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OPORTUNIDADES DA CADEIA PRODUTIVA DE

BIOGÁS PARA O ESTADO DO

PARANÁ


OPORTUNIDADES DA CADEIA PRODUTIVA DE

BIOGÁS PARA O ESTADO DO

PARANÁ


REALIZADOR Federação das Indústrias do Estado do Paraná – Fiep Edson Luiz Campagnolo – Presidente Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial – Senai-PR Marco Antonio Areias Secco – Diretor Regional

APOIADOR Centro Internacional de Energias Renováveis – Biogás (CIBiogás-ER) Rodrigo Regis de Almeida Galvão – Diretor/Presidente Projeto Brasil-Alemanha de Fomento ao Aproveitamento Energético de Biogás no Brasil – PROBIOGÁS Ernani Ciríaco de Miranda – Coordenador (Ministério das Cidades) Wolfgang Roller – Coordenador (GIZ)

EXECUTOR Observatórios Sistema Fiep Marilia de Souza – Gerente Ariane Hinça Schneider – Coordenadora


©2016. Senai – Departamento Regional do Paraná Qualquer parte desta obra poderá ser reproduzidas desde que citada a fonte Observatórios Sistema Fiep

Oportunidades da Cadeia Produtiva de Biogás para o Estado do Paraná

EQUIPE TÉCNICA Coordenação e Organização Marilia de Souza Ariane Hinça Schneider Autoria Alessandra Cristine Novak Ariane Hinça Schneider Carla Adriane Fontana Simão Carlos Eduardo Fröhlich Eduardo Bittencourt Sydney Emily Bosch Janaina Camile Pasqual Lofhagen Juliane Bazzo Laila Del Bem Seleme Wildauer Lilian Machado Moya Makishi Marilia de Souza Michelli Gonçalves Stumm

Revisão Cícero Bley Junior Luis César da Costa Júnior Roberta Hessmann Knopki Editoração Ramiro Gustavo Fernandes Pissetti Projeto Gráfico e Diagramação Aline de Fatima Kavinski Katia Franciele Villagra Mapas Letícia Barreto Maciel Nogueira Revisão de Texto Camila Rigon Peixoto Juliane Bazzo Karem Morigi

Oportunidades da Cadeia Produtiva de Biogás para o Estado do Paraná– Curitiba: Senai/PR. 2016. 144 p.; 21 x 28 cm. ISBN 978-85-5520-015-1 1. Cadeia Produtiva. 2. Biogás. 3. Resíduos 4. Potencial de Geração 5. Oportunidades 6. Indústria I. Senai. II. Título. CDU 62


OPORTUNIDADES DA CADEIA PRODUTIVA DE

BIOGÁS PARA O ESTADO DO

PARANÁ

Curitiba Senai/PR 2016


Palavra do Presidente

DO SISTEMA FIEP A energia é um recurso fundamental para o funcionamento – e até para a própria existência – das sociedades modernas. Hoje, praticamente todas as atividades que desenvolvemos, desde tarefas domésticas até a produção industrial, passando pela locomoção urbana e por tantas outras áreas, têm total dependência do uso de energia. Diante de uma demanda em constante crescimento, a diversificação de nossa matriz energética é uma necessidade. Torna-se cada vez mais evidente que é preciso incentivar e investir em novas formas de geração de energia. E mais do que simplesmente garantir um abastecimento eficiente, essas fontes alternativas surgem como solução especialmente para substituir a enorme dependência global em relação aos combustíveis fósseis. É nesse contexto que se insere a tecnologia do biogás, tema desta publicação. Atualmente, ela surge como uma das principais alternativas para dar novo impulso ao segmento de energia. Ao contrário dos derivados de petróleo, o biogás pode ser gerado a partir de fontes diversificadas e renováveis de biomassa, como resíduos provenientes de atividades agropecuárias, industriais e urbanas. Além disso, é uma tecnologia capaz de se adaptar a distintas escalas produtivas e a diferentes ambientes geográficos, bem como se destinar a múltiplas finalidades, como energia elétrica, térmica ou veicular. Ao mesmo tempo, o biogás é um importante instrumento para a busca da sustentabilidade ambiental, social e econômica, pois atua no combate a poluição, promove a distribuição energética descentralizada e, por consequência, representa um produto de alto valor agregado. Uma realidade que tem total convergência com a missão das quatro instituições que formam o Sistema Fiep – Fiep, Sesi, Senai e IEL –, que é servir e fortalecer a indústria para melhorar a vida das pessoas pela via do desenvolvimento sustentável. Foi por esse motivo que o Sistema Fiep, por meio do Senai no Paraná, encarou o desafio de verificar o estado da arte da cadeia de suprimentos e de uso do biogás no Brasil e no Paraná. Nosso objetivo com este trabalho é identificar lacunas e, especialmente, potencialidades de crescimento e de consolidação dessa tecnologia.


Para que esse mapeamento fosse o mais completo possível, confiamos o trabalho aos Observatórios Sistema Fiep, área composta por uma equipe multidisciplinar de pesquisadores, dedicada à elaboração de estudos de futuro voltados ao desenvolvimento industrial sustentável. Na implantação de suas pesquisas, além de seus próprios profissionais, os Observatórios envolvem representantes do empresariado, do poder público, das universidades e da sociedade civil organizada. O resultado dessa forma singular de trabalho fica evidente nesta publicação, que reúne amplo conteúdo de caráter técnico-científico, costurado a partir da consulta à literatura de referência e da análise de especialistas da área de energia. Mas o documento vai além, com uma abordagem cuidadosamente pensada para atingir os mais diversos segmentos da cadeia. Com tudo isso, o que fica claro é que o Brasil ainda tem muito a avançar para ocupar lugar de destaque no cenário mundial do biogás. Para que isso aconteça, são necessários investimentos não apenas financeiros e tecnológicos, mas também no que se refere à regulamentação jurídica do setor e à qualificação de mão de obra. O mais importante, porém, é a confirmação de que o país possui um diferencial vantajoso digno de nota: o sistema econômico nacional baseado na extensa produção de alimentos, nos dá a possibilidade de aproveitamento imediato de um enorme volume de biomassa oriunda diariamente dessa atividade. Nesse panorama, o Paraná tem posição privilegiada, em virtude da relevância do estado na agropecuária brasileira. Diante dessas constatações, o Sistema Fiep tem por propósito, com esta publicação, incentivar o debate público, a continuidade da pesquisa científica e a propulsão das aplicações do biogás em diversos nichos industriais. A expectativa é difundir entre os leitores a firme certeza de que o Paraná tem um expressivo potencial de geração e uso do biogás, capaz de se destacar na trajetória do setor energético nacional.

Edson Campagnolo Presidente do Sistema Federação das Indústrias do Estado do Paraná Presidente do Conselho do Sebrae-PR


Palavra do Presidente

DO CIBIOGÁS

Com sua expressiva participação na produção agrícola e de proteína animal brasileira, o Paraná apresenta amplo potencial na conversão de resíduos dessa produção em biogás. Porém, como transformar resíduos em benefícios ambientais, econômicos e sociais para a região onde se instalam essas atividades? Uma das alternativas para o alcance desse cenário é a produção e o uso do biogás, que traz soluções para o descarte correto dos resíduos da agricultura, pecuária e áreas urbanas, contribuindo para a preservação do meio ambiente e a expansão do agronegócio. Somam-se, ainda, vantagens como a geração de energia elétrica, térmica e veicular para o abastecimento da propriedade rural, que reduz custos e, até mesmo, gera renda. No entanto, apesar dos benefícios irrevogáveis do biogás, é preciso disseminar a relevância desse novo mercado, assim como as oportunidades para diferentes cadeias produtivas, sendo o lançamento deste estudo um importante passo. A equipe do CIBiogás sente-se honrada em participar desta iniciativa por considerar muito importante a geração de conhecimento em parceria, buscando sempre vencer possíveis gargalos e beneficiar potenciais usuários, com tal tecnologia. Afinal, esse é o propósito da nossa instituição e, temos certeza, que também dos parceiros desta publicação. A realização de estudos como este evidencia a importância do envolvimento de diferentes instituições em prol da inovação, da competitividade e da sustentabilidade.

Rodrigo Regis de Almeida Galvão Diretor-presidente do CIBIOGÁS


Palavra do Coordenador

DO PROBIOGÁS A produção de biogás a partir de resíduos da agropecuária e do saneamento vem ganhando importância no país. O biogás é uma fonte de energia renovável que contribui significativamente para que o Brasil atinja seus objetivos de aumentar a oferta de energias alternativas e, ao mesmo tempo, reduza as emissões de gases indutores do efeito estufa. Órgãos governamentais, academia e setor privado atualmente estudam as tecnologias para produção de energia a partir do biogás, buscando melhor entender suas características e seu potencial de produção. A elaboração de estudos, a divulgação de dados sobre o potencial de produção de biogás a partir de diferentes matérias-primas e a constante discussão sobre o tema são fundamentais para o planejamento e a implementação de usinas de biogás em larga escala no Brasil. Partindo dessa informação, podem ser estruturadas políticas públicas e mecanismos de incentivo para esta fonte de energia. A partir dos dados de potencial, é possível também indicar as tecnologias mais adequadas para a produção e o aproveitamento eficientes do biogás, que podem variar de acordo com as especificidades da região, qualidade e quantidade dos substratos disponíveis e com o modelo de negócio desejado. A elaboração do presente estudo pelo Sistema Fiep é importante para incentivar a produção de energia a partir do biogás no Paraná. O estado é pioneiro no emprego do biogás e referência nacional em avanços tecnológicos ligados ao setor. Espero que este material contribua, tanto para o setor industrial como para agentes do governo, na identificação de oportunidades na cadeia do biogás no estado do Paraná.

Wolfgang Roller Coordenador do PROBIOGÁS


Apresentação A presente publicação resulta de uma ampla investigação acerca das potencialidades de desenvolvimento no estado do Paraná de uma modalidade de energia limpa, descentralizada e renovável: o biogás. O levantamento foi realizado pelo Senai-PR, por meio dos Observatórios Sistema Fiep, cuja expertise está na implementação de estudos de futuro para o desenvolvimento industrial sustentável. A iminente necessidade de diversificação da matriz energética mundial, diante do rareamento de combustíveis fósseis, constitui o pano de fundo para estimular essa iniciativa de pesquisa. Nesse sentido, o estudo apresentado nesta publicação envolveu uma equipe multidisciplinar de especialistas, que se dedicou a levantar dados, efetuar análises e visualizar alternativas, com base em informações oriundas da literatura, de instituições de renome e de visitas técnicas a empreendimentos ligados ao biogás. Além desta equipe, o estudo teve como parceiros importantes o Centro Internacional de Energias Renováveis – Biogás (CIBiogás-ER) e o PROBIOGÁS, que compartilharam experiências e informações técnicas de relevância. O CIBiogás-ER é uma instituição científica, tecnológica e de inovação, que desenvolve ações relacionadas à implantação, geração de conhecimento e transferência de tecnologia de sistemas de biogás. Além disso, a instituição tem como objetivo apoiar o desenvolvimento de políticas públicas que regulem e incentivem o uso de biogás. O Centro é constituído por 16 instituições que desenvolvem ou apoiam projetos relacionados às energias renováveis, sendo uma delas o Sistema Fiep.

O Projeto Brasil-Alemanha de Fomento ao Aproveitamento Energético de Biogás no Brasil – PROBIOGÁS é um projeto de cooperação técnica entre o Governo Brasileiro, por meio da Secretaria Nacional de Saneamento Ambiental, do Ministério das Cidades, e o Governo Alemão, por meio da Deutsche Gesellchaft für Internationale Zusammenarbeit (GIZ) GmbH. O PROBIOGÁS tem o objetivo de ampliar o uso energético eficiente do biogás no saneamento básico e em iniciativas agropecuárias e agroindustriais, inserindo o biogás na matriz energética nacional, contribuindo para a redução das emissões de gases indutores do efeito estufa. Para atingir seu objetivo, o projeto atua na melhoria das condições regulatórias, na aproximação de instituições de ensino e pesquisa e no fomento à indústria nacional de biogás. O presente estudo está organizado em três grandes etapas. A primeira concentrou-se em identificar, nos mais importantes setores econômicos paranaenses, a capacidade de gerar matérias-primas passíveis de transformação em biogás, as quais podem ser obtidas a partir de uma enorme variedade de resíduos agropecuários, industriais e urbanos. A segunda etapa, por sua vez, focou na verificação das condições técnicas e tecnológicas de materialização das potencialidades mapeadas. A terceira, por fim, procurou pensar tais oportunidades sob a luz dos hiatos que precisam ainda ser suprimidos para uma significativa evolução do setor de biogás, tanto em abrangência estadual quanto nacional. Fundamentada por esse itinerário, a presente publicação encontra-se dividida em seis capítulos. O primeiro traz um panorama do setor energético no Brasil e no Paraná. O biogás é situado no


contexto de emergência dos biocombustíveis, os quais despontam com a finalidade de pluralizar a matriz energética nacional, sob expressiva dependência de hidrelétricas. O segundo capítulo preocupa-se em determinar o potencial de geração de biogás no estado do Paraná em relação ao panorama nacional. Para tanto, efetua um percurso que aborda matérias-primas disponíveis em três instâncias: no universo agropecuário, a partir do cultivo de vegetais e da criação de suínos, bovinos e aves; no setor industrial, por meio da produção de álcool e açúcar, biodiesel, laticínios, processados de mandioca, cítricos, cervejas, cortes de carne, papel e celulose; e no ambiente urbano, pelo adequado recolhimento de lixo, esgoto, restos de varrição e poda, bem como de excedentes do comércio hortifruticultor no atacado. Tal trajetória evidencia uma extensa variedade de resíduos capazes de atuar enquanto insumo produtivo de biogás. Aqueles de maior potencial são expostos ao leitor em um mapa demonstrativo, que propicia comparações e análises mais refinadas.

lidade de cada uma das aplicações é analisado a partir de fatores conjunturais de ordem estadual e nacional, como a disponibilidade de matérias -primas, o aperfeiçoamento técnico e tecnológico, a qualificação profissional e a consolidação de regulamentações para o setor. Tais elementos intervenientes agregam tanto potencialidades quanto deficiências ainda a serem superadas. O quinto capítulo reúne casos de sucesso na produção de biogás a partir de resíduos agropecuários, industriais e urbanos. São apresentadas iniciativas pioneiras em diferentes locais do Brasil. A equipe responsável por esta publicação visitou a maioria dos empreendimentos situados na região sul, com intuito de compartilhar as experiências disponíveis. A expectativa é que tais projetos sejam inspiradores a todos os leitores interessados em alavancar o segmento do biogás. O sexto e último capítulo, por fim, discute a importância de se implementar um sistema de certificação nacional para o biogás purificado, cuja credibilidade deve alicerçar a comercialização e a utilização do recurso.

O terceiro capítulo dedica-se a explorar as tecnologias de geração do biogás. Em detalhes, correlaciona técnicas e equipamentos necessários a cada uma das etapas produtivas, as quais, sinteticamente, compreendem: o tratamento da matéria-prima, a biodigestão para a obtenção de biogás e a purificação com vistas ao emprego propriamente dito do recurso energético.

A despeito da riqueza de dados e debates, este estudo constitui, sem dúvida, um ponto de partida no processo de estimular novas pesquisas e empreendimentos dirigidos ao biogás, uma tecnologia que, embora ainda nacionalmente embrionária, já revela capacidade de transformação e diversificação da matriz energética.

O quarto capítulo, por sua vez, contempla o cenário de oportunidades para a indústria paranaense na cadeia de suprimentos e de uso do biogás. Desse modo, abrange uma série de possibilidades de utilização, como energia elétrica, térmica e veicular (biometano). O grau de viabi-

Uma boa leitura a todos!

Marco Antonio Areias Secco Diretor Regional do Senai-PR


Sumário 1. INTRODUÇÃO AO PANORAMA DO SETOR ENERGÉTICO NO BRASIL E NO PARANÁ............................................................20 1.1 O Biogás no cenário dos biocombustíveis.....................................................................22 1.2 A situação do biogás no Paraná.....................................................................................26

2. LEVANTAMENTO DO POTENCIAL DE GERAÇÃO DE BIOGÁS NO ESTADO DO PARANÁ................................................................28 2.1 Potencial do Setor Agropecuário para a Geração de Biogás.......................................28 2.1.1 Vegetais Não Lenhosos..........................................................................................................................................................29 2.1.2 Vegetais Lenhosos.....................................................................................................................................................................30 2.1.3 Pecuária...........................................................................................................................................................................................31

2.2 Potencial dos Setores Industrial e Agroindustrial........................................................33 2.2.1 Álcool e Açúcar............................................................................................................................................................................33 2.2.2 Biodiesel..........................................................................................................................................................................................34 2.2.3 Laticínios.........................................................................................................................................................................................35 2.2.4 Fecularia..........................................................................................................................................................................................36 2.2.5 Cítricos..............................................................................................................................................................................................37 2.2.6 Cervejarias e Microcervejarias...........................................................................................................................................37 2.2.7 Abatedouros e Frigoríficos..................................................................................................................................................39 2.2.8 Papel e Celulose..........................................................................................................................................................................40

2.3 Resíduos Urbanos............................................................................................................40 2.3.1 Resíduos Sólidos Urbanos ...................................................................................................................................................41 2.3.2 Esgoto...............................................................................................................................................................................................42 2.3.3 Resíduos de Varrição e Poda...............................................................................................................................................43 2.3.4 CEASAs.............................................................................................................................................................................................43

2.4 Mapas Demonstrativos do Potencial de Geração de Biogás no Estado do Paraná....45


3. TECNOLOGIAS PARA PRODUÇÃO DE BIOGÁS............................................51 3.1 Bioquímica da Produção de Biogás...............................................................................51 3.2 Engenharia do Processo de Biodigestão.......................................................................53 3.2.1 Primeira Etapa – Pré-tratamento.......................................................................................................................................54 3.2.2 Segunda Etapa – Digestão Anaeróbica.......................................................................................................................67 3.2.3 Terceira Etapa – Armazenamento, Tratamento e Utilização do Biofertilizante....................................80 3.2.4 Quarta Etapa – Armazenamento, Tratamento e Utilização do Biogás.....................................................81

4. PANORAMA PARANAENSE E OPORTUNIDADES PARA A INDÚSTRIA DO ESTADO NA CADEIA DE SUPRIMENTOS E USO DO BIOGÁS..................90 4.1 Panorama Paranaense da Produção e do Uso do Biogás.............................................92 4.1.1 Aplicações que Exigem Baixo Grau de Purificação..................................................................................................92 4.1.2 Aplicações que Exigem Alto Grau de Purificação....................................................................................................96

4.2 Oportunidades para a Indústria Paranaense na Cadeia de Suprimentos e Uso do Biogás........................................................................99 4.2.1 Aproveitamento de Matérias-Primas.............................................................................................................................99 4.2.2 Aperfeiçoamento Técnico e Tecnológico................................................................................................................100 4.2.3 Qualificação Profissional....................................................................................................................................................102 4.2.4 Proposição e Consolidação de Leis e Regulamentações...............................................................................103

4.3 Considerações Finais.....................................................................................................110

5. CASOS DE SUCESSO NA PRODUÇÃO DE BIOGÁS....................................109 5.1 Resíduos Agropecuários................................................................................................110 5.2 Resíduos Urbanos..........................................................................................................113 5.3 Resíduos Industriais......................................................................................................117

6. CERTIFICAÇÃO DO BIOGÁS...........................................................................120 REFERÊNCIAS .....................................................................................................123 ANEXOS ................................................................................................................134


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INTRODUÇÃO AO PANORAMA DO SETOR ENERGÉTICO NO BRASIL E NO PARANÁ

A matriz energética representa o conjunto de todos os tipos de energia que um país disponibiliza para ser transformada, distribuída e consumida nos processos produtivos, sendo uma representação quantitativa da oferta de energia. De acordo com o Ministério de Minas e Energia (MME) (2015)1, a matriz energética mundial é composta predominantemente por combustíveis não renováveis (petróleo e derivados, além de carvão), que representam 87,0% da totalidade. A matriz energética da Organização para a Cooperação e Desenvolvimento Econômico (OCDE)2 é ainda

menos renovável, sendo composta por apenas 8,1% de fontes renováveis, conforme mostrado no Gráfico 1. No Brasil, a matriz energética também se compõe, na maior parte, por fontes não renováveis (59,0%), porém, o país é um dos que tem maior participação de fontes renováveis, representando 41,0% do total da matriz, dos quais 16,1% são advindos da biomassa da cana de açúcar, 12,5% da geração hidráulica, 8,3% da lenha e carvão vegetal e 4,2% de lixívia e outras fontes renováveis.

Gráfico 1 - Participação de Fontes Renováveis na Matriz Energética do Brasil, do Mundo e da OCDE

MATRIZ ENERGÉTICA 41,0%

Brasil (2013) Mundo (2011) OCDE (2011)

13,0% 8,1%

59,0% 87,0% 91,9%

0%

100%

Renováveis

Não renováveis Fonte: MME, 2015.

Em se tratando de matriz elétrica – que é a capacidade de uma corrente elétrica realizar trabalho, podendo ser obtida por meio de energia química ou mecânica – o cenário brasileiro tem uma natureza essencialmente renovável (79,3%), enquanto a matriz elétrica mundial apresenta apenas 20,3% de fontes renováveis (Gráfico 2).

1 2

MME, 2015. OCDE é composta por 34 países, reunindo os países mais industrializados do mundo e alguns países emergentes. OPORTUNIDADES DA CADEIA PRODUTIVA DE BIOGÁS PARA O ESTADO DO PARANÁ

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Gráfico 2 - Participação de Fontes Renováveis na Matriz Elétrica do Brasil, do Mundo e da OCDE

MATRIZ ELÉTRICA 79,3%

Brasil (2013) Mundo (2011) OCDE (2011)

20,7%

20,3%

79,7%

18,1%

81,9%

0%

100%

Renováveis

Não renováveis Fonte: MME, 2015.

O Gráfico 3 apresenta a composição da matriz elétrica brasileira, em que participação da geração hidráulica representa 70,6%, a biomassa 7,6% e a eólica 1,1%. Os outros 20,7% da matriz são compostos por fontes não renováveis. Gráfico 3 - Composição da Matriz Elétrica Brasileira

70,6%

Hidráulicaa Gás Natural

11,3%

Biomassab

7,6%

Derivados de Petróleo

4,4%

Carvão e Derivadosc Nuclear Eólica

2,6% 2,4% 1,1% 0%

100% Fonte: MME, 2015. Inclui importação. b Inclui lenha, bagaço de cana, lixívia e outras recuperações. c Inclui gás de coqueria. a

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INTRODUÇÃO AO PANORAMA DO SETOR ENERGÉTICO NO BRASIL E NO PARANÁ


Um dos entraves para o desenvolvimento econômico e social brasileiro é a distribuição da energia elétrica, que geograficamente não alcança toda a população desse extenso país. Muitas comunidades e propriedades isoladas dependem da energia gerada a partir de combustíveis que não demandam redes de distribuição específicas, como o carvão e a lenha, facilmente coletados no campo e estocados. Outro fator que afeta o avanço econômico brasileiro está relacionado aos problemas de manejo e de expansão do sistema elétrico já instalado, como a negligência na construção de reservatórios hídricos adequados à demanda crescente, condição que os torna muito dependentes do regime de chuvas. Tal panorama foi um dos fatores que deixou o país suscetível a crises energéticas, como a vivida em 2014. Desse modo, apesar de a energia hidrelétrica dominar a matriz brasileira, concluise que tal modalidade não dá conta de, sozinha, suprir o país. Assim, o desenvolvimento de outras fontes, especialmente as renováveis, precisa ser incentivado.

mercado internacional de biocombustíveis; (Incluído pela Lei n° 12.490, de 2011) XVI - atrair investimentos em infraestrutura para transporte e estocagem de biocombustíveis; (Incluído pela Lei n° 12.490, de 2011) XVII - fomentar a pesquisa e o desenvolvimento relacionados à energia renovável; (Incluído pela Lei n° 12.490, de 2011) XVIII - mitigar as emissões de gases causadores de efeito estufa e de poluentes nos setores de energia e de transportes, inclusive com o uso de biocombustíveis. (Incluído pela Lei n° 12.490, de 2011)

A política energética brasileira vem, ainda discretamente, incentivando e apoiando o desenvolvimento de fontes renováveis de energia, como a hídrica, a eólica, a solar e a de biomassa. No entanto, a implementação de tais modalidades ainda se encontra em estágio inicial. Ademais, não estão totalmente integradas às redes de distribuição tradicionais, especialmente a elétrica e a de gás natural. Torna-se essencial, portanto, avançar no desenvolvimento das tecnologias ainda incipientes de integração e de complementação entre diferentes fontes de energia, para a formação de uma matriz sólida e diversificada, capaz de Na década de 80, surgiram as primeiras leis sustentar e alavancar o crescimento econômico do brasileiras que consideravam o meio ambiente e a país. preservação dele de uma forma global e integrada. Somente a partir dos anos 2000, essa preocupação Em se tratando do cenário energético para o atingiu outros setores transversais, como o de setor industrial, o custo da energia elétrica é uma energia, quando foi incluído nos princípios e constante preocupação, por se tratar de um insumo essencial para a indústria. É inquestionável o fato objetivos da política nacional para o segmento3. de que o Brasil depende de maior quantidade de (...) XII - incrementar, em bases econômicas, energia para ambicionar o mais amplo crescimento, sociais e ambientais, a participação dos biocombustíveis na matriz energética nacional. possibilitando a expansão de atividades industriais, (Redação dada pela Lei n° 11.097, de 2005) de comércio, de serviços, dentre outras. XIII - garantir o fornecimento de biocombustíveis em todo o território nacional; (Incluído pela Lei nº 12.490, de 2011) XIV - incentivar a geração de energia elétrica a partir da biomassa e de subprodutos da produção de biocombustíveis, em razão do seu caráter limpo, renovável e complementar à fonte hidráulica; (Incluído pela Lei n° 12.490, de 2011)

Considerando os elevados custos com energia, principalmente no ano de 2015, o setor industrial deve se atentar para a possibilidade de utilização de uma matriz energética renovável, sustentável e com baixas emissões de gases do efeito estufa, associadas ao consumo energético eficiente.

XV - promover a competitividade do País no

3

Lei 9.478, originalmente promulgada em 6 de agosto de 1997, com alterações posteriores.

OPORTUNIDADES DA CADEIA PRODUTIVA DE BIOGÁS PARA O ESTADO DO PARANÁ

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Nesse cenário, o biogás surge como uma dessas possibilidades, sendo um produto com grande poder energético, servindo como matéria-prima para geração de energia elétrica, térmica e veicular. O estudo realizado pela Agência Internacional de Energias Renováveis (IRENA - International Renewable Energy Agency)4, denominado Renewable Power Generation Costs in 2014, aponta que a relação custo-eficácia das tecnologias de geração de energia renováveis atingiu níveis históricos. Os preços de módulos solares fotovoltaicos em 2014 eram cerca de 75% menores se comparados a 2009. Fontes como biomassa podem agora fornecer eletricidade competitiva em comparação com a geração de energia advinda de combustíveis fósseis. O estudo afirma, ainda, que a energia elétrica advinda de geotérmica, hidrelétrica e biomassa oferecem menor custo que qualquer outra fonte.

1.1

O Biogás no cenário dos biocombustíveis

O Brasil é o maior país tropical do mundo e recebe, durante todo o ano, intensa radiação solar, o que influencia e promove a produção de diferentes tipos de biomassa. Essa grande disponibilidade gera condições favoráveis para o desenvolvimento de projetos de aproveitamento energético de tal material. Soma-se ainda, o fato do país possuir uma agricultura, pecuária, indústria e uma agroindústria bastante diversificadas e representativas, especialmente compostas pela produção de grãos e de proteína animal, as quais geram resíduos que podem ser aproveitados na elaboração de energias renováveis, por intermédio de tecnologias diversas5.

A grande maioria das atividades agropecuárias, industriais e urbanas gera grandes quantidades de resíduos. Os resíduos inorgânicos6 podem ser reaproveitados ou reciclados, enquanto os orgânicos7 podem ser submetidos a processos biológicos para redução da carga poluidora. Esse tratamento pode se dar de maneira aeróbica8 ou anaeróbica9, ou seja, respectivamente com presença ou ausência de ar. Em ambas as formas, existe a diminuição da carga orgânica e do A biomassa é apontada como uma fonte de baixo potencial poluidor. Contudo, na anaeróbica, o custo, já que os custos com matéria-prima podem decréscimo da carga poluidora está associado à ser zerados para alguns resíduos, incluindo os geração de biogás, que consiste numa mistura produzidos no local. Do mesmo modo, na maioria de gases (metano, dióxido de carbono, sulfeto dos casos, sua utilização economiza em processos de hidrogênio, entre outros) com potencial de eliminação, além de contribuir com o meio energético. Essa transformação ocorre em um reator, chamado de biodigestor, onde acontece ambiente. concomitantemente a produção de biofertilizantes. De acordo com a IRENA, em poucos anos de incrível crescimento, as energias renováveis passaram a ser uma contribuição importante no mix energético mundial e prometem ser o motor da economia do futuro. Este estudo mostra que o Brasil está em 2º lugar no ranking dos países com maior capacidade renovável instalada acumulada para geração de energia por meio de biomassa, com 11,5%, atrás somente dos Estados Unidos, com 12,7%.

IRENA, 2015. MAPA, 2006. 6 São compostos por produtos manufaturados, tais como cortiças, espumas, plásticos, metais e tecidos. 7 São compostos por alimentos e outros materiais que se decompõem pela natureza, tais como cascas e bagaços de frutas, verduras, galhos e folhas de podas, dejetos, entre outros. 8 É efetuado por bactérias que necessitam de oxigênio para sua respiração. 9 É efetuado por bactérias que não necessitam de oxigênio para sua respiração. 4 5

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INTRODUÇÃO AO PANORAMA DO SETOR ENERGÉTICO NO BRASIL E NO PARANÁ


Passível de operacionalizar-se a partir de diversos tipos de biomassa e de resíduos, a tecnologia do biogás mostra-se relativamente simples, com capacidade de adaptação a diferentes sistemas produtivos e escalas, o que lhe rende significativo poder de abrangência geográfica. Ademais, a aplicação desse gênero de energia renovável demonstra grande potencial, seja para uso térmico, elétrico ou veicular.

inúmeras atividades humanas ao desenvolvimento sustentável. A um só tempo, portanto, o biogás situa-se como recurso de importância ambiental, econômica e social.

Entretanto, a contribuição do biogás na matriz elétrica brasileira é ainda extremamente pequena, o que aponta para uma necessidade de evolução. De acordo com o MME (2015)10, representado na Tabela 1, esse tipo de energia corresponde a apenas Associadas à produção dessa espécie de 0,06% da potência instalada, muito menos que bioenergia estão as possibilidades de diminuição outras modalidades renováveis com demandas da poluição por resíduos industriais, agropecuários geográficas de instalação e de operação mais e urbanos, assim como de geração energética restritivas. Dentre estas últimas, aparecem, por descentralizada. Além disso, por ser um produto exemplo, o bagaço de cana, com 7,3% e a energia de poder energético intrínseco, o biogás coloca-se eólica, com 3,6% de participação do potencial como uma ferramenta estratégica para os setores instalado nacional. energético e ambiental, na tarefa de integrar Tabela 1 - Composição da Matriz Elétrica Brasileira de acordo com a fonte utilizada Fonte Hidrelétrica UHE PCH CGH Gás Gás Natural Gás Industrial Biomassa Bagaço de Cana Biogás Outras Petróleo Nuclear Carvão Mineral Eólica Solar TOTAL Importação contratada Disponibilidade total

No Usinas 1.186 202 487 497 155 121 34 504 387 25 92 1.263 2 13 228 311 3.662

Potência instalada (MW) 89.193 84.095 4.790 308 14.208 12.550 1.658 12.341 9.881 70 2.390 7.888 1.990 3.389 4.888 15 133.913 5.850 139.763

Estrutura %

Potência média por usina

66,6 62,8 3,6 0,2 10,6 9,4 1,2 9,2 7,4 0,1 1,8 5,9 1,5 2,5 3,6 0,011 100,0

75 416 10 1 92 104 49 24 26 3 26 6 995 261 21 0,05 37

Fonte: Resenha Energética Brasileira, 2015. 10

MME, 2015.

OPORTUNIDADES DA CADEIA PRODUTIVA DE BIOGÁS PARA O ESTADO DO PARANÁ

23


Com relação ao potencial instalado de plantas de biomassa no Brasil, a Tabela 1 mostra que atualmente há 504 empreendimentos instalados, com potência total de 12.341 MW. A maioria dos empreendimentos apresenta como fonte principal de geração o bagaço de cana de açúcar. Conforme Tabela 2, o Paraná está em 5º lugar, representando 5,0% do total nacional. Apesar desta pouca representatividade atualmente, o estado tem grande potencial de geração de biogás, por possuir um setor industrial e agroindustrial representativos11. Tabela 2 - Potencial instalado e em operação de produção de biomassa Estado

Potência Fiscalizada (kW)

% nacional

SP

5.469.408

44,0%

MG

1.378.375

11,0%

MS

1.242.547

10,0%

GO

1.070.300

9,0%

PR

652.895

5,0%

BA

520.245

4,0%

PE

297.584

2,0%

AL

290.662

2,0%

MA

284.400

2,0%

ES

231.500

2,0%

MT

212.132

2,0%

RS

149.605

1,0%

SC

141.791

1,0%

Outros

399.748

3,0%

TOTAL

12.341.192

100,0% Fonte: Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL), 2015a.

A despeito das facilidades operacionais, a tecnologia de produção do biogás ainda é incipiente no país e, durante um longo período de 40 anos (1970 a 2010) não teve a importância adequada, sendo considerado um subproduto, sem valor econômico. A este período pode-se denominar Biogás de 1ª Geração12.

11 12

A partir de 2010, o biogás começou a ser utilizado na geração de energia, passando a ser considerado um ativo energético e não mais um passivo ambiental. Esta fonte de energia passou a ser tema de debates e de importantes agendas internacionais. Dentre as normativas mais importantes que buscam dar segurança a investidores e produtores de biogás, pode-se destacar:

ANEEL, 2015a. BLEY, 2015.

24

INTRODUÇÃO AO PANORAMA DO SETOR ENERGÉTICO NO BRASIL E NO PARANÁ


a) Resolução Normativa 482/2012 da ANEEL, que visou estabelecer as condições gerais para o acesso de microgeração e minigeração distribuídas aos sistemas de distribuição de energia elétrica e o sistema de compensação de energia, conhecido internacionalmente como net metering. Além disso, a RN visou reduzir as barreiras para instalação de geração distribuída de pequeno porte, conectadas em tensão de distribuição; b) Nota Técnica 13/2014 da Empresa de Pesquisa Energética (EPE), que foi publicada em agosto de 2014, junto à Série de Estudos da Demanda de Energia 2050, introduzindo o biogás e o biometano no cenário do Planejamento Energético Nacional. Este estudo considera que a demanda atual de energia encontra limitações, devido à perda de capacidade de investimentos de grandes projetos geradores, o que aumenta a perspectiva da maior participação descentralizada de energia; c) Em Janeiro de 2015 a Agência Nacional de Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis (ANP) publicou a Resolução 8, regulamentando o uso do biometano no Brasil13. O biogás é um combustível bruto, enquanto que o biometano é obtido por meio da purificação do biogás, sendo considerado um combustível de maior valor agregado. De acordo com essa resolução, o biometano produzido a partir de produtos e resíduos pecuários (como dejetos de suínos e aves), agrícolas e agroindustriais passa a ser tratado de maneira semelhante ao gás natural. Isso significa que o biometano poderá ter o mesmo uso do gás natural, inclusive com a mesma valoração econômica, desde que atenda às exigências de qualidade do produto estabelecidas nessa resolução.

13 14

d) Em Novembro de 2015, a ANEEL publicou a Resolução Normativa 687, modificando algumas premissas da RN 482/2012 e os Módulos 1 e 3 do PRODIST. As principais alterações foram: modificação do prazo de validade dos créditos de energia gerada, que passou de 36 para 60 meses, sendo que os créditos podem também ser usados para abater o consumo de unidades consumidoras do mesmo titular (mesmo CPF ou CNPJ) situadas em outro local, desde que na área de atendimento de uma mesma distribuidora. Esta resolução também institui a figura da “geração compartilhada”, permitindo que diversos interessados criem consórcio ou uma cooperativa, instalem uma micro ou minigeração distribuída e utilizem a energia gerada para redução dos custos com energia. Além disso, a resolução alterou o potencial considerado para microgeração e minigeração, de 1 MW para 5 MW, a exceção de fonte hídrica, cuja potência máxima foi aumentada para 3 MW. Antes, devia-se considerar microgeração um empreendimento que gerasse até 100 kW. Esse valor foi reduzido para 75 kW. A minigeração era de 100 KW até 1MW e foi alterado para 75 kW até 5MW. As novas regras entraram em vigor a partir de 1º de março de 201614. Essas normativas representaram um grande avanço no cenário das energias renováveis no Brasil, posicionando o biogás como um combustível efetivamente importante na matriz energética brasileira. A partir desses marcos, passamos a falar do Biogás de 2ª Geração, com maior valor agregado. A aplicação do biogás, cujo público inicial era prioritariamente composto de pequenos produtores rurais, está se ampliando e exigindo o desenvolvimento de sistemas industriais mais complexos.

ANP, 2015. BRASIL, 2015.

OPORTUNIDADES DA CADEIA PRODUTIVA DE BIOGÁS PARA O ESTADO DO PARANÁ

25


Essa transformação, já consolidada em outros países, está em curso no Brasil, onde inexiste uma cadeia de suprimentos eficiente e de suporte técnico especializado, sendo muitas vezes realizado por empresas estrangeiras. Os tipos de tecnologia, fornecedores de equipamentos e prestadores de serviço necessários para a correta implantação e operação de unidades de biogás e biometano no Brasil são objeto de mapeamento nesta publicação. As deficiências do presente, dessa forma, podem ser vistas como oportunidades para os segmentos industriais brasileiros e paranaenses expandirem-se ou agregarem novas empresas.

1.2

A situação do biogás no Paraná

Conforme mencionado, o crescimento industrial brasileiro vem determinando o aumento do consumo de energia elétrica. No Paraná, esse crescimento foi de 9,6% em 201315. Em meio à iminente exigência de ampliação da matriz energética nacional, o estado registra participação nacional de apenas 8,0% no total de produção de energia elétrica a partir de biomassa e possui 41 usinas registradas na ANEEL16. Isso se deve ao fato de serem pequenos estabelecimentos, com baixo potencial produtivo em relação a outras unidades da federação,

como São Paulo e Minas Gerais, que já detêm empreendimentos de grande porte. Nesse primeiro estado, tais usinas representam 22,0% do número total e perfazem 54,5% da potência, enquanto no segundo os percentuais alcançam, respectivamente, 17,0% e 22,0%. Diante desses dados, constata-se que o Paraná, apesar de vocacionado ao biogás, necessita ampliar sua escala de produção. Uma maneira eficaz de avaliar as potencialidades dessa energia renovável em território paranaense, como também em âmbito brasileiro, é debruçar-se sobre o desempenho dos principais setores econômicos, nos planos estadual e nacional, capazes de gerar efluentes ou resíduos convenientes à biodigestão. Nesse sentido, interessam os segmentos agropecuário, agroindustrial, industrial e urbano. Trata-se, por conseguinte, de mapear detalhadamente possíveis e oportunas rotas de produção, ilustradas na Figura 1. Nela são indicados os principais resíduos analisados neste estudo, sendo eles advindos da agropecuária, urbanos e industriais. Esses resíduos podem ser aproveitados para produção de energia (eletricidade, calor e vapor) a partir do biogás e advêm das principais etapas dos processos industriais de produção, seja a partir de culturas oleaginosas, indústrias de açúcar e amido e biomassa sólida. Somam-se a esses resíduos a biomassa úmida e os resíduos sólidos e líquidos advindos da atividade pecuária, dos grandes centros urbanos e de outras atividades industriais. O detalhamento dos processos será apresentado nos próximos capítulos deste estudo.

15 Este relatório analisa o desempenho do mercado de energia elétrica da Copel entre janeiro e dezembro de 2013 e tem como base de comparação os valores observados no mesmo período de 2012 (COPEL, 2014a) 16 ANEEL, 2015a.

26

INTRODUÇÃO AO PANORAMA DO SETOR ENERGÉTICO NO BRASIL E NO PARANÁ


Figura 1 - Fluxograma da produção de energia (em verde) e novas rotas propostas no presente levantamento (em azul), além da biomassa úmida tradicionalmente usada

Culturas Oleoginosas (colza, girasol, soja etc.)

Transesterificação

Extração por Prensagem

Óleo Vegetal

Refino

Biodiesel Glicerina

Vegetais não lenhosos Plantas de açúcar e amido Hidrólise (beterraba, cereais etc.) Extração

Açúcar

Fermentação

Combustíveis Líquidos Etanol

Vinhaça Transporte

Biomassa Sólida (madeira, palha etc.) Vegetais lenhosos

Hidrólise Combustão Óleo Pirolítico

Pirólise

Cogeração

Gaseificação

Biomassa Úmida (resíduos orgânicos, dejetos etc.)

Dispositivos Elétricos

Eletricidade

Gás Combustível

Calor

Aquecimento

Vapor

Processo

BIOGÁS Fermentação Anaeróbica

Dejetos de aves, suínos e bovinos

RSU, Esgoto, Poda e Varrição, CEASA

Manipuleira, Água Amarela, Licor Negro, Soro de Leite, Resíduos de Abatedouros

Pecuária

Resíduos Urbanos

Resíduos Industriais

Fonte: Elaboração própria.

OPORTUNIDADES DA CADEIA PRODUTIVA DE BIOGÁS PARA O ESTADO DO PARANÁ

27


2

LEVANTAMENTO DO POTENCIAL DE GERAÇÃO DE BIOGÁS NO ESTADO DO PARANÁ

Para realização do levantamento do potencial de geração de biogás no Paraná foram consultados, na busca por dados secundários, órgãos oficiais, governamentais e de entidades de classe. Desse modo, foram delineadas as principais fontes geradoras de resíduos passíveis de tratamento via biodigestão nos setores agroindustrial, agropecuário, industrial e urbano, com atividade significativa na economia estadual. As taxas de conversão dos resíduos em biogás empregadas fazem referência àquelas descritas em artigos técnico-científicos e em estudos de caso, tanto originados de pesquisas acadêmicas e em escala piloto quanto de cases empresariais.

2.1

Potencial do Setor Agropecuário para a Geração de Biogás

A energia elétrica é de vital importância para o setor agropecuário, sendo necessária para inúmeros processos de fabricação e de beneficiamento de produtos e derivados. De acordo com o balanço anual da Companhia Paranaense de Energia (Copel)17, a população rural paranaense registrou o maior crescimento entre as classes de consumo da energia elétrica atendidas pela concessionária, apresentando um aumento

17 18

de 8,2% em 2014 em comparação a 2013. A classe rural responde por 9,3% do mercado cativo, sendo o quarto mercado da concessionária, atrás dos setores residencial, industrial e comercial. Apesar desse crescimento de consumo de energia, dos 371 mil estabelecimentos agrícolas paranaenses, menos de mil obtêm energia elétrica a partir de geração feita no próprio empreendimento, advinda de fonte solar, eólica, hidráulica, biomassa ou outra fonte. Uma alternativa para suprir tal crescimento e servir como fonte de geração de potencial energético para as atividades rurais é o uso de resíduos gerados nas atividades agropecuárias como fonte para a geração de biogás18. Para a análise da viabilidade técnica e econômica para o aproveitamento desses resíduos, deverá ser levado em consideração a facilidade, o custo de coleta e transporte desse material, a preferência em manter o resíduo no solo para evitar a erosão e a destinação para fins não energéticos como ração animal e o grau de desenvolvimento tecnológico dos processos de conversão. Os resíduos advindos das atividades agropecuárias são divididos em vegetais (não lenhosos e lenhosos) e pecuários (suínos, bovinos e aves). Ambos possuem potencial para geração de energia, mesmo que por meio de processos diferentes.

COPEL, 2014b. IBGE, 2006.

28

LEVANTAMENTO DO POTENCIAL DE GERAÇÃO DE BIOGÁS NO ESTADO DO PARANÁ


2.1.1 Vegetais Não Lenhosos Os vegetais não lenhosos são aqueles incapazes de produzir madeira como material de suporte. Além disso, possuem maior umidade que os lenhosos. Classificam-se de acordo com o conteúdo de reserva pela natureza: sacarídica (cana-de-açúcar e beterraba); celulósica (capim elefante, gramíneas e forrageiras); amilácea (milho e mandioca); oleaginosa (girassol e soja); aquática (aguapé, algas e microalgas). Os principais itens agrícolas do gênero, cultivados no Paraná – considerada a média de produção entre

os anos de 2008 e 2012 – são a cana-de-açúcar, o milho, a soja e a mandioca19. Cada espécie propicia a geração de diferentes tipos de resíduos, sendo a maioria deles, atualmente, utilizada energeticamente via queima direta em caldeiras ou fornos. A queima direta da biomassa constitui uma das tecnologias mais antigas e comercialmente mais difundidas20. Esse tipo de conversão aplica-se fundamentalmente à madeira e aos mais diversos resíduos agroindustriais, como o bagaço de canade-açúcar e a casca de arroz. A combustão direta da biomassa, geralmente, ocorre em instalações baseadas em ciclo de potência de vapor, com queima exclusiva ou conjunta de outro combustível.

A Tabela 3 mostra a quantidade de resíduos agrícolas, que permanece no campo, gerado por cada espécie e o respectivo potencial energético. Pode-se verificar que, juntas, as quatro principais espécies do estado possuem um potencial energético de 308.623 GWh/ano, mais de 11,0% do total brasileiro para a mesma natureza de resíduo (2.615.360 GWh/ano). A memória de cálculo está disponível no Anexo A. Tabela 3 - Potencial energético obtido por meio de queima direta das principais espécies da agricultura paranaense Espécie Vegetal Cana-de-açúcar Milho Soja Mandioca TOTAL Cana-de-açúcar Milho Soja Mandioca TOTAL

Produção Anual Quantidade de a (média 2008-2012) (t) Resíduo (t/ano)b PARANÁ 49.257.215 26.598.897 13.894.058 19.729.562 12.339.419 17.275.186 3.808.476 5.331.866 79.299.168 68.935.512 BRASIL 701.890.694 379.020.986 58.350.097 82.857.135 65.319.827 91.447.758 24.893.634 34.851.088 850.454.252 588.176.966

Potencial Energético (GWh/ano)c 118.217 97.004 70.060 23.342d 308.623 1.684.538 407.381 370.871 152.570d 2.615.360

a IBGE, 2012. SOUZA; SORDILL; OLIVA, 2002. Índices: 0,540 (cana-de-açúcar); 1,420 (milho); 1,40 (soja e mandioca) e 0,186 (mandioca). c MME, 2007. Poder calorífico: 16,0 MJ/Kg (cana-de-açúcar – folhas e ponteiras); 17,7 MJ/Kg (milho – sabugo e colmo); 14,6 MW/kg (soja - palha). d SILVA, SILVA, ROCHA, 2002. Poder calorífico: 15,8 MW/ton (mandioca - folhas). b

19 20

SEAB, 2013. NOGUEIRA; LORA, 2003.

OPORTUNIDADES DA CADEIA PRODUTIVA DE BIOGÁS PARA O ESTADO DO PARANÁ

29


É importante enfatizar que, perante a natureza celulósica, a biodigestão direta é dificultada e tais materiais não podem ser utilizados de maneira pura. Porém, constata-se uma melhoria produtiva quando esses recursos operam enquanto aditivos de matérias-primas líquidas, portanto o potencial deles é promissor.

2.1.2 Vegetais Lenhosos Os vegetais lenhosos são aqueles capazes de produzir madeira como material de suporte. De acordo com o Ministério do Desenvolvimento, Indústria e Comércio Exterior21 (MDIC), a exportação de madeira na forma bruta e beneficiada totaliza 4,4% do total de produtos paranaenses comercializados no exterior e o seu cultivo tem como foco os mercados de toras, para a indústria moveleira, e de lenha, sendo essa última bastante usada como combustível para a secagem de grãos. Com participação de 7,0% no total do valor bruto da produção agrícola paranaense, o plantio de florestas para obtenção de madeira tem se tornado um importante nicho de mercado no estado. O Paraná possui uma área florestal plantada de 1,3 milhão de hectares e um consumo anual de 51 milhões de metros cúbicos de madeira22. Dentre as atividades envolvidas em um cultivo comercial de florestas, recomenda-se a remoção dos resíduos florestais após o encerramento das atividades de colheita. Esse procedimento tem por finalidade facilitar as operações subsequentes de preparo do solo e de implantação do novo plantio. Além disso, os resíduos gerados nesse processo podem servir como matéria-prima para o uso enérgico.

Além dos resíduos provenientes das atividades agrícolas, eles podem proceder de atividades industriais e urbanas. Os industriais compreendem aqueles decorrentes do processamento e da industrialização de produtos por meio de matéria-prima de origem lenhosa. Os urbanos, por sua vez, podem surgir em decorrência de atividades como construção civil, podas de arborização, de restos de embalagens e de descartes. A geração de resíduos acontece desde a colheita e preparo das toras até o transporte para o destino final. Independentemente da fonte, a natureza dos resíduos é a mesma, sob a forma de serragem, cepilho, sólidos de madeira, cavacos, entre outros23. Anualmente, são gerados no Brasil aproximadamente 41 milhões de toneladas de resíduos madeireiros provindos da indústria de processamento de madeira e da colheita florestal, capazes de impulsionar um montante energético equivalente a 1,7 GWh/ano, por meio de queima direta24. As regiões Sul e Sudeste possuem as maiores potencialidades nesse cenário, devido à alta concentração de plantios florestais. No que diz respeito à indústria de papel e celulose, o Brasil gera aproximadamente 5 Mtep25 de resíduos, que não possuem aproveitamento energético significativo. Uma parcela ponderável deles permanece no campo, na forma de galhadas e restos de tronco, após o corte das árvores26. Com relação à geração de resíduos madeireiros no estado do Paraná, não foram encontrados levantamentos atualizados para serem apresentados neste estudo. Importa ressaltar que os resíduos vegetais provenientes de plantas lenhosas não podem ser utilizados isoladamente como matéria-prima para a biodigestão. No entanto, podem ser adicionados a outros materiais de mais fácil degradação

BRASIL, 2013. EMATER, 2013. 23 MMA, 2009. 24 ABRAF, 2013. 25 Milhão de tonelada equivalente de petróleo. 26 BIODIESEL BRASIL, 2014. 21 22

30

LEVANTAMENTO DO POTENCIAL DE GERAÇÃO DE BIOGÁS NO ESTADO DO PARANÁ


nesse processo, servindo de suporte e material estruturante27. A natureza lignocelulósica deles, muitas vezes, exige etapas de pré-tratamento e pré-digestão custosas, bem como tempos de retenção extremamente elevados para a completa degradação. Por isso, atualmente, o tratamento desses resíduos ocorre preferencialmente via compostagem28, mais adequada às suas características.

significativa quantidade de dejetos – cerca de 1,1 milhão de toneladas diariamente – que, se não tratados adequadamente, podem significar elevados passivos ambientais29.

Para estimar o potencial energético proveniente da geração de biogás pelo tratamento dos dejetos desses animais, foram considerados neste estudo galinhas e frangos, suínos e vacas ordenhadas, devido ao confinamento total ou parcial desses animais, o que facilita a logística de recolhimento dos excrementos, diferentemente, por exemplo, O Brasil possui uma pecuária muito expressiva, dos bovinos de corte que, no Brasil, são criados com cerca de 1 bilhão de aves, mais de 211 essencialmente soltos no pasto. Os dejetos gerados milhões de bovinos e 38 milhões de suínos. produzem um potencial energético estimado de Considerando aves com até 2,5 kg, bovinos com 1.846,56 GWh/ano, conforme exposto na Tabela 4. 500 kg e suínos com 90 kg, esse rebanho gera A memória de cálculo está disponível no Anexo B.

2.1.3 Pecuária

Tabela 4 - Produção de biogás e bioeletricidade a partir da biodigestão de dejetos de aves (frangos de corte), suínos e vacas ordenhadas Efetivo do Rebanho (cabeças) 2012a

Total de Dejeto/ Dia (kg2)b

Biogás Total (m³/ano)c

Potencial Energético (GWh/ano)d

Relação PR/BR em produção de energia

232.754.476,00

34.913.171,40

637.165.378,05

911,15

22,55

Suínos

5.518.927,00

12.969.478,45

373.974.911,11

534,78

14,23

Vacas Ordenhadas

1.615.916,00

20.198.950,00

280.159.436,50

400,63

7,09

TOTAL

239.889.319,00

68.081.599,85

1.291.299.725,66

1.846,56

13,73

Aves

1.032.038.992,00

154.805.848,80

2.825.206.740,60

4.040,05

Suínos

38.795.902,00

91.170.369,70

2.628.897.610,30

3.759,32

Vacas Ordenhadas

22.803.519,00

285.043.987,50

3.953.560.106,63

5.653,59

1.093.638.413,00

531.020.206,00

9.407.664.457,52

13.452,96

Espécie Animal

Brasil

Paraná

Aves

TOTAL

IBGE, 2012. OLIVEIRA, 1993. Pesos considerados: galinhas e frangos até 2,5kg (0,15 kg dejeto/dia); suínos 90kg (2,35 kg dejeto/dia); bovinos 500kg (12,5 kg dejeto/dia). c KUNZ; OLIVEIRA, 2006. Índices de conversão utilizados: aves 0,05 m3/kg, suínos 0,079 m3/kg e vacas ordenhadas 0,038 m3/kg. d SGANZERLA, 1983. Índice de conversão de biogás em energia de 1,43 kWh/m3. Considerou-se este índice para todos os resíduos, mas sabe-se que pode haver variações de acordo com o substrato utilizado. a

b

DRRR, 2011. É o conjunto de técnicas aplicadas para estimular a decomposição de materiais orgânicos por organismos heterótrofos aeróbios, com a finalidade de obter, no menor tempo possível, um material estável, rico em substâncias húmicas e nutrientes minerais. 29 SEAB, 2013. 27 28

OPORTUNIDADES DA CADEIA PRODUTIVA DE BIOGÁS PARA O ESTADO DO PARANÁ

31


representando 14,2% do total nacional, ficando atrás somente de Santa Catarina (24,8%) e do Rio Grande do Sul (18,0%)30. Não obstante, o Paraná possui pouca representatividade na produção de bovinos e vacas ordenhadas em um contexto nacional, com um percentual de apenas 4,5% e Em 2013, o Paraná foi o estado com maior número 7,1%, respectivamente, no período apurado. de abates de frangos do Brasil, com participação de 31,1%, seguido de Santa Catarina, com 16,6%, Rio A Figura 2 apresenta o potencial de geração do Grande do Sul, com 14,5%, e São Paulo, com 10,9%. biogás na pecuária paranaense, por mesorregiões. Também se destacou na produção de suínos, Por meio de uma gestão bem conduzida, mostrase possível diminuir os impactos ambientais desencadeados pela pecuária, assim como proporcionar lucros aos produtores com a geração de bioenergia e biofertilizantes, por exemplo.

Figura 2 - Potencial de geração de biogás na pecuária (m³/ano)

NOROESTE

NORTE-CENTRAL

6%

NORTE PIONEIRO

12%

12%

17%

26% 68%

28% OESTE

57%

53%

35%

71%

15%

CENTRO-ORIENTAL

44%

CENTRO-OCIDENTAL CENTRO-SUL

45%

42%

11%

23%

SUDESTE

36%

13%

18% 53% 57%

SUDOESTE

33%

25%

METROPOLITANA DE CURITIBA

25% 17%

58%

29% 49% 22% LEGENDA POTENCIAL DE GERAÇÃO DE BIOGÁS NA PECUÁRIA (m3/ano) POR ATIVIDADE

POR MESORREGIÃO

AVICULTURA

0  50.000.000

BOVINOCULTURA

50.000.001  100.000.000

SUINOCULTURA

100.000.001  150.000.000 150.000.001  200.000.000 418.105.122 Fonte: Elaboração própria.

Com relação à geração de biogás e considerando o efetivo dos rebanhos em 2012, o potencial energético estadual foi estimado em 1.846,56 GWh/ano, considerados os resíduos gerados na produção de aves, vacas ordenhadas e suínos, conforme demonstrado na Tabela 4. 30

ABPA, 2014.

32

LEVANTAMENTO DO POTENCIAL DE GERAÇÃO DE BIOGÁS NO ESTADO DO PARANÁ


Considerando todo o consumo de energia elétrica do estado do Paraná (residencial, iluminação pública, indústria, comércio etc.), o consumo médio mensal per capita é de 217 kWh/mês31. Pode-se então constatar que o potencial de biogás gerado na pecuária do Paraná abasteceria um município de 709.000 habitantes, equivalente à soma da população atual de Londrina e Paranaguá32.

taxa de crescimento médio de 3,2% na cultura da cana-de-açúcar. A produção de etanol também conta com projeções de elevação e, para 2019, acredita-se na obtenção de 58,8 milhões de litros, o dobro da quantidade registrada em 200833.

2.2

O processo de fabricação do álcool e açúcar gera alguns resíduos líquidos e sólidos, dentre os quais se destaca a vinhaça. Com um alto volume de produção (12 litros de vinhaça por litro de álcool produzido) e com elevada carga poluidora, a vinhaça é considerada, de acordo com a ISO 10.00434, um Resíduo Sólido Classe II A (não perigoso e não inerte). A aplicação dela como fertilizante na lavoura de cana evidencia-se limitada, pois pode causar desbalanço iônico do solo, bem como contaminar lençóis freáticos e águas subterrâneas.

Levando em consideração os principais setores industriais e agroindustriais que geram expressiva quantidade de biogás no estado do Paraná, esse estudo abordou as seguintes produções: álcool e açúcar; biodiesel; laticínios; fecularia; cítricos; cervejarias e microcervejarias; abatedouros e frigoríficos; e, por fim, papel e celulose.

O excesso de vinhaça, muitas vezes descartado em zonas de sacrifício35, já está sendo utilizado na produção de biogás em usinas no estado de São Paulo. A Confederação Nacional da Indústria (CNI)36 indica que a meta é zerar o seu lançamento na lavoura por meio da fertirrigação37.

iiPotencial idos Setores Industrial e Agroindustrial

2.2.1 Álcool e Açúcar O Brasil é o maior produtor mundial de cana-deaçúcar, bem como de açúcar e de álcool etílico (etanol). Até 2018/2019 o país deve alcançar uma

A Tabela 5 traz os dados de produção de álcool no Paraná e no Brasil referente à safra de cana 2012/2013 e contempla também a geração de vinhaça e seu potencial para obtenção de biogás por meio de biodigestão. A memória de cálculo está disponível no Anexo C.

Tabela 5 - Produção de biogás e bioeletricidade a partir da biodigestão da vinhaça resultante da fabricação de álcool (safra de cana 2012/2013) Produção Anual de Álcool (m³)a

Produção Anual de Vinhaça (m³)b

Produção Anual de Biogás Estimada (m³)c

Potencial Energético (GWh/ano)d

Paraná

1.471.320,0

17.655.840,0

167.730.480,0

239,9

Brasil

27.808.591,0

333.703.092,0

3.170.179.374,0

4.533,4

Relação PR/BR em produção de energia 5,29

ANP, 2015. ANA, 2009. Índice de conversão: 12 m³ vinhaça /m³álcool. c ANA. 2009. Índice de conversão: 9,5 m³biogás/m³vinhaça. d SGANZERLA, 1983. Índice de conversão de biogás em energia de 1,43 kWh/m³. a

b

EPE, 2014a. IBGE, 2015. 33 MMAPA, 2014a. 34 ABNT, 2004. 35 São áreas que recebem a vinhaça não tratada. Essas áreas tornam-se completamente inutilizáveis para quaisquer outras finalidades. 36 CNI, 2013. 37 Fertirrigação é uma técnica de aplicação simultânea de fertilizantes e água, através de um sistema de irrigação. É uma das maneiras mais eficientes e econômicas de aplicar fertilizante em plantas. 31 32

OPORTUNIDADES DA CADEIA PRODUTIVA DE BIOGÁS PARA O ESTADO DO PARANÁ

33


Considerando os dados da safra de cana-deaçúcar de 2012/2013, o Paraná poderia produzir anualmente mais de 167.000.000 m³ de biogás, com potencial energético de 240 GWh de energia elétrica por ano.

2.2.2 Biodiesel O biodiesel é obtido pela reação química entre um óleo (de plantas, de animais ou de microorganismos) e um álcool. O resultado da reação configura uma mistura de biodiesel e glicerina, que deve ser submetida a processos adequados de separação e de purificação. A produção de biodiesel no Brasil vem crescendo nos últimos anos, devido ao marco regulatório que determina a inclusão de porcentagens crescentes dele no diesel comum. Atualmente, ocorre a venda nos postos de combustíveis do B7, uma mescla que contém 93,0% de óleo diesel comum e 7,0% de biodiesel38. A fabricação de biodiesel tende a se elevar, o que deve acarretar o aumento dos resíduos decorrentes do processo produtivo, dentre eles, a glicerina.

A glicerina é obtida em uma proporção de 10,0% em relação ao biodiesel e pode ser utilizada como combustível naval, na indústria farmacêutica (após laborioso e caro processo de purificação), na produção de ácido fórmico etc. No entanto, a geração de glicerina é maior que a demanda. Estudos mostram que, se misturada a outros resíduos, ela pode ser biodigerida. A dificuldade na biodigestão reside no fato de a glicerina bruta conter até 20,0% de metanol em peso, o que causa ação inibidora nas bactérias metanogênicas, responsáveis pela elaboração de biogás. Assim, o uso do glicerol no processo deve se limitar a baixas dosagens39. Apesar disso, a Tabela 6 mostra o potencial de geração de biogás a partir de glicerol bruto puro, bem como apresenta a estimativa de geração de energia por meio desse material, que seria de cerca de 4 GWh por ano para o estado do Paraná. A memória de cálculo está disponível no Anexo D.

Tabela 6 - Produção de biogás e bioeletricidade a partir da biodigestão do glicerol resultante da fabricação de biodiesel

Produção Anual de Biodiesel (m³)a

Produção Anual de Glicerol (m³)b

Produção Anual de Biogás Estimada (m³)c

Potencial Energético (GWh/ano)d

Paraná

120.110,85

12.011,09

3.002.771,33

4,29

Brasil

2.717.483,49

271.748,35

67.937.087,23

97,15

b

38 39

4,42

a Adaptado de ANP/SPD 2014, conforme Resolução ANP 17/2004. Adaptado de MENDES; SERRA, 2012 e ANP, 2014. Índice de conversão = 0,1 m³glicerol/m³biodiesel. c GUIA PRÁTICO DO BIOGÁS, 2010. Índice de conversão = 250 m³biogás/m³glicerol. d SGANZERLA, 1983. Índice de conversão de biogás em energia de 1,43 kWh/m³.

BRASIL, 2013. FNR; BMELV, 2010.

34

Relação PR/BR em produção de energia

LEVANTAMENTO DO POTENCIAL DE GERAÇÃO DE BIOGÁS NO ESTADO DO PARANÁ


2.2.3 Laticínios Dentre os efluentes resultantes das indústrias de laticínios, o soro de leite proveniente da fabricação de queijos é um dos produzidos em maior quantidade, com grande potencial poluidor. Visto antigamente apenas como um resíduo sem valor, ele era descartado no ambiente sem o manejo adequado. No entanto, na última década, tem ganhado novos destinos. Atualmente, no Paraná, ocorre a doação de 76,5% do soro de leite industrial aos produtores rurais, para alimentação de animais, principalmente suínos, já que é uma excelente fonte de proteína e lactose para estes40. O destino do soro de leite é diferente em relação ao porte das empresas produtoras de queijo: enquanto apenas 35,7% do soro produzido pelas empresas de médio porte são revendidos para indústrias de soro em pó e indústrias de bebidas lácteas, 50% do produzido pelas empresas de grande porte são encaminhados para reprocessamento. No entanto, apesar dessa discrepância em relação ao porte das empresas, para efeito de cálculo foi considerado

que 50,0% da produção do soro de leite é destinado ao reprocessamento no Paraná, e, portanto, que os demais 50,0% atualmente são descartados, mas poderiam ser utilizados na biodigestão41. Essa tendência encontra respaldo na sequência histórica de reutilização do soro de leite. Em 1998, no Paraná, houve o emprego de 15,5% do total do resíduo gerado na produção de soro de leite em pó e de bebidas lácteas, enquanto que em 1999 esse percentual saltou para 23,3%. Além de agregar valor à cadeia, devido à possibilidade de elaboração de outros produtos (como soro em pó, proteína concentrada em pó, lactose em pó etc.), o reuso diminui as necessidades de importação desses mesmos itens, o que determina grande ganho econômico ao país. Além disso, o passivo ambiental pode ser minimizado42. A Tabela 7 reúne dados de produção de queijos e de soro de leite, com a produção de biogás estimada, o que geraria cerca de 1 GWh de energia elétrica por ano para o Paraná. A memória de cálculo está disponível no Anexo E.

Tabela 7 - Produção de biogás e bioeletricidade a partir da biodigestão do soro de leite resultante da fabricação de queijo

b

Produção Anual de Queijo (t)a

Produção Anual de Soro de Leite (m³)b

Produção Anual de Biogás Estimada (m³)c

Potencial Energético (GWh/ano)d

Paraná

7.568,00

68.112,00

774.774,00

1,11

Brasil

867.100,00

7.803.900,00

88.769.362,50

126,94

Relação PR/BR em produção de energia 0,87

a SEAB, 2013. ABREU, 1999. Índice de conversão: 9 m³soro de leite/tqueijo. Considera-se ainda que 50% do soro é reincorporado em outros processos produtivos e 50% descartado (ANDRADE; MARTINS, 2002). c LACERDA; OLIVEIRA; CARUSO, 1990; ROSENWINKEL; AUSTERMANN-HAUN; MEYER, 2005. Índice de conversão: 22,75 m³biogás/m³soro. d SGANZERLA, 1983. Índice de conversão de biogás em energia de 1,43 kWh/m³.

BAPTISTA; SUGAMOSTO; WAVRUK, 2011. ANDRADE; MARTINS, 2002. 42 GIROTO; PAWLOWSKY, 2001. 40 41

OPORTUNIDADES DA CADEIA PRODUTIVA DE BIOGÁS PARA O ESTADO DO PARANÁ

35


Relevante salientar que apenas 58,0% dos laticínios paranaenses, pesquisados em 2009, possuíam algum tipo de tratamento de efluentes e 46,0% das empresas do setor não realizam tratamento de efluentes por considerá-lo desnecessário. Ademais, 62,4% das indústrias do setor despejam resíduos em fossas ou sumidouros, o que representa um grande potencial poluidor para águas subterrâneas43. Esses dados podem indicar que mais de 50% do soro de leite produzido no estado poderia ser destinado à produção de biogás.

A manipueira constitui a soma de dois efluentes líquidos desse beneficiamento: a água de constituição das raízes e a usada na separação do amido da massa fibrosa. A digestão anaeróbia se apresenta como opção viável para o tratamento desse conteúdo, pois além de reduzir a carga orgânica, resulta em biogás e em biofertilizante45. Por ser um resíduo líquido e com poucos sólidos, o ideal é utilizar um biodigestor separado em duas câmaras, para que aconteçam separadamente as fases de acidogênese e metanogênese46.

2.2.4 Fecularia

O biogás produzido na própria fábrica pode ser utilizado na secagem de seus produtos durante a industrialização da mandioca, de modo a minimizar mais um problema ambiental causado nesse processo, que é o uso de combustíveis não renováveis para a geração de calor47. Se utilizado para obter vapor ou calor direto na própria indústria, o biogás mostra-se capaz de permitir a substituição de 77,0% da lenha consumida. Assim, em uma fecularia, a instalação de um biodigestor, além de proporcionar o correto tratamento do efluente, constitui-se como uma fonte energética de utilização imediata48.

O Brasil ocupa a segunda posição mundial na produção de mandioca, com 12,7% do total. Trata-se de um item agricultável em todas as regiões do país. O Paraná detém 14,5% dos cultivos, atrás apenas do Pará (17,9%) e da Bahia (16,7%)44. A mandioca pode ser comercializada in natura ou processada para a obtenção de farinha ou de amido. Vários resíduos são gerados durante o processamento, incluindo água de lavagem das raízes, cascas, líquidos decorrentes de prensagens etc.

A Tabela 8 apresenta o potencial de geração de biogás e de energia a partir da manipueira, o qual contribuiria com 0,72 GWh por ano para o estado do Paraná. A memória de cálculo está disponível no Anexo F. Tabela 8 - Produção de biogás e bioeletricidade a partir da biodigestão da manipueira, resultante do processamento da mandioca Produção Anual de Fécula de Mandioca (t)a

Produção Anual de Manipueira (t)b

Produção Anual de Biogás Estimada (m³)c

Potencial Energético (GWh/ano)d

Paraná

374.336,09

123.530,91

506.476,73

0,72

Brasil

519.670,77

171.491,35

703.114,55

1,01

Relação PR/BR em produção de energia 72,03

a CEPEA, 2013. FIORETTO et al., 2001. Índice de conversão: 0,33 m³manipueira/tmandioca processada. c FEIDEN; CEREDA, 2003; KUCZMAN et al., 2011. Índice de conversão: 4,1 m³biogás/m³resíduo. d SGANZERLA, 1983. Índice de conversão de biogás em energia de 1,43 kWh/m³. b

BAPTISTA, J. R. V.; SUGAMOSTO, M; WAVRUK, P., 2011. IBGE, 2013; SOUZA; FIALHO, 2003. 45 FEIDEN; CEREDA, 2003. 46 A fase de acidogênese é realizada por um grupo diversificado de bactérias, das quais a maioria, sendo facultativa, torna-se importante nos sistemas de tratamento anaeróbio de resíduos, pois o oxigênio dissolvido eventualmente presente poderia se tornar uma substância tóxica. Já a fase de metanogênese é onde ocorre formação de metano, dióxido de carbono e água. 47 TENTSCHER, 1995. 48 ANRAIN, 1986. 43 44

36

LEVANTAMENTO DO POTENCIAL DE GERAÇÃO DE BIOGÁS NO ESTADO DO PARANÁ


2.2.5 Cítricos

mento, água amarela) e dejetos sólidos (especialmente cascas e bagaço). Muitos desses resíduos têm O Brasil é responsável por 60,0% da produção sido destinados à alimentação animal, à extração mundial de suco de laranja. O país colhe, de óleos essenciais, dentre outros fins, porém uma anualmente, em torno de 18 milhões de toneladas grande parte deles permanece sem aproveitamento. da fruta, ou seja, 30,0% da safra global. A citricultura Devido à grande carga orgânica, a biodigestão brasileira situa-se como um setor altamente desse conteúdo tem se revelado promissora. organizado e competitivo, sendo uma das mais Porém, a característica ácida dos resíduos pode importantes agroindústrias nacionais. Para manter afetar negativamente o processo, exigindo um tal liderança, esse setor investe no apoio à adoção rígido controle do pH do processo. O potencial de sistemas de produção mais eficientes (como a para a produção de biogás a partir da água amarela, produção integrada), em medidas para reduzir os que é um resíduo líquido resultante da fabricação custos, no aperfeiçoamento e na ampliação do de cítricos, está retratado na Tabela 9, bem como comércio, dentre outras iniciativas49. a capacidade de geração de energia, que seria de A indústria processadora de frutos cítricos, especial- 8,31 GWh por ano no estado do Paraná. A memória mente de laranja, gera uma grande quantidade de de cálculo está disponível no Anexo G. efluentes (águas de lavagem, líquido do beneficiaTabela 9 - Produção de biogás e bioeletricidade a partir da biodigestão da água amarela, resultante da fabricação de suco de laranja

b

Produção Anual de Laranja 2012 (t)a

Produção Anual de Água Amarela (m³)b

Produção Anual de Biogás Estimada (m³)c

Potencial Energético (GWh/ano)d

Paraná

913.214,00

273.964,20

5.810.780,70

8,31

Brasil

18.012.560,00

5.403.768,00

114.613.919,30

163,70

Relação PR/BR em produção de energia 5,07

a IBGE, 2012. IOSENWINKEL; AUSTERMANN-HAUN; MEYER, 2005. Índice de conversão: 0,3 m³água.de.laranja /m³suco de laranja. Considera-se que 70% da produção da laranja do país e do estado são destinadas à obtenção de suco (ASSOCITRUS, 2008). c GUIA DO BIOGÁS, 2011. Índice de conversão: 30,3 m³biogás/m³água.de.laranja. d SGANZERLA, 1983. Índice de conversão de biogás em energia de 1,43 kWh/m³.

2.2.6 Cervejarias e Microcervejarias O setor cervejeiro está em crescimento no Brasil e, de acordo com o Sistema de Controle e Produção de Bebidas (SICOBE), a produção nacional, em 2013, teve um aumento de 5,0% em relação a 2010 e alcançou o patamar de 13,5 bilhões de litros no ano50. De acordo com a Associação Brasileira da Indústria da Cerveja (Cervbrasil), o segmento responde por 2% do PIB do país e a fatia produtiva da região Sul representa 10,5% do total51.

MAPA, 2014a. SICOBE, 2014. 51 CERVBRASIL, 2014. 49 50

OPORTUNIDADES DA CADEIA PRODUTIVA DE BIOGÁS PARA O ESTADO DO PARANÁ

37


os restos de malte, lúpulo e levedura, que constituem os principais ingredientes de fabricação de cerveja. Ademais, para cada 1 litro da bebida ocorre um consumo de 100 litros de água, considerando tanto o processo de fabricação quanto de industrialização (usada na assepsia, em caldeiras etc.). Por conseguinte, cada litro de cerveja gera 0,16 kg de resíduo55. Considerado esse número, pode-se estimar que em 2014 o setor gerou aproximadaO segmento cervejeiro brasileiro é formado por mente 2,3 bilhões de toneladas de resíduos, que grandes empresas que, juntas, detêm 98,2% do poderiam ser transformados em biogás para abasmercado nacional, além de cervejarias artesanais53. tecimento térmico, elétrico e/ou veicular. Essas últimas, também chamadas microcervejarias, vêm apresentando expressivo crescimento desde Cerca de 7,0% das microcervejarias brasileiras o ano de 2000. Dados de 2011 indicam que o país estão localizadas no Paraná. A região se destaca conta com 170 microcervejarias e cerca de 30 na produção de cervejas fortes e experimenta um cervejarias regionais de médio porte. A maioria momento de valorização de empresas artesanais delas está concentrada nos estados de São Paulo no ramo, com 18 fabricantes em operação no (24,0%), Rio Grande do Sul (17,0%), Santa Catarina ano de 2014. Além das microcervejarias, o estado (13,0%), Minas Gerais (10,0%), Rio de Janeiro (8,0%), possui duas grandes cervejarias, e produz um total de 25,5 bilhões de litros por mês. Levando-se em Paraná (7,0%) e Goiás (5,0%)54. conta que cada litro resulta em torno de 0,16 kg O principal resíduo gerado na produção de cerveja de resíduo, pode-se estimar que, mensalmente, 4,1 é o resíduo úmido cervejeiro (RUC), resultante da milhões de toneladas de biomassa são geradas, o etapa inicial de preparo do mosto cervejeiro. Esse que representa um potencial de energia de biogás resíduo pode ser utilizado para alimentação ani- de 8.281,04 GWh por ano no Paraná. A memória de mal. Porém, há possibilidade de converter em gás cálculo está disponível no Anexo H. Atualmente, o Brasil ocupa a terceira posição mundial dentre as nações produtoras de cerveja, atrás da China e dos Estados Unidos. Os maiores consumidores globais, por sua vez, são a China (46 bilhões de litros/ano) e os Estados Unidos (24 bilhões de litros/ano), seguidos pelo Brasil (12,5 bilhões de litros/ano), Rússia (10,0 bilhões de litros/ano) e Alemanha (8,4 bilhões de litros/ano)52.

Tabela 10 - Produção de biogás e bioeletricidade a partir da biodigestão do resíduo úmido de cervejarias

a

Produção Anual de Cerveja 2014 (m³)a

Produção Anual de Biogás Estimada (m³)

Potencial Energético (GWh/ano)b

Paraná

306.306.000,00

5.790.937.920,77

8.281,04

Brasil

14.137.049.858,00

267.271.219.337,79

382.197,84

Relação PR/BR em produção de energia 2,17

BRASIL, 2015. Não foram encontrados levantamentos recentes sobre a produção de cerveja no Paraná, para tanto, foram consideradas as produções das principais fabricantes do estado. b SGANZERLA, 1983. Índice de conversão de biogás em energia de 1,43 kWh/m³.

Considerando a possibilidade de ampliação do mercado de produção de cervejas no estado nos últimos anos, esse potencial pode apresentar expansão nos próximos anos. KIRIN BEER UNIVERSITY REPORT, 2014. SINDICERV, 2012. 54 CERVESIA, 2011. 55 CERVEJARIA INSANA, 2014. 52 53

38

LEVANTAMENTO DO POTENCIAL DE GERAÇÃO DE BIOGÁS NO ESTADO DO PARANÁ


2.2.7 Abatedouros e Frigoríficos

fósforo, sal e carga orgânica, essa última devida à presença de sangue, gordura, esterco e conteúdos estomacal e intestinal, bem como a flutuações de pH e temperatura. Esses efluentes são usualmente Abatedouros são estabelecimentos que produzem divididos em duas correntes, chamadas vermelha carcaças (carne com ossos) e vísceras animais e verde: a primeira pressupõe a existência de comestíveis, que são utilizadas para nutrição sangue, enquanto a segunda não. Essa separação animal. Alguns ainda fazem a desossa, de maneira evidencia-se essencial para facilitar e melhorar o a gerar os chamados “cortes de açougue”. Os tratamento primário (físico-químico), de forma a frigoríficos, por sua vez, também podem realizar remover e a segregar mais e melhor os resíduos em o abate ou se restringirem apenas ao processo suspensão56. de industrialização, a partir de produto adquirido de abatedouros. Ambos os tipos de empresas Uma das formas de diminuir o potencial poluidor geram uma grande quantidade de efluentes, tanto desses rejeitos está no tratamento anaeróbico, sólidos quanto líquidos. A maioria deles segue para com produção concomitante de biogás. A Tabela processamento em outro tipo de estabelecimento, 11 apura a produção desses resíduos no Paraná e chamado graxaria. no Brasil, bem como a potencialidade energética do uso do biogás resultante, que aportaria mais O resíduo líquido é constituído por 80-95% da água de 700 GWh por ano para o estado. A memória de consumida. Tem alta concentração de nitrogênio, cálculo está disponível no Anexo I.

Brasil

Paraná

Tabela 11 - Produção de biogás e bioeletricidade a partir da biodigestão dos resíduos resultantes do abate e do processamento de carnes provenientes de bovinos, suínos e frangos de corte

Setor Industrial

Produção Anual Carne Processada (t)a

Produção Anual de Resíduos (m³)b

Potencial de Biogás (m³)c

Potencial Energético (GWh/ ano)d

Relação PR/BR em produção de energia

Bovinos

497.084,50

6.462.098,50

55.444.805,13

79,29

4,20

Suínos

590.426,10

7.675.539,30

66.393.414,95

94,94

19,50

Frangos de Corte

3.863.517,37

50.225.725,81

396.783.233,90

567,40

30,30

Bovinos

11.862.879,00

154.217.427,00

1.323.185.523,66

1.892,16

Suínos

3.027.802,95

39.361.438,35

340.476.441,73

486,88

Frangos de Corte

12.759.627,90

165.875.162,70

1.310.413.785,33

1.873,89

a ABIEC, MAPA, 2014b. ROSENWINKEL; AUSTERMANN-HAUN; MEYER, 2005. Índice de conversão: 13 m³efluente/tcarne.processada. c ROSENWINKEL, AUSTERMANN-HAUN; MEYER, 2005. Índice de conversão: 8,58 m³biogás/tcarne.de.boi; 8,65 m³biogás/tcarne.de.porco; 7,9 m³biogás/tcarne.de.ave. d SGANZERLA, 1983. Índice de conversão de biogás em energia de 1,43 kWh/m³. b

56

PACHECO; YAMANAKA, 2006.

OPORTUNIDADES DA CADEIA PRODUTIVA DE BIOGÁS PARA O ESTADO DO PARANÁ

39


2.2.8 Papel e Celulose A indústria de papel e celulose é a quinta mundial em custo de energia. A matriz elétrica do setor mostra que as principais fontes de abastecimento energético utilizadas são o licor negro e a biomassa, perfazendo 85,2% do total57. Ademais, o segmento requer um aporte de água da ordem de 100.000 l/ton de papel fabricado. Além de consumir muitos recursos, o setor responde pela geração de uma grande quantidade de resíduos. Os sólidos possuem destinações bem estabelecidas, como compostagem, produção de cerâmicas e grits pellets de madeira. No entanto, os líquidos ainda não têm um fim determinado.

O licor negro, efluente gerado durante a produção do papel, é bastante tóxico e se acreditava que, devido a essa característica, não era passível de tratamento biológico, por inibir as ações dos microrganismos. No entanto, estudos recentes apontam que, se misturado a outros resíduos e sob condições corretas, pode ser tratado anaerobicamente e gerar significativo volume de biogás. Assim, o biogás poderia substituir o licor negro e a biomassa de outras fontes na composição elétrica (85,2%), como também o gás natural (8,7%) e o óleo combustível (4,0%), contribuindo para a redução de impactos ambientais e para a diminuição de custos com aquisição de combustível. A memória de cálculo está disponível no Anexo J.

Tabela 12 - Produção de biogás e bioeletricidade a partir da biodigestão do licor negro, resultante da fabricação de papel e celulose Produção Anual de Papel e Celulose (t)a

Produção de Resíduos Líquidos e Licor Negro (m³)b

Potencial de Biogás (m³)c

Potencial Energético (GWh/ano)d

Paraná

3.153.000,00

510.786.000,00

468.646.155

670,164

Brasil

24.078.000,00

3.900.636.000,00

3.578.833.530

5.117,732

b

Relação PR/BR em produção de energia 13,09

a BRACELPA, 2013. ROSENWINKEL AUSTERMANN-HAUN; MEYER, ,2005. Índice de conversão: 162 m³resíduo/tpapel.e.celulose. c BERNI; BAJAY, 2003. Índice de conversão: 0,9175 m³biogás/m³resíduo. d SGANZERLA, 1983. Índice de conversão de biogás em energia de 1,43 kWh/m³.

Conforme demonstrado na Tabela 12, o setor de papel e celulose poderia, dessa forma, aportar à matriz elétrica paranaense mais de 670 GWh por ano.

2.3

iResíduos Urbanos

Com a crescente urbanização da população, há o aumento na geração de resíduos gerados na área urbana. No Paraná, 85,4% da população é urbana58 e, por isso, deve-se dar uma atenção especial ao tratamento dos resíduos sólidos urbanos, ao tratamento do esgoto, aos resíduos de varrição e poda e aos resíduos gerados nas Centrais de Abastecimento (CEASAs), que possuem potencial significativo na geração de biogás no estado.

57 58

MME, 2014. IPARDES, 2010

40

LEVANTAMENTO DO POTENCIAL DE GERAÇÃO DE BIOGÁS NO ESTADO DO PARANÁ


2.3.1 Resíduos Sólidos Urbanos A Lei Nacional de Resíduos Sólidos (12.305/2010)59 estipula que, a partir de 2014, apenas os rejeitos sem viabilidade econômica para a recuperação, ou seja, materiais cujas possibilidades técnicas e econômicas de utilização e tratamento estejam esgotadas, devem ser depositados em aterros sanitários. A norma determina ainda que lixões a céu aberto e aterros controlados sejam fechados. Contudo, apenas 58,3% das unidades de destino final de resíduos são classificadas como aterro sanitário, ou seja, 41,7% delas se revelam, atualmente, inadequadas60.

mostra baixo. A segunda é a forte economia de escala que esse tipo de processamento apresenta: o investimento por unidade de insumo cai e as eficiências de conversão aumentam com a capacidade61. Como apenas cerca de 50,0% do biogás produzido nos aterros é recuperado, a biodigestão anaeróbia destaca-se como tecnologia mais eficiente e, ainda incipiente, para a obtenção desse biocombustível a partir de RSU. Para tornar o processo viável, faz-se necessário o aporte diário de, no mínimo, 150 t/dia, sendo mais conveniente o valor de 250 t/dia, corroborando a afirmação de que há maior viabilidade com o aumento de escala do processo62.

Para avaliar o potencial de geração de biogás a A produção de energia elétrica a partir da digestão partir de resíduos sólidos urbanos, foi considerada anaeróbia de Resíduos Sólidos Urbanos (RSU) a população urbana paranaense e brasileira, bem apresenta duas características importantes. A como os índices de geração de resíduos por primeira é a necessidade de se realizar a coleta habitante. A memória de cálculo está disponível no e o transporte para concentrar os RSUs, pois o Anexo K. conteúdo energético por unidade de volume se Tabela 13 - Produção de biogás e bioeletricidade a partir da biodigestão de Resíduos Sólidos Urbanos (RSU)

a

Produção Anual de RSU (t/ano)a

Potencial de Biogás (m³/ano)b

Potencial Energético (GWh/ano)c

Paraná

2.552.538

255.253.822,17

365,01

Brasil

59.109.898

5.910.989.797,80

8.452,72

Relação PR/BR em produção de energia 4,32

IBGE, 2012. Foi considerada apenas a população residente em áreas urbanas; ABRELPE, 2014.Índice de conversão: 0,746 kg/hab.dia (Paraná), 0,963 kg/hab.dia (Brasil). b FEAM, 2012. Índice de conversão: 100-200 m³/t, sendo considerados 100m³/t. c SGANZERLA, 1983. Índice de conversão de biogás em energia de 1,43 kWh/m³.

O potencial demonstrado na Tabela 13 aponta que o estado seria capaz de registrar cerca de 365 GWh por ano de energia elétrica a partir dos resíduos sólidos urbanos.

BRASIL, 2010. IBGE, 2013. 61 FRAGA, 2013/2014. 62 FUNDAÇÃOESTADUAL DO MEIO AMBIENTE, 2012. 59 60

OPORTUNIDADES DA CADEIA PRODUTIVA DE BIOGÁS PARA O ESTADO DO PARANÁ

41


2.3.2 Esgoto

lentamente que a aeróbia, não necessita de gastos energéticos tão grandes (com agitação e aeração) Atualmente, apenas 39,0% do esgoto gerado no e promove uma melhor desinfecção do efluente, Brasil são tratados63. Essa deficiência determina com a eliminação da maioria das bactérias problemas de meio ambiente, saúde pública e patogênicas (aeróbias). de bem-estar da população. A coleta ineficiente Apesar do baixo rendimento desse processo em faz com que os efluentes sejam despejados relação à produção de biogás, os ganhos com o diretamente em córregos, rios, fossas ou aumento de escala e com a ampla distribuição sumidouros. Nas localidades onde ocorre um geográfica da matéria-prima (esgoto) fazem com recolhimento satisfatório, por sua vez, nem sempre que seja viável a implantação de unidades para o tratamento se dá de forma adequada. Muitas tal fim. Além de todas as vantagens para a saúde vezes a carga poluidora é diminuída, mas não em e meio ambiente, há a possibilidade da geração de níveis exigidos pela legislação. energia elétrica para uso no próprio tratamento. Além disso, a escolha do tipo de tratamento é crucial, A Tabela 14 indica que o Paraná poderia utilizar pois deve ser analisada cuidadosamente durante o esgoto doméstico para aportar quase 30 GWh o período de projeto e de dimensionamento de energia elétrica à matriz estadual, por ano. A da unidade especializada no processo. Nesse memória de cálculo está disponível no Anexo L. sentido, uma das tecnologias mais eficientes está na degradação anaeróbia. Apesar de ocorrer mais Tabela 14 - Produção de biogás e bioeletricidade a partir da biodigestão de esgoto População Urbana em 2010

Produção Anual de Esgoto (m³/ano)a

Potencial de Biogás (m³/ano)b

Potencial Energético (GWh/ano)c

Paraná

8.912.692

520.501.212,8

19.779.046

28,28

Brasil

160.925.792

9.398.066.252,8

357.126.518

510,69

a

Relação PR/BR em produção de energia 5,54

População urbana em 2010 (IBGE, Censo Demográfico 2010) x Produção de esgoto por habitante por dia (0,16m³/hab.dia, Piveli) x 365 dias. b COSTA, 2006. Índice de conversão 0,038 m³biogás/m³esgoto. c SGANZERLA, 1983. Índice de conversão de biogás em energia de 1,43 kWh/m³.

O segmento de tratamento, coleta e/ou distribuição de água e esgoto representa 2,6% do consumo de eletricidade de todo o país64. Esse é um dos motivos pelos quais o Plano Nacional de Eficiência Energética (PNEF 2010-2030) elegeu o setor de saneamento como uma de suas áreas prioritárias. Projetos-piloto da Companhia de Saneamento do Paraná (Sanepar), com tratamento anaeróbico do esgoto e recuperação do biogás, mostraram que o gás coletado mostra-se capaz de suprir a demanda de energia no tratamento de água e de esgoto com sobras. Futuramente, depois de implementada em todas as unidades da empresa, essa iniciativa pode gerar uma economia de 3 milhões de reais por ano65.

SISTEMA NACIONAL DE INFORMAÇÕES SOBRE SANEAMENTO, 2012. MME, 2014. 65 SANEPAR, 2014. 63 64

42

LEVANTAMENTO DO POTENCIAL DE GERAÇÃO DE BIOGÁS NO ESTADO DO PARANÁ


2.3.3 Resíduos de Varrição e Poda

Os resíduos de varrição e poda, contudo, nem sempre possuem uma correta destinação nos municípios e, muitas vezes, são depositados em lixões e aterros, juntamente com os rejeitos dos Os resíduos de varrição e poda possuem resíduos sólidos urbanos. Assim, o tratamento uma característica diferenciada em relação à deles por meio da biodigestão poderia trazer não composição, já que têm as mais variadas origens. apenas a vantagem da geração de energia via No entanto, o alto teor orgânico deles os torna produção de biogás, como também, propiciaria adequados para a produção de biogás. Nesse um maior espaço livre nos locais de disposição sentido, os resíduos com maior umidade são os final, prolongando sua vida útil. mais propícios à degradação anaeróbia. Aqueles com alto teor de lignina e celulose, como os restos A Tabela 15 contempla o potencial de biogás a de poda e jardinagem, são mais indicados para a partir dos resíduos de varrição e poda no Paraná. Os degradação aeróbica, como a compostagem66. No números evidenciam que a capacidade de geração entanto, alguns pré-tratamentos, como a moagem, de energia elétrica chega a quase 300 GWh por ano a umidificação ou a mistura com outros efluentes, no estado. A memória de cálculo está disponível torna-os aptos à biodigestão. no Anexo M. Tabela 15 - Produção de biogás e bioeletricidade a partir da biodigestão de resíduos de varrição e poda Produção Anual – Resíduos de Varrição e Poda (t/ano)a

Potencial de Biogás (m³/ano)b

Potencial Energético (GWh/ano)c

Paraná

1.143.654,50

200.139.537,50

286,20

Brasil

20.887.745,50

3.655.355.462,50

5.227,16

Relação PR/BR em produção de energia 5,48

a IBGE, 2013. GUIA PRÁTICO DO BIOGÁS, 2010. Índice de conversão 175 m³/t. c SGANZERLA, 1983. Índice de conversão de biogás em energia de 1,43 kWh/m³. b

2.3.4 CEASAs As Centrais de Abastecimento (CEASAs) são empresas estatais ou de capital misto destinadas a promover, desenvolver, regular, dinamizar e organizar a comercialização de produtos de hortifrutigranjeiros em atacado, em uma determinada região. Devido à natureza da atividade, que envolve a comercialização de produtos perecíveis, como frutas, legumes e verduras, uma grande quantidade de resíduos orgânicos é gerada diariamente. Os rejeitos englobam produtos fora do prazo adequado para consumo (em processo de apodrecimento), sem a qualidade desejada pelo consumidor (com cortes ou outros danos físicos) ou ainda, perdidos durante o processo de transporte e armazenamento.

66

REICHERT, 2005.

OPORTUNIDADES DA CADEIA PRODUTIVA DE BIOGÁS PARA O ESTADO DO PARANÁ

43


No Paraná, existe um programa de reaproveitamento, denominado Banco de Alimentos, em que materiais alimentares não comercializados nas CEASAs estaduais são triados e distribuídos para entidades assistenciais ou para famílias em situação de insegurança nutricional. Mesmo assim, ainda sobram alimentos que, mesmo por meio desse programa, não podem ser aproveitados. Diante disso, no ano de 2008, o Ministério Público do Paraná iniciou uma ação na tentativa de obrigar grandes empresas produtoras de resíduos, como as CEASAs, a encontrarem por si uma solução para seus próprios resíduos.

processamento de 1 tonelada de resíduos. Outros tratamentos, como a disposição em aterro sanitário, podem custar de R$20,00 a R$70,00 a tonelada. Todos os processos envolvem externalidades positivas e negativas, mas, para cada aplicação as variáveis são diferentes e, portanto, a viabilidade de um ou outro pode prevalecer67.

A Tabela 16 apresenta dados para a produção de biogás e de bioeletricidade a partir da biodigestão de resíduos de CEASAs no Paraná. Não se faz um comparativo com o Brasil devido à falta de dados nacionais. É importante ressaltar que a análise excluiu os alimentos destinados ao programa Alguns estudos destacam as vantagens e desvan- Banco de Alimentos, ou seja, foram considerados tagens de diversos processos de tratamento e apenas os resíduos orgânicos, efetivamente. Além disposição de resíduos alimentares, como aterro disso, trata-se do panorama paranaense do setor sanitário, incineração, biodigestão, compostagem que se restringe às cidades de Curitiba, Maringá, natural e acelerada. A compostagem natural e a Foz do Iguaçu, Londrina e Cascavel*. A memória de biodigestão aparecem como as alternativas mais cálculo está disponível no Anexo N. baratas, com custo entre R$6,00 e R$15,00 para Tabela 16 - Produção de biogás e bioeletricidade a partir da biodigestão de Resíduos de CEASAs

Paraná*

Produção Anual de Resíduos de CEASAs (t/ano)a

Potencial de Biogás (m³/ano)b

Potencial Energético (GWh/ano)c

12.904,55

5.725.293,36

8,19

b

a CEASAs-PR, 2012. RAO et al., 2000. Índice de conversão: 0,4985 m³.biogás.Kg-1SV. BOUALLAGUI, 2005. Resíduo com 89% de SV. c SGANZERLA, 1983. Índice de conversão de biogás em energia de 1,43 kWh/m³.

A partir dos dados apresentados, pode-se perceber que o Paraná teria uma produção de energia de 8,19 GWh por ano por meio da biodigestão de resíduos das CEASAs.

67

SILVA; ANDREOLI, 2010.

44

LEVANTAMENTO DO POTENCIAL DE GERAÇÃO DE BIOGÁS NO ESTADO DO PARANÁ


2.4

iMapas Demonstrativos do Potencial de Geração de BIOGÁS NO ESTADO DO PARANÁ

A Tabela 17 configura um resumo da produção dos efluentes gerados nas principais atividades industriais e agroindustriais do estado do Paraná, bem como o índice de conversão em biogás de cada um deles. Tabela 17 - Geração de resíduos industriais e agroindustriais no estado do Paraná e seu potencial para produção de biogás

Produto

Potencial de Geração de Biogás (m³/ano)

Potencial Energético (GWh/ano)

Cana-de-açúcar Milho Soja Mandioca Avicultura (frangos de corte) Bovinocultura (vacas ordenhadas) Suinocultura Álcool e Açúcar (Vinhaça) Biodiesel (Glicerol) Fecularia (Manipueira) Laticínios (Soro de leite) Cítricos (água amarela) Papel e Celulose Cervejarias Abadetouros e Frigoríficos

* * * * 637.165.378,05 280.159.436,50 373.974.911,11 167.730.480,00 3.002.771,30 506.476,73 774.774,00 5.810.780,68 468.646.155,00 5.790.937.920,77 518.621.453,97

118.217,32 97.003,68 70.060,48 23.341,73 911,15 400,63 534,78 239,85 4,29 0,72 1,11 8,31 670,16 8.281,04 741,63

Bovinos

55.444.805,13

79,29

Suínos

66.393.414,95

94,94

Frangos de Corte

396.783.233,90

567,40

Resíduo Sólido Urbano Efluente Líquido (Esgoto) Resíduos de Varrição e Poda Resíduos CEASAs

255.253.822,17 19.779.046,09 200.139.537,50 5.725.293,36

365,01 28,28 286,20 8,19 321.104,57 GWh/ano 26.758,71 GWh/mês 4.793.151 habitantes

Setor

Vegetais Não Lenhosos

Pecuária

Indústria e Agroindústria

Resíduos Urbanos

TOTAL

8.728.228.237,25

(consumo médio de 217 kWh/mês)

Fonte: Elaboração própria. *Não se pode afirmar com exatidão o potencial de produção de biogás de resíduos lignocelulósicos, porque eles não podem ser utilizados sozinhos para produção de biogás. Geralmente, esses resíduos são adicionados à fração líquida, quando se observa uma melhora nos rendimentos de produção. Para tanto, o potencial energético informado considera a geração de eletricidade pela queima do material. As memórias de cálculos para cada um dos tipos de resíduos estão disponíveis ao final do documento na seção de Anexos.

OPORTUNIDADES DA CADEIA PRODUTIVA DE BIOGÁS PARA O ESTADO DO PARANÁ

45


O Gráfico 4 mostra a distribuição do potencial de produção de biogás nos setores abordados na pesquisa em termos percentuais, de maneira a evidenciar o impacto de cada atividade na geração da matriz elétrica baseada nesse combustível. Gráfico 4 - Potencial de geração de biogás e energia por setor da economia paranaense em termos percentuais

1 quadrado = 3.800 GWh/ano

Vegetais Não Lenhosos Cana-de-açúcar (118.217,32)

Outros (4.200,33)

Milho (97.003,68) Soja (70.060,48) Mandioca (23.341,73) Cervejarias (8.281,04)

Fonte: Elaboração própria.

46

LEVANTAMENTO DO POTENCIAL DE GERAÇÃO DE BIOGÁS NO ESTADO DO PARANÁ


1 quadrado = 20,9 GWh/ano

Pecuária

Indústria Agroindústria

Avicultura (911,15)

Papel e celulose (670,16)

Suinocultura (534,78)

Frangos de corte (567,40)

Bovinocultura (400,63)

Álcool e açúcar (239,85)

(frangos de corte)

(vacas ordenhadas)

(abate)

(vinhaça)

Suínos (94,94)

Resíduos Urbanos

(abate)

Resíduos sólidos urbanos (365,01)

Bovinos (79,29) (abate)

Varrição e poda (286,20) Efluente líquido (28,28)

Outros (22,62)

Fonte: Elaboração própria.

OPORTUNIDADES DA CADEIA PRODUTIVA DE BIOGÁS PARA O ESTADO DO PARANÁ

47


A partir desse gráfico, observa-se que a Indústria & Agroindústria é, entre as atividades avaliadas neste trabalho e excluindo os vegetais não lenhosos, a principal fonte potencial de energia elétrica gerada a partir do biogás no estado. Os 9.947,12 GWh/ano potencialmente gerados pelos resíduos da atividade em um ano correspondem a 79,7% do potencial de geração de energia elétrica a partir do biogás no Paraná. Considerando a média do consumo de energia elétrica per capita no estado do Paraná68, calcula-se que a utilização dos resíduos da Indústria & Agroindústria poderia suprir energia elétrica para cerca de 3,8 milhões de habitantes, equivalente à soma da população da Região Metropolitana de Curitiba e Londrina.

energia elétrica. Os 1.846,6 GWh que poderiam ser gerados em um ano seriam suficientes para suprir a energia elétrica de 709.000 habitantes, equivalente à soma da população de Cascavel e Maringá. Finalmente, verifica-se que os Resíduos Urbanos configuram a terceira maior fonte potencial de geração de energia elétrica a partir do aproveitamento do biogás. O potencial de 687,7 GWh por ano corresponde à energia elétrica consumida por 264.000 habitantes, equivalente à população de Foz do Iguaçu.

Portanto, combinados os potenciais de geração de biogás da Pecuária, Indústria & Agroindústria e Resíduos Urbanos, seriam gerados 12.481,4 GWh O gráfico também revela que a Pecuária respon- ao ano, suficientes para suprir a demanda de de por 14,8% do potencial de geração de biogás e 4.793.151 habitantes.

68

217 kWh/mês, segundo EPE, 2014a.

48

LEVANTAMENTO DO POTENCIAL DE GERAÇÃO DE BIOGÁS NO ESTADO DO PARANÁ


Figura 3 - Potencial de geração de biogás por mesorregião e distribuição desse potencial por atividade (pecuária, agroindústria e indústria e resíduos urbanos)

NOROESTE

NORTE-CENTRAL

12% 3%

OESTE

8%

14%

28% 85%

1%

71% 86%

14%

CENTRO-ORIENTAL

86%

18%

CENTRO-OCIDENTAL CENTRO-SUL

82% SUDESTE

15% 92% SUDOESTE

NORTE PIONEIRO

METROPOLITANA DE CURITIBA

29%

18% 85% 6%

82%

71%

94% LEGENDA POTENCIAL DE GERAÇÃO DE BIOGÁS (m3/ano) POR ATIVIDADE*

POR MESORREGIÃO

PECUÁRIA

0  62.500.000

INDÚSTRIA E AGROINDÚSTRIA

62.500.000  125.000.000

RESÍDUOS URBANOS

125.000.001  187.500.000 187.500.001  250.000.000 453.955.588 *Dada a disponibilidade de dados no nível das mesorregiões paranaenses, incluem-se aqui o potencial oriundo da Avicultura, Bovinocultura, Suinocultura, Cítricos (água amarela) e Resíduos CEASAs. Com exceção das mesorregiões Noroeste e Norte-Central, as demais apresentam potencial de geração de biogás na Indústria e Agroindústria menor que 1% do potencial total. Fonte: Elaboração própria.

OPORTUNIDADES DA CADEIA PRODUTIVA DE BIOGÁS PARA O ESTADO DO PARANÁ

49


Figura 4 - Potencial Energético por mesorregião e distribuição desse potencial por atividade (agricultura, pecuária, agroindústria e indústria, resíduos urbanos)

NOROESTE

NORTE-CENTRAL

16% 3% 5%

NORTE PIONEIRO

19% 76%

6% 22%

25%

16% 54%

23%

60%

35% CENTRO-ORIENTAL

37%

OESTE

CENTRO-OCIDENTAL

12%

46% CENTRO-SUL

34%

42% SUDOESTE

METROPOLITANA DE CURITIBA

SUDESTE

50% 54%

9%

38%

7%3% 13%

7% 34%

52%

58%

76%

49%

LEGENDA POTENCIAL ENERGÉTICO (GWh/ano) POR ATIVIDADE*

POR MESORREGIÃO

CANADEAÇÚCAR

0  11.250

MILHO

11.251  22.500

SOJA

22.501  33.750

MANDIOCA

33.751  45.500

OUTROS

60.000  72.477 *Dada a disponibilidade de dados no nível das mesorregiões paranaenses, incluem-se aqui o potencial oriundo da Avicultura, Bovinocultura, Suinocultura, Cítricos (água amarela) e Resíduos CEASAs. Fonte: Elaboração própria.

50

LEVANTAMENTO DO POTENCIAL DE GERAÇÃO DE BIOGÁS NO ESTADO DO PARANÁ


3

TECNOLOGIAS PARA PRODUÇÃO DE BIOGÁS

3.1

Bioquímica da Produção de Biogás

A degradação de matéria orgânica ocorre naturalmente na natureza, mas pode ser controlada e induzida de acordo com o interesse humano, por meio da regulação de alguns parâmetros de processo em reatores fechados. Basicamente, os procedimentos de degradação são divididos em aeróbicos (que se dão na presença de oxigênio) e anaeróbicos (que se realizam na ausência de oxigênio). A biodigestão ou fermentação, constitui o nome popular dado ao processo de degradação anaeróbia de matéria orgânica, por meio da ação de diversos microrganismos. Os produtos finais são gases, certa quantidade de energia (calor) e nova biomassa (lodo digerido). A mistura gasosa formada contém metano (50-75%), gás carbônico (25-50%) e pequenas quantidades de hidrogênio, sulfeto de hidrogênio, amônia e outros gases, bem como

umidade. A composição dos produtos finais recebe influência, principalmente, dos substratos utilizados na produção dessa mescla, em virtude da técnica de fermentação empregada e das diferentes tecnologias de construção dos biodigestores e das usinas69. A biodigestão possui algumas vantagens e desvantagens em relação aos procedimentos aeróbicos, de acordo com a Quadro 1.

Quadro 1 - Vantagens e desvantagens dos processos anaeróbicos frente ao aeróbicos Vantagens

Desvantagens

DDBaixa produção de sólidos, que é cerca de 5 a 10 vezes menor que a verificada nos processos aeróbios; DDBaixo consumo de energia, com consequente redução de custos operacionais; DDBaixa demanda de área; DDProdução de metano (que pode ser convertido em energia); DDTolerância a elevadas cargas orgânicas; DDAplicabilidade em pequena e em grande escala.

DDSuscetibilidade das bactérias anaeróbicas à inibição por um grande número de compostos; DDNa ausência de lodo de semeadura adaptado, a partida do processo é lenta; DDPré-tratamento usualmente necessário; DDPossibilidade da geração de maus odores, porém, controláveis; DDRemoção de nitrogênio, fósforo e patogênicos insatisfatória.

Fonte: Elaboração própria a partir de Chernicharo, 2007.

69

FNR, 2010.

OPORTUNIDADES DA CADEIA PRODUTIVA DE BIOGÁS PARA O ESTADO DO PARANÁ

51


Na biodigestão, o processo de obtenção do biogás ocorre em diversas etapas, conforme apresentado na Figura 5. Cada uma delas abrange reações e interações químicas particulares. Por conta disso, as fases podem, inclusive, ocorrer em câmaras separadas, para a otimização do controle das condições específicas. Figura 5 - Esquema das etapas bioquímicas presentes nos processos de biodigestão, com indicação das reações específicas que ocorrem em cada fase Compostos Orgânicos Complexos (proteínas, carboidratos, lipídios) Hidrólise Compostos Orgânicos Simples (aminoácidos, ácidos graxos, açúcares) Acidogênese Ácidos Graxos de Cadeia Curta (ácidos propiônico e butírico)

Outros Compostos (ácido lático, álcoois etc.) Acetogênese

Ácidos Acético

H + CO Metanogênese Biogás CH + CO Fonte: Elaboração própria.

• Hidrólise: compreende a decomposição de compostos orgânicos complexos, tais como carboidratos, proteínas e lipídios, em substâncias mais simples como aminoácidos, açúcares e ácidos graxos. Atuam no processo bactérias hidrolíticas, cujas enzimas decompõem o material por meio de reações bioquímicas.

• Acidogênese: por meio da ação de bactérias acidogênicas, as moléculas simples geradas na etapa anterior são metabolizadas e, assim, geram inúmeros ácidos como os propiônico, butírico, lático etc.

• Acetogênese: a partir dos compostos intermediários formados, são obtidos ácido acético, dióxido de carbono e hidrogênio (precursores do biogás), por meio da ação de bactérias fermentativas acetogênicas.

• Metanogênese:

bactérias arqueometanogênicas estritamente anaeróbias convertem principalmente o ácido acético, o hidrogênio e o dióxido de carbono em metano. Os metanogênicos hidrogenotróficos produzem metano a partir de hidrogênio e de dióxido de carbono. Os metanogênicos acetoclásticos, por sua vez, geram biogás a partir da redução de ácido acético.

52

TECNOLOGIAS PARA PRODUÇÃO DE BIOGÁS


3.2

iEngenharia do Processo de Biodigestão

Simplificadamente, a biodigestão é uma sequência de etapas bioquímicas de conversão de matéria orgânica dentro do biodigestor, na ausência de oxigênio, para a formação de biogás. No entanto, inúmeras outras fases de preparação para a fermentação e de purificação do gás produzido mostramse necessárias para que a degradação anaeróbica e a formação e a utilização de biogás ocorram com sucesso. A Figura 6 ilustra o processo, ao separá-lo em quatro momentos essenciais. Figura 6 - Esquema do processo de produção de biogás e biofertilizante 1ª Etapa Entrega e armazenamento de matéria-prima Etapas do Processo de Produção e Utilização de Biogás e Biofertilizante

Processamento e pré-tratamento (opcional) Separação, fragmentação, mistura, homogeneização

Carregamento de matéria-prima Transporte, dosagem, alimentação

Armazenamento de biofertilizante e/ou pós-digestão Tratamento e utilização de biofertilizantes

Separação de sólidos e líquidos (opcional)

Decomposição, compostagem

Decomposição, compostagem sem separação de sólidos e líquidos

Adubo Líquido 3ª Etapa

Geração de biogás Tipos de biodigestores, terreno, equipamentos

Tratamento e armazenamento de biogás Secagem,dessulfurização, retirada de CO2 e O2

2ª Etapa Utilização do biogás

Biogás

Geração de energia elétrica, veicular e calor (CHP)

4ª Etapa

Fonte: Elaboração própria.

OPORTUNIDADES DA CADEIA PRODUTIVA DE BIOGÁS PARA O ESTADO DO PARANÁ

53


A primeira etapa envolve os processamentos iniciais da matéria-prima antes da digestão. Abrange desde a logística da entrega desse conteúdo, passa pelo armazenamento dele e alcança a adequação do material ao procedimento de biodigestão, por meio de algum tipo de pré-tratamento (trituração, mistura, separação, homogeneização e, em alguns casos, higienização). Por fim, essa etapa contempla o carregamento do conteúdo no reator, o que pressupõe o transporte e a correta dosagem.

Na subdivisão que segue, estão contemplados os equipamentos e as instalações necessários para a execução de cada uma dessas atividades de pré-tratamento. São apresentados: a descrição do material construtivo; as aplicações; as particularidades; as vantagens; as desvantagens; e a manutenção.

A segunda etapa constitui a biodigestão propriamente dita, na qual o material será degradado anaerobicamente para a geração do biogás. A terceira fase, por sua vez, consiste no armazenamento, possível tratamento e destinação do biofertilizante, que nada mais é que o lodo digerido proveniente de descargas do biodigestor. A quarta e última etapa compreende o tratamento, armazenamento, distribuição e utilização do biogás.

O armazenamento da matéria-prima se dá em reservatórios, que podem ser construídos em concreto ou em metal. O dimensionamento do reservatório deve considerar a taxa de alimentação dos biodigestores e a necessidade de estocagem da matéria-prima. A construção é simples, mas precisa ser realizada sob supervisão de um engenheiro.

Recepção e armazenamento da matéria-prima

A depender das características do substrato para a biodigestão, pode ser necessária a instalação de tanques de higienização, com o objetivo de Cada um desses momentos abrange o controle destruir bactérias e outros organismos prejudiciais. de parâmetros de processo específicos, bem Geralmente, tais espaços são construídos em como requer diferentes materiais, insumos e aço e possuem um sistema de aquecimento equipamentos. As próximas seções discutem com para tratamento térmico da matéria-prima (por mais detalhes cada uma das quatro referidas fases exemplo, pasteurização). O dimensionamento e a operacionalidade se dão de acordo com as da biodigestão. demandas do processo.

3.2.1 Primeira Etapa – Pré-tratamento

A matéria-prima definida para a biodigestão também pode exigir a existência de tanques de carga, cuja finalidade está em facilitar a alimentação A biodigestão inicia com a entrega e o do biodigestor. A conveniência e as especificações armazenamento da matéria-prima, assim como dos tanques de carga dependem do sistema de com o pré-tratamento opcional e o carregamento biodigestão (tipo e configuração do biodigestor), do biodigestor, o que inclui o transporte e dosagem bem como do regime de operação do biodigestor. O detalhamento técnico de tais recipientes do conteúdo. encontra-se no Quadro 2.

54

TECNOLOGIAS PARA PRODUÇÃO DE BIOGÁS


Quadro 2 - Especificações de instalações para armazenamento de matéria-prima Instalação Material Construtivo • Aço, aço inoxidável ou concreto armado.

Reservatório

Formas Construtivas • Silos tipo trincheira, verticais, estufas recobertas por lona de PVC, silagem em bolsas de plástico, áreas de armazenamento abertas ou com telhado e fossas/covas; • Depósitos para substratos líquidos de uso comum na agricultura, tais como fossas e tanques de carga.

Dimensionamento • Volume de substrato; • Capacidade do biodigestor; • Compensação da irregularidade das entregas; • Contratos de fornecimento de substratos externos; • Possíveis quedas operacionais.

Particularidades e Recomendações • Evitar processos de decomposição prévia do material que possam diminuir a produção de gás; • Evitar a mistura de substratos inócuos com críticos, do ponto de vista higiênico; • Implementar medidas construtivas para reduzir os odores; • Prevenir vazamentos no solo e nas águas.

• Tanques de aço de parede simples com aquecimento interno ou tanques de aço com parede dupla;

Tanques de Higienização

• Capacidade específica do sistema; • Aquecimento interno ou em tanque de parede dupla.

• Dotado de aquecimento ou com trocadores de calor de contrafluxo;

• Em tanques de higienização comuns, o substrato deve ser bombeável e, conforme a necessidade, receber um pré-tratamento antes da higienização; • O dimensionamento deve considerar o tempo de higienização.

• Impermeável a gases e conectado à tubulação pendular de gás ou não impermeável a gases, dotado de exaustão do tanque, se necessário, por meio de purificador de ar. • Tanques localizados em posição mais alta que o biodigestor; • Têm a vantagem de dispensar o uso de equipamentos de transporte, em função do desnível hidráulico. Tanques de carga

• Confeccionados em concreto impermeável, geralmente concreto armado; • Devem abarcar uma quantidade de substrato suficiente para um a dois dias de operação; • O enchimento pode ser realizado por um trator ou caminhão (carregadeira).

• Permite boa homogeneização e mistura do substrato; • Formação de camadas de sedimentos de pedras; • Poço de bombeamento, fossa de coleta ou mecanismos de raspagem devem permitir a retirada de camadas de sedimentos; • Recomenda-se a cobertura do tanque de carga para evitar a emissão de odores e GEE;

• O tanque deve ter, no mínimo, uma porta de inspeção; • Manutenção necessária conforme os equipamentos instalados (sensores de temperatura, agitadores, bombas); o tanque em si não exige muita manutenção.

• Substratos bombeáveis e misturáveis; • Compatível com substratos empilháveis, se utilizado equipamento de fragmentação; • Exige a remoção manual da camada de sedimentos, na ausência de outros meios de retirada; • Quase não exige manutenção, apenas dos equipamentos porventura ali instalados.

• O carregamento de sólidos pode ocasionar obstruções, formação de sobrenadante e de sedimentação. Fonte: Adaptado de FNR, 2010. OPORTUNIDADES DA CADEIA PRODUTIVA DE BIOGÁS PARA O ESTADO DO PARANÁ

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Processamento da matéria-prima (opcional) Uma das primeiras intervenções de tratamento do material que chega ao biodigestor é a homogeneização, importante para promover a dispersão dos nutrientes de maneira uniforme. Para tanto, de saída, procede-se a fragmentação, muitas vezes necessária para possibilitar a adequação de substratos sólidos (especialmente palhas) a um tamanho apropriado à conversão mais rápida em biogás.

Em pequenas unidades de produção de biogás, a adaptação de fragmentadores externos ao sistema de produção revela-se prático e viável. Em unidades médias e grandes, contudo, mostram-se necessários equipamentos maiores, como os fragmentadores em linha ou acoplados a sistemas de transporte70, dosagem ou alimentação. Uma alternativa à fragmentação em linha e à externa são os agitadores de dupla função, os quais além de homogeneizar o meio dentro do biodigestor também trituram matérias sólidos presentes na mistura.

A maioria dos pequenos fragmentadores disponíveis no mercado é do tipo externo, constituído por As especificações construtivas e de dimensionaunidades de trituração de palhas, grãos, cereais, mento, assim como demais detalhes acerca dos biomassa (madeira e galhos) e restos orgânicos. Es- fragmentadores estão apresentados no Quadro 3. ses equipamentos são utilizados em várias indústrias, como alimentícia, de reciclagem, de rações, de etanol e de tratamento de esgoto. Quadro 3 - Especificações construtivas e de dimensionamento para processamento da matéria-prima (continua) Equipamento

Tipos/ Modelos e Dimensionamento Tipos e Modelos • Esmagadores; • Eixos e transportadores helicoidais dotados de dispositivos de corte e dilaceramento. Dimensionamento

Fragmentador (acoplado a unidades de dosagem e alimentação)

• Fragmentação de até 50 m³/d (o reservatório de alimentação pode ser dimensionado para uma capacidade bem maior).

Aplicações e Particularidades

Vantagens e Desvantagens Vantagens

• Silagens comuns, mix de milho e espiga, esterco bovino (também de aves), hortaliças;

• Elevadas taxas de processamento;

• Tambores dentados e roscas misturadoras com facas repicadoras são mais adequados para substâncias com fibras longas;

• Grande volume de reserva para o controle automatizado da fragmentação e alimentação;

• Eixos com palhetas reduzem o risco de emperramento sobre o triturador.

• Fácil enchimento com carregadeira ou garra;

• Uso de equipamento robusto. Desvantagens • O material pode emperrar sobre o triturador, com influência da geometria do reservatório de alimentação e pelo substrato; • Em caso de avaria, o material tem de ser retirado manualmente.

70

FNR, 2010.

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TECNOLOGIAS PARA PRODUÇÃO DE BIOGÁS

Manutenção • Os equipamentos exigem pouca manutenção; • Deve haver a possibilidade de realizar a manutenção nas pausas da alimentação.


Quadro 3 - Especificações construtivas e de dimensionamento para processamento da matéria-prima (continuação) Equipamento

Tipos/ Modelos e Dimensionamento Tipos e Modelos • Picadores; • Moinhos de rolo ou de martelo. Dimensionamento • Picador: também pode ser utilizado para elevadas taxas.

Fragmentador (externo)

• Moinhos: taxas pequenas a médias (p. ex. 1,5 t/h a 30 kW);

Aplicações e Particularidades • Silagens comuns, cereais, milho, grão (moinho em geral é suficiente); • Batata, beterraba, dejetos verdes (tanto moinho ou picador); • A altura dos reservatórios de alimentação deve se adequar ao equipamento disponível; • Reserva de material fragmentado pode ser mantida, a fim de suprir a produção durante paradas de manutenção.

Vantagens e Desvantagens Vantagens • Acesso fácil ao equipamento em caso de avarias;

Manutenção • Pode ser adquirida do fabricante sob contrato e depende dos substratos processados.

• Reserva de substrato fragmentado pode ser preparada previamente; • Enchimento automatizado; pode ser combinado com unidades de alimentação; • Grau de fragmentação controlável. Desvantagens • Em caso de obstruções, o equipamento tem de ser esvaziado manualmente; • Média tolerância a materiais estranhos, embora desgaste elevado seja possível.

Tipos e Modelos • Geralmente na forma de pás com facas ou montagem adicional de facas no eixo do agitador (sob demanda). Agitadores de Fragmentação

Dimensionamento • Potência de entrada: ordens de magnitude típicas da tecnologia de agitação, com um adicional de 6 kW em agitadores de 5 - 15 kW.

• Esterco sólido, restos de alimentos, resíduos verdes, palha; • No caso do carregamento direto da matéria sólida no biodigestor, pode-se utilizar equipamentos de fragmentação também no seu interior.

Vantagens • Descarga direta do material sólido no tanque de carga; • Dispensa equipamentos adicionais;

• Conforme o tipo do agitador pode-se realizar a manutenção fora do tanque de carga ou do biodigestor; • Não há necessidade de interrupção do processo.

• Possibilidade de elevar o teor de matéria seca no biodigestor até o ponto em que sua bombeabilidade não seja comprometida. Desvantagens • Risco de formação de sobrenadante e sedimentação, conforme o tipo de substrato.

OPORTUNIDADES DA CADEIA PRODUTIVA DE BIOGÁS PARA O ESTADO DO PARANÁ

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Quadro 3 - Especificações construtivas e de dimensionamento para processamento da matéria-prima (conclusão) Equipamento

Tipos/ Modelos e Dimensionamento

Aplicações e Particularidades

Vantagens e Desvantagens

Tipos e Modelos

• Triturador de prato perfurado: substratos fibrosos;

Vantagens

• Triturador de prato perfurado capaz de transportar 600 m3/h; potência do motor entre 1,1 e 15 kW;

Fragmentação na linha de transporte

• Triturador de eixo duplo em linha baseado em bombas de lóbulos: capacidade de fragmentação de até 350 m³/h. de martelo. Dimensionamento • Característico de cada equipamento;

• Triturador de eixo duplo em linha: substratos bombeáveis com teores mais elevados de sólidos; • Equipamentos devem ser separados do condutor do substrato por meio de válvula guilhotina (no caso de avaria, pode ser útil realizar um bypass por meio dela).

• Dependente do teor de matéria seca (a capacidade de transporte é inversamente proporcional ao teor de matéria seca). Tipos e Modelos • Bomba centrífuga; • Rotor com arestas cortantes, nas variantes seco em pé ou submergível. Dimensionamento Fragmentação com função de transporte integrada

• Possibilitam fluxos de transporte de até 720 m³/h; • Altura de transporte de até no máximo 25 m; • Potência de entrada: 1,7–22 kW.

• Acesso fácil ao equipamento se ocorrerem avarias; • Em caso de obstruções, pode-se abrir e realizar a manutenção dos equipamentos com facilidade;

Manutenção • Equipamentos separados podem ser mantidos sem necessitar de longas paradas; • Aberturas para limpeza de fácil acesso agilizam substancialmente os trabalhos.

• Separação de materiais estranhos por meio de recipiente de separação (triturador de prato perfurado); • É possível elevar o teor de matéria seca no biodigestor até o ponto em que sua bombeabilidade não seja comprometida. Desvantagens • Desgaste elevado por substrato com alto teor de materiais estranhos.

• Substratos bombeáveis, compostos de fibras longas; • Equipamentos devem ser separados do condutor do substrato por meio de válvula guilhotina; • No caso de avaria, pode ser útil realizar um bypass por meio de uma válvula guilhotina; • A escolha do método de corte ou dilaceramento condiciona o tamanho das partículas que se pode atingir.

Vantagens • Acesso fácil ao equipamento se houver avarias; • Em caso de obstruções, pode-se abrir e realizar a manutenção dos equipamentos com facilidade; • Dispensa equipamentos de transporte adicionais. • É possível elevar o teor de matéria seca no biodigestor até o ponto em que sua bombeabilidade não seja comprometida.

• A manutenção de bombas independentes não exige longas paradas; • Bombas submergíveis podem ser retiradas do substrato com facilidade; • Aberturas para manutenção reduzem drasticamente os tempos de parada.

Desvantagens • Possibilita a fragmentação apenas de uma parte do fluxo de material; • O rebombeamento permite aumentar a porção de matéria fragmentada. Fonte: Adaptado de FNR, 2010.

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TECNOLOGIAS PARA PRODUÇÃO DE BIOGÁS


Pré-tratamento da matéria-prima (opcional) Diante de substratos de mais difícil degradabilidade, pode ser necessária uma etapa adicional de prétratamento. Isso ocorre por meio de pré-digestão aeróbica, hidrólise ácida ou desintegração.

biogás final. Tal procedimento ocorre no mesmo local do armazenamento da matéria-prima ou não, a depender das instalações disponíveis e da dinâmica de funcionamento do sistema de biodigestão.

Os tratamentos por hidrólise ácida e por desintegração envolvem, por seu turno, a adição Quando se utiliza uma intervenção aeróbica, gera- de um reagente ácido ou intervenção física e/ou se calor e, dessa forma, o conteúdo pré-aquece química, a fim de realizar a dilaceração do material, antes de seguir para o biodigestor. Apesar da o que aumenta os custos do processo. vantagem de economizar energia térmica, certa quantidade da matéria orgânica é consumida Os detalhes dos diferentes pré-tratamentos nesse processo, o que diminui o rendimento de disponíveis são expostos no Quadro 4. Quadro 4 - Pré-tratamentos disponíveis (continua) Equipamento

Tipos/ Modelos

Dimensionamento

• Decomposição preliminar aeróbica

Aplicações e Particularidades • Aplicação em compostagem: a aeração promove o início da degradação, que gera calor e aquece o material até 40-50°C.

Vantagens e Desvantagens Vantagens • Inicia a quebra celular e permite o autoaquecimento do material, poupando o biodigestor da necessidade de ter componentes adicionais de pré-aquecimento. Desvantagens

Pré-tratamento ou Pré-digestão

• A matéria orgânica já decomposta não está mais disponível para a produção de biogás. • Hidrólise e acidificação

• Podem ser realizados em tanques anteriores ao biodigestor ou é possível um espaço isolado no interior do biodigestor, por meio de estruturas especiais (p. ex. biodigestores bifásicos); • A hidrólise pode ocorrer sob condições aeróbias e anaeróbias e com valores de pH entre 4,5 e 7,0; • As temperaturas de 25 a 35°C, geralmente, são suficientes, mas podem ser elevadas para 55 a 65°C, a fim de proporcionar maior taxa de degradação.

• Pré-tratamento indicado para matérias-primas de difícil degradação; • O gás proveniente da hidrólise contém hidrogênio em grande quantidade, o que gera perdas energéticas nas próximas etapas e pode trazer riscos, já que esse gás possui potencial explosivo; • Hidrólise de substratos com alto teor de lignina aumentam a eficiência da sua degradação e, consequentemente, na formação de biogás;

Vantagens • Acelera o processo de degradação, por já antecipar a primeira etapa de geração de biogás. Desvantagens • Requer o gasto energético pela inserção de calor e de outros insumos (ácidos, bases), o que pode aumentar os custos do processo.

OPORTUNIDADES DA CADEIA PRODUTIVA DE BIOGÁS PARA O ESTADO DO PARANÁ

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Quadro 4 - Pré-tratamentos disponíveis (conclusão) Equipamento

Tipos/ Modelos • Desintegração

Pré-tratamento ou Pré-digestão

Dimensionamento • Processos térmicos, químicos, bioquímicos e físicos/mecânicos para promover a quebra celular; • Ex.: Elevação da temperatura até <100 °C sob condições normais de pressão ou > 100 °C em ambiente pressurizado; hidrólise; adição de enzimas; aplicação de desintegração ultrassônica.

Aplicações e Particularidades

Vantagens e Desvantagens

• Devem-se realizar testes e análises adicionais do substrato tratado, a fim de se estimar o ganho efetivo desse estágio de desintegração, embasando tal avaliação do ponto de vista econômico e considerando os ganhos e perdas financeiros.

Vantagens • A eficácia de cada um dos processos depende, em grande parte, do substrato e da forma como foi preparado. Desvantagens • Todos os processos exigem energia adicional, seja elétrica ou térmica, o que se contrapõe diretamente ao possível ganho de eficiência. Fonte: Adaptado de FNR, 2010.

Carregamento de matéria-prima Depois de homogeneizada e pré-tratada (etapas opcionais), a matéria-prima está pronta para ser transportada ao interior do biodigestor. Nesse sentido, a condução dos elementos líquidos pode ser realizada por meio de tubulações e de bombas interligadas. O conteúdo pastoso ou sólido, por sua vez, exige equipamentos específicos, de acordo com as suas características e vazão. Em sistemas contínuos, os instrumentos mais utilizados para tal são os pistões de alimentação, os transportadores helicoidais e os separadores de rosca. No caso de sistemas de garagem, a alimentação é feita por meio de pás carregadeiras. Importante destacar que muitas vezes materiais sólidos estão presentes, misturados ao líquido, exigindo atenção na escolha dos transportadores. As especificações relativas a esses equipamentos encontram-se dispostas no Quadro 5.

60

TECNOLOGIAS PARA PRODUÇÃO DE BIOGÁS


Quadro 5 - Especificações de equipamentos Equipamento

Pistão de Alimentação

Tipos/ Modelos

Dimensionamento

• Pistão hidráulico com transportador helicoidal e tração hidráulica ou elétrica;

• Geralmente confeccionada em aço inoxidável;

• Flexibilidade na combinação com diferentes sistemas de alimentação, tais como tremonha de alimentação, contêiner com piso móvel, vagão forrageiro etc.

• Rosca de pressão conecta o reservatório de alimentação e o biodigestor na vertical, horizontal ou diagonal;

Transportadores Helicoidais de Alimentação

• Transportador helicoidal inclinado para vencer a altura do biodigestor (transporte vertical); • Flexibilidade na combinação com diferentes sistemas de alimentação, como tremonha de alimentação, contêiner com piso móvel, vagão forrageiro etc.

• Pistões alojados em carcaça fechada; • Introdução no biodigestor: horizontal (com opção de adição também pelo fundo do biodigestor); • Válvula automática e manual necessária, para o caso de o nível do biodigestor exceder a borda superior do reservatório de alimentação. • Geralmente confeccionados em aço inoxidável, alojados em carcaça fechada; • Alimentação ligeiramente abaixo do nível do líquido; • Válvula automática e manual, necessária para o caso de o nível do biodigestor exceder a borda superior do reservatório de alimentação.

Aplicações e Particularidades • Todos os cossubstratos empilháveis comuns; • Conforme a configuração de roscas do equipamento, comporta também material pedregoso e de fibras longas; • A alimentação deve ser impermeável a líquidos; • A altura e o volume de enchimento devem ser compatíveis com o equipamento de enchimento em operação; • Espaço disponível ao lado do biodigestor; • Possibilidade de dosagem pelos pistões, em função do peso da instalação de equipamento de pesagem no reservatório de alimentação.

• Todos os cossubstratos empilháveis comuns, com pedras de dimensões inferiores à espiral da rosca; • Transporte de substratos triturados; • Possibilita o transporte de substratos misturados; • Evita o escapamento de gás dos transportadores; • Possibilidade de dosagem pelos transportadores em função do peso, mediante a instalação de equipamento de pesagem no reservatório de alimentação; • Espaço disponível ao lado do biodigestor; • A altura e o volume de enchimento devem ser compatíveis com o equipamento de enchimento em operação.

Vantagens e Desvantagens Vantagens • Baixo nível de odores; • Ótima capacidade de dosagem; • Automatizável. Desvantagens • Risco de formação de camada de sedimentos no biodigestor, em virtude da compactação do substrato comprimido, o que dificulta o acesso dos microrganismos;

Manutenção • Manutenção periódica em função das peças móveis do equipamento; • A manutenção do pistão implica interrupções consideráveis no processo, eventualmente exigindo o esvaziamento do biodigestor.

• Permite apenas o transporte horizontal do substrato; • Somente um biodigestor pode ser alimentado pelo reservatório. Vantagens • A direção de transporte é irrelevante; • Automatizável; • Cada reservatório tem capacidade de alimentar vários biodigestores. Desvantagens • Atrito com as carcaças do transportador e com as roscas; • Sensível a pedras maiores e outros materiais estranhos (conforme as dimensões da espiral da rosca). • Eventual dificuldade em processar substratos de fibras longas.

• Manutenção periódica em função das peças móveis do equipamento; • Obstruções e material estranho emperrado devem ser eliminados manualmente; • A manutenção do transportador helicoidal, que leva o substrato para o biodigestor, pode significar severas interrupções do processo.

Fonte: Adaptado de FNR, 2010.

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Itens Gerais Alguns elementos de engenharia, como tubulações, válvulas e bombas, são necessários em todas as etapas da biodigestão, desde o armazenamento, a pré-digestão e o transporte da matéria-prima ao biodigestor, até a produção, locomoção e distribuição do biogás final. O Quadro 6 traz os detalhes e as especificações desses elementos. Importa esclarecer que materiais empregados em algumas fases da purificação do biogás podem exigir recursos construtivos específicos, devido à presença de agentes corrosivos. Quadro 6 - Especificações dos biodigestores (continua) Tipos/ Modelos

Dimensionamento

• Bombas de deslocamento positivo

• Pressão de bombeamento: até 48 bar;

• Bomba para instalação em local seco.

• Fluxo volumétrico entre 0,055 m³/min e 8 m³/min; • Potência de entrada: p. ex. 7,5 kW a 0,5³ /min; 55 kW a 4m³/min; depende fortemente do substrato.

Aplicações e Particularidades

Vantagens e Desvantagens

• Substratos viscosos bombeáveis com quantidade reduzida de material estranho e substâncias de fibras longas;

Vantagens

• Permitem a dosagem de substrato;

Desvantagens

• Alta durabilidade;

• Aceita a instalação de dispositivo contra operação a seco;

• Capacidades de vazão menores que as das bombas centrífugas;

• Fácil manutenção em virtude da construção; o sistema de troca rápida de fuso permite curtas interrupções na operação.

• Em geral, possibilita o ajuste do estator conforme a vazão, o substrato e o desgaste; • Permite configuração especial com mudança da direção de transporte.

TECNOLOGIAS PARA PRODUÇÃO DE BIOGÁS

• Construção simples e robusta;

• Devem ser inseridas válvulas gaveta antes e após a instalação, para facilitar a manutenção e a limpeza;

• A vazão é fortemente influenciada pela viscosidade; bombeamento estável na presença de oscilações de pressão;

• Amplamente utilizada em estações de tratamento de águas residuais;

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• Elevado poder de sucção;

Manutenção

• Sentido de rotação inversível.

• Sensível à operação a seco; • Sensível a materiais estranhos (pedra, substâncias com fibras longas, metais).

• Deve-se deixar espaço suficiente à volta para que seja facilmente acessada;


Quadro 6 - Especificações dos biodigestores (conclusão) Tipos/ Modelos • Bombas centrífugas • Submergível ou bomba instalada em local seco, com função de fragmentação, disponível como bomba submergível com acionamento sob ou sobre a superfície do substrato.

Dimensionamento • Pressão de bombeamento: até 20 bar (na prática, a pressão de bombeamento é, em geral, inferior); • Fluxo volumétrico entre 2 m³/min e 30 m³/min; • Potência de entrada: p.ex. 3 kW a 2 m³/min, 15 kW a 6 m³/min, em forte dependência do substrato;

Aplicações e Particularidades

Vantagens e Desvantagens

• Substratos de baixa viscosidade com baixos conteúdos de matéria seca, pequenas quantidades de palha permitidas;

Vantagens

• Vazão é fortemente influenciada pela pressão de bombeamento e altura manométrica.

• Elevada vazão;

• Mais difícil em bombas submergíveis, mas relativamente de fácil acesso por aberturas de descarga;

• Flexibilidade das aplicações (também como bomba submergível).

• Observar as normas de segurança durante trabalhos no biodigestor;

• Construção mais fácil, compacta e robusta;

Desvantagens • Não é autoaspirante, é necessário ser instalada abaixo do substrato a bombear, por exemplo em um poço;

• Geralmente para substratos com < 8% de conteúdo de MS.

Manutenção

• Interrupções da operação são ligeiramente mais longas que com outros tipos de bombas.

• Não adequadas para a dosagem de substrato. • Bombas de tremonha

• Pressão de bombeamento: até 48 bar;

• Inserção de matéria sólida em fluxos líquidos;

• Fluxo volumétrico da suspensão: 0,51,1m³/min (conforme o tipo de bomba e a suspensão a ser deslocada);

• Como componente instalado em local seco; • Alimentação do substrato, com rosca de transporte simples ou dupla, para o fluxo de líquido/bomba; • Roscas, em parte dentadas, para a fragmentação de substrato; • Bombas preferenciais: bomba de pistão rotativo e de cavidade progressiva; em parte, integrada em bomba dotada de tremonha.

• Fluxo volumétrico de sólidos: aprox. 4-12 t/h (alimentação por rosca dupla com fragmentação).

• Substratos préfragmentados e em grande parte livres de materiais estranhos; • Fragmentação, agitação e mistura em um só passo; • Alimentação de sólidos personalizável (por carregadeira, dispositivos de transporte e unidades de alimentação); • Alimentação da fase líquida por bomba independente.

Vantagens • Elevada capacidade de sucção e recalque; • Construção robusta; • Opção com proteção contra desgaste;

• Fácil manutenção em virtude da construção; • Exige somente breves interrupções na operação.

• Adequada para a dosagem; • Opção com fragmentação por mecanismo de dilaceramento nas roscas de alimentação. Desvantagens • Em parte, sensível a materiais estranhos (pedras, substâncias com fibras longas, partes de metal).

Fonte: Adaptado de FNR, 2010.

OPORTUNIDADES DA CADEIA PRODUTIVA DE BIOGÁS PARA O ESTADO DO PARANÁ

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O Quadro 7 traz os detalhes e aplicações de alguns equipamentos e dispositivos de uso geral que podem ser utilizados nas etapas do processo de biodigestão, de tratamento e de transporte do biogás. Quadro 7- Equipamentos e dispositivos de uso geral com aplicação em várias etapas do processo de biodigestão, de tratamento e de transporte do biogás Equipamento

Tubulações para líquidos

Tipos/ Modelos

Dimensionamento

Aplicações e Particularidades

• Material da tubulação: PVC, PEAD, aço ou aço inoxidável, conforme a carga do meio e o nível de pressão;

• Tubulações de pressão com diâmetro de 150 mm; tubulações sem pressão (refluxo ou ladrão) com diâmetro de 200 – 300 mm, conforme o substrato;

• Instalar isolamento nas válvulas e tubulações, em caso de substratos quentes;

• Conexões flangeadas, soldadas ou coladas.

• Gaveta; • Guilhotina; • Esfera.

Válvulas e guarnições para líquidos

• Todos os materiais devem ser quimicamente resistentes ao substrato e suportar a pressão máxima de bombeamento (tubulação de pressão).

• Conexões flangeadas, soldadas ou coladas; • Todos os materiais devem ser quimicamente resistentes ao substrato e suportar a pressão máxima de bombeamento (tubulação de pressão).

• Colocação da tubulação com inclinação de 1–2% para permitir esvaziamento; • Observar a estanqueidade antes da instalação de tubulação no solo; • Evitar o refluxo de substrato do biodigestor para o tanque de carga pela correta instalação da tubulação; • Tubulações de ferro fundido são inadequadas, pois tendem a acumular mais resíduos que tubos de plástico com parede lisa. • Válvulas gaveta com cunha são bastante estanques, mas sensíveis a material estranho; • Válvulas com lâminas cortam substâncias fibrosas; • Utilização de fechos rápidos de cabeça esférica para conexões de tubos desencaixáveis; • Instalar válvulas guilhotina antes das válvulas de retenção, para o caso de impossibilidade de fechamento da válvula de retenção em função de material estranho.

• Material da tubulação: PEAD, PVC, aço ou aço inoxidável (não utilizar tubos de cobre e demais metais não ferrosos); Tubulações para gases

Válvulas e guarnições para gases

• Conexões flangeadas, soldadas, coladas ou parafusadas.

• Conexões flangeadas, soldadas, coladas ou parafusadas.

• Sempre instalar os tubos inclinados, a fim de evitar a acumulação indesejada de condensados (risco de entupimento); • Possibilidade de purgar o condensado de toda a tubulação de gás; drenagem via condensado; • Observar a estanqueidade antes da instalação da tubulação no solo, a colocação sem tensões e utilização de compensadores ou cotovelos de 180°, conforme necessário. • Todas as válvulas devem ser bem acessíveis, de fácil manutenção e operadas de uma posição segura. Fonte: Adaptado de FNR, 2010.

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TECNOLOGIAS PARA PRODUÇÃO DE BIOGÁS


Sistemas de aquecimento (pré-tratamento) partir de biogás (sistemas de cogeração), sendo economicamente pouco impactantes. Nesse caso, O processo de biodigestão depende de alguns o calor irradiado pelo gerador durante a produção fatores para ser bem-sucedido. A temperatura de energia elétrica é empregado para aquecimento configura um deles. O essencial é que ela se (ou pré-aquecimento) do fluido do sistema térmico mantenha constante no biodigestor, dentro do biodigestor. de uma faixa adequada para a biodigestão (normalmente entre 37 e 42°C ou entre 50 e 60°C). Especialmente em regiões onde o inverno se mostra Os microrganismos adaptam-se a vários intervalos mais rigoroso, além de se manter o biodigestor de temperatura, já que se trata de um consórcio aquecido, faz-se necessário instalar um sistema de entre diversas espécies, o que o torna mais resistente aquecimento da matéria-prima antes que chegue a mudanças bruscas. Porém, temperaturas muito ao biodigestor. A adição de matéria-prima em uma baixas diminuem suas atividades, diminuindo temperatura muito abaixo daquela de operação consideravelmente o rendimento de todo o do biodigestor pode causar desestabilização do processo e gerar até mesmo um colapso do sistema. processo. Sugere-se então que, se oportuno, o material seja Portanto, a depender da configuração e da pré-aquecido em um tanque anterior ao ingresso localização geográfica do biodigestor, pode no biodigestor. ser conveniente a utilização de sistemas de aquecimento, de modo a se controlar a temperatura Os detalhes e as especificações dos sistemas de interna e atingir rendimento significativamente aquecimento mais comumente utilizados em maior de biogás. Esses sistemas são capazes biodigestão encontram-se no Quadro 8. de se associar a gerador(es) de eletricidade a

OPORTUNIDADES DA CADEIA PRODUTIVA DE BIOGÁS PARA O ESTADO DO PARANÁ

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Quadro 8 - Especificações dos sistemas de aquecimento mais comumente utilizados em biodigestão (continua) Tipos/ Modelos

Tipos/ Modelos

Dimensionamento

Aplicações e Particularidades

Vantagens e Desvantagens

• Sistemas de Aquecimento Integrados

• Para aquecimento interno: aço inoxidável, PVC ou PEOC (plásticos devem ser colocados com bem pouco espaçamento, em razão da baixa condução térmica);

• Aquecedores de parede: todos os tipos de biodigestores de concreto;

Vantagens

• Aquecedores de piso;

Sistemas de Aquecimento

• Aquecedores instalados em parede (em digestores de aço, é possível também a instalação na parede exterior); • Aquecedores localizados em frente à parede; • Aquecedor integrado a agitadores ou neles combinado.

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• Para aquecimento externo: tubulação convencional de piso e/ou parede; • O equipamento de aquecimento não pode obstruir outros equipamentos do processo.

TECNOLOGIAS PARA PRODUÇÃO DE BIOGÁS

• Aquecedor de piso: todos os biodigestores verticais; • Aquecedor interior: todos os tipos de digestores, comumente encontrado nos digestores verticais; • Aquecedores combinados com agitadores: todos os tipos de digestores; • Conforme o tamanho do biodigestor, instalado em dois ou mais circuitos; • Aquecedores localizados no biodigestor e combinados com agitadores se caracterizam por boa transferência de calor; • Aquecedores de piso e parede não ocasionam sedimentação; • Aquecedores integrados a agitadores são capazes de aquecer uma grande quantidade de material; • Sistemas de aquecimento na parede ou no piso são inadequados para a operação termofílica.

• É um dos fatores que permitem o alcance de produtividade máxima de biogás, especialmente em regiões frias onde o biodigestor está alocado acima do solo. Desvantagens • Canalizações de calor no concreto causam tensões térmicas; • Aquecedores no biodigestor podem ocasionar o acúmulo e incrustação de sedimentos; • A formação de camadas de sedimentos pode reduzir drasticamente a eficácia de aquecedores de piso.

Manutenção • Para garantir a boa transferência de calor, os aquecedores devem ser limpos regularmente; • Elementos de aquecimento integrados no digestor ou na estrutura são de difícil acesso ou inacessíveis.


Quadro 8 - Especificações dos sistemas de aquecimento mais comumente utilizados em biodigestão (conclusão) Tipos/ Modelos

Tipos/ Modelos

Dimensionamento

Aplicações e Particularidades

Vantagens e Desvantagens

• Sistemas de Aquecimento Externos;

• Material: geralmente de aço inoxidável;

• Todos os tipos de biodigestores, com uso principalmente em biodigestores de fluxo pistonado;

Vantagens

• Trocadores de calor tubo duplo ou espiral.

Sistemas de Aquecimento

• Potência de transferência condicionada pela capacidade da usina e temperatura do processo; • Diâmetros dos tubos correspondem às tubulações usuais de substratos em usinas de biogás.

• Trocadores de calor devem ser purgados, o que se consegue pela circulação de baixo para cima; • Adequados para controle termofílico de processos.

• Garantem uma boa transferência de calor;

Manutenção • Boa acessibilidade para manutenção e limpeza.

• Material fresco não causa choque de temperatura no digestor; • O aquecedor atinge completamente o volume de material; • Trocadores externos de calor podem ser limpos e mantidos com facilidade; • Permitem bom ajuste da temperatura. Desvantagens • Em certos casos, exigem aquecimento do biodigestor adicional; • O trocador de calor externo é um equipamento adicional e tem custo extra. Fonte: Adaptado de FNR, 2010.

3.2.2 Segunda Etapa – Digestão Anaeróbica Os biodigestores são, essencialmente, reatores anaeróbicos. Os tipos indiano, chinês, canadense e europeu constituem as variantes mais conhecidas, mas existem vários outros modelos de reatores, que diferem entre si, tanto em forma construtiva quanto em operação. Basicamente, os reatores anaeróbicos dividem-se em baixa taxa, alta taxa e alta taxa em dois estágios. A denominação alta ou baixa taxa refere-se à carga orgânica suportada na alimentação do equipamento. A depender de configurações e características, os reatores se demonstram capazes de absorver grandes quantidades de matéria orgânica na corrente de entrada (alta taxa) ou se limitam a absorver concentrações menores (baixa taxa). A natureza do resíduo a ser tratado configura o critério para a escolha da tecnologia mais apropriada à digestão, determinando se serão necessárias etapas de pré-tratamento ou de concentração antes da biodigestão propriamente dita. Os reatores anaeróbicos de baixa taxa não possuem agitação. Caracterizam-se pela presença de um único tanque, onde ocorre simultaneamente a digestão, o adensamento de lodo e a formação de sobrenadante.

OPORTUNIDADES DA CADEIA PRODUTIVA DE BIOGÁS PARA O ESTADO DO PARANÁ

67


Dentro do equipamento formam-se diferentes estratos: zona de escuma, zona de sobrenadante, zona de digestão ativa e zona de lodo estabilizado. Consequentemente, o volume útil de biodigestão restringe-se a 50%, devido às áreas ocupadas pelo lodo e pelo sobrenadante. Exemplos desse tipo de reator são os modelos indiano e chinês, bastante difundidos no meio rural, bem como os tanques sépticos, tanques Imhoff, filtros anaeróbios e lagoas anaeróbias, esta última muito utilizada nos sistemas de tratamento de efluentes urbanos (esgoto) e no meio rural. Por serem mais simples do que os de alta taxa, os reatores de baixa taxa são mais baratos, apesar de apresentarem um rendimento consideravelmente inferior. Detalhes sobre cada modelo estão contemplados no Quadro 9. Quadro 9 - Tipos de biodigestores de baixa taxa (continua) Mistura Completa Tipos e Características Específicas Canadense (ou da Marinha ou Lagoa Indiano Chinês

Características Gerais

Fluxo Pistonado71

Coberta) • Parede central (força a circulação do material por todo o interior);

Características

Materiais Construtivos

Aplicação

• Possui uma campânula flutuante.

• Há variação na pressão do gasômetro.

• Mantém a pressão de gás constante.

• Dimensões: biodigestores horizontais até 800 m3, biodigestores verticais até aprox. 2.500 m³; • Poucos biodigestores obedecem a essa configuração.

• Tijolo, cimento, pedra, areia, ferro, alumínio.

• Tijolo, cimento, pedra e areia.

• Tijolo, cimento, pedra, areia e plástico.

• Aço ou aço inoxidável, também concreto armado.

• Praticamente todos os tipos de substrato, preferencialmente os bombeáveis, com teor de matéria seca médio ou baixo;

• Apropriado para esterco bovino;

• Bom para produção de fertilizante;

• Indicado para solos não profundos;

• Sólidos totais não superiores a 8%;

• Ideal para instalações de pequeno porte;

• Sólidos totais não superiores a 5%.

• Digestão úmida: adequada para substratos bombeáveis com elevado teor de matéria seca;

• Alimentação diária.

• Sólidos totais não superiores a 8%;

• Os equipamentos de transporte e agitação devem ser adaptados ao substrato;

• Adequados para alimentação contínua, semicontínua e descontínua.

FNR, 2010.

68

• Possui cúpula fixa;

• Também chamado de “Tipo Balão”;

• Normalmente confeccionados em aço ou concreto.

• Recirculação em caso de digestão única de biomassa dedicada;

71

• Câmara cilíndrica;

TECNOLOGIAS PARA PRODUÇÃO DE BIOGÁS

• Alimentação diária.

• Digestão seca: os equipamentos de transporte e agitação devem ser adaptados ao substrato; • Destinados à alimentação semicontínua e contínua.


Quadro 9 - Tipos de biodigestores de baixa taxa (continuação)

Características Gerais

Mistura Completa Tipos e Características Específicas Canadense (ou da Marinha ou Lagoa Indiano Chinês

Fluxo Pistonado

Coberta) • Arquitetura de baixo custo em reatores com volume superior a 300 m³;

• Como é enterrado no solo, há pouca variação de temperatura.

• Operação variável entre regime de fluxo contínuo ou regime combinado de fluxo contínuo e armazenamento;

Vantagens

• Conforme o tipo dos equipamentos, a manutenção pode ser realizada sem exigir o esvaziamento do biodigestor.

• Baixo custo de construção;

• Maior produção de gás;

• Ocupa menos espaço na superfície do solo, devido ao fato de ser enterrado, o que também o mantém mais protegido das variações climáticas;

• Não exige restrição quanto à profundidade do solo;

• Não possui partes móveis; • Não possui partes metálicas (o que lhe confere maior durabilidade).

• Fácil limpeza, descarga e manutenção; • Baixo custo de produção e instalação; • Facilidade de transporte.

• Construção compacta e de baixo custo em usinas pequenas; • Separação dos estágios de digestão no fluxo pistonado; • Sobrenadantes e camadas de sedimentação evitados em função da arquitetura; • Cumprimento dos tempos de retenção pela eliminação de curtos-circuitos; • Tempos de retenção curtos; • Arquitetura compacta permite perda de calor reduzida e aquecimento eficiente; • Digestão úmida: podem ser utilizados agitadores potentes, confiáveis e que proporcionam economia de energia.

• Como curtos-circuitos são possíveis e até prováveis, não é possível afirmar com certeza o tempo de retenção; • Possibilidade de formação de sobrenadante e de sedimentos.

Desvantagens

• Não pode ser construído em solos superficiais; • Alto custo da cúpula (metal); • Cúpula de metal necessita proteção com pintura antioxidante; • O custo da manutenção é elevado.

• Guarda pouco gás; • Não é indicado para instalações de grande porte; • Não é próprio para acúmulo de biogás (cúpula fixa); • Não pode ser construído em solos superficiais; • As oscilações de pressão podem causar danos nos equipamentos e na estrutura;

• Maior área exposta ao sol;

• Os tanques exigem espaço;

• Menor durabilidade;

• Não há inoculação do material fresco ou ela deve ser realizada pela recirculação de biofertilizantes;

• Maior sensibilidade a danos (cortes).

• A construção é rentável somente em dimensões menores; • Trabalhos de manutenção no agitador exigem o esvaziamento completo do biorreator.

• Podem ocorrer vazamentos de gás pela cúpula, devido à porosidade dos materiais ou o surgimento de fissuras.

OPORTUNIDADES DA CADEIA PRODUTIVA DE BIOGÁS PARA O ESTADO DO PARANÁ

69


Quadro 9 - Tipos de biodigestores de baixa taxa (conclusão) Mistura Completa Tipos e Características Específicas Canadense (ou da Marinha ou Lagoa Indiano Chinês

Características Gerais

Fluxo Pistonado

Coberta) • Reservatórios cilíndricos enterrados verticalmente ou acima do solo; • Os equipamentos de agitação devem ter potência elevada;

Formas Construtivas e Equipamentos

Particularidades

Manutenção

• Cúpula móvel de metal; • Novas cúpulas de fibra de vidro têm sido desenvolvidas.

• Teto impermeável (armazenamento de biogás);

• Cúpula pode ser de metal ou PVC/ lona.

• Cúpula fixa de alvenaria com uma válvula pressionada por água.

• Reator de fluxo pistonado com seção transversal circular ou retangular; • Podem ser fabricados na horizontal ou na vertical, sendo comumente utilizada a variante horizontal;

• Técnicas de recirculação: agitadores com motor submergível no interior do reator, agitador axial em tubo guia vertical, recirculação hidráulica com bombas externas, recirculação pneumática por injeção de biogás em tubo guia vertical, recirculação pneumática por injeção de biogás difusa por orifício na base do reator.

• Na arquitetura em pé, a técnica do fluxo pistonado é implementada normalmente com construções verticais, raramente horizontais; • Podem ser operados com ou sem agitadores.

• Recomenda-se a retirada de alguns tipos de substrato com esteira rolante e transportador helicoidal para extração (p. ex. esterco de galinha, em virtude do cálcio sedimentado).

• Por ser enterrado no solo, é imprescindível o cuidado com infiltrações no lençol freático.

• Deve haver um regulador de pressão ou um depósito de gás flutuante (devido à necessidade de pressão constante para certas aplicações).

• Entrada facilitada por porta de inspeção.

• Atenção especial à cúpula e gasômetro.

• Pode apresentar problema de estanqueidade.

• Equipados com aberturas para todos os tubos e equipamentos; • Deve ser instalada uma válvula de sobrepressão no gasômetro por questões de segurança. • Limpeza simples devido à fácil remoção da lona; • Menor possibilidade de entupimento das tubulações.

• Deve haver, no mínimo, uma porta de inspeção para permitir o acesso ao reator em caso de avaria. Fonte: Adaptado de FNR, 2010.

Os reatores anaeróbicos de baixa taxa tradicionais foram os mais dispersados e empregados no mundo durante o século XX. No entanto, a mecanização e a automação tornaram possível a existência de modelos aprimorados mais eficientes, com a adição de sensores, de sistemas de controle e de sistemas compactos de purificação do biogás. Dentre as inúmeras melhorias de processo, uma das principais trazidas por tal modernização foi a possibilidade de tratar resíduos com altas cargas de matéria orgânica, nos chamados reatores de alta taxa.

70

TECNOLOGIAS PARA PRODUÇÃO DE BIOGÁS


Esses instrumentos caracterizam-se por possuir uma etapa prévia à biodigestão, em que se realiza o adensamento do lodo, assim como por operar com taxas de alimentação uniformes. Possuem também mecanismos de aquecimento e de mistura. A agitação ocorre mediante a recirculação de gás e de lodo ou por meio da utilização de agitadores mecânicos. Como consequência, para um mesmo volume de substrato, o tamanho de um reator de alta eficiência pode ser menor em relação aos reatores de baixa taxa, haja vista que há maior homogeneização do meio e estabilidade no processo.

Lodo) e EGSB (Expanded Granular Sludge Bed - Leito Granular Expandido). Estes reatores são geralmente utilizados no tratamento de resíduos industriais e em estações de tratamento de esgoto.

São exemplos desse tipo de equipamento os reatores de leito fluidizado e de leito expandido, assim como os reatores UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket - Reator Anaeróbio de Manta de

Os instrumentos de alta taxa estão ilustrados na Figura 7 e na Figura 8 a seguir, com exemplos das principais configurações de reatores em um estágio e em dois estágios.

Os reatores anaeróbicos de alta taxa e dois estágios distinguem-se pela divisão do processo em duas etapas fisicamente separadas, em que dois tanques de digestão operam em série. No primeiro, munido de dispositivos de aquecimento e de mistura, ocorre a digestão do lodo, enquanto no segundo se dá a estocagem e a concentração desse conteúdo, onde se origina um efluente clarificado.

Figura 7 – Tipos de reatores anaeróbicos e esquema básico de operação em um estágio

GÁS

GÁS

GÁS EFLUENTE DECANTADOR

EFLUENTE

ALIMENTAÇÃO ALIMENTAÇÃO

Reator Anaeróbico de Fluxo Ascendente

ALIMENTAÇÃO

Reator de Leito Fluidizado

Filtro Anaeróbio

operação em um estágio Fonte: CETESB, 2014.

OPORTUNIDADES DA CADEIA PRODUTIVA DE BIOGÁS PARA O ESTADO DO PARANÁ

71


Figura 8 – Tipos de reatores anaeróbicos e esquema básico de operação em dois estágios

GÁS

GÁS

GÁS

EFLUENTE

ALIMENTAÇÃO DEGAS.

SEDIMENTADOR

RETORNO DE LODO

Digestor Anaeróbio de Contato operação em dois estágios Fonte: CETESB, 2014.

Os reatores anaeróbicos de alta taxa podem operar com crescimento bacteriano disperso ou aderido. No primeiro caso, devido à ausência de suporte, os sólidos aglomeram-se juntamente com a biomassa, o que pode desencadear o adensamento ou a granulação do lodo. Na segunda opção, por sua vez, há o emprego de um material de enchimento (recheio) estacionário, que proporciona o aumento da área em que as bactérias podem aderir e formar biofilmes. A aderência propicia um maior tempo de residência dos sólidos, com diminuído tempo de retenção hidráulica e eficiência aumentada do processo.

Conclui-se, portanto, que o sucesso de um processo de biodigestão depende de inúmeros fatores, que incluem a escolha da melhor tecnologia para o processo, as características do material construtivo, a qualidade das instalações, a realização correta dos procedimentos, a mão de obra capacitada para a operação etc. Por conseguinte, o êxito final se encontra intrinsecamente conectado a uma precisa implantação do biodigestor mais apropriado para cada contexto.

Na década de 70, houve um incentivo à instalação de biodigestores rurais no Brasil, impulsionado por programas governamentais, com o intuito de Devido a essas características, os reatores atender a necessidades de saneamento no campo. anaeróbicos com crescimento aderido são No entanto, esses equipamentos adquiriram uma adequados ao tratamento de águas residuárias, má fama, devido ao descrédito decorrente de erros com baixa concentração de sólidos. Porém, de projeto, execução, operação ou manutenção. guardam a desvantagem de impossibilidade de controle do tempo de detenção celular. Isso se Por isso, desafortunadamente, criou-se na sociedade deve ao fato de que, durante a operação do reator, um preconceito em relação a essa tecnologia, que em condições normais, não é possível monitorar passou a ser associada ao subdesenvolvimento a retirada de sólidos. Além disso, de um lado, há e a populações de baixa renda. Dessa forma, a um menor grau de contato entre o efluente e a propagação dos biodigestores no país desacelerou, biomassa, mas, por outro, uma maior resistência a assim como a disponibilização de verba pública para continuidade das referidas iniciativas do sobrecargas hidráulicas. 72

TECNOLOGIAS PARA PRODUÇÃO DE BIOGÁS


governo, os subsídios para a fabricação desses devem considerar o peso dos equipamentos opeequipamentos e a oferta de energia elétrica rural rando com capacidade máxima, adicionado de um coeficiente de segurança. Além disso, é preciso lesubsidiada72. var em conta o trânsito de máquinas e caminhões Em decorrência desse cenário, ainda hoje, em de carga completamente carregados no espaço muitos casos, falhas se repetem e instalações em questão. inapropriadas se difundem. Mostra-se essencial, portanto, a revisão e a modernização de tecnologias O preparo do terreno deve passar também tradicionais de biodigestão, em que se utilizam os por um estudo minucioso que contemple a antigos modelos de reatores (indiano, chinês, e topografia do terreno, para que desníveis possam da marinha). Isso garantiria um maior controle e ser aproveitados, de forma que o escoamento e o qualidade do processo, bem como asseguraria mais transporte de matérias-primas e/ou biofertilizantes, confiabilidade e capacidade de previsão quanto por exemplo, ocorram de maneira facilitada pela à eficiência da biodigestão e à produtividade do ação gravitacional. biogás.

Equipamentos para agitação

Para uma possível comercialização de excedente de energia, por exemplo, faz-se necessário que o produtor garanta uma produção mínima em determinado intervalo de tempo, o que se realiza apenas com um procedimento suficientemente confiável e estável. Neste contexto, os principais cuidados processuais são abordados nas seções seguintes.

Preparo do terreno Na produção de biogás, a análise do terreno aparece como um ponto importante naquelas instalações em que se utilizam reatores enterrados ou lagoas cobertas. O preparo do terreno envolve desde a análise preliminar das características físicoquímicas e geológicas, passa pela avaliação da topografia, até a correta compactação.

Um biodigestor pode ou não ser dotado de sistema de agitação, porém a ausência dela pode desencadear inúmeros problemas. Um deles está na separação de sedimentos do restante do material a ser digerido, o que pode ocasionar o desenvolvimento de bactérias que causam ineficácia do processo. Outros problemas são a formação de sobrenadante de resíduos flotantes, responsável por diminuir a liberação de biogás para o coletor e a formação de regiões estacionárias (acúmulo de materiais). No entanto, quando se realiza a agitação, é preciso cuidado com inúmeros fatores, como mantê-la em níveis baixos, apenas para ressuspender o material decantado e não oxigenar o meio. Ademais, todas as instalações devem manter a estanqueidade do tanque, a fim de evitar a perda de gás e a entrada de oxigênio no biodigestor.

As características iniciais do terreno interferem diretamente no tratamento necessário à compactação do solo, de modo a evitar desmoronamentos, afun- O Quadro 10 resume os principais tipos de agitadodamentos e infiltrações no caso de rompimento res utilizados em biodigestores73. ou vazamento de tanques. Os cálculos necessários

72 73

Andrade et al., 2002. Adaptado de FNR, 2010.

OPORTUNIDADES DA CADEIA PRODUTIVA DE BIOGÁS PARA O ESTADO DO PARANÁ

73


Tipos

Quadro 10 - Agitadores utilizados para ressuspensão de material nos biodigestores (continua)

Modelos

Dimensionamento

Hélice:

Geral:

• Motores elétricos submergíveis com engrenagem redutora e hélice;

• A duração de funcionamento varia conforme o substrato e deve ser determinada na fase de partida;

• Diâmetro da hélice de até aprox. 2 m;

Mecânicos

• Material: resistente à corrosão, aço inoxidável ou ferro fundido revestido. Hélice grande: • Motores elétricos submergíveis com engrenagem redutora e um par de pás;

• Grandes biodigestores podem ser equipados com vários agitadores. Hélice: • Alta velocidade em modo de operação (na faixa de 500 a 1.500 rpm); • Faixa de potência: até 35 kW. Hélice grande: • Baixa velocidade em modo de operação em intervalos (50 a 120 rpm); • Faixa de potência: até 20 kW.

• Diâmetro das pás: de 1,4 a 2,5 m; • Material: resistente à corrosão; aço inoxidável ou ferro fundido revestido; pás em plástico ou resina epóxi reforçada com fibra de vidro.

74

TECNOLOGIAS PARA PRODUÇÃO DE BIOGÁS

Aplicações e Particularidades • Todos os substratos na digestão úmida, em biodigestores verticais; • Não adequado para viscosidades extremamente altas; • A tubulação guia deve ser impermeável a gases; • Controle de rotação por meio de temporizador ou outro mecanismo de controle de processos; • As carcaças dos motores exigem total impermeabilidade a líquidos; alguns modelos de carcaça são dotados de detecção automática de vazamentos; • Manter o motor resfriado mesmo com o digestor operando em temperaturas elevadas; • Possibilidade de partida suave e ajuste da velocidade de rotação por meio de conversores de frequência.

Vantagens

Desvantagens

Hélice:

Geral:

• Gera turbulência, o que proporciona um bom grau de mistura no biodigestor e a eliminação de sobrenadantes e sedimentação.

• Grande quantidade de peças móveis no biodigestor em função dos trilhosguia;

Hélice grande: • Proporciona ótimo grau de agitação no biodigestor; • Embora produza menos turbulência, oferece maior potência de propulsão por kWel.

• A manutenção exige a abertura do biodigestor, embora geralmente não seja necessário esvaziá-lo (quando equipado com guincho); • Possibilidade de ocorrer sedimentação e flutuação em função do regime da mistura, quando realizada de forma intermitente. Hélice: • Possibilidade de formação de zona morta com matéria seca (agitador opera em falso). Hélice grande: • A orientação do agitador deve ser definida antes de ser ligado.

Manutenção • Em parte difícil, pois o motor tem de ser retirado do biodigestor; • As aberturas para a manutenção e retirada do motor têm de ser integradas no digestor.


Mecânicos

Tipos

Quadro 10 - Agitadores utilizados para ressuspensão de material nos biodigestores (continuação)

Modelos

Dimensionamento

Eixo Longo:

Hélice:

• Motores elétricos externos com ou sem redutor; eixos de agitação internos com uma ou mais hélices ou pares de pás (em alguns modelos, mecanismo de fragmentação);

• Operação em velocidade média a rápida (100 – 300 rpm);

• Algumas variantes com extremidade do eixo fixada no fundo, flutuante ou giratório;

Geral: • A duração e a velocidade do funcionamento dependem do substrato e devem ser determinadas na fase de partida;

• Permite conexão à tomada de força.

• Material: resistente à corrosão, aço revestido, aço inoxidável.

• Faixa de potência disponível: até 30 kW. Hélice grande: • Operação lenta (10 – 50 rpm); • Faixa de potência disponível: 2–30 kW.

Aplicações e Particularidades • Todos os substratos na digestão úmida, somente em biodigestores verticais; • O eixo do agitador deve ser impermeável a gases; • Controle de intervalo, p. ex., por meio de temporizador ou outro mecanismo de controle de processos; • Possibilidade de partida suave e ajuste da velocidade de rotação por meio de conversores de frequência.

Vantagens

Desvantagens

Manutenção

• Proporciona ótimo grau de agitação no biodigestor;

• Em virtude da instalação estacionária, há a possibilidade de mistura incompleta (podem ocorrer áreas com formação de sobrenadante e sedimentos);

• Em função da montagem do motor fora do digestor, permitem a manutenção de forma simples e sem interrupção do processo;

• Praticamente sem partes móveis no biodigestor; • Fácil manutenção do acionamento fora do biodigestor; • Permitem suprimir a sedimentação e flutuação quando em operação contínua.

• A mistura intervalada pode ocasionar sedimentação e flutuação; • Possível ocorrência de problemas de ruído produzidos pelas engrenagens e motor quando estes se encontram fora do digestor; • Os eixos e mancais no interior do biodigestor estão sujeitos a falhas, que, em determinadas circunstâncias, podem exigir o esvaziamento parcial ou completo do digestor.

• Difícil reparo na hélice e no eixo, pois têm de ser retirados do biodigestor ou este deve ser esvaziado; • O biodigestor deve conter aberturas para manutenção.

OPORTUNIDADES DA CADEIA PRODUTIVA DE BIOGÁS PARA O ESTADO DO PARANÁ

75


Tipos

Quadro 10 - Agitadores utilizados para ressuspensão de material nos biodigestores (continuação)

Modelos Axial: • Motores elétricos externos com redutor, eixos de agitação internos com uma ou mais hélices ou pás, agitadores em pé ou pendurados;

Mecânicos

• A montagem da hélice pode ser realizadaem um tubo guia; • Admite a disposição fora de centro. Pás e Carretel: • Motores elétricos externos com redutores, agitador interno com várias pás; • Permitem a montagem de trocadores de calor de tubos, como componente adicional misto no eixo ou como unidade, juntamente com as pás (em biodigestores horizontais).

76

Dimensionamento • Agitadores de operação lenta em funcionamento contínuo; • Faixa de potência disponível: até 25 kW; • Velocidade do funcionamento varia conforme o substrato e deve ser determinada na fase de partida; • Material: resistente à corrosão, geralmente de aço inoxidável;

Aplicações e Particularidades • Todos os substratos na digestão úmida, somente em biodigestores verticais de maior porte; • O eixo do agitador deve ser impermeável a gases; • Admitem instalação de mecanismo de controle das rotações com conversores de frequência.

• Consumo de potência: p. ex., 5,5 kW a 3.000 m³, geralmente acima.

• Agitadores de giro lento em operação intervalada; • Consumo de potência, grandemente influenciado pelo substrato e local de uso; • Na digestão seca, demanda bem mais elevada, em função da resistência oferecida pelo substrato; • Velocidade do funcionamento varia conforme o substrato e deve ser determinada na fase de partida; • Material resistente à corrosão, em geral aço inoxidável, revestido ou não.

TECNOLOGIAS PARA PRODUÇÃO DE BIOGÁS

• Todos os substratos na digestão úmida (principalmente para substratos com alto teor de matéria seca); • Podem ser usados em biodigestores verticais e horizontais; • O eixo do agitador deve ser impermeável a gases; • Admitem instalação de mecanismo de controle das rotações com conversores de frequência.

Vantagens

Desvantagens

• Proporciona boa agitação no biodigestor;

• Instalação estacionária pode resultar em agitação incompleta;

• Praticamente sem partes móveis no biodigestor; • Fácil manutenção do acionamento fora do biodigestor; • Sobrenadantes finos podem ser aspirados para baixo;

• Podem ocorrer áreas com formação de sobrenadante e sedimentos, principalmente nas áreas próximas à borda do digestor; • O mancal do eixo está sujeito a elevadas cargas, podendo exigir manutenção intensiva.

• Processos contínuos de sedimentação e flutuação são, em grande parte, evitados.

• Em função da montagem do motor fora do biodigestor, permitem a manutenção de forma simples e sem interrupção do processo; • Reparo das hélices e eixo difícil, pois têm de ser retirados do biodigestor ou este deve ser esvaziado; • O biodigestor deve conter aberturas para manutenção.

• Proporciona boa agitação no biodigestor;

• A manutenção das pás exige o esvaziamento do biodigestor;

• Fácil manutenção do acionamento fora do biodigestor, também permite conexão à tomada de força;

• Avarias na fermentação a seco exigem o esvaziamento manual do biodigestor inteiro (conforme o caso, possibilidade de agitação – agitador secundário – e esvaziamento com bomba);

• Evita processos de sedimentação e flutuação.

Manutenção

• Possibilidade de mistura incompleta em função da instalação estacionária; • O fluxo no digestor deve ser assegurado por equipamentos secundários (normalmente rosca de pressão em digestores horizontais, agitadores de impulso em digestores verticais).

• Em função da montagem do motor fora do digestor, permitem a manutenção de forma simples e sem interrupção do processo; • Reparo de pás e eixos dificultado, pois o digestor tem de ser esvaziado; • O biodigestor deve conter aberturas para manutenção.


Hidráulicos

Pneumáticos

Tipos

Quadro 10 - Agitadores utilizados para ressuspensão de material nos biodigestores (conclusão)

Modelos • Distribuição uniforme de bicos por todo o fundo do biodigestor ou pela compressão do biogás em um tubo guia vertical; • Combinação com agitação mecânica ou hidráulica.

• Bomba centrífuga submergível ou bomba de cavidade progressiva/ bomba centrífuga instaladas em local seco, ou bomba de lóbulos; • Em bombas externas, os pontos de entrada podem ser equipados com tubos guia ou bicos; permitem comutar entre diferentes pontos de admissão.

Dimensionamento • Consumo de potência: p. ex., compressor de 15 kW para um digestor de 1.400 m³, operação semicontínua; • Faixa de potência disponível: a partir de 0,5 kW, todas as faixas são possíveis para usinas de biogás.

• Utilização de bombas de elevada vazão; • Potência: corresponde às potências usuais de bombas.

Aplicações e Particularidades • Substratos de baixa viscosidade com baixa formação de sobrenadante; • O equipamento de compressão deve ser apropriado para a composição do biogás.

• Todos os substratos bombeáveis na digestão úmida.

Vantagens • Proporciona boa agitação no reator; • Os compressores de gás ficam fora do digestor, o que facilita a manutenção;

Desvantagens

Manutenção

• A manutenção dos equipamentos de injeção do biogás requer o esvaziamento do biodigestor.

• Por estar montado na parte externa do digestor, o compressor de gás permite fácil manutenção sem interrupção do processo;

• Evita a formação de camada de sedimentos.

• Boa mistura do substrato no biodigestor por meio de bombas centrífugas submergíveis ajustáveis ou tubo guia, possibilitando também a eliminação de camadas de sedimentação e sobrenadantes.

• O reparo de componentes da injeção de biogás é difícil, pois exige o esvaziamento do digestor. • Risco de formação de camadas de sedimentação e sobrenadantes com o uso de bombas externas sem direcionamento de fluxo; • O uso de bombas externas sem direcionamento de fluxo não permite a remoção de camadas de sedimentação e sobrenadantes.

Fonte: Adaptado de FNR, 2010.

OPORTUNIDADES DA CADEIA PRODUTIVA DE BIOGÁS PARA O ESTADO DO PARANÁ

77


Retirada do biofertilizante do biodigestor

e quantidade), com o intuito de avaliar quando realizar o recolhimento. Normalmente, efetua-se Independentemente do modo de operação uma remoção parcial do excesso de material, de do biodigestor (contínuo ou em batelada), maneira que permanece no reator determinada periodicamente faz-se necessária a retirada do quantidade de lodo, que servirá como fonte de excesso de lodo (biofertilizante). microrganismos (inóculo) às próximas bateladas. Nos processos contínuos, essa saída se dá de forma No Quadro 11 é possível verificar as especificidades, sucessiva, ao passo que aqueles em batelada vantagens e desvantagens das tecnologias e exigem uma análise periódica das características do equipamentos disponíveis para tal procedimento74. conteúdo (por exemplo, teor de matéria orgânica Quadro 11 - Tecnologias e equipamentos utilizados para a remoção do excesso de lodo (biofertilizantes) Tipos/ Modelos

Dimensionamento • Sistema de raspagem com acionamento externo, para o transporte da camada de sedimentos ao exterior;

Sistemas de Remoção de Sedimentos

• Roscas de remoção no fundo do biodigestor; • Fundo cônico do biodigestor com bomba de descarga e agitador de camada de sedimentos ou aparelho de enxágue.

Aplicações e Particularidades • Sistemas de raspagem somente são aplicáveis em biodigestores verticais com base circular e plana; • Roscas de remoção podem ser usadas em biodigestores horizontais e verticais; • Fundos cônicos em biodigestores verticais; • As roscas de remoção devem ser instaladas através da parede do digestor (com impermeabilidade a líquidos) ou por cima dela (com impermeabilidade a gases);

Manutenção • A manutenção em sistemas fixos exige o esvaziamento do biodigestor; portanto, é vantajoso o uso de acionamentos externos ou componentes desacopláveis.

• A remoção pode ocasionar fortes odores; • Para o uso de roscas de remoção, no biodigestor deve ser instalado um poço de bombeamento ou algo semelhante. Fonte: Adaptado de FNR, 2010.

Materiais construtivos

de sondas, sistemas de agitação, de aquecimento e sistemas de monitoramento a posteriori) e à A escolha dos materiais construtivos para limpeza do sistema. biodigestores depende de diversos quesitos e exige avaliação criteriosa. No Brasil, a grande maioria Nesse contexto, a utilização de aço inox e aço vitridesses equipamentos, hoje localizada no meio ficado é uma realidade, principalmente em países rural, é fabricada em concreto ou com sistema de nos quais a tecnologia se encontra mais amadurecida, pois amplifica a segurança e o tempo de vida geomembranas (lagoas cobertas). útil do processo, de forma a compensar o maior Apesar do atrativo custo de construção em investimento inicial. No Brasil, esses materiais têm pequenas e médias propriedades, as lagoas sido empregados por empresas especializadas em cobertas apresentam maiores problemas estruturais biodigestão. Por enquanto, configuram-se custosos relacionados à estanqueidade (vazamentos de gás para aplicação em pequenas propriedades rurais. e de líquidos), ao controle de processo (inserção Mesmo sendo custosos, a durabilidade e benefícios 74

Adaptado de FNR, 2010.

78

TECNOLOGIAS PARA PRODUÇÃO DE BIOGÁS


em relação à produtividade devem sempre ser con- nele produzido vai definir a viabilidade do emprego da tecnologia, por isso, tanto o projeto quanto siderados durante a fase de estudo de instalação. a construção de todo esse arranjo devem se basear Importa destacar que o biodigestor constitui o co- em estudos profundos (inclusive financeiros) e exeração de todo o procedimento de obtenção do bio- cutados com qualidade. gás. A quantidade e a qualidade do biocombustível O Quadro 12 traz as especificações técnicas dos principais materiais necessários à construção de um sistema de biodigestão.

Cimento

Quadro 12: Especificações técnicas dos principais materiais necessários à construção de um sistema de biodigestão (continua) Valores Característicos

Aplicações

• C25/30 nas áreas do biodigestor em que há contato com líquidos; C35/45 no gasômetro ou C30/37 (LP) em componentes expostos ao gelo; C25 em tanques percolados e de carga;

• Para todos os tipos de biodigestores (horizontais e verticais), bem como tanques.

• Concretos com resistência mínima inferior são admissíveis, caso se tomem medidas adequadas de proteção do concreto;

• Alicerce e biodigestor combinados em apenas um componente; • Parte da usina pode ser montada com peças préfabricadas. • Tempo de construção mais longo que o de digestores de aço; • As aberturas que se fizerem necessárias após a fase de construção são difíceis e trabalhosas.

• Contenção da largura de fissuras estimada em = 0,15 mm; • Cobertura de concreto da armadura de no mínimo 4 cm na face interna.

Aço inoxidável

Vantagens

Desvantagens

• Relação água/cimento = 0,5, para tanques de carga e tanques percolados = 0,6;

• Aço para construção galvanizado/esmaltado St 37 ou aço inoxidável V2A; no gasômetro corrosivo V4A.

Vantagens e Desvantagens

• Para todos os digestores verticais ou horizontais e tanques.

Vantagens • Possibilidade de pré-fabricação e curto prazo de construção; • Flexibilidade na confecção de aberturas. Desvantagens • Equipamentos de agitação normalmente requerem suporte adicional.

Particularidades • Se no piso forem instalados elementos de aquecimento, considerar as tensões originadas pelo calor; • Assegurar a impermeabilidade a gases; • Durante a confecção da armadura, considerar as tensões em parte originadas pelos gradientes de pressão na obra, a fim de evitar danos; • Proteger as áreas do concreto que não se encontram em contato contínuo com o substrato (gasômetro) contra a ação de ácidos corrosivos; empregar camadas de epóxi ou outros materiais apropriados; • Em alguns países, as autoridades frequentemente exigem a instalação de um sistema de detecção de vazamentos; • Assegurar a resistência a sulfatos (emprego de cimento RS); • A estática do reservatório deve ser planejada detalhadamente, levando em conta as especificidades do local, com vistas a evitar rachaduras e outros danos. • Em função da corrosão, as superfícies devem ser confeccionadas em material de alta qualidade ou revestidas com camada protetora, principalmente as superfícies não permanentemente cobertas por substrato (gasômetro); • Garantir a impermeabilidade a gases, principalmente das conexões do alicerce e teto; • Em alguns países, as autoridades frequentemente exigem a instalação de um sistema de detecção de vazamentos; • Evitar rigorosamente danos nas camadas dos reservatórios de aço de construção.

OPORTUNIDADES DA CADEIA PRODUTIVA DE BIOGÁS PARA O ESTADO DO PARANÁ

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Quadro 12: Especificações técnicas dos principais materiais necessários à construção de um sistema de biodigestão (conclusão) Valores Característicos

Materiais Isolantes

• Material no biodigestor ou abaixo do solo: materiais de poros fechados, como espuma rígida de poliuretano e vidro-espuma, impedem a entrada de umidade; • Material acima do nível do solo, como lã mineral, mantas de fibras minerais, mantas de espuma rígida, espuma extrudida, poliestireno, espumas sintéticas; • Espessura do material: 5-10 cm são utilizados; abaixo de 6 cm o efeito isolante é reduzido; os valores se baseiam mais na prática que em cálculos; a literatura cita espessuras de isolamento de até 20 cm;

Aplicações

Vantagens e Desvantagens

• O isolamento térmico pode ser instalado interna ou externamente; não há indícios que mostrem que uma variante seja melhor que a outra.

Particularidades • Os materiais de isolamento têm de ser resistentes a roedores.

• Transmitância térmica (U) situada na faixa de 0,03 a 0,05W/(m²•K); • A capacidade de carga do isolante na área do fundo deve ser suficiente para suportar o peso do biodigestor cheio. Fonte: Adaptado de FNR, 2010.

3.2.3 Terceira Etapa – Armazenamento, Tratamento e Utilização do Biofertilizante Além de proporcionar o adequado tratamento sanitário de efluentes e a geração de biogás, a biodigestão possibilita a produção de biofertilizante. O Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento (MAPA), por meio da Instrução Normativa 10, de junho de 2004, define e regulamenta a utilização de biofertilizantes. biofertilizante gerado mostra-se livre de agentes patogênicos e contaminantes. A qualidade microbiológica deve ser garantida por meio de testes e análises específicas e periódicas, realizadas por laboratórios certificados. Caso a contagem de coliformes fecais no biofertilizante estabilizado se revele acima do limite máximo, ajustes no processo, Após a retirada do biodigestor, o biofertilizante bem como o aumento no tempo de retenção é armazenado em tanques ou lagoas para hidráulica, podem ser suficientes para solucionar o estabilização, ficando em repouso até o momento da problema77. utilização, respeitado o tempo mínimo de cerca de 30 a 40 dias76. Pode ser necessário um revolvimento O biofertilizante pode ser utilizado em fazendas do material, a fim de melhorar as condições de e demais empreendimentos agrícolas, tanto em estabilização aeróbica (compostagem). Quando cultivos alimentares quanto paisagísticos, ou ser a biodigestão está funcionando corretamente, o comercializado. É possível efetuar a venda do Nesse documento, esse subsídio agrícola é definido como um produto fluido ou sólido, que possui princípio ativo ou agente orgânico isento de substâncias tóxicas, sem considerar o valor hormonal ou estimulante que possa elevar a produtividade75.

DO NASCIMENTO, 2010. NASKEO ENVIRONMENT, 2014. 77 QUADROS et al., 2009. 75 76

80

TECNOLOGIAS PARA PRODUÇÃO DE BIOGÁS


produto na forma líquida ou sólida (necessita etapa de secagem, podendo utilizar energia térmica advinda do próprio biogás). O processo de digestão anaeróbica conserva em até 99% o nutriente de nitrogênio presente no biofertilizante, na forma orgânica ou de amônia. No entanto, a Embrapa aponta, desde 1980, que o referido processo de secagem volatiza parte da amônia, o que diminui o teor nutritivo do conteúdo final.

preliminares asseguram o levantamento adequado das demandas de cada cultivo quanto à quantidade de biofertilizante.

O produto pode ser aplicado na forma líquida, utilizando chorumeiras tratorizadas, aspersores ou injetores, que propiciam uma menor perda de nutrientes e reduz a emissão de odores, além de fornecer uma camada fértil mais espessa, devido à aplicação direta no interior do solo. Nesse caso, a Além de possuir macronutrientes para o solo, como posterior lavagem das folhas com água limpa se faz nitrogênio, fósforo e potássio, o biofertilizante necessária. Essa tecnologia mostra-se proveitosa melhora a capacidade de retenção de água pela economia com irrigação agrícola, dado o alto nos terrenos, bem como auxilia na proteção teor hídrico envolvido no processo86. das plantas contra pragas e doenças. Estudos demonstram que o fósforo presente em adubos minerais sofre uma maior e mais rápida lavagem (lixiviação) quando comparado àquele integrado ao biofertilizante78. O produto ainda possui como vantagens: matéria orgânica mais biodisponível; inexistência de odor forte, característico dos dejetos antes da biodigestão; natureza não poluente; incapacidade de atração de moscas; e ausência de Tecnologias de tratamento do biogás microrganismos patogênicos. O tratamento é imprescindível para a aplicação A eficácia dos biofertilizantes já foi testada em do biogás, pois corrige propriedades naturais de inúmeras espécies, inclusive frutas e hortaliças, modo a atender às especificações técnicas dos sempre refletindo resultados positivos, como maior equipamentos de conversão a energia. Os diferentes crescimento da planta em menos tempo, frutos processos atualmente existentes removem os maiores etc. Experiências evidenciaram-se bem- componentes não combustíveis (como gás sucedidas para alfafa79, capim-limão80, melão81, carbônico, ácido sulfídrico e água), o que aumenta o graviola, couve, brócolis, macadâmia82, capim- poder calorífico e, consequentemente, a eficiência dos processos de conversão do biogás em energia. elefante83 e alface84. Além disso, pode permitir que o biogás purificado É imprescindível conhecer as características do (chamado biometano, se com concentração de biofertilizante antes de definir sua aplicação no metano superior a 96,5% e atendendo outras solo. Devem ser avaliadas também a qualidade especificações da ANP) seja inserido nas redes de do terreno, as características do cultivo e a distribuição de gás natural, vindo a se misturar a produtividade pretendida85. Desse modo, estudos este sem alterar suas propriedades físico-químicas.

3.2.4 Quarta Etapa – Armazenamento, Tratamento e Utilização do Biogás

CHICONATO et al., 2013. DIAS et al., 2003. 80 BLANK et al., 2004. 81 VILLELA JR et al., 2007. 82 EMBRAPA, 2002. 83 QUADROS, 2009. 84 CHICONATO et al., 2013. 85 DO NASCIMENTO, 2010. 86 CHICONATO et al., 2013. 78 79

OPORTUNIDADES DA CADEIA PRODUTIVA DE BIOGÁS PARA O ESTADO DO PARANÁ

81


O procedimento de limpeza e purificação consiste, essencialmente, em isolar o metano dos outros constituintes. Normalmente, envolve vários estágios, cuja combinação assegura o êxito final. Basicamente, as etapas se resumem em dessulfurização (remoção de ácido sulfídrico), secagem (drenagem de água) e retirada de gás carbônico. Dependendo da aplicação do biogás, faz-se necessário maior ou menor grau de pureza e, portanto, o tipo de tratamento a ser utilizado deve levar em consideração a concentração final desejada desses componentes. Para cada fase, há diferentes tecnologias disponíveis, com vantagens e desvantagens, de modo que a escolha se dá com base nos detalhes e nas especificações do projeto. Algumas delas permitem a remoção de mais de um componente em um passo só. Novas tecnologias mais compactas estão em desenvolvimento e algumas começam a ser aplicadas em países com mais tradição na produção de biogás. A presença de vapor d’água, gás carbônico e de gases corrosivos no biocombustível in natura, constitui-se no principal problema para a viabilização do armazenamento, transporte, purificação e produção de energia. A depender da finalidade do biogás, um grau maior ou menor de pureza se evidenciará necessário.

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TECNOLOGIAS PARA PRODUÇÃO DE BIOGÁS

Não obstante, minimamente deverá haver a retirada de sulfeto de hidrogênio (H2S) e umidade, independente da aplicação final do biogás, a fim de proteger da corrosão todos os componentes produtivos (tubulações, bombas, motores etc.). Sensores, controladores e medidores também têm vida útil reduzida em contato com esses compostos, o que conduz, na inexistência de precaução, à perda de segurança e de confiabilidade no processo.

Dessulfurização A dessulfurização configura uma etapa básica da purificação, utilizada em qualquer aplicação do biogás. Realiza-se com o objetivo de proteger todos os equipamentos envolvidos do alto poder oxidante do sulfeto de hidrogênio (H2S). Além de corrosivo, esse composto é tóxico e poluente atmosférico. Para garantir a eficiência dessa etapa, mostra-se comum a utilização de instrumentos superdimensionados ou que combinem diversas técnicas. Nesse sentido, as diferentes tecnologias disponíveis se classificam em biológicas, químicas e físicas. Estão detalhadas no Quadro 13 as técnicas de biodessulfurização (no biodigestor ou externa), de lavagem bioquímica externa de gás, de dessulfurização química interna e de dessulfurização com carvão ativado. Esta última aparece como a mais usada comercialmente por ser simples e eficiente. Os métodos biológicos são interessantes por disponibilizarem a outros usos o enxofre removido.


Quadro 13 - Técnicas de biodessulfurização, de lavagem bioquímica externa de gás, de dessulfurização química interna e de dessulfurização com carvão ativado (continua)

Processo

Equipamentos e Dimensionamento

Aplicações e Particularidades

Equipamento

• Em qualquer digestor com gasômetro suficientemente grande sobre o digestor;

• Baixo custo;

• Este tipo de tratamento não é adequado quando se visa obter qualidade de gás natural;

• Produz um biofertilizante com alto teor de enxofre.

• Sistema de injeção de ar no biodigestor; Dimensionamento

Biodessulfurização no Biodigestor

• Fornecimento de ar 3%-6% em volume da quantidade de biogás liberada.

Vantagens

• Não utiliza produtos químicos; • Baixa manutenção e pouco sujeita a falhas;

• Separado do biogestor; • Coluna de plástico ou aço inoxidável recheado com meio filtrante, contendo bactérias. Dimensionamento Biodessulfurização Externa

• Pode ser aplicada em todos os sistemas de geração de biogás; • Tamanho e capacidade filtrante de acordo com as características do biogás produzido.

• Capacidade de purificação superior a 99% (p. ex. de 6.000 ppm a 50 ppm); • Disponível para todas as dimensões de usinas de biogás.

• Não possibilita o controle/otimização da remoção do sulfeto de hidrogênio; • A injeção de oxigênio pode prejudicar o processo e oxidar o metano;

Manutenção • Nenhuma ou muito pouca.

• Oscilações de temperatura podem ter efeito negativo sobre a eficácia da dessulfurização; • Não é possível reagir a oscilações na quantidade de gás liberada;

• A qualidade obtida é, em geral, suficiente para a queima do gás dessulfurizado em usinas de cogeração.

Equipamento

Desvantagens

• Risco de formação de misturas gasosas explosivas; • Não adequado para injeção do biogás na rede de distribuição; • Redução do poder calorífico do biogás. • Permite dimensionamento para a quantidade real liberada de sulfeto de hidrogênio; • Permite otimização automatizada da remoção do sulfeto de hidrogênio pelo manejo de nutrientes, temperatura e alimentação de ar;

• Unidade adicional com custos associados; • Filtro percolador com injeção de ar no biogás muito elevada.

• Troca e/ou regeneração do meio filtrante.

• O processo não é prejudicado pela injeção de oxigênio no biodigestor (pois a injeção de ar se dá fora do digestor); • Não exige o uso de produtos químicos; • A tecnologia permite fácil ampliação de escala; • Quando em tamanho suficientemente grande, oscilações momentâneas da quantidade de gás não afetam negativamente a qualidade do produto.

OPORTUNIDADES DA CADEIA PRODUTIVA DE BIOGÁS PARA O ESTADO DO PARANÁ

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Quadro 13 - Técnicas de biodessulfurização, de lavagem bioquímica externa de gás, de dessulfurização química interna e de dessulfurização com carvão ativado (conclusão)

Processo

Equipamentos e Dimensionamento Equipamento

Lavagem Bioquímica Externa de Gás

• Colunas de plástico, separadas, recheadas com meio filtrante, com sistema de retrolavagem.

• Pode ser realizada com solução de soda cáustica; • Permite purificação acima de 95%;

• Sistemas disponíveis para fluxos de gás entre 10 e 1.200 Nm³/h.

• Pode ser aplicada em todos os sistemas de geração de biogás.

Equipamento

• Pode ser aplicada em todos os sistemas de digestão úmida;

• Pode ser introduzido como solução ou na forma de pellets e grãos. Dimensionamento • Utiliza sais de ferro, geralmente cloreto de ferro; • Valor de referência: adição de 33 g Fe por m3 de substrato. Equipamento

Dessulfurização com Carvão Ativado

• Geralmente realizada com óxido de ferro;

Dimensionamento

• Sistema de dosagem manual ou automática;

Dessulfurização Química Interna

Aplicações e Particularidades

• Coluna de plástico ou aço inoxidável, recheada com carvão ativado. Dimensionamento • Uso de carvão ativado impregnado (iodeto de potássio, carbonato de potássio) ou dopado (permanganato de potássio).

Vantagens

Desvantagens

Manutenção

• Permite a otimização automatizada e seletiva da separação do sulfeto de hidrogênio;

• Componente adicional com custos associados;

• Os produtos químicos devem ser repostos em intervalos maiores;

• Injeção de oxigênio não tem impacto negativo sobre o processo; • Evita corrosão dos componentes no gasômetro do biodigestor (em comparação com a dessulfurização biológica interna).

• Uso de água e necessidade de pós-tratamento quando utilizada soda cáustica; • Manutenção extra necessária.

• Não requer manutenção extra;

• Difícil dimensionamento com base no teor de enxofre do substrato carregado (superdosagem normalmente necessária);

• Permite a dosagem com base na massa de substrato introduzida;

• Consumo contínuo de produtos químicos;

• O sulfeto de ferro originado pode causar a drástica elevação da concentração de ferro no solo após a aplicação na lavoura;

• Injeção de oxigênio não tem impacto negativo sobre o processo;

• Investimentos em medidas de segurança;

• Apropriado para a injeção de biogás com dessulfurização fina a jusante.

• A adição de íons cloreto podem causar inibição do processo fermentativo.

• Pode ser aplicada em todos os sistemas de geração de biogás;

• Ótimas taxas de dessulfurização (valores < 4 ppm possíveis);

• A regeneração é onerosa e implica elevados custos operacionais;

• É utilizada quando a biodessulfurização no gasômetro do biodigestor não se mostra suficiente;

• Utilizado para dessulfurização fina em concentrações de 150 a 300 ppm; • Não apropriado para biogases sem oxigênio e vapor d’água (exceção: carvão ativado impregnado);

• Ótimas taxas de remoção;

• Uso de produtos químicos;

• Não exige equipamento adicional;

• Custos de investimento moderados; • Com o uso de carvão ativado dopado, a injeção de oxigênio não tem impacto negativo sobre o processo;

• O hidróxido de ferro pode ser regenerado repetidas vezes com ar ambiente, porém, sob risco de ignição pela forte liberação de calor. • Nenhuma ou muito pouca.

• Substituição do carvão ativado.

• Eliminação do carvão ativado; • Não é possível aproveitar o enxofre extraído.

• Evita forte corrosão dos componentes no gasômetro do biodigestor; • Remove siloxanos. Fonte: Adaptado de FNR, 2010. .

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TECNOLOGIAS PARA PRODUÇÃO DE BIOGÁS


Secagem

A secagem do biogás é uma etapa muito importante para aplicação do biogás como Devido às características do processo produtivo, o substituinte do gás natural. O biometano (nome biogás contém grande teor de umidade. Qualquer dado ao biogás com teor de metano acima de resfriamento durante a transformação em energia 96,5%) deve possuir um ponto de orvalho de ou no armazenamento causará condensação. Por água idêntico ao do gás natural, que é de -45°C isso, o vapor d’água deve ser removido, a fim de a 1atm, segundo Regulamento Técnico de março proteger os componentes de processamento de de 2002, da ANP. Para se atingir tal característica, gás contra desgaste e danos. faz-se necessária a compressão do gás antes do resfriamento. Através da Resolução 8, de janeiro A quantidade de água e de vapor d’água presentes de 2015, a ANP regulamentou o biometano e no biogás pode variar. Quanto maior a temperatura estabeleceu as características específicas desse gás. de operação do biodigestor, mais elevado será o volume: a 32°C, por exemplo, a umidade gira em torno É possível realizar a secagem do biogás por condende 5%. Dessa forma, o dimensionamento da unida- sação, adsorção ou absorção. Os detalhes de cada de de secagem precisa ser realizado caso a caso. tecnologia estão contemplados no Quadro 14. Quadro 14 – Tecnologias de secagem do biogás Processo Equipamentos • Realizada na tubulação, utilizando sistema de troca de calor; Secagem por Condensação

Secagem por Adsorção

• Pode ser realizada com separadores de ciclone e desembaçadores (malha com porosidade de 0,5-2nm). • Colunas de plástico ou aço inoxidável, separadas e recheadas com material adsorvente.

• Torre absorvedora. Secagem por Absorção

Dimensionamento

Aplicações e Particularidades

Vantagens e Desvantagens

• Tubulação instalada com inclinação para permitir a purga do vapor d’água;

• Purgadores devem ser a prova de congelamento;

Vantagens

• Indicado para qualquer fluxo volumétrico.

• Permite uso para combustão do gás, mas não para injeção em linha de gás natural.

• Recomendado para fluxos pequenos a médios;

• O uso de zeólitos, gel de sílica ou óxido de alumínio como material adsorvente apresenta resultados melhores;

• Colunas são operadas alternadamente.

• Ponto de orvalho de até -90°C.

• Indicada para fluxos grandes (500m³/h).

• Ponto de orvalho de -100°C;

• Permite ponto de orvalho de 3-5°C; • Prévia compressão do gás aumenta a eficiência do processo;

Manutenção

• Pode ser aplicada em todos os sistemas de geração de biogás; • Redução de vapor d’água para até 0,15% em volume; • Elimina gases solúveis em água, aerossóis e siloxanos. Desvantagens • Tubulação deve ser longa. Vantagens

• Regeneração do material adsorvente.

• Os materiais adsorventes podem ser regenerados a frio ou quente; • Destina-se a qualquer uso do biogás. Desvantagens • Colunas são operadas em pressão 6-10 bar.

• Uso de trietileno glicol ou sais higroscópicos.

Vantagens • Material absorvente pode ser regenerado. Desvantagens • Necessidade de temperaturas altas para regeneração da solução absorvedora.

• Na desidratação por glicol, a regeneração se dá pelo aquecimento da solução de lavagem a 200°C.

Fonte: Adaptado de FNR, 2010. OPORTUNIDADES DA CADEIA PRODUTIVA DE BIOGÁS PARA O ESTADO DO PARANÁ

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Remoção do dióxido de carbono

máximo, 0,5% de oxigênio, 3,5% de inertes (soma de gás carbônico, nitrogênio e oxigênio), 3% de gás carbônico, 10mg/m³ de ácido sulfídrico e 70mg/m³ de enxofre total.

A retirada do dióxido de carbono (CO2 ) é necessária para se atingir um alto grau de pureza do biogás, visando à injeção na rede de gás natural ou ao uso como combustível em veículos. O gás carbônico A remoção do CO2 compreende tecnologias aponta poder calorífico nulo e a presença dele avançadas e, portanto, exige maior aplicação de recursos financeiros que a demandada em outras revela-se prejudicial à eficiência energética. etapas. Não existe uma técnica universalmente Consideradas as normativas da ANP relativas às melhor que a outra: a escolha deve considerar perdas características para comercialização de gás natural de metano, gasto energético, disponibilidade e no sul do Brasil, o biogás purificado deve possuir ao preço de insumos. menos 96,5% de metano em sua composição e, no

O Gráfico 5 mostra a evolução das tecnologias aplicadas comercialmente no mundo para remoção de CO2 até 2012. Nota-se a predominância de técnicas de purificação com água, purificadores com aminas, peneiras moleculares, lavadores orgânicos e unidades de membrana. Estas últimas são usadas na Europa, mas no Brasil ainda se mostram economicamente inviáveis. Gráfico 5 - Tecnologias de purificação de biogás utilizadas no mundo 250 Separação criogênica 200

Membrana Lavagens solventes orgânicos

Número de plantas

Lavagem química Adsorção com modulação de pressão (PSA) 150

Lavagem com água

100

50

0 <2001 2001

2002

2003

2004

2005

2006

2007

2008

2009

2010

2011

2012

Ano de medição O recurso de purificação por criogenia está em desenvolvimento e já é utilizado em unidades de testes, mas ainda precisa de ajustes. Detalhes de cada tecnologia podem ser visualizados no Quadro 15.

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TECNOLOGIAS PARA PRODUÇÃO DE BIOGÁS


Quadro 15 - Processo de criogenia (continua) Equipamentos e Processo Dimensionamento Equipamento • Peneiras moleculares. Dimensionamento Adsorção com Modulação de Pressão (PSA)

• São utilizados quatro a seis adsorvedores conectados paralelamente; • Processo engloba quatro ciclos: adsorção, dessorção, evacuação e pressurização; • Aplicada em pequenas escalas. Equipamento

Lavagem com Água Sob Pressão

• Torre absorvedora carregada de umidade (reator com filtro percolador).

• É um método a seco; • O rendimento de metano pode ser elevado, com custo adicional, pela introdução de mais ciclos de aplicação de gás tratado/ bruto e pela recirculação parcial do gás de exaustão do compressor;

• O biogás pré-tratado é comprimido (6-10 bar).

• Dimensionamento depende do volume de produção de biogás.

• Colunas de PVC ou aço inox, pressurizadas ou não (1-2 atm); Dimensionamento • As aminas utilizadas são: monoetalonamina (MEA), dietanolamina (DEA), metildietilamina (MDEA) e mistura MDEA mais piperazina (aMDEA);

Vantagens • Proporciona concentrações de CH4 de cerca de 97% em volume; • Consome pouca energia; • Operada em temperaturas próximas a do ambiente.

• O biogás precisa estar pré-purificado.

Dimensionamento

Equipamento

Lavagem Química (Aminas)

Aplicações e Particularidades

Desvantagens • Perda 1-5% de metano; • Sistema pressurizado; • Manutenção e controle; • Regeneração do material adsorvente ocorre pela despressurização do sistema, o que exige a existência de mais de uma coluna em operação.

Manutenção • De acordo com fabricantes, a manutenção é feita em média duas vezes ao ano.

• Coabsorção de H2S e NH3 ;

• Alto consumo de energia elétrica;

• Muito baixa;

• Sistema flexível (permite regulação da capacidade, temperatura e pressão, de acordo com a concentração de CO2 no gás bruto);

• Taxa de escape de metano de aprox. 1% (deve ser queimado).

• Custo de manutenção varia entre 2-3% do investimento total.

• Manutenção fácil; • Utiliza água (barato, seguro e amplamente disponível). • Utiliza biogás despressurizado;

• Ótima qualidade do gás tratado (>99%);

• Indicado para baixas vazões;

• Escape de metano reduzido (<0,1%);

• Indicado para locais com fontes de calor baratas; • Regeneração é feita com vapor d’água; • Método utilizado em usinas de biogás na Suécia.

• Exige uma elevada quantidade de energia térmica; • Regeneração incompleta do solvente (perdas); • Decomposição das aminas por O2 e possível formação de compostos tóxicos; • Formação de espuma.

• Escolha depende de características do sistema (pressão, temperatura de operação, composição do gás, pureza desejada);

OPORTUNIDADES DA CADEIA PRODUTIVA DE BIOGÁS PARA O ESTADO DO PARANÁ

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Quadro 15 - Processo de criogenia (conclusão) Processo

Equipamentos e Dimensionamento

Aplicações e Particularidades

Equipamento

• Por razões econômicas, deve ser utilizado biogás seco e dessulfurizado.

• Sistema pressurizado (7-8 bar). Dimensionamento • Similar ao sistema que utiliza água sob pressão; Lavagens Solventes Orgânicos

Vantagens

Desvantagens

Manutenção

• Diâmetro das colunas é menor que no processo com água;

• Exige prévia remoção de H2S, água e siloxanos;

• Exige uma pequena adição de solvente orgânico para compensar perdas (anualmente);

• Grande capacidade de recuperação do solvente;

• Recomendado para grandes unidades;

• O escape de metano é de 1% a 2%;

• Utiliza solventes nos quais a solubilidade do CO2 é grande;

• O solvente deve ser aquecido antes da regeneração (40°C) e resfriado antes da absorção (20°C).

• A solução mais usada comercialmente é o Genosorb ® (mistura de éteres dimetílicos de polietilenoglicol). Equipamento • Processo pressurizado (6-20 bar);

Processo de Membrana

• Utiliza mais energia do que a lavagem com água sob pressão e na PSA;

• Utiliza membranas poliméricas de fibra oca (polímeros vítreos) ou membrana de carbono. Dimensionamento • O tipo de membrana influencia na configuração do sistema;

• É um processo relativamente novo na área de tratamento de biogás, com poucas empresas produzindo esse tipo de membrana; • Já utilizada comercialmente na Europa.

• Construção simples; • Confiabilidade; • Gasto de energia é determinado pelo compressor; • Escape <0,2% dependendo da configuração.

• Custo de manutenção varia entre 2-3% do investimento total.

• Necessita de grandes volumes de gás; • Perdas de metano; • Exige remoção prévia de água e H2S.

• Tem vida útil de 5-10 anos. Equipamento

Separação Criogênica

• Série linear de compressores e trocadores de calor. Dimensionamento • Ocorre em temperaturas próximas de -100°C e 40 bar de pressão.

• Especialmente em aplicações de biogás, esses processos não foram testados na prática. O maior problema é o elevado consumo de energia.

• Alta pureza; • Pode processar grandes quantidades de biogás.

• Grande quantidade de equipamentos necessários (investimento inicial alto); • Uso de energia.

Fonte: Adaptado de FNR, 2010.

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TECNOLOGIAS PARA PRODUÇÃO DE BIOGÁS


Separação do oxigênio

Odoração

Remover o oxigênio do biogás bruto tem importância para a injeção do biometano na rede de gás natural. Os processos de tratamento que melhor se estabeleceram foram a separação por catalisadores de platina e paládio, bem como adsorção química em contatos de cobre.

Pela ausência de cheiro característico, para injeção do biometano na rede de gás canalizado, este precisa ser odorado por questão de segurança, de maneira a permitir a identificação dele em caso de vazamentos. Os odorantes mais utilizados são os livres de enxofre, como mercaptano e tetraidrotiofeno (THT). A odoração deve atender as especificações estaduais e a NBR 15.616.

Retirada de outros gases Entre os gases em menor concentração no biogás (gases traço) aparecem a amônia, os siloxanos – em gases gerados somente nos aterros e estações de tratamento de esgoto - o hidrogênio, nitrogênio, entre outros. Em usinas agrícolas de biocombustível, essas substâncias não ocorrem comumente, uma vez inerentes a efluentes essencialmente urbanos e industriais. Na maioria dos casos, são eliminadas nos processos de purificação já descritos. A presença delas no biogás purificado geralmente indica a necessidade de ajustes de processo.

Ajuste da pressão Dependendo do ponto de injeção e do tipo de rede em que se pretende injetar (de transporte ou distribuição), a pressão pode variar, mas é necessário observar que injeção de biometano exige uma pressão um pouco superior àquela da rede.

Tratamentos Pós-Purificação para Injeção na Rede de Gás Natural Após passar por todos os estágios de purificação, mesmo que o biometano (biogás purificado) se encontre no grau exigido, ainda não pode ser misturado ao gás natural nas redes de distribuição. As etapas descritas a seguir são importantes para garantir segurança e equivalência físico-química, de modo a atender às características técnicas de intercâmbio com o gás natural ofertado pela concessionária de distribuição.

OPORTUNIDADES DA CADEIA PRODUTIVA DE BIOGÁS PARA O ESTADO DO PARANÁ

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4

PANORAMA PARANAENSE E OPORTUNIDADES PARA A INDÚSTRIA DO ESTADO NA CADEIA DE SUPRIMENTOS E USO DO BIOGÁS

A crescente preocupação do ser humano com meio ambiente, tanto com preservação da natureza quanto com a prevenção da poluição, tem proporcionado o desenvolvimento de tecnologias limpas para a obtenção de recursos renováveis, inclusive energia. Dentre as tecnologias mais promissoras no Brasil, algumas já possuem maior grau de desenvolvimento e amadurecimento, encontrando-se atualmente nas etapas de implantação e expansão, como é o caso da energia eólica. Outras igualmente auspiciosas, como a de produção de biogás, situam-se ainda em fase de adaptação e ajustes. Isso ocorre principalmente devido à diversidade de arranjos tecnológicos, de escalas e de matérias-primas disponíveis para a obtenção de biogás, o que torna o processo de regulamentação e de padronização mais complexo. Por se posicionar como uma forma alternativa de energia, produzida de forma descentralizada, o biogás adquire um caráter sistêmico no momento em que proporciona benefícios econômicos, sociais e ambientais. Embora o Brasil esteja defasado perante alguns países quanto a exploração desse recurso, há a compreensão fundamentada dos setores empresariais e governamentais do país de que ele desempenhará um papel expressivo nos próximos anos.

90

Vale relembrar que a biodigestão anaeróbica constitui uma tecnologia relativamente simples de tratamento de resíduos líquidos (com ou sem sólidos misturados) e sólidos, que resulta na produção do chamado biogás. Trata-se de um recurso que possui diversas formas de aproveitamento: como energia térmica ou elétrica, como combustível veicular ou ainda, como substituto do gás natural. Essas modalidades energéticas podem ser destinadas ao uso do próprio produtor, em substituição a fontes tradicionais ou à compra de energia de terceiros, além de comercializadas, de forma a gerar benefícios econômicos diretos ou indiretos. Dentre as matérias-primas adequadas para a produção de biogás despertam especial interesse os resíduos de atividades humanas, tendo em vista revelarem-se inerentes a quase todas as intervenções rurais, urbanas ou industriais. Os resíduos agrícolas (esterco, palhas e águas de lavagem), citadinos (esgoto, lixo, restos de varrição e poda) e fabris (efluentes, sobras de processo e produtos não validados pela qualidade) intrinsecamente detêm, portanto, alguma forma de energia em sua composição, passível de recuperação e aproveitamento. A produção de energia renovável a partir do biogás configura uma alternativa para a diversificação da matriz energética brasileira, muito dependente de hidrelétricas. A Tabela 18 expõe esse panorama, de acordo com a capacidade instalada no país.

PANORAMA PARANAENSE E OPORTUNIDADES PARA A INDÚSTRIA DO ESTADO NA CADEIA DE SUPRIMENTOS E USO DO BIOGÁS


Tabela 18 - Capacidade instalada no Brasil de empreendimentos de geração de energia elétrica a partir de diversas fontes Empreendimentos em Operação Fonte Origem

No de Usinas

(KW)

%

Bagaço de Canade-Açúcar

387

9.880.703

6,9495

Biogás-AGR

2

1.722

0,0012

Capim Elefante

2

31.700

0,0222

Casca de Arroz

10

37.533

0,0263

Óleos Vegetais

3

19.110

0,0134

Carvão Vegetal

7

51.400

0,0361

Gás de Alto Forno

7

107.865

0,0758

Licor Negro

17

1.785.102

1,2555

Resíduos de Madeira

46

357.725

0,2516

Resíduos animais

Biogás-RA

12

1.361

Resíduos sólidos urbanos

Biogás-RU

11

Biocombustíveis líquidos

Biomassa Floresta

Fóssil

Total

Fonte nível 2

Fonte nível 1

Agroindústria

Eólica

Capacidade Instalada

Cinética do Vento

No de Usinas

(KW)

%

401

9.951.658

6,9994

3

19.110

0,0134

77

2.302.092

1,6191

0,0009

12

1.361

0,0009

66.971

0,0471

11

66.971

0,0471

232

4.980.689

3,5031

22

3.593.155

2,5272

122

12.775.996

8,9859

2

149.300

0,105

1239

8.936.851

6,2857

Cinética do Vento

232

4.980.689

3,5031

Calor de ProcessoCM

1

24.400

0,0171

Carvão Mineral

Carvão Mineral

13

3.389.465

2,3839

8

179.290

0,1261

Gás Natural

Gás de Alto Forno-CM Calor de ProcessoGN

1

40.000

0,0281

Gás Natual

121

12.735.996

8,9578

Calor de ProcessoOF

2

149.300

0,105

Gás de Refinaria

7

339.960

0,2391

Óleo Combustível

34

4.083.973

2,8724

Óleo Diesel

1183

3.587.710

2,5234

Outros Energéticos de Petróleo

15

925.208

0,6507

Outros Fósseis

Petróleo

Hídrica

Potencial Hidraúlico

Potencial Hidraúlico

1158

89.224.511

62,775

1158

89.224.511

62,775

Nuclear

Urânio

Urânio

2

1.990.000

1,3996

2

1.990.000

1,3996

Solar

Radiação Solar

Radiação Solar

317

15.179

0,0106

317

15.179

0,0106

Paraguai

5.650.000

3.9739

Argentina

2.250.000

1,5825

Venezuela

200.000

0,1406

8.170.000

5,7463

Uruguai

70.000

0,0492

142.176.873

100

142.176.873

100

Importação

Total

3598

3598

Fonte: ANEEL, 2015a.

OPORTUNIDADES DA CADEIA PRODUTIVA DE BIOGÁS PARA O ESTADO DO PARANÁ

91


Constata-se que a geração de energia elétrica por gerado, a vazão total e as instalações disponíveis, meio de biogás ainda é pouco representativa no de forma a se obter a melhor relação custo/ benefício. Alguns empregos permitem o uso do país, com menos de 0,05% de participação. biogás na forma bruta (ou minimamente filtrada), A aplicação do biogás precisa ser cuidadosamente enquanto outras exigem a purificação dele em seu definida, em função de necessidades contextuais. componente principal, o metano. Devem ser consideradas as características do gás

4.1

PANORAMA PARANAENSE DA PRODUÇÃO E DO USO DO BIOGÁS

Compreender o cenário produtivo do biogás no Paraná pressupõe entender como se compartimenta e se regula hoje, no Brasil e no estado, o uso desse recurso em diferentes tipos de aproveitamento energético. A destinação para fins de abastecimento elétrico ou térmico exige pouca ou nenhuma purificação do biogás. Já a injeção do biometano na rede de gás natural e o emprego enquanto combustível veicular demandam processos de filtragem mais complexos. Esse panorama é retratado em mais detalhes a seguir, de maneira a embasar os requisitos legais de fabricação e de utilização, além de auxiliar na identificação de oportunidades de negócios no segmento.

4.1.1 Aplicações que Exigem Baixo Grau de Purificação

distribuição ou diretamente ao consumidor final. Quando a capacidade de fornecimento da energia excedente supera 5MW (a partir de 1º de março de 2016), o produtor está autorizado a comerciá-la nesses moldes. Caso seja inferior a 5MW, a energia ingressa no sistema de compensação, o qual Energia elétrica prescreve a cessão gratuita do referido volume Entre 2003 e 2004, o governo brasileiro lançou as de energia à distribuidora e, em retorno a esse bases de um novo modelo para o setor elétrico empréstimo, o ofertante recebe um crédito a ser nacional87. Esse arranjo definiu a criação de uma consumido num prazo de 60 meses88. instituição responsável pelo planejamento a longo prazo do segmento, denominada Empresa No contexto da comercialização a concessionárias, de Pesquisa Energética - EPE. A entidade avalia denominado tecnicamente de Ambiente de permanentemente a segurança de suprimento, Contratação Regulado, os agentes de distribuição por meio do Comitê de Monitoramento do Setor adquirem a energia elétrica por meio de leilões Elétrico (CMSE). Ademais, alavanca as atividades do públicos, promovidos pela Agência Nacional Mercado Atacadista de Energia Elétrica (MAE), de de Energia Elétrica (ANEEL) enquanto poder forma interligada à Câmara de Comercialização de concedente e operacionalizados pela CCEE, para fins de atendimento de um mercado cativo. Energia Elétrica (CCEE). Já no âmbito da venda sem intermediários ao Sob a regulação e controle da ANEEL e com apoio consumidor final, chamado de Ambiente de da CCEE, a venda de eletricidade oriunda de usinas Contratação Livre, os agentes geradores (sejam de biogás pode ser efetuada via concessionárias de produtores independentes, autoprodutores, 87 88

Embasado pelas Leis 10.847 e 10.848, bem como pelo Decreto 5.163. Em conformidade com a Resolução Normativa 482 da ANEEL, promulgada em 2012.

92

PANORAMA PARANAENSE E OPORTUNIDADES PARA A INDÚSTRIA DO ESTADO NA CADEIA DE SUPRIMENTOS E USO DO BIOGÁS


comercializadores ou importadores) atuam por Tanto no Paraná quanto no Brasil a obtenção de eletricidade a partir do biogás ainda se restringe a intermédio de contratos bilaterais. unidades agrícolas e a estações de tratamento de O mercado livre contempla assim um espaço de resíduos (sólidos e líquidos). No país, existem 25 usinegociação onde consumidores podem comprar nas instaladas que, em conjunto, geram 80MW de energia alternativamente ao suprimento da energia elétrica91. No estado, a maior usina de bioconcessionária local, porém, utilizando-se ainda gás operante pertence à Geoenergética, localizada da rede de distribuição dela. Nesse universo, em Londrina. A planta produz biogás a partir dos geralmente a energia é comercializada a preços resíduos da indústria sucroalcooleira e gera cerca mais competitivos, com custos reduzidos entre de 4MW de energia por mês, podendo chegar a 10% e 30%. O ano de 2013 registrou a aquisição, 12 MW, já outorgada pela ANEEL92. Outro emprenessa instância, de 16.052 MWh médios, o que endimento com iniciativa paranaense é a planta da representa um crescimento de 4% em relação a Itajaí Biogás e Energia S.A., que utiliza resíduos de 2012, contra uma elevação de 2,6% do mercado aterro sanitário e tem potência de 1.065kW93. regulado no mesmo período89. A despeito do status embrionário de implemenDesde 2007, encontra-se estabelecido o direito tação, o Paraná vem apresentando importantes de redução de 100% nos valores das tarifas de avanços nesse cenário. Em 2009, a COPEL realizou eletricidade para empreendimentos cujos insumos a primeira chamada pública de que se tem notícia energéticos compreendam ao menos 50% de no Brasil para a compra de eletricidade gerada com biogás, vindo de aterro sanitário ou de biodigestores biogás. Em 2014, a companhia esteve à frente de de resíduos vegetais e animais, além de biomassa dois projetos relacionados ao biogás: um envolve oriunda de resíduos sólidos urbanos ou de lodos a utilização de vinhaça, dois de resíduos da suinode estações de tratamento de esgoto90. cultura no município de Entre Rios do Oeste, um de esgoto doméstico e três de rejeitos sólidos urbanos. Além desse incentivo, a legislação estabelece que Isso mostra que a utilização de biogás faz parte do as empresas concessionárias, permissionárias ou desenvolvimento estratégico da empresa. Dados autorizadas de distribuição, transmissão e geração da Copel, de 2011, demonstram que a demanda de energia elétrica devem aplicar anualmente estadual de energia elétrica é maior que a capacium percentual da receita operacional líquida no dade de produção. Em âmbito nacional, houve a Programa de Pesquisa e Desenvolvimento - P&D importação de quase 6 mil MWh em 201394. do setor. Nesse quadro, portanto, delineiamse oportunidades de chamadas voltadas à contemplação de projetos no âmbito da produção e da utilização do biogás.

ABRACEEL, 2013. Segundo Resolução Normativa 271 da ANEEL, de 2007. 91 MME, 2015. 92 GEOENERGÉTICA, 2016. 93 ANEEL, 2016. A usina está localizada em Itajaí, mas é um empreendimento realizado em parceria com empresa paranaense. 94 MME, 2013. 89 90

OPORTUNIDADES DA CADEIA PRODUTIVA DE BIOGÁS PARA O ESTADO DO PARANÁ

93


Gráfico 6 - Oferta versus demanda de energia no estado do Paraná (em tep) Oferta

Demanda

20.0000 17396

17676

16061

15.000 12205 10986

10.000

12907

12984

13359

11934

11507

11749

14177 12875

14295

14892

15113 13847

12388

14674

12028

6259

5.000 3294

0 1980

2000

2001

2002

2003

2004

2005

2006

2007

2008

2009 Fonte: COPEL, 2011.

Analisando o Gráfico 6, observa-se que no período de 2000 a 2009 a demanda de energia apresentou crescimento de 44,8%, passando de 12.205 mil tep para 17.676 mil tep. Em todo o período analisado a demanda superou a oferta, tornando o Paraná um importador líquido de energia. O setor com a maior participação no consumo é o industrial, com 34,3% do total demandado, seguido pelo setor de transporte (29,9%) e setor residencial (8,3%)95. Essa necessidade de aquisição de energia exige que a COPEL participe dos leilões realizados pela CCEE. Em abril de 2014, por exemplo, a companhia adquiriu 19,285 milhões de megawatts-hora (MWh) no leilão A-0, o que correspondeu a 19% do volume total negociado na operação. Como alternativa para elevar a capacidade produtiva, a empresa tem, como já mencionado, apoiado projetos de 95

obtenção de eletricidade a partir do biogás. No âmbito rural, o potencial do uso desse recurso obtido por meio de dejetos de animais, motivou a COPEL a investir R$ 14 milhões na construção de um biogasoduto de 72 quilômetros, no município de Entre Rios do Oeste (PR). O gasoduto faz a ligação entre os produtores e uma central responsável por gerar energia ou direcionar o produto a outros fins. A tecnologia do biogás voltada à geração de eletricidade também vem apresentando evolução no âmbito do MME, que realizou em 2014 um Leilão de Energia de Reserva, do qual poderiam participar exclusivamente empreendimentos que empregassem enquanto combustível o biogás de aterro sanitário ou de biodigestores de resíduos vegetais ou animais, assim como biomassa composta de resíduos sólidos urbanos ou lodos

COPEL, 2011.

94

PANORAMA PARANAENSE E OPORTUNIDADES PARA A INDÚSTRIA DO ESTADO NA CADEIA DE SUPRIMENTOS E USO DO BIOGÁS


de estações de tratamento de esgoto96. Este leilão Energia térmica recebeu 7 projetos para a análise, mas não obteve sucesso pois nenhum deles obteve habilitação A queima e a transferência de calor registram eficiência maior que a geração de eletricidade. O para participar do leilão. calor obtido no processo de combustão pode ser Apesar desses avanços, a comercialização de recuperado mediante trocadores, o que aumenta energia elétrica a partir do biogás continua tanto a eficiência termodinâmica quanto a global, enfrentando barreiras econômicas. Além de gerar atingindo um patamar de 80-85%, contra 30-45% um produto de baixo valor agregado para venda, o de eficiência elétrica dos geradores de eletricidade rendimento dos motores utilizados nesse processo (cerca de 33-60% de eficiência térmica). A somente se mostra interessante quando se utiliza possibilidade de empregar energia térmica abre também a energia térmica, que pode representar novas oportunidades de negócio e demonstra mais de 50% da produção energética. Nesse capacidade de substituir, total ou parcialmente, o sentido, existem basicamente duas tecnologias uso de combustíveis fósseis (Propano, Gás Natural, disponíveis comercialmente: turbinas a gás e Diesel etc.). Os aproveitamentos mais comuns grupos moto geradores. ocorrem no aquecimento de edifícios (casas, escolas, áreas residenciais etc.), de criadouros de As turbinas a gás podem ser micro (até 100MW) animais (frangos, patos, porcos, perus etc.), de ou de médio/grande porte (até 300MW). De um estufas e de processos internos, bem como em lado, possuem custo de operação e manutenção serviços de secagem (madeira sólida, serragem, menores que os geradores comuns (ciclo sementes etc.). Otto), mas, por outro, demandam investimento significativo de aquisição por não serem fabricadas Em plantas voltadas à produção de eletricidade, no país. Recomenda-se a instalação de turbinas parte da energia despendida no gerador não é de pequena escala (microturbinas) nos seguintes utilizada e se libera no meio ambiente, na forma de casos: em projetos nos quais a geração não é calor. Esta energia térmica é passível de emprego, contínua; em empreendimentos em que o teor via processo de cogeração, para obtenção de água de metano no biogás revela-se menor que 50%; quente ou vapor ou por obtenção de frio através de ou em sistemas de micro e minigeração. As um Schiler de absorção. Como os recursos térmicos microturbinas configuram arranjos de dimensões não podem ser transportados por longas distâncias reduzidas, compostos por compressor, câmara de ou armazenados, é necessário que as unidades combustão, turbina e gerador elétrico. cogeradoras estejam próximas das instalações que os utilizam. Esse fato conecta intimamente a Os geradores tipo motor ciclo Otto, por seu cogeração à geração distribuída. Em instalações turno, são os mais utilizados no Brasil. A indústria que necessitam de grandes quantidades de energia nacional atende às demandas entre 13-360 kVA térmica, evidencia-se conveniente a especificação e recorre à importação para equipamentos de do sistema de cogeração. Nesse caso, o possível maior capacidade. É importante notar, porém, excedente de eletricidade pode ser comercializado que a grande maioria dos motores utilizados em conformidade com as regras descritas na seção são adaptados ao uso de biogás, apresentando Energia elétrica deste capítulo. problemas relacionados à menor eficiência de conversão.

96

MME, 2013.

OPORTUNIDADES DA CADEIA PRODUTIVA DE BIOGÁS PARA O ESTADO DO PARANÁ

95


Outra possibilidade interessante reside na substituição da madeira como fonte de calor. Prognostica-se que o crescimento populacional, diretamente proporcional ao avanço da exigência de madeira como base bioenergética, triplicará até 2050 o volume de retirada anual de tal recurso, seja de florestas, seja de plantações97. O aumento da demanda vem sendo tradicionalmente atendido por madeira originada de florestas plantadas de alta produtividade. A busca, porém, supera a oferta. A maior parte do conteúdo destina-se à fabricação de móveis e celulose (papel). O déficit crescente de carvão e de lenha como fontes de energia térmica deve limitar o crescimento agrícola e até mesmo barrar novos investimentos industriais. Nesse contexto, a aplicação do biogás (ou biometano) configura-se como uma excelente alternativa, devido à similaridade com o gás natural e, principalmente, à capacidade de produção descentralizada.

4.1.2 Aplicações que Exigem Alto Grau de Purificação

gens incluem a possibilidade de transporte a longas distâncias a baixo custo, de uso direto por usuários em quaisquer localizações, de abastecimento de termoelétricas, de emprego como bio-GNV para veículos em postos de serviço, dentre outras finalidades. A pressão de transporte de gás natural por gasoduto é de 220-250 Bar, consoante à disponibilidade dos compressores nacionais disponíveis. Em fevereiro de 2014, o consumo desse recurso no país atingiu demanda média diária de 72,7 milhões de metros cúbicos. A produção brasileira em abril do mesmo ano, por sua vez, totalizou aproximadamente 82,9 milhões de metros cúbicos por dia98. Apesar do superávit, o sistema de distribuição é muito limitado e abrange uma pequena área geográfica. Nesse sentido, a geração descentralizada de biometano torna-se uma interessante alternativa para ampliar a capilaridade do sistema e uma boa oportunidade para as distribuidoras de gás natural.

Constata-se que a capacidade atual de suprimento de gás natural nos três estados sulistas está prestes a atingir o limite. O consumo diário na região alcança o patamar de 6,7 milhões de metros cúbicos e vem Quando purificado e atendendo às especificação superando a oferta disponível. Esse descompasso da resolução 08/2015 da ANP o biogás recebe o acendeu um alerta entre os empresários da região. nome de biometano. A remoção dos componentes Indústrias já posicionam a disponibilidade do com baixo poder calorífico, de forma a aumentar recurso como elemento decisivo para a escolhas a concentração do metano do biogás, propicia de locais destinados a expandir as atividades. uma caracterização praticamente idêntica ao gás No Paraná, para os próximos 20 anos, a projeção natural, podendo substituí-lo e complementá-lo de demanda situa-se em 10 milhões de m³/dia ao ser inserido na rede canalizada. adicionais, volume que o Gasbol (Gasoduto BolíviaBrasil) é incapaz de atender. Essa inaptidão abre Injeção na rede de gás natural espaço a diversas alternativas descentralizadas de Uma via de destinação do biometano é a entrega suprimento, inclusive ao biogás99. dele por intermédio da rede de distribuição de gás No Paraná, a rede de distribuição de gás natural natural. Trata-se de um procedimento já amadureé administrada pela Companhia Paranaense de cido em outros países como Suécia e Alemanha, Gás (Compagás). Atualmente, a empresa realiza portanto, comprovadamente confiável. As vanta97 98 99

WWF, 2014. ABEGAS, 2014 a. ABEGAS, 2014.

96

PANORAMA PARANAENSE E OPORTUNIDADES PARA A INDÚSTRIA DO ESTADO NA CADEIA DE SUPRIMENTOS E USO DO BIOGÁS


atendimento a 14 municípios do estado: Curitiba, Araucária, Campo Largo, Balsa Nova, Palmeira, Ponta Grossa, São José dos Pinhais, Fazenda Rio Grande, Colombo, Paranaguá, Pinhais, Quatro Barras, São Mateus do Sul e Londrina. Sete deles são assistidos pela rede de distribuição (Curitiba,

Ponta Grossa, Palmeira, Campo Largo, São José dos Pinhais, Balsa Nova e Araucária), enquanto o atendimento dos demais se dá por meio da distribuição de Gás Natural Comprimido (GNC). A Figura 9 ilustra o atendimento dos municípios via rede de distribuição.

Figura 9 - Localização geográfica da rede de distribuição de gás natural da Compagás

Fonte: COMPAGÁS, 2014.

Até 2018, o prognóstico da Compagás é investir R$84,2 milhões na ampliação dessa estrutura. Dentre os municípios agraciados, encontram-se Quatro Barras, Colombo, Pinhais, Campina Grande do Sul, Castro, Carambeí, São Mateus do Sul e Lapa. A empresa prevê ainda o desenvolvimento de pesquisas e estudos para novas possibilidades de suprimento, entre elas o biogás. A companhia declarou publicamente que a organização considera o biogás uma alternativa sustentável de energia, com capacidade de trazer vantagens aos produtores100.

100

Mesmo sem um sistema mais completo de gasodutos, o biogás ainda se coloca como uma grande oportunidade, por não depender de grandes estruturas de distribuição. O transporte do biometano pode se realizar por caminhões, tal qual a locomoção de GNC e de gás natural liquefeito (GNL). Dessa maneira, o recurso tem o potencial de estar disponível em lugares sem infraestrutura de recebimento.

AEN, 2014.

OPORTUNIDADES DA CADEIA PRODUTIVA DE BIOGÁS PARA O ESTADO DO PARANÁ

97


Em maio de 2014, a Compagás firmou uma parceria com a Prefeitura de Toledo (PR) e com a Cooperativa Primato para compra de biometano. Esse acordo prevê que a companhia se responsabilize pela aquisição do recurso gerado nas atividades agropecuárias da região, além de oferecer uma estrutura permanente para auxiliar na distribuição do gás produzido no município. Num primeiro momento, a parceria deve abraçar como projeto-piloto o Condomínio de Lageado Grande, que conta com 40 propriedades rurais, com uma produção estimada de 5 mil m³/dia de biogás e 3.300 m³/dia de biometano101. Durante as negociações, destacou-se a necessidade da Compagás de receber biometano em volume e qualidade confiáveis, bem como a importância desse passo para iniciar a consolidação de uma nova cadeia produtiva de suprimentos.

capacidade para 13 metros cúbicos cada, podendo rodar aproximadamente 15 quilômetros com cada metro cúbico. Com isso, a autonomia chega a quase 400 quilômetros. Considerando os custos para sua produção, o metro cúbico do biometano está em torno de R$ 1,80, ou seja, altamente competitivo103. Além deste veículo, um ônibus movido a biometano foi instalado no Parque Tecnológico Itaipu, em parceria com a Scania do Brasil, Granja Haacke e CIBiogás-ER. O objetivo do projeto é demonstrar, monitorar e regulamentar a produção de biogás, transformado em biometano por meio de filtros específicos, em uma alternativa para a mobilidade rural e urbana. Para separar os gases carbono e sulfídrico, um filtro foi instalado na Granja Haacke, garantindo um grau de pureza de 98% do biometano, dentro do que prevê a Resolução 23 da ANP, para biocombustíveis, e Resolução 8, sobre biometano.

Combustível veicular

O modelo de ônibus utilizado no projeto é o Quando purificado na forma de biometano, o biogás Scania Euro 6, fabricado na Suécia e projetado representa uma das poucas energias renováveis originalmente para rodar com Gás Natural Veicular capaz de substituir, de maneira direta e imediata, (GNV). O veículo possui 15 metros de comprimento os combustíveis fósseis no setor de transportes, e capacidade para 120 passageiros, contando sem maiores investimentos em infraestrutura. com importantes dispositivos que auxiliam no Em termos de eficiência, o biometano supera monitoramento da qualidade do combustível. o bioetanol, o biodiesel, a gasificação e outras A Itaipu Binacional ainda possui em sua frota tecnologias, por entregar a máxima quantidade 30 automóveis de passeio (FIAT Siena Tetrafuel) de energia por unidade de massa. Além disso, é movidos a biometano. um novo combustível, uma nova renda, ainda mais No Parque Tecnológico Itaipu (PTI), foi instalado distribuído que o etanol. um posto especialmente para o abastecimento de No Paraná, já há veículos que operam com biometano, projetado pelos técnicos e engenheia utilização de biometano em um projeto ros da Superintendência de Energias Renováveis e desenvolvido pela Itaipu Binacional. Equipado com do CIBiogás-ER. Também está em desenvolvimento um kit de fábrica para gás veicular, o veículo-teste uma planta de produção de biometano, aproveiopera com o metano que é produzido em um tando o lixo do restaurante e a estação de esgoto biodigestor na Granja Haacke, em Santa Helena102. do PTI, ambos localizados ao lado do posto. Assim, Depois de filtrado e envasado, o gás é transportado a hidrelétrica Itaipu poderia abastecer seus veícuem um caminhão feixe para Foz do Iguaçu onde los a custo zero. Esse projeto tem um alto grau de abastece um veículo que possui dois cilindros, com replicabilidade em outros empreendimentos. PREFEITURA DE TOLEDO, 2014. A propriedade tem um plantel com 80 mil galinhas poedeiras e 750 bovinos de corte, que produzem ao todo 960 metros cúbicos de biometano por dia com os dejetos gerados. 103 CIBIOGÁS-ER, 2015. 101 102

98

PANORAMA PARANAENSE E OPORTUNIDADES PARA A INDÚSTRIA DO ESTADO NA CADEIA DE SUPRIMENTOS E USO DO BIOGÁS


4.2

iiOPORTUNIDADES PARA A iiINDÚSTRIA PARANAENSE NA CADEIA DE SUPRIMENTOS E USO DO BIOGÁS A análise de oportunidades no setor de produção Com base em análise técnica detalhada do potene aproveitamento do biogás em âmbito estadual cial de produção de biogás no Brasil, da cadeia de suprimentos envolvida, bem como da diversidade considerou os seguintes aspectos: e da amplitude de utilização desse combustível, é • Matérias-primas disponíveis; possível assinalar necessidades de fortalecimento em algumas esferas específicas: no aproveitamento • Capacidade de absorção da tecnologia; de substratos para a geração do recurso; no desenvolvimento e amadurecimento técnico e tecnoló• Ambiente de mercado; gico; e na qualificação profissional. Constitutiva a • Política de energia; todos esses fatores, surge a urgência de consolidar leis e regulamentações específicas ao setor. • Fontes de financiamento; As próximas seções discutem esse panorama, bem como os benefícios econômicos, tecnológicos e Historicamente, a utilização de biodigestores para sociais decorrentes do atendimento das oportunio tratamento de resíduos rurais apresentou grande dades elencadas. crescimento no Brasil entre os anos 70 e 80, devido a um programa de incentivo à instalação desses sistemas, visando ao saneamento, especialmente em propriedades voltadas à suinocultura. No entanto, o programa foi descontinuado menos de O sistema econômico brasileiro, por se basear na uma década depois do lançamento. A iniciativa produção de alimentos e de etanol, apresenta enfrentou um decaimento natural, em decorrência possibilidades de aproveitamento de enormes de falhas de projeto e de operação, bem como por quantidades de resíduos gerados nessas atividades abandono técnico. Em outros países, por sua vez, para a conversão em biogás. O Paraná, detentor de como a China e a Índia, essa tecnologia difundiu-se uma economia rural significativa, desponta nesse amplamente, de forma mais artesanal. Já em certas cenário como um verdadeiro celeiro de matériasnações europeias, como a Alemanha, Bélgica e primas, sólidas e líquidas, passíveis de obter esse Suécia, expandiu-se de maneira industrializada. biocombustível. • Legislação e regulação.

4.2.1 Aproveitamento de Matérias-Primas

Após esse período de declínio no interesse por biodigestores no Brasil, as pesquisas nesse campo continuaram, especialmente nas universidades, mas em ritmo muito lento. Além disso, com o avanço de uma legislação ambiental cada vez mais restritiva, as empresas passaram a buscar opções de tratamento de efluentes, dentre as quais figura o modelo anaeróbico.

Atualmente, o estágio embrionário dessa tecnologia no país deixa em aberto muitas oportunidades para a utilização de biomassas descartadas não apenas nas áreas agrícolas, mas também urbanas e industriais. O sucesso das iniciativas de digestão anaeróbica na obtenção de biogás tem despertado cada vez mais atenção pelo potencial, de forma que a diversificação da matriz energética do país, por meio da substituição de fontes não renováveis

OPORTUNIDADES DA CADEIA PRODUTIVA DE BIOGÁS PARA O ESTADO DO PARANÁ

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e do decréscimo da dependência de combustíveis A despeito do cooperativismo em meio a produimportados (como diesel e gás natural), tem tores rurais e das articulações entre empresas e os alicerces disponíveis para se tornar uma realidade. governos de alguns estados (Paraná, São Paulo, Rio Grande do Sul e Santa Catarina), o desenvolvimenCientes desse quadro promissor, com perspectiva to do biogás no segmento privado encontra hoje de regulamentação, empresas do setor público e limitações diante da ausência de regulamentação, privado têm demonstrado crescente interesse em tanto produtiva quanto comercial. Dado o peso de investir no biogás. Isso se deve, indubitavelmente, tal questão para o setor, a publicação e divulgação à enorme gama de matérias-primas que podem do presente documento tem por expectativa a ser aproveitadas e à pluralidade de aplicações promoção de avanços nesse sentido. do biocombustível, enquanto energia elétrica, térmica, veicular ou em complementação a energias convencionais. A percepção da indústria é de um produto gerado a partir de fontes baratas, destinado a diversas finalidades energéticas, inclusive para abastecimento dos próprios sistemas Um dos caminhos para que a tecnologia dos produtivos. Ou seja, trata-se de uma via altamente biodigestores se torne viável é a elaboração de interessante para abater despesas de energia, que projetos adequados e confiáveis. Estes devem ser construídos de tal maneira que satisfaçam as impactam os custos de produção. exigências e comodidades dos usuários. Precisam Desse modo, a redução da dependência de fontes mostrar-se, ao mesmo tempo, modernos e externas (elétricas e térmicas) e o fomento do lucro simples, economicamente acessíveis, de fácil indireto devem alavancar a geração energética funcionamento e manutenção. Os biodigestores sustentável baseada no biogás. A aplicação necessitam ainda de rigorosa operação e proeminente é do recurso como energia térmica, monitoramento, que obedeça a critérios técnicos para substituir (parcial ou completamente) o garantidores de êxito104. uso de madeira, uma matéria-prima altamente demandada e de produção demorada. Outra Existem no Brasil poucos fornecedores de utilização pronunciada é a veicular, de fácil aplicação equipamentos específicos para biogás. Muitos e igualmente eficiente quando comparada aos daqueles disponíveis no mercado brasileiro combustíveis fósseis. A injeção na rede de gás têm procedência estrangeira. Esse quadro gera natural, entretanto, demanda a construção de diversas dificuldades: excesso de impostos, o que linhas de distribuição, volume de produção e impacta sobre o custo dos equipamentos; não autorização da ANP, o que gera incertezas sobre o desenvolvimento de know-how na área; dificuldade tempo de implementação. A utilização do biogás de acompanhamento e assistência técnica; e a para cogeração, aproveitando-se as energias carência de peças para manutenções, que acabam térmica e elétrica também é uma boa opção, uma se tornando caras. Ademais, revela-se deficiente vez que a inserção da energia elétrica na rede a apropriação de conhecimentos técnicos por de distribuição está regulamentada e dispõe de parte dos projetistas, que muitas vezes buscam ferramentas facilitadoras, como o net metering. O apoio em profissionais e em instituições de outros uso da energia térmica, nesses casos, é mais viável países, com o intuito de conceber iniciativas mais quando feito no próprio local de produção ou modernas. muito próximo a ele.

4.2.2 Aperfeiçoamento Técnico e Tecnológico

104

100

ANDRADE et al., 2002.

PANORAMA PARANAENSE E OPORTUNIDADES PARA A INDÚSTRIA DO ESTADO NA CADEIA DE SUPRIMENTOS E USO DO BIOGÁS


Considerando esse contexto, foi realizada uma prospecção de empresas nacionais fornecedoras de equipamentos destinados à produção e à purificação do biogás, com avaliação das oportunidades nesse campo para a indústria paranaense. No que tange ao processo de preparo e de transporte das matérias-primas ao biodigestor, os instrumentos e as técnicas utilizados são de caráter universal, sem particularidades geradoras de gargalos tecnológicos. O biodigestor, que constitui o ambiente do processo biológico de obtenção do biogás, pode ser construído com diferentes materiais: geomembrana, concreto, aço inoxidável e aço vitrificado. Observa-se no Brasil uma grande predominância de fornecedores de biodigestores do tipo geomembrana, que possuem pouca capacidade de controle da fermentação, assim como menor eficiência quando comparados a biodigestores do tipo reator.

não se demonstra como o mais apropriado para trabalhar com alguns tipos de resíduos. A cópia e a propagação dele para o tratamento de rejeitos, com diferentes características e volumes, resultaram na implementação de projetos ineficientes, problemáticos, pouco lucrativos e, muitas vezes, abandonados ou transformados em simples esterqueiras. Em Santa Catarina, segundo levantamento agropecuário do estado para os anos de 2002 e 2003, 0,08% dos produtores com mais de 50 cabeças de suínos possuíam biodigestores, enquanto 99,2% tinham esterqueiras106. Assim, atualmente, os esforços técnicos devem direcionar-se a instalações cada vez mais industrializadas e automatizadas, de maneira a aumentar a eficiência na geração de biogás, visando à consolidação dessa tecnologia como um negócio profissional e lucrativo, não apenas como uma medida paliativa para o tratamento de efluentes. A etapa de purificação do biocombustível é composta por uma sequência de filtros, cuja disposição determina o grau de pureza desejado, não apresenta materiais construtivos especiais. Esses filtros são geralmente elaborados com aço inox ou plástico (conforme especificações descritas no capítulo 3 deste estudo), recheados de material filtrante e projetados de acordo com a vazão de biogás advinda do biodigestor. O que evidencia insuficiência é o conhecimento técnico necessário para projetar e dimensionar corretamente esses filtros, lacuna somente corrigida com um maior apoio à capacitação técnica dos profissionais envolvidos.

Esse panorama condiz com o estágio de desenvolvimento dessa tecnologia no país, tendo em vista evidenciar a proeminência de uma aplicação tradicional da biodigestão. Essa conjuntura encontra explicação na propagação nacional, durante as décadas de 70 e 80, de biodigestores do tipo lagoa coberta (também chamados de tipo geomembrana). À época, o Programa de Mobilização Energética procurava fortalecer tecnologias alternativas para a produção de energia, devido à recente crise do petróleo105. Dentre as ações previstas, aparecia o incentivo à substituição de combustíveis tradicionais por biogás. Não obstante, essa iniciativa foi revogada Desse modo, constata-se que a indústria está por decreto em 1991. preparada para o atendimento de demandas Esse tipo de biodigestor possui simples operação e na área agrícola, porém, ainda se mostra pouco menor custo quando comparado a outros modelos, especializada em aplicações mais nobres do biogás. mas revela menos eficiência na remoção da carga Neste contexto inclui-se processos controlados poluente e menor taxa de geração de biogás. de produção de biogás, considerando a sua Embora voltado a certas aplicações, o equipamento otimização, e utilizando para esse fim resíduos 105 106

A referida iniciativa foi estabelecida pelo Decreto 87.079, de 1982. PALHARES, 2008.

OPORTUNIDADES DA CADEIA PRODUTIVA DE BIOGÁS PARA O ESTADO DO PARANÁ

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industriais, bem como etapas de purificação para com falhas de projeto, de operação e de manutenvalorização do biogás, com a consequente geração ção. Isso contribui diretamente para o estabelecimento de uma percepção, por parte da sociedade, de biometano. de que a tecnologia é suficientemente confiável e, Muitos dos equipamentos hoje disponíveis são por conseguinte, passível de financiamento. Deteradaptados para a indústria do biogás e não foram mina-se, assim, um ambiente de credibilidade aos desenvolvidos especificamente para ela. Dentre possíveis adquirentes do biogás, das energias proas empresas especializadas, várias dependem de venientes dele ou do biofertilizante. conhecimento técnico-prático estrangeiro na área de projetos e de instalação. A inserção de Os impasses mencionados não se restringem ao organizações estrangeiras (alemãs, americanas, setor da bioenergia. Na atualidade, as tecnologias belgas, chinesas e tchecas) no mercado brasileiro mais modernas e eficientes fazem parte do knowé uma prova disso. Surge nítida a necessidade de how de profissionais e de empresas de outros países, na grande maioria desenvolvidos, os quais detêm geração de mão de obra especializada. maior experiência e tradição em diversos setores Outro gargalo observado reside na obtenção de produtivos. Muitas vezes, delineia-se uma barreira eletricidade a partir do biogás. Atualmente, não se prematura para o ingresso de informações técnicas tem uma produção ampla de motores e turbinas e de equipamentos em países como o Brasil, na a gás no país. O avanço técnico e tecnológico da busca por proteger e favorecer o desenvolvimento indústria nacional de biogás esbarra na falta de interno. No entanto, é também sadio e inteligente demanda, relacionada muitas vezes, à ausência aproveitar o conhecimento adquirido de outras de políticas regulatórias e de incentivo, quadro nações, de forma a economizar tempo e esforços, responsável por estabelecer um círculo vicioso. O sem perder de vista, claro, as imprescindíveis aumento da procura pelo recurso abrirá espaço adaptações à realidade nacional. para empresas nacionais se especializarem em um ou mais nichos produtivos do biocombustível, de maneira a fornecerem equipamentos qualificados e seguros, amparados por garantias e manutenções.

4.2.3 Qualificação Profissional

Por fim, um obstáculo adicional a ser superado cristaliza-se no preconceito relativo aos custos de implantação de projetos modernos e automatizados, geralmente superiores aos verificados em arranjos mais simples, como os de lagoa coberta, por exemplo. É preciso buscar modelos confiáveis e rentáveis a longo prazo e não focar apenas naqueles de mais ágil retorno financeiro, nem sempre adequados e eficientes em um horizonte temporal maior.

A falta de pessoal qualificado em todas as etapas do processo de biodigestão configura uma das grandes limitações à expansão do setor de biogás nacional. A capacitação se mostra deficiente em todos os aspectos, desde a concepção e o planejamento dos empreendimentos até a construção, operação e manutenção. Existem diversos tipos de instalações produtivas, numa ampla gama entre artesanais e automatizadas, devido à grande variedade de materiais, métodos e tecnologias disponíveis. Esse quadro demanda diferentes gêneros e níveis de conhecimento.

A nacionalização de conhecimentos, técnicas e equipamentos naturalmente acabará acontecendo. Portanto, investir na propagação de tecnologias Em virtude da restrita difusão da tecnologia corretamente fundamentadas é de extrema impor- do biogás no Brasil, há uma ausência de tância, já que evita a disseminação de instalações normatização e, dessa maneira, cada instalação

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PANORAMA PARANAENSE E OPORTUNIDADES PARA A INDÚSTRIA DO ESTADO NA CADEIA DE SUPRIMENTOS E USO DO BIOGÁS


resguarda particularidades. Consequentemente, os operadores locais acabam conhecendo a fundo apenas os processos com os quais se encontram cotidianamente envolvidos. Além disso, a responsabilidade pela operação e pela manutenção das plantas se revela muito diversa. Geralmente em empreendimentos de menor porte, o gerenciamento é feito pelo próprio agricultor, muitas vezes não detentor de conhecimentos técnicos aprofundados sobre a biodigestão. Em instalações altamente automatizadas essa atividade fica a cargo de técnicos especializados. Diante desse panorama, a qualificação profissional

emerge como quesito de extrema importância, ancorada em uma urgente parametrização, para que a tecnologia do biogás se desenvolva e se consolide no país. Para tanto, seria interessante a reunião de todas as informações técnicas disponíveis em cursos e treinamentos confiáveis, reconhecidos e certificados pelas entidades responsáveis. Nesse sentido, as capacitações ocorreriam em todos os níveis produtivos, desde o projeto e a instalação até a operação e manutenção de plantas. Nesse contexto, teria extrema valia a participação dos empreendimentos já atuantes nos processos de biodigestão, de modo a divulgar e multiplicar experiências práticas bem-sucedidas.

4.2.4 Proposição e Consolidação de Leis e Regulamentações A produção e a incorporação de biogás na matriz energética constituem uma realidade em diversos países. Fatores como a extremada dependência de combustíveis fósseis e os acordos internacionais para redução de impactos industriais trouxeram incentivos econômicos à implementação de tecnologias ambientalmente corretas e de energias renováveis. Cada país vem elaborando estratégias próprias de desenvolvimento limpo e de diversificação de matrizes energéticas, em conformidade com os potenciais disponíveis em diferentes regiões geográficas. Em vários contextos nacionais, a elaboração, a aplicação e a popularização do biogás têm se sustentado por intermédio de apoio governamental. A principal estratégia utilizada mundialmente para incentivar projetos de produção de biogás é o emprego da tarifa feed-in, uma taxa de prêmio paga pela energia elétrica que volta à rede a partir de uma fonte geradora renovável. Atualmente, esse tipo de regulamento tarifário existe em mais de 40 países, amplamente considerado como uma das

formas mais eficazes para incentivar a geração de eletricidade de maneira limpa, conforme exposto no Quadro 16. Além de ofertar remuneração baseada em custo aos produtores de energia renovável, a tarifa feed-in garante a segurança de preços, permite contratos de longo prazo e propicia a realização de novos investimentos tecnológicos.

OPORTUNIDADES DA CADEIA PRODUTIVA DE BIOGÁS PARA O ESTADO DO PARANÁ

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Quadro 16 - Políticas e estratégias definidas em diversos países para inserção do biogás em matrizes energéticas Alemanha

• Emprega tarifa feed-in como bonificação e é dependente do tipo de substrato e em sistemas de purificação a biometano. Até 2020, as fontes renováveis no país devem atingir 35% de representatividade no setor elétrico e 18% em relação à demanda de energia total.

Áustria

• Utiliza tarifa feed-in sujeita a um mínimo de 30% de esterco como substrato para produção de biogás. O objetivo governamental é incluir 20% de biometano no gás natural até 2020.

Dinamarca

• Faz uso da tarifa feed-in. Objetiva tornar-se independente de fontes fósseis até 2050.

Finlândia

• Aplica tarifa feed-in para instalações acima de 100kVA e não tributa o consumo de biogás. Possui programa de apoio financeiro governamental para construção de plantas de produção.

França

• Adepta da tarifa feed-in. Promove ainda o pagamento de bonificação para plantas de purificação a biometano. Até 2030, objetiva produzir 70 TWh a partir de biogás, com destinação de 50% para a rede de gás natural, 30% para a eletricidade e 20% como calor. Pretende instalar 600 plantas produtivas a cada ano.

Holanda

• Destina benefícios financeiros para eletricidade, calor e gás gerados por meio de fontes renováveis. Deseja aumentar em 14% a quantidade de energia limpa disponível. Até 2020, espera elevar para 6,7 TWh o volume de biometano injetado na rede de gás natural. Hoje, esse número está em 1 TWh.

Irlanda

• Não conta com tarifa feed-in atrativa. Políticas de exigência de separação de lixo reciclável e orgânico em andamento devem gerar novas oportunidades.

Noruega

• Efetua política de incentivo para diminuir a emissão de dióxido de carbono na agricultura e possui sistema de bonificação por tonelada de esterco destinado a biodigestores. Estimula o uso do biogás por isenção de impostos sobre o uso da estrada e pelo investimento em infraestruturas de mobilidade sustentável. Contudo, o preço de transporte do biocombustível ainda é alto e tem limitado a popularização da tecnologia.

Reino Unido

• Contempla a tarifa feed-in, bem como incentiva a utilização de biometano. Emite certificados para uso de digestão anaeróbica e mantém fundo financeiro para apoiar a realização do procedimento em pequena escala, além de estudos e projetos relacionados. Até 2020, a Inglaterra deve gerar 3-5TWh de calor e eletricidade por meio desse tipo de processo. O País de Gales e a Irlanda do Norte, por sua vez, registram subsídios governamentais atrativos para tecnologias de digestão anaeróbica. Já a Escócia proibiu o envio de lixo orgânico para aterros, o que deve estimular a produção de biogás.

Suécia

• Estimula o uso de biometano em carros. Pratica isenção de impostos sobre o biogás. Os produtores recebem um certificado para cada MWh de eletricidade produzida a partir de recursos renováveis. Dependendo do consumo de energia, o usuário (pessoa jurídica) é obrigado a adquirir certificados de empresas produtoras. Também possui sistema de pagamento de benefício por kWh produzido a partir de esterco. Tem planejados até 2016 investimentos para a comercialização de novas tecnologias e soluções nesse campo.

Suíça

• Conta com tarifa feed-in. Deseja abandonar a energia nuclear e substituí-la por energias renováveis. Fonte: Elaboração própria.

No Brasil, o Plano Nacional de Agroenergia 2006-2011 enumera diferentes desafios como indutores de pesquisa, especialmente de natureza técnica, compreendidos como essenciais ao desenvolvimento de setores específicos107. São eles:

107

104

MAPA, 2006.

PANORAMA PARANAENSE E OPORTUNIDADES PARA A INDÚSTRIA DO ESTADO NA CADEIA DE SUPRIMENTOS E USO DO BIOGÁS


• Desenvolver estudos e modelos de biodigestores; • Efetuar a modelagem em sistemas de produção de biogás; • Avaliar o uso de biofertilizante como adubo orgânico; • Desenvolver equipamentos para o aproveitamento de biogás como fonte de calor; • Desenvolver equipamentos para transporte e distribuição de biofertilizante; • Aprimorar equipamentos movidos a biogás para a geração de energia elétrica; • Desenvolver sistemas de compressão e armazenamento de biogás; • Desenvolver processos de purificação de biogás. Houve o desdobramento desses desafios em objetivos específicos, visando ao melhor norteamento da pesquisa e do desenvolvimento. Dentre os objetivos, destacam-se: • Desenvolver e avaliar a cinética de digestão anaeróbia nos diferentes modelos de biodigestores existentes; • Oferecer novos modelos de biodigestores com isolamento térmico, agitação e aquecimento de biomassa, para aumentar a produção de biogás e melhorar a eficiência de remoção da matéria orgânica; • Avaliar o uso de biodigestores como unidade de tratamento dos resíduos da produção de suínos e aves, eliminando riscos sanitários; • Desenvolver e avaliar sistemas complementares para tratamento final dos resíduos líquidos do biodigestor; • Avaliar características quantitativas e qualitativas do biogás em função do efeito da sazonalidade climática e dos sistemas de produção de animais; • Avaliar e desenvolver modelos matemáticos para estimar a geração de biogás, assim como examinar as características quantitativas e qualitativas do recurso em função do efeito da sazonalidade climática; • Avaliar o uso de biofertilizante como adubo orgânico, em substituição aos insumos químicos, nos sistemas de plantio de grãos e de pastagens; • Avaliar os riscos ambientais em águas superficiais e profundas a partir do uso intensivo de biofertilizante orgânico em sistemas de plantio de grãos e de pastagens; • Desenvolver equipamentos para uso de biogás como fonte de calor no aquecimento do ambiente interno das instalações de criação de suínos e aves, em substituição ao GLP e à lenha; • Desenvolver equipamentos para uso de biogás como fonte de calor na secagem de grãos, em substituição ao GLP e à lenha; • Desenvolver equipamentos para comprimir e transportar biogás a baixa pressão;

OPORTUNIDADES DA CADEIA PRODUTIVA DE BIOGÁS PARA O ESTADO DO PARANÁ

105


• Desenvolver máquinas e equipamentos cuja fonte de energia é o biogás, para fins de transporte e distribuição de biofertilizante; • Desenvolver e adaptar motores e geradores a fim de movê-los a biogás, com o intuito de produzir energia elétrica em sistemas de criação de animais; • Desenvolver geradores de energia elétrica pelo uso de células a combustível, tendo por combustível o biogás, com membrana de troca iônica; • Desenvolver sistemas de armazenamento de biogás a baixa pressão, para uso nas propriedades produtoras de suínos e aves; • Gerar novos sistemas de tratamento e purificação de biogás, com o intuito de reduzir o poder de corrosão, diminuir a umidade, bem como aumentar a relação de metano para elevar a capacidade calorífica. Apesar dessas diretrizes, houve lento avanço no setor até 2013. Em julho daquele ano foi criado um Grupo de Trabalhos sobre o biogás, composto por empresas, instituições governamentais, especialistas e pesquisadores. Em 2014 lançaram a Nota Técnica 157, na tentativa de incentivar a regulamentação do biogás e biometano. E finalmente, em janeiro de 2015, a ANP publicou a Resolução 8, regulamentando o uso do biometano (biogás purificado) no Brasil.

Os incentivos econômicos também estão crescendo, mas as fontes de financiamento ainda são poucas no país. Os programas Agricultura de Baixo Carbono, Pronaf Eco109 e eventuais editais da ANEEL e da Financiadora de Estudos e Projetos (FINEP) configuram hoje as únicas oportunidades de acesso, todas vinculadas à esfera governamental. Além disso, a falta de regulação do setor, tanto em relação à produção quanto à comercialização, a inexistência de incentivos fiscais e a grande burocracia para obtenção de licenciamentos A despeito de lenta, a evolução brasileira na área ambientais prejudicam o desenvolvimento e do biogás vem se fortalecendo nos últimos anos popularização da tecnologia. por meio de duas principais parcerias. Uma delas é uma cooperação técnica com o governo da Alema- A cadeia de produção e, principalmente, de nha, no chamado PROBIOGÁS. Esta iniciativa conta utilização de biogás em outros países geralmente com 10 milhões de euros entre 2013 e 2017 para rege-se pelo sistema de impostos e de pagamento contribuir com a proposição de marcos legais, coo- de bonificações, tanto em termos de aquisição peração científica e estabelecimento da cadeia de de equipamentos quanto nas formas de uso da valor do biogás. A outra fundamentou-se na alian- energia. A inexistência de leis específicas e de ça entre a Itaipu Binacional e a Empresa Brasileira regulação do setor no Brasil priva produtores e de Pesquisa Agropecuária - Embrapa, que abrange consumidores de aproveitarem as vantagens com 2,5 milhões de euros destinados ao tratamento de a cadeia do biogás. 4,4 milhões de m³ de resíduos agrícolas. Pode-se afirmar que esses avanços são enormes quando Esse cenário, porém, está próximo de sofrer se recorda que o setor ficou estacionado durante modificação. No final de 2013, houve a criação anos, devido aos já mencionados problemas com da Associação Brasileira do Biogás e Biometano sistemas falhos implantados na década de 1980108. Abiogás, entidade que trabalhou em uma proposta 108 109

106

Ministério das Cidades, 2014. Iniciativa associada ao Programa Nacional de Fortalecimento da Agricultura Familiar - Pronaf.

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de política nacional para o setor, apresentada ao público no II Fórum da Indústria do Biogás, em São Paulo nos dias 02 e 03 de dezembro de 2015. A política não visa solicitar tarifas de incentivo ou subsídios, mas sim a redução da tributação sobre o biogás, bem como linhas de crédito condizentes com os investimentos necessários. A evolução no âmbito legal, sem dúvida, deve abrir muitas oportunidades de desenvolvimento setorial, de forma a consolidar a tecnologia no Brasil. Seria viável, desse modo, alimentar todos nichos de mercado conectados à cadeia do biogás, desde os fabricantes de equipamentos até os usuários, passando pela formação de mão de obra especializada. O estado do Paraná, por sua vez, tem apresentado avanços significativos na produção e utilização do biogás. A implantação do CIBiogás-ER, localizado no Parque Tecnológico Itaipu, trouxe importantes repercussões à divulgação do potencial da

tecnologia na área rural, assim como à consolidação de conhecimento técnico. A formalização de parcerias entre o CIBiogás-ER e órgãos estaduais (como Fiep, Senai-PR, Copel, Compagás e prefeituras), bem como nacionais (como MME e ANP), tem resultado em investimentos na produção, captação e distribuição de biogás, principalmente na região oeste do Paraná. O sucesso desses empreendimentos é essencial para a evolução de políticas públicas e privadas, visando à autossustentabilidade energética pelo aproveitamento de resíduos agropecuários.

4.3

iCONSIDERAÇÕES iFINAIS

O delineamento das deficiências e oportunidades permite identificar o panorama atual da cadeia produtiva de biogás no estado do Paraná, resumido no quadro a seguir:

Quadro 17 - Resumo das lacunas e oportunidades na implementação de projetos de biodigestão (continua) Setor

Aproveitamento de Matérias-Primas

Técnica/ Tecnológica

Deficiências

Oportunidades

• Poucos casos de sucesso no aproveitamento energético de biogás gerado a partir de resíduos líquidos e sólidos;

• Grande produção de resíduos energéticos

• Falta de regulamentação que incentive a utilização de formas de tratamento de resíduos que gerem energia.

• Diversificação da matriz energética nacional; • Diminuição da dependência de combustíveis importados e/ou fósseis; • Redução de custos operacionais em indústrias e empreendimentos do agronegócio.

Resultados Esperados • Aumento do interesse em investimentos no setor; • Geração de energia sustentável. • Agricultura do estado mais sustentável.

• Redução das emissões de GEE no setor agrícola paranaense.

• Muitos equipamentos, instalações e instrumentos são adaptados de outras tecnologias para uso em biodigestão e com biogás;

• Produção de equipamentos fabricados especificamente para o uso em biodigestores ou com biogás, especialmente motores, compressores e geradores (demanda futura);

• Incentivo ao desenvolvimento industrial e econômico do país;

• Grande parte dos fabricantes de equipamentos é estrangeira;

• Fabricação de equipamentos no Brasil, específicos ou não para o uso em biodigestão e com biogás;

• Diminuição do valor final dos equipamentos;

• Geração de empregos; • Desenvolvimento de know-how na área;

• Geração de empregos; • Desenvolvimento de know-how na área;

OPORTUNIDADES DA CADEIA PRODUTIVA DE BIOGÁS PARA O ESTADO DO PARANÁ

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Quadro 17 - Resumo das lacunas e oportunidades na implementação de projetos de biodigestão (conclusão) Setor

Deficiências

Oportunidades

Resultados Esperados

• Falta de informações sobre o potencial e as tecnologias de produção de biogás no Paraná e no Brasil;

• Estudos técnicos e de levantamento de potencial de geração de biogás para embasar projetos futuros;

• Melhor entendimento do potencial para geração de biogás no estado e no país;

• Descentralização e mais segurança e estabilidade elétrica para os usuários;

• Formação de especialistas com conhecimento técnico-científico na área;

• Nacionalização de conhecimentos adequando as tecnologias já consolidadas no exterior à realidade brasileira, especificamente em relação ao desenvolvimento de:

• Fornecimento de garantia de equipamentos e instalações por parte dos fabricantes, bem como manutenção e reparo facilitados;

• Sistema energético/elétrico brasileiro centralizado e muito dependente de poucas fontes de energia, especialmente hidrelétrica;

Técnica/ Tecnológica

• Falta de empresas brasileiras qualificadas nas diversas etapas da cadeia produtiva de biogás;

• Tecnologia de construção de biodigestores (modelos modernos), motores, turbinas e equipamentos de purificação de biogás;

• Diversificação das fontes de energia elétrica e consequente aumento da utilização de fontes renováveis;

• Melhor adequação das tecnologias à realidade brasileira;

• Materiais mais modernos e resistentes (aço vitrificado, cimentos especiais etc);

• Falta de confiabilidade na qualidade, garantia e segurança de manutenção de equipamentos e instalações feitos com tecnologia nacional;

• Escassez de conhecimento técnico em termos de planejamento/projeto, recorrendo-se a profissionais, empresas ou consultorias de outros países para dimensionamentos e para elaboração do projeto; Qualificação Profissional

• Escassez de profissionais com conhecimento prático para realizar a operação dos biodigestores;

• Qualificação técnica nas áreas de: • Projeto • Instalação • Operação • Manutenção

• Aumento da garantia e confiabilidade de empresas de consultoria para auxiliar na administração, operação e manutenção das instalações;

• Maior facilidade de manutenção das instalações, com menores custos, e maior conforto dos investidores em decidir por investir no setor devido a essa manutenção facilitada.

• Desenvolvimento de cursos reconhecidos e certificados de qualificação nos níveis técnico, tecnológico e superior; • Envolvimento de Universidades e pesquisadores com empresas na busca dos melhores arranjos e tecnologias, e por consequência, desenvolvimento de competências técnicas em diversos aspectos; • Incentivo ao desenvolvimento de um programa de troca de informações entre profissionais que possuam grande know-how na área e outros interessados; eles teriam a função de ministrar cursos, auxiliar no preparo de materiais didáticos etc).

• Formação certificada e de qualidade garantida, com formação de profissionais com diversos níveis de qualificação;

• Treinamento e capacitação de profissionais de projeto e engenharia na formação específica de biogás, podendo buscar essa formação inclusive com as pessoas que atualmente prestam o serviço de concepção de projeto.

• Contínuo desenvolvimento por meio de pesquisas de novas tecnologias, nacionalizando peças, formas construtivas e materiais, diminuindo os custos de construção e manutenção das instalações. • Multiplicação dos conhecimentos, especialmente os práticos, para aprimorar cada vez mais a operacionalização das plantas de biogás; • Soberania na detenção da tecnologia e conhecimentos necessários para implementação e manutenção das usinas de biogás; • Desenvolvimento humano, tecnológico e econômico do país.

Fonte: Elaboração própria.

108

PANORAMA PARANAENSE E OPORTUNIDADES PARA A INDÚSTRIA DO ESTADO NA CADEIA DE SUPRIMENTOS E USO DO BIOGÁS


5

CASOS DE SUCESSO NA PRODUÇÃO DE BIOGÁS

Apesar de pouco difundida no Brasil, a tecnologia do biogás tem evoluído nos últimos anos e já conta com alguns casos de sucesso no país. A diversidade de resíduos possíveis de serem empregados no processo de biodigestão, tanto em volume quanto em espécie, permite a elaboração de uma pluralidade de escalas e de arranjos produtivos, respeitadas assim as particularidades de cada projeto. Nesse sentido, três categorias de casos de sucesso são apresentadas nesta seção. A primeira abrange casos com aproveitamento de resíduos agropecuários, incluindo um condomínio de agroenergia, no qual resíduos gerados por um conjunto de pequenos produtores, possibilitam a obtenção de biogás localizada em um único ponto, onde é purificado e transformado em outras fontes de energia (térmica e elétrica), para usufruto do grupo como um todo. A segunda categoria, que vem ganhando bastante visibilidade, diz respeito à recuperação do biogás oriundo do manejo de esgoto em estações de tratamento e do gerenciamento do lixo urbano em aterros sanitários. Ressalta-se que projetos de tratamento de resíduos sólidos urbanos através da tecnologia de Tratamento Mecânico Biológico e com aproveitamento de biogás têm sido estudados e há plantas sendo instaladas. Essas plantas, por não estarem em operação ainda, não estão contempladas nesse estudo. A terceira categoria, por fim, contempla casos de sistemas de tratamento de resíduos industriais, dentre os quais se destacam as iniciativas de biodigestão da vinhaça.

É importante ressaltar que todos esses casos de sucesso possuem significativas vantagens econômicas, haja vista que o uso do biogás para obtenção de energia (térmica, elétrica ou veicular) proporciona redução de custos produtivos imediatos. Além disso, a geração de energia distribuída confere maior autonomia aos empreendimentos, diminuindo a dependência em relação à eletricidade fornecida pelas redes normais de distribuição. Contudo, muitos ganhos indiretos também acontecem, destacando-se os ambientais, sociais e tecnológicos. Os benefícios ambientais são bastante expressivos, já que os resíduos, após o processo de biodigestão, ficam com carga orgânica poluente muito mais baixa que a inicial. Indiretamente, esse cenário determina uma melhoria sanitária do local de geração dos rejeitos, principalmente nas propriedades agropecuárias, uma vez que o recolhimento, confinamento e tratamento dos resíduos diminui a exposição humana a vetores patogênicos (como ratos ou moscas) e ao mau cheiro. Tal quadro pode ainda proporcionar um aprimoramento de processos produtivos, pela menor incidência de agentes contaminantes. Finalmente, mas não menos importante, a implantação de usinas de biodigestão gera empregos diretos e indiretos, tanto a profissionais capacitados para a concepção, o planejamento e a construção dos empreendimentos, quanto a trabalhadores responsáveis pela operação permanente das plantas. Ou seja, por conseguinte, é possível afirmar

OPORTUNIDADES DA CADEIA PRODUTIVA DE BIOGÁS PARA O ESTADO DO PARANÁ

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Nesse contexto, a parceria entre microempreendedores rurais de determinada região, que gerem resíduos orgânicos e tenham interesses em comum, configura uma alternativa para a aquisição de equiO CIBiogás-ER, juntamente com o PROBIOGÁS, pamentos, para a diminuição de custos primários e, criou um mapa interativo, onde são apresentadas por consequência, para a obtenção de escala aprotodas as plantas de biogás existentes no Brasil, dos priada à operação da tecnologia do biogás. 3 setores anteriormente mencionados. Ao acessar o mapa (https://cibiogas.org/biogasmap) , pode-se Ademais, a união entre pequenos produtores obter informações sobre os diversos projetos já em possibilita atingir os patamares determinados pela legislação atual para a comercialização do operação no país. excedente de eletricidade proveniente do biogás. A oferta mínima juridicamente estabelecida é de 1MW, volume que empreendedores individuais poderiam não alcançar, restando a eles apenas a opção legal de compensação diante da sobra Pequenos produtores agropecuários normalmente energética. não possuem recursos para a implantação de usinas de biogás individuais, as quais demandam Nesse âmbito, a seguir, há a exposição de detalhes um investimento inicial relativamente alto. Além de quatros projetos bem-sucedidos no Paraná e um disso, muitas vezes, os resíduos gerados por eles em Santa Catarina. Todos eles foram visitados pela isoladamente não alcançam nem volume, nem equipe de especialistas responsável pela presente publicação. continuidade favoráveis à biodigestão. que as contribuições das iniciativas de geração de biogás são inúmeras e complementares, bem como alcançam diversas esferas da sociedade.

5.1

RESÍDUOS AGROPECUÁRIOS

NOME

Granja São Pedro Colombari

LOCALIZAÇÃO

São Miguel do Iguaçu – PR

STATUS

Em operação, com utilização de dejetos de 5.000 suínos

PRODUÇÃO DE BIOGÁS

750 m³ por dia • A granja usa um grupo motogerador com potencia instalada de 104kVA, produzindo cerca de 1.000 kWh/dia de energia elétrica para autoconsumo;

DESTINAÇÃO DO BIOGÁS

• Uso do biofertilizantes nas granjas, reduzindo o tempo de crescimento das pastagens; • Utilização para movimentação de equipamentos da fábrica de ração. Gera uma economia de R$ 3.000,00 por mês em diesel.

Fonte: Elaboração própria.

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CASOS DE SUCESSO NA PRODUÇÃO DE BIOGÁS


NOME

Condomínio Ajuricaba

LOCALIZAÇÃO

Marechal Cândido Rondon – PR

STATUS

Em operação, com aproveitamento de dejetos de bovinos e suínos de pequenas propriedades rurais.

PRODUÇÃO DE BIOGÁS

660 m³ por dia • Produção de energia elétrica, por meio de um grupo motogerador de 100kVA, redistribuída para os condôminos e comercialização do biogás para utilização térmica para uma agroindústrial local;

DESTINAÇÃO DO BIOGÁS

• Uso nas propriedades rurais como substituto do gás de cozinha para cocção de alimentos, aquecimento da água para banho e, ainda, para a limpeza de equipamentos de ordenha; • Emprego no secador de grãos comunitário.

À esquerda, instalações para a produção de biogás no Condomínio Ajuricaba. À direita, a Microcentral Termelétrica a Biogás. Fonte: CIBIOGÁS-ER, 2014.

NOME

Projeto de Mobilidade a Biogás – Granja Haacke

LOCALIZAÇÃO

Santa Helena – PR

STATUS

Em operação com o uso de biometano para veículos dentro do Parque Tecnológico Itaipu

PRODUÇÃO DE BIOGÁS

1.000 m³ de biogás por dia, podendo ser convertidos em 700 m³ de biometano por dia

DESTINAÇÃO DO BIOGÁS

• Produção de energia veicular (biometano), para mobilidade no Parque Tecnológico Itaipu.

Posto de abastecimento de Biometano, no Parque Tecnológico Itaipu (esquerda) e ônibus Euro 6, da Scania, movido a biometano (direita). Fonte: CIBIOGÁS-ER, 2015.

OPORTUNIDADES DA CADEIA PRODUTIVA DE BIOGÁS PARA O ESTADO DO PARANÁ

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NOME

Chácara Marujo

LOCALIZAÇÃO

Castro – PR

STATUS

Em operação, com o uso de dejetos suínos

PRODUÇÃO DE BIOGÁS

1.000 m³ de biogás por dia

DESTINAÇÃO DO BIOGÁS

• Aquecimento do piso na maternidade e creches, por meio de aquecedores de água e um sistema de serpentinas de água. O biogás também é usado para a secagem de grãos e geração de energia elétrica.

À direita, biodigestor circular, que funciona como fermentador principal, com sistema de agitação e aquecimento. À esquerda, biodigestor que tem função de pós-fermentador. Fonte: Elaboração própria.

NOME

Usina de Biogás de Pomerode

LOCALIZAÇÃO

Pomerode – SC

STATUS

Em operação, com o uso de dejetos suínos

PRODUÇÃO DE BIOGÁS

2.880 m³ de biometano por dia

DESTINAÇÃO DO BIOGÁS

• Produção de energia veicular (biometano), similar ao gás natural, cuja comercialização será intermediada pela Companhia de Gás de Santa Catarina – SCGÁS

Ao fundo, o biodigestor e, à frente, a biorrefinaria de biogás. Fonte: Elaboração própria.

112

CASOS DE SUCESSO NA PRODUÇÃO DE BIOGÁS


5.2

iRESÍDUOS iURBANOS

Além do aproveitamento do biogás nesses dois sistemas apresentados, plantas de Tratamento Mecânico Biológico de resíduos sólidos urbanos via biodigestão e com aproveitamento energético de biogás estão sendo estudadas e implementadas. Por ainda estarem em desenvolvimento, não são apresentadas nesse estudo, mas vale mencionar, devido à importância desses sistemas para O esgoto doméstico também entra na categoria atendimento à PNRS que preconiza que seja de matéria-prima para a geração de biogás, desde evitado o envio de orgânicos para aterros sanitários que submetido ao processo anaeróbico adequado desde que haja uma opção de tratamento técnica de tratamento. Apesar de produzir um volume e economicamente viável. relativamente baixo de biogás, o aproveitamento desse efluente mostra-se vantajoso pelo facilitado Na sequência são apresentados quatro casos de acúmulo e captação e pelo alto consumo sucesso no estado de São Paulo, dois no Rio de energético em estações de tratamento de esgotos, Janeiro, um em Minas Gerais e outro em Santa especialmente em cidades dotadas de sistema de Catarina. Este último recebeu visita da equipe de especialistas responsável pela presente publicação. tratamento já consolidados. Os aterros sanitários recebem os resíduos sólidos coletados nas cidades, os quais produzem biogás ao entrar em decomposição. No processo de construção do aterro, pode ser previsto um sistema de coleta e de encanamento desse gás, de modo a diminuir impactos ambientais e possibilitar seu aproveitamento energético.

NOME

Aterro São João

LOCALIZAÇÃO

São Paulo – SP

STATUS

Em operação com o emprego de resíduos sólidos urbanos aterrados

PRODUÇÃO DE BIOGÁS

15.000 m³ de biogás por hora, com 50% de metano

DESTINAÇÃO DO BIOGÁS

• Geração de energia elétrica (476.900 MWh por ano)

Localizado na Zona Leste de São Paulo, o Aterro São João fornecerá o gás metano para a usina associada durante 15 anos. Fonte: GASNET, 2014.

OPORTUNIDADES DA CADEIA PRODUTIVA DE BIOGÁS PARA O ESTADO DO PARANÁ

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NOME

Aterro Bandeirantes

LOCALIZAÇÃO

São Paulo – SP

STATUS

Aterro fechado em 2007, cujos resíduos sólidos urbanos armazenados propiciam a produção de biogás. O aterro possui cerca de 30 milhões de toneladas de resíduos aterrados.

PRODUÇÃO DE BIOGÁS

Média de 135.000 m³ por dia

DESTINAÇÃO DO BIOGÁS

• Geração de energia elétrica (755.700 MWh)

Vista aérea do Aterro Bandeirantes e dos queimadores de biogás (flares). Fonte: LOGA ENERGIA, 2014.

NOME

Aterro do Jardim Gramacho

LOCALIZAÇÃO

Duque de Caxias – RJ

STATUS

Aterro fechado com usina de biogás em operação a partir dos resíduos sólidos urbanos armazenados

PRODUÇÃO DE BIOGÁS

160 milhões de m³ de biogás por ano

DESTINAÇÃO DO BIOGÁS

• Transporte para a Refinaria Duque de Caxias – REDUC, com a finalidade de geração de energia elétrica. A expectativa é reduzir em cerca de 20% os gastos com eletricidade

À esquerda, Aterro de Jardim Gramacho e, à direita, a usina de biogás. Fonte: G1, 2013.

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CASOS DE SUCESSO NA PRODUÇÃO DE BIOGÁS


NOME

Aterro Sanitário Dois Arcos

LOCALIZAÇÃO

São Pedro da Aldeia – RJ

STATUS

Em operação com utilização de 600 toneladas de lixo que são recolhidas nos municípios de São Pedro da Aldeia, Búzios, Iguaba Grande, Arraial do Cabo, Cabo Frio, Casimiro de Abreu, Silva Jardim e Araruama.

PRODUÇÃO DE BIOGÁS

15 mil m³ por dia de biometano, cerca de 5,5 milhões de m³ por ano

DESTINAÇÃO DO BIOGÁS

• Comercialização do biometano para o Supermercado Guanabara, que o usa para gerar eletricidade.

À esquerda, vista aérea do Aterro de Dois Arcos e, à direita, a usina de purificação. Fonte: DOIS ARCOS, 2016.

NOME

Aterro Sanitário de Canhanduba

LOCALIZAÇÃO

Itajaí – SC

STATUS

Aterro fechado com usina de biogás em operação a partir dos resíduos sólidos urbanos armazenados

PRODUÇÃO DE BIOGÁS

520 m³/h

DESTINAÇÃO DO BIOGÁS

• Geração de energia elétrica (800kWh), para autoconsumo (60kWh) e comércio do excedente no Mercado Livre, sob autorização da CELESC (Centrais Elétricas de Santa Catarina).

À esquerda, o grupo gerador de energia elétrica, à direita, aterro sanitário ao fundo e, à frente, a usina de captação e tratamento de biogás. Fonte: Elaboração própria.

OPORTUNIDADES DA CADEIA PRODUTIVA DE BIOGÁS PARA O ESTADO DO PARANÁ

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NOME

Estação de Tratamento de Esgotos Ribeirão

LOCALIZAÇÃO

Ribeirão Preto – SP

STATUS

Em operação desde 2.000 com efluentes líquidos urbanos e atende toda a região sul, oeste e norte do município, capacidade de 1.450 l/s.

PRODUÇÃO DE BIOGÁS

8.000 m3/dia de biogás, com 65% de metano

DESTINAÇÃO DO BIOGÁS

• Geração de energia elétrica para autoconsumo com capacidade instalada de 1,5 MW e uso da energia térmica para aquecimento dos digestores

À esquerda, vista aérea da ETE Ribeirão Preto. À direita, usina de captação e tratamento de biogás. Fonte: AMBIENT - Serviços Ambientais de R. Preto S/A.

NOME

Estação de Tratamento de Efluentes – ETE Arrudas

LOCALIZAÇÃO

Sabará – MG

STATUS

Em operação com resíduos líquidos urbanos provenientes de esgoto da bacia Ribeirão Arrudas (municípios de Contagem e Belo Horizonte)

PRODUÇÃO DE BIOGÁS

25.000m³/dia de biogás, com 67% de metano

DESTINAÇÃO DO BIOGÁS

• Geração de energia elétrica para autoconsumo, com capacidade instalada de 2,4 MW

À esquerda, vista aérea da Unidade de Tratamento de Esgoto Arruda. À direita, estão as instalações de captação e purificação de biogás. Fonte: COPASA, 2015.

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CASOS DE SUCESSO NA PRODUÇÃO DE BIOGÁS


NOME

Central de Tratamento de Resíduos – CTR Caieiras

LOCALIZAÇÃO

Caieiras – SP

STATUS

Projeto piloto com uso de resíduos sólidos urbanos aterrados

PRODUÇÃO DE BIOGÁS

17.600 m³/h

DESTINAÇÃO DO BIOGÁS

• Geração de energia elétrica (17 MW de potência disponível)

À esquerda, Aterro Caieiras. À direita, usina de captação e tratamento de biogás. Fonte: ESSENCIS, 2014.

5.3

iRESÍDUOS iINDUSTRIAIS

Inúmeros são os resíduos industriais com potencial de biodigestão e de produção de biogás. O tratamento e a disposição final desses pelas empresas geradoras constituem processos custosos, mas cada vez mais imprescindíveis, dada a ampliação da consciência ambiental, o endurecimento da legislação pertinente e o incremento fiscalizatório.

às avaliações econômicas de implantação de projetos nessa direção.

A exemplo do que ocorre nos condomínios agropecuários, é possível que as indústrias também efetuem parcerias, no sentido de agregar matériasprimas, com vistas à melhoria do rendimento produtivo de biogás, bem como a economia de custos na aquisição de equipamentos. Esse é o Às empresas, portanto, mostra-se interessante caso do complexo gaúcho Ecocitrus, o qual foi atrelar o procedimento obrigatório de tratamento objeto de visita técnica da equipe de especialistas, de resíduos à produção de bioenergia, passível responsável por esta publicação. de utilização no próprio empreendimento ou de comercialização. Tal cenário proporciona, a um Os empreendimentos geradores de expressivos só tempo, abatimento de custos e adequação ao volumes de resíduos, por seu turno, podem optar pela implantação de sistemas exclusivos de arcabouço legal. geração. Nesse âmbito, é possível citar as usinas A viabilidade da implantação de usinas de biogás de álcool e açúcar voltadas à obtenção de biogás no setor industrial somente é assegurada por a base de vinhaça, rejeito abundante nesse nicho estudos de viabilidade e de potencialidade de industrial. Entre elas, está a Usina de São Martinho, geração de biogás por cada espécie de resíduo. Tais em São Paulo, apresentada a seguir com mais investigações, por sua vez, conferem fundamento detalhes.

OPORTUNIDADES DA CADEIA PRODUTIVA DE BIOGÁS PARA O ESTADO DO PARANÁ

117


NOME

Ecocitrus

LOCALIZAÇÃO

Montenegro – Rio Grande do Sul

STATUS

Em operação com o uso de resíduos da produção de sucos cítricos e de laticínios

PRODUÇÃO DE BIOGÁS

3 mil m³ biogás por dia, com 72% de metano • Purificação do biogás para biometano (96%);

DESTINAÇÃO DO BIOGÁS

• Compressão e armazenamento em cilindros para utilização no abastecimento veicular.

À esquerda, produção de Biogás, à direita, purificação por lavagem, com água sob pressão.

À esquerda, Compressão de biometano (96%) para abastecimento veicular, à direita, sistema de abastecimento veicular. Fonte: Elaboração própria.

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CASOS DE SUCESSO NA PRODUÇÃO DE BIOGÁS


NOME

Usina São Martinho

LOCALIZAÇÃO

Pradópolis – São Paulo

STATUS

Em operação com emprego de vinhaça

PRODUÇÃO DE BIOGÁS

25.000m³ biogás por dia, com cerca de 70% de metano

DESTINAÇÃO DO BIOGÁS

• Produção de energia elétrica, com economia de 5.625MW por ano; • Utilização para secagem de levedura.

Usina São Martinho. Fonte: MZWEB, 2014.

OPORTUNIDADES DA CADEIA PRODUTIVA DE BIOGÁS PARA O ESTADO DO PARANÁ

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6

CERTIFICAÇÃO DO BIOGÁS

Nos anos recentes, a tecnologia do biogás tem Esta normativa representa uma grande conquista ganhado visibilidade no Brasil, em consequência para o cenário das energias renováveis no Brasil e de uma pluralidade de fatores. Dentre eles, a ne- definiu os seguintes conceitos: cessidade de diversificação da matriz energética I - Biogás: gás bruto obtido da nacional, a existência de grande quantidade de decomposição biológica de produtos ou matéria-prima disponível no país para a geração resíduos orgânicos; de biogás, bem como a possibilidade de obtenção descentralizada de energia renovável com maior II - Biometano: biocombustível gasoso sustentabilidade. constituído essencialmente de metano, derivado da purificação do Biogás; Diante disso, conforme já mencionado nos capítulos anteriores, organismos governamentais e emIII - Gás Natural Veicular (GNV): presas privadas brasileiras vêm apoiando o desendenominação do combustível gasoso, volvimento de iniciativas de produção de biogás e tipicamente proveniente do Gás de aproveitamento energético do recurso, seja na Natural ou Biometano, ou da mistura queima direta para uso do calor como eletricidade, de ambos, destinado ao uso veicular ou enquanto combustível veicular. Todavia, há lae cujo componente principal é o cunas importantes a serem preenchidas de forma metano, observadas as especificações a proporcionar o desenvolvimento e expansão do estabelecidas pela ANP. setor. Entre elas, está a ausência de certificações unificadas. Antes de a normativa ser publicada, alguns estados se adiantaram e apresentaram programas locais No dia 30 de Janeiro de 2015, a ANP publicou a de incentivo à produção e ao uso de biogás. No Resolução Normativa 8, que regulamenta o uso do Rio de Janeiro, a Lei 6361, de 18 de dezembro de biometano (biogás purificado) no Brasil. De acordo 2012, dá ênfase à obtenção de biogás a partir de com a resolução, o biometano produzido a partir resíduos sólidos urbanos. Além disso, determina de produtos e resíduos pecuários (como dejetos que as distribuidoras de energia têm a obrigação de suínos e de aves), agrícolas e agroindustriais de transportar até 10% de biometano. será tratado de maneira semelhante ao gás natural (GN). Isto significa que o biometano poderá ter o Em São Paulo, por sua vez, o foco está no recurso mesmo uso do gás natural, inclusive com a mesma proveniente da biodigestão da vinhaça. Nesse esvaloração econômica, desde que atenda às exigên- tado, o Decreto 58.659, de 4 de dezembro de 2012, cias de qualidade do produto, estabelecidas nesta institui o Programa Paulista de Biogás, o qual denoresolução. mina por biometano o gás que esteja dentro dos limites indicados pela Resolução 16 de 2008 da ANP.

120

CERTIFICAÇÃO DO BIOGÁS


Segundo tal resolução, o gás natural deve possuir Caso as características do biometano se revelem superiores, estas não afetam negativamente a as seguintes características físico-químicas: cadeia produtiva: quadro similar ocorre com • Poder Calorífico Superior → 35.000 a 43.000 kJ/m³; uso de gasolina padrão e de alta octanagem em veículos movidos com esse tipo de combustível. • Índice de Wobbe → 46.500 a 53.500 kJ/m³; O mesmo aplica-se ao emprego de biometano em substituição ou complementação ao gás • Número de metano, mínimo → 65; natural veicular. Por conseguinte, o biogás precisa • Metano, mínimo → 85,0 % mol; ser purificado nos mesmos padrões de qualidade que o gás natural, quando usado no lugar ou em • Etano, máximo → 12,0 % mol; adicionamento a este último, conforme prescreve a já referida resolução da ANP. • Propano, máximo → 6,0 % mol; • C4+, máximo → 3,0 % mol; • Oxigênio, máximo → 0,5 % mol; • Inertes (N2 + CO2), máximo → 6,0 % mol; • CO2, máximo → 3,0 % mol; • Enxofre total, máximo → 70 mg/m³; • H2S, máximo → 10 mg/m³;

Não obstante, a regulamentação do setor do biogás em âmbito nacional, deve finalmente dar embasamento prático a produtores, distribuidores e consumidores, de maneira que toda a cadeia produtiva opere com parâmetros definidos de qualidade para o biometano. Tal cenário resultará no desenvolvimento, de forma direta ou indireta, de um extrato considerável da indústria brasileira, inclusas a agroindústria, a indústria de base, a intermediária e a de bens de consumo.

• Ponto de orvalho de água, máximo → -45 °C e 1 atm;

Considerados todos esses aspectos, emerge como essencial o controle de qualidade do biometano. A segurança quanto à composição desse recurso é • Ponto de orvalho de hidrocarbonetos, imprescindível à consolidação de canais comerciais. máximo → 0 °C e 1 atm. Somente assim os agentes de distribuição e de uso A purificação do biogás em biometano, como já se sentirão, de fato, confortáveis em inseri-lo em dito, proporciona aplicações mais nobres como suas cadeias de atuação. a substituição do gás natural de origem fóssil, o Portanto, entende-se relevante a criação de um que aumenta a gama de destinações do recurso, certificado de qualidade de biometano, que bem com o valor agregado à utilização. Para chancele unidades purificadoras de biogás em tanto, o biometano, quando injetado na linha relação ao atendimento à citada norma da ANP e de distribuição de gás natural, deve possuir as às demais que se consolidarem. A existência de um mesmas características deste último. Do contrário, sistema de certificação, associado a uma efetiva pode causar alterações físico-químicas capazes de regulamentação, fortalecerá expressivamente o prejudicar o consumidor final, tais como redução setor produtivo de biogás, o qual deve assim evoluir do poder calorífico do gás encanado, devido à com maior credibilidade, facilidade e dinamismo. inserção de biometano com concentração de metano inferior à exigida, ou condensação do gás, A seguir, na Figura 10, será apresentado um resumo devido à alteração do ponto de orvalho. do marco regulatório do biogás, com as principais regulamentações e leis que antecederam e serviram como base para esta fonte renovável de energia. OPORTUNIDADES DA CADEIA PRODUTIVA DE BIOGÁS PARA O ESTADO DO PARANÁ

121


Figura 10: Linha do tempo sobre o marco regulatório do biogás no Brasil Considerando o primeiro texto de lei brasileira sobre a energia elétrica, autorizando o governo federal a promover o aproveitamento da força hidraúlica para transformação em energia elétrica aplicada a serviços federais.

Código de Águas

Lei 1.145

1903

1904 1906-1933-1957 1961

Lei 8.631 - Fixação dos Níveis das Tarifas de E.E. e extingue o Regime de Remuneração Garantida

1993

RN 281 E 371 ANEEL

1999

1973

Decreto 2.335 e 2.665 (MAE e ONS) Lei 9.648

2001

1997

1998 Decreto 2.335 e Implantação ANEEL

Lei 10.762 (Revisão PROINFA), MP 127 e PL 630

RN 502 ANEEL Manual

2002

2003

Lei 10.433 (MAE), Lei 10.438 (1% ROL, PROINFA e CDE) e Lei 10.604

Lei 9.991 (P&D) e Lei 9.993 (FNDCT)

Lei 7.990

Lei 9.433 (PNRH), Lei 9.478 (Lei do Petróleo PEN, CNPE e ANP)

Lei 9.074 Concessão de serviços de E.E.

1989

Lei 5.899 Lei de Itaipu

1996

2000

1988

Lei 9.427 (ANEEL) Projeto Re-SEB

1995

Lei 8.987 Concessão de serviços públicos

1971

Lei 3.890 (Eletrobrás)

Decreto 5.407

Constituição Federal (art. 21 e art. 175)

Lei 5.655

RN 165 e 167 ANEEL

2004

2005

Lei 10.847 (EPE), Lei 10.848 (GD) e Decreto 5.163 RN 56, 62, 68 e 77 ANEEL

RN 687 - ANEEL

RN 271 ANEEL

2006 2007 Plano Nacional de Recursos Hídricos RN 228, 247 ANEEL

122

CERTIFICAÇÃO DO BIOGÁS

RN 390, 391 e 395 ANEEL Lei 12.187 (PNMC)

2008

2009

RN 320, 343 e RA 1.482 ANEEL

Lei 12.490 (Biocombustíveis)

2010

2011

Decreto 7.390 (Regulamenta PNMC)

RN 547 e 556

Portaria 44 MME

Lei 12.783 (Redução tarifa)

RN 8 – ANP Biometano

2012 2013 RN 482 ANEEL (Compensação E.E)

2014 2015 Nota Técnica 13/14 EPE


Referências ABEGÁS; BRASIL ENERGIA; SINDICOM NOTÍCIAS. Concessionárias começam a ver o biogás como fonte de suprimento alternativa ao domínio da Petrobrás. Publicado em: 2013. Disponível em: <http:// www.gasnet.com.br/conteudo/15192/Distribuidoras-de-bio-gas-natural>. Acesso em: ago. 2014. ABREU, L. R. Tecnologia de leites e derivados. 1. ed. Minas Gerais, 1999. p. 112-115; 126-127. AGÊNCIA ESTADUAL DE NOTÍCIAS (AEN). Compagás anuncia investimentos de R$ 84,2 milhões. Publicado em: 2014. Disponível em: <http://www.aen.pr.gov.br/modules/noticias/article. php?storyid=79394>. Acesso em: ago. 2014. AGÊNCIA NACIONAL DE ÁGUAS (ANA). Manual de Conservação e Reuso de Água na Agroindústria Sucroenergética. Brasília: Agência Nacional de Águas (ANA); Federação das Indústrias do Estado de São Paulo (FIESP); União da Indústria da Cana-de-açúcar (ÚNICA); Centro de Tecnologia Canavieira (CTC), 2009. p. 239. AGÊNCIA NACIONAL DE ENERGIA ELÉTRICA (ANEEL). Usinas do tipo Biomassa em Operação 2015. Publicado em: 2015a. Disponível em: <http://www.aneel.gov.br/aplicacoes/capacidadebrasil/ OperacaoGeracaoTipo.asp?tipo=5&ger=Combustivel&principal=Biomassa>. Acesso em: ago. 2015. _______. Matriz de Energia Elétrica. Publicado em: 2015b. Disponível em: <http://www.aneel.gov.br/ aplicacoes/capacidadebrasil/OperacaoCapacidadeBrasil.cfm>. Acesso em: jan.2015. ______. Capacidade de geração do Brasil. Publicado em: 2016. Disponível em: <http://www.aneel.gov.br/ aplicacoes/capacidadebrasil/CombustivelListaUsinas.asp?classe=Biomassa&combustivel=19&fase=3>. Acesso em: fev.2016. AGÊNCIA NACIONAL DE PETRÓLEO, GÁS NATURAL E BIOCOMBUSTÍVEIS (ANP). Anuário estatístico brasileiro do petróleo, gás natural e biocombustíveis 2015. Publicado em: 2015. Disponível em: <www.anp.gov.br/?pg=76798>. Acesso em: nov. 2015. AMBIENT. Estação de Tratamento de Esgotos Ribeirão. Disponível em: <http://www.ambient.com.br/ static/pdf/ribeirao-preto.pdf>. Acesso em: nov. 2015. ANDRADE, M. A. N. et al. Biodigestores rurais no contexto da atual crise de energia elétrica brasileira e na perspectiva da sustentabilidade ambiental. In Procedings of the 4th Encontro de Energia no Meio Rural, 2002, Campinas, SP. 2002 ANDRADE, R. L. P.; MARTINS, J. F. P. Influência da adição de fécula de batata-doce (Ipomoea batatas L.) sobre a viscosidade do permeado de soro de queijo. Ciência e Tecnologia de Alimentos, Campinas, v. 22, n. 3, p. 249-253, 2002.

OPORTUNIDADES DA CADEIA PRODUTIVA DE BIOGÁS PARA O ESTADO DO PARANÁ

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OPORTUNIDADES DA CADEIA PRODUTIVA DE BIOGÁS PARA O ESTADO DO PARANÁ

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ROSENWINKEL, K. H.; AUSTERMANN-HAUN, U.; MEYER, H. Industrial Wastewater Sources and Treatment Strategies. Environmental Biotechnolgy, Wyley-VCH, Weinheim, Alemanha, 2005. SECRETARIA DA AGRICULTURA E ABASTECIMENTO (SEAB). Madeira em tora para papel e celulose – produção por região administrativa da SEAB: 2008 a 2012. Publicado em: 2013. Disponível em: <www. agricultura.pr.gov.br/arquivos/File/deral/cprbr.pdf>. Acesso em: jun. 2014. SGANZERLA, E. Biodigestor: uma solução. Porto Alegre: Agropecuária, 1983. 88 p. SILVA, C.; ANDREOLI, C. V. Compostagem como alternativa à disposição final dos resíduos sólidos gerados na CEASA Curitiba/PR. Engenharia Ambiental – Espírito Santo do Pinhal, v. 7, n. 2, p. 027-040, 2010. SILVA, I. T. da; SILVA, I. M. O. da; ROCHA, B. R. P. da. Geração de energia a partir de resíduos de mandioca para agricultura familiar no Estado do Pará. In: ENCONTRO DE ENERGIA NO MEIO RURAL, 4. 2002, Campinas. Disponível em: <www.proceedings.scielo.br/scielo.php?script=sci_ arttext&pid=MSC0000000022002000200005&lng=en&nrm=abn>. Acesso em: ago. 2015. SINDICATO NACIONAL DA INDÚSTRIA DA CERVEJA (SINDICERV). Mercado cervejeiro. Publicado em: 2012. Disponível em: <www.sindicerv.com.br/mercado.php>. Acesso em: 20 set. 2014. SISTEMA DE CONTROLE DE PRODUÇÃO DE BEBIDAS (SICOBE). Produção cervejas e refrigerantes. Publicado em: 2014. Disponível em: <http://gerencialpublico.cmb.gov.br/PROD_BEBIDAS_MENSAL. html>. Acesso em: abr. 2014. SISTEMA NACIONAL DE INFORMAÇÕES SOBRE SANEAMENTO. Diagnóstico dos Serviços de Água e Esgoto. Publicado em: 2012. Disponível em: http://www.snis.gov.br/diagnostico-agua-e-esgotos>. Acesso em: 21 ago. 2013. SOUZA, L. S.; FIALHO, J. F. Cultivo da Mandioca para a Região do Cerrado. Embrapa Mandioca e Fruticultura, Sistemas de Produção, n. 8, 2003. SOUZA, S. N. M.; SORDILL, A.; OLIVA, C. A. Potencial de energia primária de resíduos vegetais no Paraná. In: Encontro de Energia no Meio Rural, 4., 2002. Disponível em: <www.proceedings.scielo.br/scielo. php?pid=MSC0000000022002000200042&script=sci_arttext>. Acesso em: fev. 2014. TENTSCHER, W. A. K. Biogas technology as a component of food processing systems. Food Technology, p. 80-85, 1995. VILLELA JUNIOR, L. V. E. et al. Substrato e solução nutritiva desenvolvidos a partir de efluente de biodigestor para cultivo do meloeiro. Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental. Campina Grande, PB, v.11, n.2, p.152-158, 2007. WORLD WILDLIFE FUND (WWF). Relatório Florestas Vivas. Publicado em: 2014. Disponível em: <http:// www.wwf.pt/o_que_fazemos/florestas_vivas/>. Acesso em: ago. 2014.

132

REFERÊNCIAS


OPORTUNIDADES DA CADEIA PRODUTIVA DE BIOGÁS PARA O ESTADO DO PARANÁ

133


Anexos Anexo A Produção em 2008 [t]

Produção em 2009 [t]

Produção em 2010 [t]

Produção em 2011 [t]

Produção em 2012 [t]

Produção anual média em 20082012 [t]

Fator de conversão da produção em resíduos [t/t]

Cana-de-açúcar

51.244.227

53.831.791

48.361.207

44.907.862

47.940.989

49.257.215

0,54

Milho

15.613.442

11.261.704

13.567.096

12.472.720

16.555.330

13.894.058

1,42

Soja

11.800.466

9.408.991

14.091.829

15.457.911

10.937.896

12.339.419

1,40

Mandioca

3.325.943

3.654.710

4.012.948

4.179.699

3.869.080

3.808.476

1,40

Total

81.984.078

78.157.196

80.033.080

77.018.192

79.303.295

79.299.168

Cana-de-açúcar

645.300.182

691.606.147

717.463.793

734.006.059

721.077.287

701.890.694

0,54

Milho

58.933.347

50.719.822

55.364.271

55.660.235

71.072.810

58.350.097

1,42

Soja

59.833.105

57.345.382

68.756.343

74.815.447

65.848.857

65.319.827

1,40

Mandioca

26.703.039

24.403.981

24.967.052

25.349.542

23.044.557

24.893.634

1,40

Total

790.769.673

824.075.332

866.551.459

889.831.283

881.043.511

850.454.252

Fonte

IBGE, 2012.

IBGE, 2012.

IBGE, 2012.

IBGE, 2012.

IBGE, 2012.

Média aritimética de (1)-(5).

Paraná

Brasil

134

ANEXOS

SOUZA; SORDILL; OLIVA, 2002.


Produção anual média de resíduos em 2008-2012 [t]

Fator de conversão de resíduos em energia [MJ/kg]

Potencial energético médio em 2008-2012 [MJ]

Fator de conversão de MJ para kWh [kWh/MJ]

Potencial energético médio em 2008-2012 [GWh]

Potencial energético médio em 2008-2012 [kWh]

26.598.897

16,0

425.582.351.728

0,27778

118.217.319.924

118.217

19.729.562

17,7

349.213.253.358

0,27778

97.003.681.488

97.004

17.275.186

14,6

252.217.716.184

0,27778

70.060.476.718

70.060

5.331.866

15,8

84.030.214.464

0,27778

23.341.726.240

23.342

1.111.043.535.735

0,27778

308.623.204.371

308.623

68.935.512

379.020.986

16,0

6.064.335.769.401

0,27778

1.684.537.713.722

1.684.538

82.857.135

17,7

1.466.571.294.039

0,27778

407.380.915.011

407.381

91.447.758

14,6

1.335.137.259.792

0,27778

370.871.461.053

370.871

34.851.088

15,8

549.253.144.989

0,27778

152.570.318.052

152.570

9.415.297.468.221

0,27778

2.615.360.407.839

2.615.360

1000*(8)*(9).

WALKER, J. et al. (2014).

(10)*(11).

(12)/1.000.000.

588.176.966 (6)*(7).

MME, 2007; SILVA, SILVA, ROCHA, 2002.

OPORTUNIDADES DA CADEIA PRODUTIVA DE BIOGÁS PARA O ESTADO DO PARANÁ

135


136

ANEXOS

2,350

12,500

5.518.927

1.615.916

Suínos

Vacas ordenhadas

OLIVEIRA, 1993.

(1)*(2).

IBGE, 2012.

285.043.987,50

Fonte

12,500

22.803.519

Vacas ordenhadas

91.170.369,70

531.020.206,00

2,350

38.795.902

Suínos

154.805.848,80

68.081.599,85

20.198.950,00

12.969.478,45

34.913.171,40

Produção diária de dejetos [kg]

Total

0,150

1.032.038.992

Aves

Brasil

Total

0,150

232.754.476

Quantidade de dejetos por cabeça por dia [kg/(cabeça*dia)]

Aves

Paraná

Efetivo do rebanho em 2012

(3)*365.

193.822.375.190

104.041.055.438

33.277.184.941

56.504.134.812

24.849.783.945

7.372.616.750

4.733.859.634

12.743.307.561

Produção anual de dejetos [kg]

KUNZ; OLIVEIRA, 2006.

0,038

0,079

0,050

0,038

0,079

0,050

Fator de conversão de dejetos em biogás [m3/kg]

(4)*(5).

3.953.560.106,63

2.628.897.610,30

2.825.206.740,60

280.159.436,50

373.974.911,11

637.165.378,05

Potencial da produção de biogás em 2012 [m3]

SGANZERLA, 1983.

1,43

1,43

1,43

1,43

1,43

1,43

Fator de conversão de biogás em energia elétrica [kWh/m3]

(6)*(7).

13.452.960.174

5.653.590.952

3.759.323.583

4.040.045.639

1.846.558.608

400.627.994

534.784.123

911.146.491

Potencial energético em 2012 [kWh]

(8)/1.000.000.

13.452,96

5.653,59

3.759,32

4.040,05

1.846,56

400,63

534,78

911,15

Potencial energético em 2012 [GWh]

(9)[Paraná]/ (9)[Brasil].

13,73%

7,09%

14,23%

22,55%

Relação PR/BR em produção de energia

Anexo B


12,0 12,0

1.471.320,0 27.808.591,0 ANP, 2015.

Paraná

Brasil

Fonte

0,1 0,1

Produção de biodiesel em 2012 [m3]

120.110,9

2.717.483,5

Adaptado de ANP/SPD, 2014, conforme Resolução ANP 17/2004.

Paraná

Brasil

Fonte MENDES; SERRA, 2012; ANP, 2014.

Índice de conversão de glicerol em biodiesel [m3/m3]

(1)*(2).

271.748,3

12.011,1

GUIA PRÁTICO DO BIOGÁS, 2010.

250

250

(3)*(4).

67.937.087,2

3.002.771,3

SGANZERLA, 1983.

1,43

1,43

(5)*(6).

97.150.035

4.293.963

Potencial energético em 2012 [kWh]

SGANZERLA, 1983.

1,43

1,43

Fator de conversão de biogás em energia elétrica [kWh/m3]

Fator de conversão de biogás em energia elétrica [kWh/m3]

(3)*(4).

3.170.179.374,0

167.730.480,0

Potencial da produção de biogás em 2013 [m3]

Potencial da produção de biogás em 2012 [m3]

ANA, 2009.

9,5

9,5

Fator de conversão de vinhaça em biogás [m3/m3]

Fator de conversão de glicerol em biogás [m3/m3]

(1)*(2).

333.703.092,0

17.655.840,0

Potencial da produção de vinhaça em 2013 [m3]

Potencial da produção de glicerol em 2012 [m3]

ANA, 2009.

Fator de conversão de etanol em vinhaça [m3/m3]

Produção de etanol em 2013 [m3]

(7)/1.000.000.

97,15

4,29

Potencial energético em 2012 [GWh]

(5)*(6)/1.000.000.

4.533,4

239,9

Potencial energético em 2013 [GWh]

(8) [Paraná]/ (8)[Brasil].

4,42%

Relação PR/BR em produção de energia

(7)[Paraná]/ (7)[Brasil].

5,29%

Relação PR/BR em produção de energia

Anexo C Anexo D

OPORTUNIDADES DA CADEIA PRODUTIVA DE BIOGÁS PARA O ESTADO DO PARANÁ

137


138

ANEXOS

9,0

9,0

Produção de queijo [t]

7.568,00

867.100,00

SEAB, 2013.

Paraná

Brasil

Fonte

0,33

0,33

374.336,09

519.670,77

CEPEA (2013).

Paraná

Brasil

Fonte

FIORETTO et al., 2001.

Fator de conversão de fécula de mandioca em manipueira [m3/t]

(1)*(2).

7.803.900,0

68.112,0

Produção de soro de leite [m3]

Produção de fécula de mandioca em 2012 [t]

ABREU, 1999.

Fator de conversão de queijo em soro de leite [m3/t]

(1)*(2).

171.491,4

123.530,9

Potencial da produção de manipueira em 2012 [m3]

ANDRADE; MARTINS, 2002.

0,5

0,5

Proporção do soro de leite descartada

FEIDEN, CEREDA, 2003; KUCZMAN et al., 2011.

4,1

4,1

Fator de conversão de manipueira em biogás [m3/m3]

(3)*(4).

3.901.950

34.056

Produção de soro de leite potencialmente descartada [m3]

(3)*(4).

703.114,55

506.476,73

Potencial da produção de biogás em 2012 [m3]

LACERDA; OLIVEIRA; CARUSO, 1990; ROSENWINKEL; AUSTERMANNHAUN; MEYER, 2005.

22,75

22,75

Fator de conversão de soro de leite em biogás [m3/m3]

SGANZERLA, 1983.

1,43

1,43

Fator de conversão de biogás em energia elétrica [kWh/m3]

(5)*(6).

88.769.362,50

774.774,00

Potencial da produção de biogás [m3]

(5)*(6).

1.005.453,81

724.261,72

(7)/1.000.000.

1,01

0,72 72,03%

Relação PR/BR em produção de energia

(10) [Paraná]/ (10) [Brasil].

0,87%

Relação PR/BR em produção de energia

(8)[Paraná]/(8) [Brasil].

(9)/1.000.000.

126,94

1,11

Potencial energético [GWh]

Potencial energético em 2012 [GWh]

(7)*(8).

126.940.188,38

1.107.926,82

Potencial energético [kWh]

Potencial energético em 2012 [kWh]

SGANZERLA, 1983.

1,43

1,43

Fator de conversão de biogás em energia elétrica [kWh/m3]

Anexo E Anexo F


0,30 0,30

Produção de laranja em 2012 [t]

913.214,00

18.012.560,00

IBGE, 2012.

Paraná

Brasil

Fonte ROSENWINKEL; AUSTERMANMNHAUN; MEYER, 2005.

Fator de conversão de suco de laranja em água de laranja [m3/m3]

(1)*(2).

5.403.768,0

273.964,2

Produção de água de laranja em 2012

GUIA DO BIOGÁS, 2011.

30,3

30,3

Fator de conversão de água de laranja em biogás [m3/ m3]

(3)*(4)*0,7.

114.613.919,28

5.810.780,68

Potencial da produção de biogás em 2012 [m3]

SGANZERLA, 1983.

1,43

1,43

Fator de conversão de biogás em energia elétrica [kWh/m3]

(5)*(6).

163.897.904,57

8.309.416,38

Potencial energético em 2012 [kWh]

(7)/1.000.000.

163,90

8,31

Potencial energético em 2012 [GWh]

(8) [Paraná]/ (8)[Brasil].

5,07%

Relação PR/BR em produção de energia

Anexo G

OPORTUNIDADES DA CADEIA PRODUTIVA DE BIOGÁS PARA O ESTADO DO PARANÁ

139


Anexo H Produção de cerveja em 2014 [m3]

Produção de cerveja em 2014 [l]

Fator de conversão de cerveja em biomassa [kg/l]

Biomassa gerada [kg]

Biomassa gerada [t]

Fator de conversão de biomassa em VS [t/t]

Paraná

306.306.000,00

306.306.000.000,00

0,16

49.008.960.000,00

49.008.960,00

0,23

Brasil

14.137.049.858,00

14.137.049.858.000,00

0,16

2.261.927.977.280,00

2.261.927.977,28

0,23

Fonte

BRASIL, 2015.

(1)*1.000.

CERVAJARIA INSANA, 2014.

(2)*(3).

(4)/1.000.

CORDEIRO et al., 2012.

Anexo I

Paraná

Brasil

Setor Industrial

Produção anual carne processada [t]

Fator de conversão de carne processada em efluente [m3/t]

Produção anual de resíduos [m3]

Bovinos

497.084,50

13,00

6.462.098,50

Suínos

590.426,10

13,00

7.675.539,30

Frangos de Corte

3.863.517,37

13,00

50.225.725,81

Bovinos

11.862.879,00

13,00

154.217.427,00

Suínos

3.027.802,95

13,00

39.361.438,35

Frangos de Corte

12.759.627,90

13,00

165.875.162,70

ABIEC, MAPA, 2014.

ROSENWINKEL; AUSTERMANMN-HAUN; MEYER, 2005.

(1)*(2).

Fonte

Produção Industrial segundo PIA

Brasil

Fonte

140

ANEXOS

Setor Industrial

Produção Anual Carne (congelada+refrigerada) (T) 2012

Bovino

7.913.080

Suínos

2.598.343

Frango

9.751.145

IBGE/Pesquisa Industrial Anual (2012)


VS [t]

Fator de conversão de biomassa em biogás [m3/t]

Produção anual de biogás estimada [m3]

Fator de conversão de biogás em energia elétrica [kWh/m3]

Potencial Energético (kWh/ano)

Potencial Energético (GWh/ano)

11.399.484,10

508,00

5.790.937.920,77

1,43

8.281.041.226,70

8.281,04

526.124.447,52

508,00

267.271.219.337,79

1,43

382.197.843.653,04

382.197,84

(5)*(6).

KAFLE; KIM, 2013.

(7)*(8).

SGANZERLA, 1983.

(9)*(10).

(11)/1.000.000.

Índice de conversão resíduos em biogás m3 por tonelada de carne

Potencial Biogás (m³)

Fator de conversão de biogás em energia de elétrica [kWh/m³]

Potencial Energético (GWhano)

Relação PR/BR em produção de energia

8,58

55.444.805,13

1,43

79,29

4,20%

8,65

66.393.414,95

1,43

94,94

19,50%

7,90

396.783.233,90

1,43

567,40

30,30%

8,58

1.323.185.523,66

1,43

1.892,16

8,65

340.476.441,73

1,43

486,88

7,90

1.310.413.785,33

1,43

1.873,89

ROSENWINKEL; AUSTERMANMN-HAUN; MEYER, 2005.

(3)*(4).

SGANZERLA, 1983.

(5)*(6)/1.000.000.

Relação PR/BR em produção de energia

2,17%

(12)[Paraná]/ (12)[Brasil].

(7)[Paraná]/(7) [Brasil]

OPORTUNIDADES DA CADEIA PRODUTIVA DE BIOGÁS PARA O ESTADO DO PARANÁ

141


142

ANEXOS

162,00

162,00

3.153.000,00

24.078.000,00

BRACELPA, 2013.

Paraná

Brasil

Fonte

0,746

0,963

9.374.337

168.167.109

Microdados Pnad 2012.

Paraná

Brasil

Fonte

ABRELPE, 2014.

Fator de conversão de habitantes em RSU [kg/ (habitante*dia)]

População urbana 2012

(2)*365.

351,495

272,29

(1)*(3)/1.000.

59.109.898

2.552.538

FEAM, 2012.

100

100

Fator de conversão de RSU em biogás [m3/t]

BERNI; BAJAY, 2003.

0,9175

0,9175

Fator de conversão de resíduos em biogás [m3/m3]

Produção anual de RSU - 2012 [t]

(1)*(2).

3.900.636.000,00

510.786.000,00

Produção de resíduos em 2012 [m3]

Produção anual de RSU [kg/ habitante]

ROSENWINKEL AUSTERMANMNHAUN; MEYER, 2005.

Fator de conversão de papel e celulose em resíduos [m3/t]

Produção de celulose e papel em 2012 [t]

(4)*(5).

5.910.989.797,80

255.253.822,17

SGANZERLA, 1983.

1,43

1,43

Fator de conversão de biogás em energia elétrica [kWh/m3]

SGANZERLA, 1983.

1,43

1,43

Fator de conversão de biogás em energia elétrica [kWh/m3]

Potencial da produção de biogás em 2012 [m3]

(3)*(4).

3.578.833.530

468.646.155

Produção de biogás em 2012 [m3]

(6)*(7).

8.452.715.411

365.012.966

Potencial energético em 2012 [kWh]

(5)*(6).

5.117.731.947,900

670.164.001,650

Potencial energético em 2012 [kWh]

(8)/1.000.000.

8.452,72

365,01

Potencial energético em 2012 [GWh]

(7)/1.000.000.

5.117,732

670,164

Potencial energético em 2012 [GWh]

(9)[Paraná]/ (9)[Brasil]

4,32%

Relação PR/BR em produção de energia

(8)[Paraná]/ (8)[Brasil].

13,09%

Relação PR/BR em produção de energia

Anexo J Anexo K


0,16

0,16

População urbana 2010

8.912.692

160.925.792

IBGE - Censo Demográfico, 2010.

Paraná

Brasil

Fonte

IBGE, 2013.

Brasil

Fonte

OPORTUNIDADES DA CADEIA PRODUTIVA DE BIOGÁS PARA O ESTADO DO PARANÁ

0,4985

Produção de resíduos de Ceasas em 2012 [t]

12.904,54

CEASA-PR, 2012.

Paraná

Fonte

RAO et al., 2000.

Fator de conversão de resíduos em biogás [m3/kg]

(1)*(2).

BOUALLAGUI, 2005.

0,89

(1)*(2)*(3)*1.000.

5.725.293,4

(3)*(4).

SGANZERLA, 1983.

1,43

(5)/1.000.000.

5.227,16

286,20

Potencial energético [GWh]

(8)/1.000.000.

510,69

28,28

Potencial energético em 2010 [GWh]

(4)*(5).

8.187.169

Potencial energético em 2012 [kWh]

5.227.158.311,38

286.199.538,63

Potencial energético [kWh]

(6)*(7).

510.690.920,18

28.284.035,90

Potencial energético em 2010 [kWh]

Fator de conversão de biogás em energia elétrica [kWh/m3]

SGANZERLA, 1983.

1,43

1,43

Potencial da produção de biogás [m3]

3.655.355.462,50

SGANZERLA, 1983.

1,43

1,43

Fator de conversão de biogás em energia elétrica [kWh/m3]

Fator de conversão de biogás em energia elétrica [kWh/m3]

(4)*(5).

357.126.518

19.779.046

Potencial da produção de biogás em 2010 [m3]

200.139.537,50

Potencial da produção de biogás [m3]

COSTA, 2006

0,038

0,038

Fator de conversão de esgoto em biogás [m3/m3]

(6)/1.000.000.

8,19

Potencial energético em 2012 [GWh]

(6)[Paraná]/ (6)[Brasil].

5,48%

Relação PR/BR em produção de energia

(9)[Paraná]/ (9)[Brasil]

5,54%

Relação PR/BR em produção de energia

Anexo M

Porcentagem de SV

175,00

20.887.745,50 GUIA PRÁTICO DO BIOGÁS, 2010.

175,00

1.143.654,50

Paraná

(1)*(3).

9.398.066.252,8

520.501.212,8

Produção anual de esgoto [m3]

Fator de conversão de resíduos verdes em biogás [m3/t]

(2)*365.

58,4

58,4

Produção anual de esgoto por habitante [m3/ habitante]

Produção de resíduos de varrição e poda [t]

PIVELI, 2013.

Produção diária de esgoto por habitante [m3/ (habitante*dia)]

Anexo L Anexo N

143


Realização:

Apoio:

Oportunidades da Cadeia Produtiva de Biogás para o Estado do Paraná  
Oportunidades da Cadeia Produtiva de Biogás para o Estado do Paraná  
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