Para evidenciar os benefícios para as indústrias arrozeiras na adoção do aproveitamento total dos resíduos foi realizado um estudo de caso com os dados de uma indústria (SEBERINO, 2019), chamada a partir de então de indústria nº 1, o qual o cenário atual
kWh/ano 1,22E+08
1,1E+08
9,2E+07
Demanda de energia elétrica residêncial do extremo sul de SC
Energia elétrica remanescente (gás de síntese e metano)
Energia elétrica remanescente do gás de síntese
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é apresentado na Figura 13. Segundo dados fornecidos pela empresa por e-mail, atualmente a indústria produz em média 80.000 fardos de 30kg por mês e utiliza 80% da casca para a queima e reutilização nos processos de parboilização sendo o restante destinado para uma empresa que utiliza como cama de aviário. Sobre o consumo de energia elétrica a empresa informou um gasto mensal de R$75.000. Para os fluxogramas os insumos ou produtos com potencial de poluição foram colocados em cinza, sendo quando mais escuro maior o grau do impacto associado. A mesma lógica foi pensada para geração de energia renovável, mas atribuindo a cor verde:
Ao analisar o cenário da indústria nota-se que existe a possibilidade de aproveitamento dos resíduos sólidos e líquidos para a geração de energia trazendo para a indústria ganhos ambientais e econômicos. A partir disso foram idealizados dois cenários para a modelagem energética, o primeiro com a utilização do efluente líquido para geração de biogás (Figura 14) e o segundo, somado a geração de biogás, a produção de gás de síntese proveniente das cascas de arroz (Figura 17): 20% 80% Beneficiamento do Arroz Parboilizado Queima da Casca Tratamento de Efluente Outros Processos Industriais Casca de Arroz Efluente Líquido Efluente
Tratado cama de aviário Doação para
Energia Térmica Figura 13 – Cenário atual da indústria nº 1
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A estimativa da geração somente com o metano foi realizada pois a empresa já realiza a utilização das cascas para o processo de parboilização, e ao contrário, o potencial energético existente no efluente é desperdiçada. Além disso os gastos para a adoção deste modelo são menores do que o necessário para a realização do aproveitamento do gás de síntese.
Para a estimativa da geração de metano foi utilizado o dado passado pela indústria 1 de DQO de entrada de 3282 mg/L e considerado 70% de eficiência para se calcular a DQO de saída. Os resultados para a geração do metano separados por metodologia estão apresentados no Figura 15: Parboilização do Arroz Queima da Casca Reator UASB Outros Processos Industriais Casca de Arroz Efluente Líquido Efluente Tratado Doação Energia Térmica Metano CHP Energia Elétrica Sistema Interligado Nacional
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Figura 15 - - Potencial de geração de metano por metodologia para a indústria nº 1
A geração média do metano calculada foi de 4,9E+04 Nm³.ano-1 chegando-se a um valor de 2,5E+06 MJ/ano de energia química proveniente do metano. A partir da energia química foi então calculado os valores de energia elétrica, térmica e total (Figura 16):
Figura 16 – Energia elétrica, térmica e total gerada com o cenário 1 para a indústria nº1
A energia requerida para o processo de parboilização e secagem calculada para a indústria foi de 3,0E+07 MJ.ano-1. Portanto, ao levar em conta apenas a energia gerada pelo biogás não é suficiente para os processos mencionados, sendo a geração de energia química 8,25% da requerida. A utilização da energia elétrica para outros processos industrias chama
1,5E+02 Nm³/d
1,3E+02 Nm³/d
1,2E+02 Nm³/d
Metcalf & Eddy SPEECE UNFCCC
2,4E+05
3,5E+05
5,9E+05
Energia elétrica (kWh/ano) Energia térmica (kWh/ano) Energia Total (kWh/ano)
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maior atenção, pois ao considerar apenas a tarifa do subgrupo A4 de out/2019 (CELESC, 2019), no horário fora de ponta e sem os tributos, o equivalente em reais da energia elétrica gerada seria de R$74.672,32 ou uma economia de 8% do gasto com a energia elétrica na empresa. Caso a energia térmica também fosse usada em outros processos, como aquecimento da água para lavagem, evitando assim o gasto de energia elétrica, essa economia seria ainda maior.
No primeiro cenário ainda foi considerado que a casca de arroz seria queimada por combustão direta o que apresenta algumas desvantagens como uma conversação ineficiente de energia, cascas que não são utilizadas como fonte de energética e geração de poluentes como monóxido de carbono. Assim para apresentar uma gestão sustentável dos resíduos da empresa foi realizado a modelagem com o cenário 2 (Figura 17):
Parboilização do Arroz Geração de gás de síntese Reator UASB Outros Processos Industriais Casca de Arroz Efluente Líquido Efluente Tratado Energia Térmica Metano CHP Energia Elétrica Sistema Interligado Nacional
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Neste cenário apresentado além da vazão metano calculada anteriormente há a geração do gás de síntese modelado em 1,4E+07 Nm³.ano-1 resultando na geração da energia química de 6,9E+07 MJ/ano e na produção de energia térmica, elétrica e total demonstrada na Figura 18:
Figura 18 – Energia elétrica, térmica e total gerada com o gás de síntese
O potencial de energia total obtido através do efluente gerado na parboilização e das cascas de arroz do processo de beneficiamento é apresentado no Figura 19:
Considerando que a energia requerida para a parboilização e secagem é de 3,0E+07 MJ.ano-1 e a energia química produzida 7,1E+07 MJ.ano-1, temos como energia remanescente
3,1E+06
6,9E+06
1,0E+07
Energia elétrica (kWh/ano) Energia térmica (kWh/ano) Energia total (kWh/ano)
3,3E+06
7,3E+06
1,1E+07
Energia elétrica total (kWh/ano)
Energia térmica total (kWh/ano)
Energia total (kWh/ano)
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4,1E+07 MJ.ano-1se utilizado a energia do gás de síntese e metano. Caso considerado apenas o gás de síntese o remanescente seria de 3,9E+07 MJ.ano-1 demonstrando como o processo de combustão direta utilizado atualmente na indústria 1 é ineficiente na geração de energia.
Levando em conta as mesmas considerações para o valor da tarifa feitas para o cenário anterior, ou seja, considerando o consumo fora de ponta e sem a tributação, o valor equivalente a geração de energia seria suficiente para suprir a demanda elétrica da empresa, chegando ao valor de R$1.010.256,39 por ano. É necessário ressaltar que não foi feito um estudo do custo de implantação, sendo o valor apenas referente a quanto vale a energia gerada, ou seja, a que deixa de ser adquirida da rede.