O número de UREs de RSU vem aumentando substancialmente no mundo. Países como a Suíça e o Japão já projetam para breve atingir mais de 90% de seus resíduos processados em plantas de tratamento térmico. A maioria das plantas novas incluem sistemas para recuperação de energia. O uso da incineração para geração de energia elétrica vai continuar crescendo, enquanto plantas antigas vão sendo substituídas (HENRIQUES, 2004).
Para a incineração interessam as frações do RSU que apresentam elevado poder calorífico, como plásticos, papel/papelão e borrachas. Em geral, os RSU no Brasil possuem uma elevada fração de matéria orgânica, a qual, devido à sua elevada umidade, apresenta baixo poder calorífico em relação a outros componentes do resíduo, requerendo um maior consumo de combustível auxiliar (FEAM, 2012). Daí a importância dos processos de coleta seletiva e reciclagem, antes da incineração, para aproveitar algumas frações presentes nos resíduos e que têm alto potencial energético; a coleta seletiva é imprescindível como fonte de abastecimento do mercado da reciclagem (CEMPRE, 2013).
As plantas de incineração devem dispor de sistemas de monitoramento contínuo dos controles operacionais e das emissões atmosféricas geradas. Deve-se monitorar também, com frequência determinada, a qualidade das águas subterrâneas e superficiais, os efluentes
líquidos gerados e descartados, o nível de ruído ambiental, a qualidade de ar, solo e até de alimentos produzidos na área de influência do empreendimento (PARO; COSTA; COELHO, 2008).
A utilização de processos de incineração, como alternativa aos lixões e aterros, apresenta algumas vantagens desde o ponto de vista ambiental, como: significativa redução da necessidade de área para a instalação de aterros novos ou de suas expansões; eliminação dos impactos e custos decorrentes das atividades de cuidado e manutenção de aterros após seu encerramento; eliminação total dos efeitos de contaminação de águas superficiais e mananciais subterrâneos de água potável disponíveis; eliminação da emissão de gases pelos aterros; eliminação dos problemas de natureza social, de higiene e de saúde pública por conta dos aterros e lixões (LUCKE, 2012).
4.3.1 Um estudo de caso
O problema formulado a seguir visa otimizar, empregando programação linear, o aproveitamento energético de RSU através do processo de incineração. A população alvo escolhida foi a das cidades que são capitais da região sudeste do Brasil: São Paulo, Rio de Janeiro, Vitória e Belo Horizonte. Na Tabela 4.2 são apresentadas as quantidades de RSU produzidos por cidade, as quantidades de RSU encaminhadas para queima em incineradores e as composições dos resíduos por cidade.
Tabela 4.2 Quantidades e características dos RSU do problema de otimização
São Paulo Rio de
Janeiro Vitoria Belo Horizonte Quantidade de RSU produzidos (kg/h) 839.591,67 726.966,67 13.250,00 205.025,00 Quantidade de RSU aproveitados na queima (17,4%) (kg/h) 146.088,95 126.492,20 2.305,50 35.674,35 Composição: Orgânicos 37,8% 22,0% 56,6% 69,9% Metais 5,4% 4,0% 0,8% 3,3% Papel e Papelão 29,6% 23,0% 10,2% 16,8% Plásticos 9,0% 15,0% 9,9% 1,9% Vidro 4,9% 3,0% 3,8% 2,5% Outros 13,3% 33,0% 18,8% 5,6% TOTAL 100,0% 100,0% 100,0% 100,0%
No Brasil, 17,4% dos RSU coletados ainda são destinados a lixões (ABRELPE, 2013b). No problema aqui formulado se decidiu destinar esta porcentagem dos resíduos coletados nas quatro cidades para incineração, simulando possíveis políticas públicas futuras de eliminação de lixões no país.
O preço da energia elétrica de 169 R$/MWh, resultante do 6° leião de energia de reserva da CCEE, foi adotado neste problema.
Foram considerados dois módulos incineradores do tipo mass burn, que queimam os resíduos na forma como são recebidos, com segregação apenas de vidro e metais. As características técnicas e custos dos dois módulos foram selecionados a partir da literatura técnica consultada sobre unidades de incineração eficientes e viáveis econômica e ambientalmente no processamento de RSU.
O problema de otimização aqui formulado foi resolvido utilizando o software Lingo. O objetivo deste estudo de caso é determinar o número de módulos de incineração de 60 MW e 120 MW de capacidade instalada de geração de energia elétrica capaz de processar quantidades pré-especificadas de RSU nas quatro cidades da região sudeste brasileira. A função objetivo do problema maximiza a receita líquida oriunda da venda da energia elétrica gerada com estes módulos. Com os dados apresentados, foram inseridas as equações no
software e calculadas as receitas líquidas. A receita líquida se refere à receita bruta obtida
com a venda da energia elétrica gerada menos os custos fixos (investimento e O&M) e variáveis (O&M). No software, os custos unitários de investimento e custos variáveis de O&M foram inseridos em R$/kg de capacidade de processamento do lixo e R$/kg de lixo processado, respectivamente, e o custo fixo de O&M em R$/h.
As capacidades de processamento do lixo, potências instaladas, custos de investimento e custos fixos e variáveis de operação e manutenção (O&M) para cada tipo de módulo estão indicados na Tabela 4.3.
Tabela 4.3 Dados técnicos e econômicos dos módulos de incineração
Módulo 1 Módulo 2
Capacidade (ton/dia) 650 1.300
Potência instalada (MW) 60 120
Custos unitários de investimento (R$/ton. de cap. de processamento) 92,31 75,74 Custos unitários de O&M (R$/ton. de lixo processado) 108,80 95,46 Custos fixos de O&M (R$/h) 1.833,33 2.897,22
Para se calcular a potência gerada nos incineradores é necessário conhecer o Poder Calorífico Inferior (PCI) do lixo em cada cidade. O PCI depende da composição do lixo e suas proporções, as quais são apresentadas na Tabela 4.2. A Tabela 4.4 mostra os PCI calculados para cada cidade.
Tabela 4.4 PCI do RSU por cidade
Cidade PCI (kcal/kg)
São Paulo 2.147,48 Rio de Janeiro 2.151,04 Vitoria 1.828,69 Belo Horizonte 1.645,55
Fonte: Elaboração própria
No problema aqui formulado, a variável de decisão x corresponde à quantidade de módulos, que se impôs, na resolução do problema, que fosse um número inteiro. Foram propostos dois cenários para a instalação dos módulos. No primeiro, a variável de decisão x poderia ter qualquer valor inteiro positivo ou igual a zero (x >= 0). No segundo cenário, a variável de decisão x foi forçada a ser maior ou igual a um (x >= 1). Isso foi feito com a finalidade de comparar as distintas configurações de instalações dos módulos que o programa de otimização poderia indicar e suas diferentes rentabilidades econômicas.
Os resultados obtidos após a simulação, com o software Lingo, do problema formulado estão indicados na Tabela 4.5 e Tabela 4.6, para os cenários em que x >= 0 e x >= 1, respectivamente. As receitas líquidas foram calculadas para as quatro cidades analisadas supondo um ano de operação.
Tabela 4.5 Resultados obtidos para o cenário em que x1, x2 >= 0
Quantidade de módulos de 60 MW Quantidade de módulos de 120 MW Quant. de lixo tratada em cada módulo de 60 MW (kg/h) Potência gerada em cada módulo de 60 MW (MW) Quant. de lixo tratada em cada módulo de 120 MW (kg/h) Potência gerada em cada módulo de 120 MW (MW) Potência total gerada (MW) Receita líquida (Milhões R$) São Paulo 1 3 2.016,58 5,04 48.024,12 120,00 365,04 161,181 Rio de Janeiro 0 3 0 0 42.164,07 105,53 316,60 147,098 Vitória 1 0 2.305,50 4,91 0 0 4,91 - 27,037 Belo Horizonte 0 1 0 0 35.674,35 68,31 68,31 8,197
Tabela 4.6 Resultados obtidos para o cenário em que x1, x2 >= 1 Quantidade de módulos de 60 MW Quantidade de módulos de 120 MW Quant. de lixo tratada em cada módulo de 60 MW (kg/h) Potência gerada em cada módulo de 60 MW (MW) Quant. de lixo tratada em cada módulo de 120 MW (kg/h) Potência gerada em cada módulo de 120 MW (MW) Potência total gerada (MW) Receita líquida (Milhões R$) São Paulo 1 3 2.016,58 5,04 48.024,12 120,00 365,04 161,181 Rio de Janeiro 2 2 15.301,40 38,30 47.944,70 120,00 316,60 132,156 Vitória 1 1 0 0 2.3305,50 4,91 4,91 - 77,214 Belo Horizonte 1 1 0 0 35.674,35 68,31 68,31 - 23,004
A Tabela 4.5 e a Tabela 4.6 mostram as quantidades de módulos obtidas pelo
software, as quantidades horárias de lixo que são tratadas nos incineradores, as potências
geradas por cada tipo de módulo, os investimentos realizados e as receitas líquidas resultantes para cada cidade.
Na Tabela 4.5 se pode observar que na cidade de Vitória a potência gerada é muito baixa com relação à capacidade dos módulos, sendo inviável fazer o investimento nessa cidade. A maior quantidade de módulos ocorre na cidade de São Paulo, com 1 módulo de 60 MW e 3 módulos de 120 MW.
Nota-se, na Tabela 4.6, que no cenário em que se impôs x >= 1, as receitas líquidas diminuem em todas as cidades com exceção de São Paulo, em comparação com o cenário anterior, e continua sendo inviável economicamente investir em qualquer um destes módulos na cidade de Vitória. Com esta restrição, o investimento nestes módulos em Belo Horizonte deixou de ser atrativo. A cidade de São Paulo continua apresentando a maior quantidade de módulos – 1 módulo de 60 MW e 3 de 120 MW.
Os resultados obtidos para os dois cenários indicam que as maiores receitas líquidas ocorrem nas cidades de São Paulo e Rio de Janeiro, nesta sequência, dada a grande disponibilidade de lixo nestas cidades. Apesar de bem menos rentável, o investimento em incineradores na cidade de Belo Horizonte é viável economicamente no primeiro cenário, o mesmo não ocorrendo com a cidade de Vitória, que possui a menor produção de lixo entre as quatro cidades. As simulações com os dois cenários também mostraram que vale a pena investir nos incineradores de 120 MW, dada a economia de escala e a estrutura de custos adotada no problema para os dois tipos de incineradores considerados.
5 POLÍTICAS PÚBLICAS E PROGRAMAS DE FOMENTO À
PRODUÇÃO E UTILIZAÇÃO DE BIOGÁS NO BRASIL E EM
PAÍSES SELECIONADOS
Como consequência da crescente conscientização sobre os problemas ambientais em nível mundial, a maioria de países está incentivando a produção de fontes renováveis de energia. Isso não pode ser feito sem modificações nas políticas públicas e nos programas governamentais de tal forma que promovam o uso de fontes renováveis de energia, reduzindo a dependência das fontes não renováveis. Este capítulo apresenta uma análise das políticas e programas de fomento ao biogás como vetor energético no Brasil e em alguns países selecionados.