesel equivalente (l/dia)

4.920

Custo de instalação (US$)

897.114

411.520

790.119

Receita anual (US$)

448.270

Custos operacionais (US$/103 Nm3)

121,80

109,50

102,90

Fonte: Freire e Cortez (2000) adaptada de Gomes (1986).

Como mencionado no Capítulo 3, existe uma sinergia importante entre a vinhaça e a fração orgânica dos resíduos sólidos urbanos: a possibilidade de

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utilização da vinhaça como meio de diluição e purificação da Forsu, economizando água, garantido a pureza do substrato e sua melhor metanização, além de adicionar matéria orgânica ao processo. Como benefício adicional, é importante notar que, para uma biodigestão ótima, a relação carbono/nitrogênio do substrato deve estar entre 20:1 e 25:1. Os Resíduos Sólidos Urbanos em sua fração orgânica são muito variáveis, mas frequentemente possuem relação C/N muito alta, enquanto a vinhaça possui tal relação muito baixa, por ter muito pouca matéria orgânica. Por este motivo, o uso de vinhaça como diluente da Forsu é ainda mais benéfico. O Brasil possui 366 usinas produtoras de álcool, mais 15 em construção, a grande maioria em São Paulo, Minas e Goiás, mas também com unidades no Rio de Janeiro, Pernambuco, Mato Grosso e outros estados. A grande maioria dessas usinas está próxima a cidades pequenas e médias, aquelas que têm mais dificuldade em tratar seus resíduos urbanos de forma adequada. Agindo como catalisador ao aproveitar seu potencial de metanização da vinhaça e da torta de filtro, as usinas podem também apoiar o tratamento de resíduos das cidades, utilizando uma pequena parte da vinhaça produzida, independentemente de sua concentração, para viabilizar o condicionamento da Forsu das cidades que as hospedam. Naturalmente, uma estruturação como esta deveria seguir os ritos legais de contratos com o poder público, de forma que propomos uma parceria público privada entre usina, prefeitura e o operador/gestor da implantação do sistema. O que propomos é uma modelagem que pode ser feita ou por acordo de cooperação técnica entre prefeitura (ou consórcio de municípios) e uma entidade reconhecidamente experiente no tema, ou um chamamento de Procedimento de Manifestação de Interesse (PMI), chamado pela órgão gestor responsável e dirigido a empresas do setor de gestão de resíduos. O conceito do projeto é uma primeira parte com separação mecânica convencional dos resíduos sólidos urbanos através de linhas automatizadas, manuais ou mistas, dependendo das condições de uso de mão de obra (cooperativas de catadores).

Contribuições ambientais do biometano de RSU e da vinhaça

Tendo como referência a presente situação da disposição de RSU e da vinhaça, a simples aplicação da legislação vigente já representaria um grande avanço. Mas os projetos andam muito devagar no setor canavieiro e mais ainda no setor de gestão de resíduos. Para começar a falar das contribuições ambientais, é importante citar que existe uma pressão mundial para reduzir a pegada de carbono dos produtos, principalmente na União Europeia. A Europa iniciou um protocolo de contabilização de carbono em todos os produtos importados e começará a taxá-los de acordo com sua intensidade a partir de 2026. Ora, apesar de o Brasil ter um benefício muito grande devido à sua Matriz Elétrica bastante renovável, nosso país continental tem no rodoviário seu principal modal de transporte, justamente aquele que é mais intensivo em uso de combustível fóssil, o diesel. Nossos produtos serão, portanto, taxados devido ao diesel extensivamente utilizado no transporte das áreas produtivas até os portos para exportação. Apesar dos esforços de alguns estados para a disponibilização de gás natural para o abastecimento de caminhões ao longo de suas rodovias,

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esta medida ainda é pobre, reduzindo pouco a emissão de carbono para a atmosfera. Ao mesmo tempo, os resíduos orgânicos urbanos, industriais e agropecuários são descartados seja em aterros, lixões ou no próprio solo, onde são tratados pela natureza, transformando-se em compostos de carbono, entre eles o metano, que, como já discutido muitas vezes neste livro, é o principal agente de efeito estufa considerando um horizonte de curto prazo. Tanto assim que o Compromisso Global do Metano (Global Methane Pledge – GMP) foi lançado e assinado oficialmente em 2 de novembro de 2021, durante a COP26 (Conferência das Nações Unidas sobre Mudanças Climáticas), realizada em Glasgow, Escócia. O que é o Global Methane Pledge? ●

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Um acordo internacional para reduzir as emissões globais de metano em pelo menos 30% até 2030 (em relação aos níveis de 2020). Liderado pelos Estados Unidos e pela União Europeia, com apoio de mais de 100 países na época do lançamento (hoje são mais de 150 países signatários). Por que reduzir o metano?

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O metano (CH₄) é um gás de efeito estufa muito mais potente que o CO₂ no curto prazo (cerca de 80 vezes mais potente em 20 anos). É responsável por cerca de 30% do aquecimento global desde a Revolução Industrial. Principais fontes de emissão: agropecuária, produção e transporte de com bustíveis fósseis e resíduos sólidos. Impacto esperado Se cumprido, o compromisso pode:

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reduzir o aquecimento global em cerca de 0,2°C até 2050; melhorar a qualidade do ar e reduzir mortes relacionadas à poluição; diminuir perdas de alimentos e aumentar a eficiência energética.

Por este motivo, já fica claro que a redução das emissões de metano para a atmosfera e seu aproveitamento como biometano (metano de origem biológica e não fóssil) são fundamentais para que possamos sobreviver como sociedade.

Sinergia entre RSU, vinhaça de cana, etanol de milho e estrume de gado para a produção de biogás

O mundo em que vivemos está diante de desafios enormes, dentre eles a necessidade de mitigar os impactos das mudanças climáticas, reduzir a emissão de Gases de Efeito Estufa, aumentar a produção de alimentos, reduzir o consumo de fertilizantes minerais e diminuir o impacto atmosférico e na saúde da enorme quantidade de resíduos produzidos diariamente. Todos esses objetivos estão ligados em algumas condições especiais no interior do Brasil. Sabemos que o interior do Brasil é um grande celeiro, com grande capacidade de produção de alimentos, mas sabemos também que o Brasil prioriza o modal rodoviário para cargas, mesmo a longas distâncias, o que acarreta altos custos de transporte, além de elevada emissão de Gases de Efeito Estufa para a atmosfera via combustão do diesel, o que penaliza a pegada de carbono dos nossos produtos. Estamos fazendo avanços nesta direção com o uso do biodiesel, porém com ele conseguimos reduzir as emissões em tímidos 15%, o que está sendo reconhecido por grandes produtores e transporta-

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doras que veem no gás renovável uma alternativa muito melhor e já transformam muitos motores de suas frotas para uso do biometano, reduzindo assim as emissões do transporte em 95%. Existe, todavia, o desafio de aumentar e expandir a produção deste gás, o que não é simples, mas, se feito utilizando as sinergias entre o agro e as cidades, pode ser solucionado. Vamos analisar duas situações em que os grandes temas apresentados no início podem ser abordados com engenharia e sustentabilidade, de forma a multiplicar os pontos de produção de biometano e sua quantidade disponível no interior do país, por meio da viabilização de projetos. Como sabemos, o biometano é produzido a partir da purificação do biogás, que se forma de resíduos orgânicos por meio de um processo natural chamado biodigestão anaeróbia, efetuado por bactérias. Caso não o aproveitemos, este gás, que é essencialmente metano (gás natural), é produzido e se dispersa pela atmosfera pela decomposição de matéria orgânica despejada no solo, ou mesmo enterrada. Assim, aproveitando a biodigestão anaeróbia, mas em condições otimizadas, em um reator (biodigestor) podemos não apenas deixar de emitir o metano para a atmosfera, mas também usá-lo para substituir combustíveis fósseis, com duplo ganho, além de redução de custos e emissão de poluentes, e ainda a solução dos problemas das cidades com seus resíduos.

Projeto 1: Utilização de vinhaça de etanol de cana e resíduos sólidos urbanos para a produção de biometano O Brasil produziu uma revolução no consumo de combustíveis fósseis com a enorme produção de álcool, que substituiu trilhões de litros de combustível fóssil, a gasolina. Mais recentemente, o Brasil descobriu o biometano e rapidamente transformou aterros sanitários em grandes produtores deste gás renovável, levando ainda grandes produtores rurais a estruturarem sua produção do mesmo gás por meio de seus resíduos, desde dejetos animais até o resíduo da produção do etanol, a vinhaça, dentre outros resíduos orgânicos. Ocorre que estas iniciativas individuais são capazes de produzir quantidades limitadas de biometano; os locais de produção são poucos. O uso da sinergia entre vinhaça e resíduos sólidos urbanos pode acelerar a produção e multiplicar os locais produtivos devido ao elevado potencial do RSU orgânico para a produção de biogás.

Conclusão

O uso das sinergias apresentadas pode multiplicar não apenas a produção de biometano, mas também seus pontos de produção. O modelo de negócio apresentado é viável técnico-econômica e juridicamente, além de ser altamente benéfico para o meio ambiente. Os dados mostram que o estado de São Paulo possui mais de 170 usinas de álcool espalhadas pelo interior, além de mais 400 municípios nas regiões canavieiras. É fácil imaginar que o uso de tal sinergia pode ajudar centenas de municípios pequenos que não conseguem gerir eficientemente seus resíduos sólidos, reduzindo o custo de aterros e transporte pela metade, não apenas no estado de São Paulo, mas em todo o Centro-Oeste do país. Como ganho adicional para as usinas de álcool, o rejeito da separação pode ser transformado em Combustível Derivado de Resíduos. Tal transformação requer uma separação adicional de inertes e uma trituração, podendo gerar um combustível seco com poder calorífico superior a 3.000 kcal/kg. Tal combustível não entrou na análise, mas seu uso beneficiaria as prefeituras, pois neste caso o aterramento seria de apenas cerca de 20% do atual, além de cimenteiras da região, que receberiam combustível renovável, e das usinas de açúcar e álcool, que poderiam expandir seu período de geração de

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energia elétrica ou economizar bagaço para a produção de etanol de segunda geração. É fundamental enxergar o adicional de biometano que pode ser produzido com os RSU, adicional este que viabiliza projetos de produção de biometano em localidades pequenas. Isso representa a multiplicação dos pontos de abastecimento de gás natural renovável (biometano) por todo o país, viabilizando assim a implantação de corredores verdes de longa distância, descarbonizando o frete de forma importante. As usinas de álcool também se beneficiam, aumentando muito o potencial de produção não apenas de etanol, mas também de biometano com o uso de resíduos sólidos como a fração orgânica dos RSU e o estrume de gado. O teor de NPK do digestato resultante é altamente benéfico para a agricultura, além de evitar a emissão de metano que a disposição direta no solo do material orgânico provocaria, reduzindo a necessidade de fertilizantes químicos importados. Além de tudo isso – criação de empregos e renda para os trabalhadores, nova cadeia de valor para municípios e estado em termos de arrecadação de impostos, redução de custos para as prefeituras –, o projeto apresentado representa redução importante nas importações nacionais de diesel e de fertilizantes minerais, contribuindo assim com projetos de interesse nacional, como o Metano Zero, o Programa Nacional de Biofertilizantes, o Programa Combustível do Futuro, entre outros, além de contribuir para a redução de emissões dos produtos brasileiros, reduzindo assim sua taxação em mercados internacionais. Gostaríamos de destacar que aqui tratamos de sinergias entre vinhaça e RSU, principalmente, mas também de estrume de gado. As sinergias, entretanto, não param aí, uma vez que todas os setores agrícolas e algumas indústrias produzem resíduos orgânicos, assim, também os frigoríficos, a suinocultura, a avicultura, as culturas de soja, milho, feijão, hortaliças etc. presentes na região, bem como estações de tratamento de água e esgoto, podem ter seus resíduos destinados à unidade produtora de biometano, com benefício para todos, para o país e para o planeta. Como mensagem final, é importante lembrar que vivemos em uma época em que a transição energética é uma obrigação de toda a espécie humana e que ela é vital para a sobrevivência do nosso modo de vida. Entretanto, não

A humanidade enfrenta uma inflexão histórica: crescimento urbano acelerado, pressão sobre recursos, insegurança energética e alimentar e impactos climáticos expõem os limites do modelo linear de produzir, consumir e enterrar resíduos. O futuro exige soluções circulares, integradas e ambientalmente responsáveis. É nesse contexto que Resíduos sólidos urbanos e vinhaça: reconciliando energia, fertilizantes e meio ambiente se apresenta como obra essencial. O livro demonstra, com rigor técnico e clareza aplicada, como resíduos urbanos e agroindustriais podem migrar de passivos ambientais para pilares de um novo modelo de desenvolvimento baseado em descarbonização, bioenergia e economia circular. Ao comparar o enterramento de resíduos e a fertirrigação convencional com a codigestão anaeróbia, os autores evidenciam desperdícios energéticos, emissões evitáveis e perdas econômicas. Além disso, mostram que a remoção e o tratamento da fração orgânica dos resíduos sólidos urbanos e da vinhaça da cana-de-açúcar permitem maior produção de biometano, redução imediata de emissões e geração de fertilizantes organominerais Classe A, mais eficientes e seguros. Mais que uma obra técnica, é um chamado à responsabilidade: as soluções já existem; falta atitude para acelerar a transição e agir.