4 CODIGESTÃO DE DEJETOS AGROPECUÁRIOS

Distintos tipos de dejetos agropecuários podem ser utilizados para a produção de biogás e quando associados, podem otimizar o processo, uma vez que a composição da matéria orgânica nos substratos tem forte impacto no desempenho da biodigestão anaeróbica, mostrando a existência de uma relação entre a quantidade de metano produzido e a matéria orgânica utilizada, não apenas a fração biodegradável, mas também a fração não biodegradável (NIELFA et al., 2015).

A codigestão de diferentes substratos gera maior quantidade de biogás do que se for utilizado apenas um tipo no biodigestor, uma vez que a mistura dos substratos aumenta a chance de conter todos os nutrientes que são importantes para o crescimento dos microrganismos. A mistura pode melhorar a relação carbono e nitrogênio (C/N). (KARLSSON et al., 2018).

Nesse sentido, segundo Okonkwo et al. (2018) a proporção ideal de carbono e nitrogênio é de 30:1, uma vez que as bactérias responsáveis

pelo processo anaeróbico exigem ambos os elementos, assim como todos os organismos vivos, mas consomem carbono aproximadamente 30 vezes mais rápido que o nitrogênio.

A pesquisa de Miah et al. (2016) com misturas de cama de frango e cosubstrato de esterco bovino, na proporção de 25 e 75% respectivamente, proporcionou alto potencial de geração de biogás (72,5%.de metano), quando comparados com outras proporções, sob condições anaeróbicas.

Já, Ogunwande et al. (2013), realizaram estudos sobre a codigestão de dejetos de suínos e excretas de galinhas poedeiras, com diferentes proporções de misturas, indicaram que a taxa de 1:1 foi superior (p>0,05) em relação as demais proporções e também quando comparada aos substratos separados, ocasionaram aumento na produção de biogás.

Matter et al. (2017) avaliaram diferentes águas residuárias através da codigestão anaeróbia em batelada utilizando resíduos de avicultura e diferentes efluentes gerados nas cadeias produtivas de aves e suínos e concluíram que a recuperação energética dos resíduos de avicultura foi favorecida pela codigestão de água residuária de suínos no processo.

Em análise comparativa usando diferentes tipos de substratos na produção de biogás, Achinas et al. (2017) avaliaram que os cosubstratos são geralmente adicionados para aumentar o conteúdo orgânico e assim alcançar um maior rendimento do biogás. Os resultados do estudo da comparação de rendimento de biogás e da eletricidade produzida a partir de diferentes substratos são apresentados na Tabela 2.

Tabela 2 - comparação de rendimento de biogás e da eletricidade produzida a partir de diferentes substratos

Fonte: Adaptado de Achinas et al. (2017)

Conversão energética de diferentes tipos de biomassa

Para o cálculo de conversão energética dos diversos tipos de biomassa, são estabelecidas diferentes tecnologias de conversão e considerados os respectivos poderes caloríficos de cada biomassa. Os resultados obtidos são apresentados na Tabela 3, separados por tipo de dejetos. A geração de metano em (m³) corresponde à quantidade de metano contida no biogás resultante da decomposição do esterco gerado diariamente nas propriedades criadoras de suíno, (COELHO et al., 2008).

Tabela 3 – Valores de conversão energética para diferentes tipos de biomassa

Tipo de dejeto kg esterco d-1 unidade geradora (Et) kg biogás kg-1 _esterco (Pb) metano % Conc. CH4 Abatedouro 1,00 0,100 55 Aves 0,18 0,055 60 Bovinos 10,00 0,037 60 Suínos 2,25 0,062 66 Equinos 12,00 0,048 60

Fonte: Coelho et al., (2008). Tipo Substrato

Rendimento de biogás por tonelada de matéria seca

(m³)

Eletricidade produzida por tonelada de matéria seca

(kWh)

Dejeto bovino 55-68 122,5

Cama de frango 126 257,3

Dejeto equino 56 114,3

A estimativa do potencial de produção de metano de acordo com o tipo de dejeto é calculada pela Eq. 1.

𝑀𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜 = 365 𝑑𝑖𝑎𝑠 × 𝑛º 𝑎𝑛𝑖𝑚𝑎𝑙 × 𝐸𝑡 × 𝑃𝑏 × 𝐶𝑜𝑛𝑐. 𝐶𝐻4 × 𝑉𝐸 (1)

Onde:

𝑀𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜 - (𝑚³𝐶𝐻4 𝑎𝑛𝑜−1);

Et - Esterco total (kg esterco 𝑑−1 unidade geradora); Pb - Produção de biogás (kg biogás 𝑘𝑔−1esterco); Conc. 𝐶𝐻4 - Concentração de metano no biogás (%);

VE - Volume específico do metano = 0,670 (kg 𝑚−3_).

Após o cálculo da conversão energética, a correção do volume de biogás para as condições normais de pressão de 1 atm. e temperatura de 20°C é efetuada com base na equação geral dos gases, conforme Eq. 2.

(V0xP0)/T0=(V1xP1)/T1 (2)

Onde:

V0: volume corrigido (m³)

P0: pressão em condições normais: 10.339,31 (mm 𝐻2𝑂)

T0: temperatura absoluta em condições normais: 293,15 (°K) V1: volume no dia da leitura (m³)

P1: pressão no dia da leitura (mm 𝐻2𝑂)

T1: temperatura no dia da leitura (°K)

5 OS BIODIGESTORES

Os biodigestores são sistemas destinados a conter a biomassa residual que entrará em contato com bactérias, em condições de total ausência de oxigênio, onde sofrerá a fermentação (OKONKWO et al., 2018). A biomassa passa naturalmente do estado sólido para o gasoso por meio da ação de microrganismos que decompõem a matéria orgânica em um ambiente anaeróbico (ANEEL, 2016: ACHINAS & EUVERINK, 2016) e resultará na produção do biogás e do biofertilizante.

A utilização de biodigestores colabora para a integração das atividades agropecuárias, com o aproveitamento do esterco que tem pouco ou nenhum valor comercial, convertendo-o em duas bases para o desenvolvimento sustentável: em energia renovável e em biofertilizante (GALBIATTI et al., 2010). O sistema de funcionamento dos biodigestores depende do tipo e do tempo necessário para a fermentação da biomassa, sendo que, há dois sistemas básicos de funcionamento: contínuo e descontínuo ou batelada. No reator de processo contínuo, o abastecimento de matéria orgânica é realizado de forma contínua o que permite que haja fluxo de matéria-prima ao longo do dia, com níveis de sólidos inferiores a 5% (KARLSSON et al., 2018).

Os biodigestores do tipo descontínuo ou batelada são abastecidos de uma só vez durante um período de tempo conveniente para a fermentação e degradação da matéria orgânica. O gás produzido é armazenado no próprio recipiente, que serve de digestor ou em um gasômetro acoplado a este. Uma vez cessada a produção de gás, o digestor é aberto e retiram-se os resíduos degradados ou biofertilizante (LUCAS JÚNIOR, 2006).

Figura 2 - Modelo de biodigestor de bancada, modelo batelada. ø : diâmetro; H: altura total; H*0,7= altura útil.

6 O BIOGÁS

O biogás é um combustível gasoso com conteúdo energético elevado, semelhante ao gás natural, composto principalmente por hidrocarbonetos de cadeia curta e linear (MAPA, 2006). É resultante da fermentação anaeróbica de resíduos, entre os quais, vegetais e dejetos de animais, da degradação da matéria orgânica (SOUZA et al., 2008), composto basicamente de metano, dióxido de carbono (AVACI et al., 2013) e outros contaminantes como, água, ureia, nitrogênio e enxofre na forma de gás sulfídrico, que é um gás com odor fétido, tóxico e corrosivo, que danifica os equipamentos e aumenta os custos com a manutenção e substituição dos mesmos (MACHADO et al, 2015).

A degradação anaeróbica e a produção de biogás é uma forma atraente de gerar energia renovável, uma vez que o descarte de resíduos orgânicos de várias fontes está associado à produção de energia, promovendo a gestão de resíduos e a geração de energia renovável neutra em carbono, além de devolver nutrientes essenciais ao solo (KOVÁKS et al., 2015). Assim, o biogás é uma fonte multilateral de energia renovável que pode substituir os combustíveis convencionais para produzir calor e energia (ACHINAS et al., 2017). Ademais, o biogás pode ser purificado para o biometano e injetado na rede de gás natural ou usá-lo em veículos de transporte, com o tratamento adequado para remover gases como, gás sulfídrico e dióxido de carbono (SCARLAT et al., 2018; SCHNÜRER, 2016).

O processo para produção de biogás por meio da degradação anaeróbica, envolve vários microrganismos que realizam quatro etapas principais: hidrólise , fermentação, acetogênese e metanogênese. A taxa de degradação e o rendimento do biogás dependem das propriedades físico- químicas do substrato, mas também dos parâmetros do processo escolhido, como temperatura e tempo de retenção, que envolvem a composição dos diferentes grupos microbianos e comunidades ativas no processo (SCHNÜRER, 2016).