Estimativa da produção de metano e gás de síntese das industrias de

Segundo o Boletim de Recomendações técnicas publicado pela SOSBAI (2018) a indústria de beneficiamento de arroz do estado de Santa Catarina possui capacidade de produção de 1.500 mil t/ano. O estado é o segundo maior em produção de arroz do Brasil, porém ainda necessita importar arroz, principalmente do RS, para atender a alta demanda da indústria de beneficiamento.

Assim, como é uma atividade industrial de grande relevância no estado e apresenta alta demanda energética, tornar as indústrias autossuficientes energeticamente é um ponto de interesse pois, além do benefício econômico, retira pressão da matriz energética do estado além de trazer benefícios do ponto de vista ambiental.

As indústrias de beneficiamento de arroz podem produzir energia através de dois subprodutos, dependendo do processo produtivo adotado. Em todos os tipos de beneficiamento existe a geração elevada de cascas de arroz que pode ser utilizada para a produção de gás de síntese. No estado, segundo Olivo (2010), 90% da produção de arroz beneficiado tem como produto final o arroz parboilizado. Neste caso, quando há a parboilização, existe outro passivo ambiental, a geração de grandes volumes de efluente caracterizados por sua alta DQO.

O tratamento de efluentes é necessário pois caso lançado in natura ou, não seja eficiente o bastante, possui grande potencial de causar degradação ambiental. Existem diversos métodos de tratamento que podem ser adotados, sendo bastante comum em Santa Catarina a adoção de sistemas de lagoas de estabilização. Contudo, por ser um sistema natural, muito variável as condições climáticas e sua concepção não favorecer a captura e geração de biogás como em processos de digestão anaeróbia, a modelagem para geração de energia neste estudo foi realizada levando em conta a adoção de um reator UASB. O UASB é uma tecnologia bem difundida no Brasil por seu baixo custo de implantação, facilidade operacional, baixa produção de lodo e potencial de aproveitamento energético. A eficiência de remoção reportada em literatura varia de 60 a 70%, sendo para os cálculos realizados utilizado o valor de 70% (CHERNICHARO, 2007). Assim, considerando a DQO média resultante do processo de parboilização como 4.536 mg/L, a DQO de saída do sistema é de 1.360,8 mg/L.

Levando em conta a vazão do efluente quantificada através da Equação (10) foi estimado os seguintes potenciais de geração de metano, conforme a Figura 5, para três metodologias distintas:

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Figura 5 - Potencial de geração de metano por metodologia para o estado de SC

Os valores encontrados para a geração de metano para as diferentes metodologias apresentam a mesma ordem de grandeza, podendo ser considerados relativamente similares. A maior diferença está entre os métodos do UNFCCC e Metcalf & Eddy. Isto porque, enquanto o primeiro método considera a produção máxima de metano 0,25 kgCH4/kgDQO removida e também considera incertezas como fatores de redução, o método de Metcalf & Eddy parte do princípio que são gerados 0,35m³CH4/kgDQO removida.

Os métodos empregados não levam em consideração a quantidade de metano dissolvido no efluente, que segundo Souza (2010) podem chegar a valores de 16-18%. Ainda existem uma diversidade de fatores que influenciam no ótimo funcionamento do reator UASB, como a temperatura, pH, taxa de carregamento, tempo de detenção hidráulica, carga orgânica, entre outros (LI et al, 2018). A temperatura é o mais relevante fator (INTANOO et al., 2014), sendo considerando-se uma faixa ótima para operação em regime mesofilico entre 30 a 35ºC de temperatura (CHERNICHARO,2007). Como o efluente sai em temperaturas muito elevadas (70º a 100ºC) é importante uma concepção de sistema que consiga manter a temperatura mais próxima do valor ideal, em diferentes condições climáticas.

Considerando que o biogás contem 70% de metano chega-se a uma média de produção de 1,2E+4 m³.dia-1 de biogás. O biogás gerado pode ser utilizado de diferentes formas podendo, além de gerar energia elétrica e térmica para a indústria, ser fonte de biocombustível para veículos e injetado na rede de gás natural. Contudo, para as duas últimas aplicações é necessário a purificação até que o biogás atinja 96,5% de metano, quando passa então a ser chamado de

9,6E+03 Nm³/d 8,5E+03 Nm³/d 7,8E+03 Nm³/d 0,0E+00 2,0E+03 4,0E+03 6,0E+03 8,0E+03 1,0E+04 1,2E+04

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biometano. Tal purificação onera os custos de produção de energia o que pode ser economicamente inviável dependendo do tamanho da empresa.

Por este motivo, a aplicação energética modelada neste estudo é a conversão em calor e energia elétrica através da cogeração em um CHP genset. Nesta via de utilização é somente necessária uma purificação mais simplificada e, apesar de uma menor concentração de metano que resulta em um potencial menor de energia, o projeto não envolve custos tão elevados.

Outro subproduto da indústria de beneficiamento de arroz que tem potencial para produção energética é a casca de arroz. A casca é um resíduo gerado em altas quantidades e por isso, sua destinação correta pode se tornar um problema para a indústria. Considerando que 22% do peso do arroz é proveniente da casca, a geração anual de produção de cascas de arroz no Estado de Santa Catarina pode ser aferida em 3,3E+05 toneladas por ano. Mesmo quando as cascas são dispostas em técnicas como a incorporação no solo, não podem ser consideradas como uma solução sustentável pois ainda há a geração de metano para a atmosfera durante a sua decomposição. Muitas industrias acabam utilizando parte da casca para queima em caldeiras, aproveitando-se da energia em forma de calor para os processos de parboilização e doando o excedente da casca para reutilização em outras indústrias. Além do potencial de energia desperdiçado uma vez que parte do material é destinado a doação neste método há a geração de monóxido de carbono devido a combustão incompleta o que implica em impactos para o meio ambiente e saúde humana.

Desta forma, o aproveitamento energético das cascas de arroz foi estimado considerando a produção de energia através de um gaseificador acoplado a um CHP genset. O processo de gaseificação tem como resultado o gás de síntese, constituído por monóxido de carbono, hidrogênio e em menores quantidades metano e outros produtos indesejados como alcatrão e poeiras (RAJVANSHI, 1986). Outro parâmetro importante do ponto de vista energético é o poder calorífico inferior (PCI) da casca de arroz e do gás de síntese. Os valores de PCI podem variar de 13,82 MJ.kg-1 a 16,20 MJ.kg-1 dependendo da umidade presente na casca. Já os valores de PCI para o gás de síntese são reportados em literatura como sendo cerca de seis vezes menor que o gás natural, ficando entre a faixa de 4,0 MJ.Nm-3 a 7,7 MJ.Nm-3 dependendo da composição do gás (CHAVES, 2012; PAKRAVAN, JAMSHIDI E JEDDI, 2018; SILVEIRA, 2018; WORLEY e YALE, 2012; ).

Considerando os valores contemplados na Tabela 3 a modelagem do gás de síntese resulta em um valor de 7,2E+8 Nm³.ano-1_:

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Tabela 3 - Parâmetros utilizados na modelagem de geração de gás de síntese

Parâmetro Valor

Eficiência do gaseificador 72,5% PCIcascas de arroz 15 MJ.kg-1

PCIgás de síntese 5 MJ. Nm-3

4.1.2 Potencial de produção de energia elétrica e térmica das industrias de arroz de