Na maioria dos aterros, a extração do gás se realiza através de tubos verticais perfurados. Esta é a forma mais simples de extrair o gás do aterro quando, este já foi estabelecido. Tubos de sucção horizontais podem ser colocados quando o lixo ainda está sendo depositado no aterro. Dessa forma, ele poderá ser extraído mais facilmente desde o início da sua produção, uma vez que o gás pode ser retirado antes de o aterro ser coberto (WILLUMSEN, 2001). Em aterros sanitários construídos conforme as normas nacionais vigentes, já está prevista a colocação desta tubulação para a coleta do gás (ABNT, 1992; ABNT, 1995).
Um sistema padrão de coleta do gás de lixo é constituído de três componentes centrais: poços de coleta e tubos condutores, um sistema de tratamento e um compressor. Além disto, a maioria dos aterros sanitários com sistemas de recuperação energética possui um flare para queima do excesso de gás ou para uso durante os períodos de manutenção dos equipamentos (TOLMASQUIM, 2003). Na FIGURA 9 é mostrado um sistema de coleta GDL em um aterro sanitário.
• Tubos de coleta
A coleta de gás normalmente começa após uma porção do aterro (célula sanitária) ser encerrada. Os sistemas de coleta podem ser poços verticais ou trincheiras horizontais. O mais utilizado são os poços verticais. As trincheiras horizontais são mais apropriadas para aterros sanitários profundos e áreas de aterro ativo. Cada extremidade do sistema de coleta é conectada a uma tubulação lateral, que transporta o gás para um coletor principal. Preferencialmente, o sistema de coleta deve ser planejado, para que o operador possa monitorar e ajustar o fluxo de gás, quando necessário.
• Sistema de Tratamento de Condensado
Uma importante parte de qualquer sistema de coleta de gás é o sistema de tratamento de condensado. O GDL (quente) produzido pelo aterro sanitário, ao ser transportado pelo sistema de coleta, resfria-se formando um condensado. Caso não seja removido, pode bloquear o sistema de coleta e interromper o processo de recuperação de energia. O controle do condensado inicia-se no campo do sistema de coleta, com a colocação de tubos inclinados e conectores que permitem a drenagem em tanques ou armadilhas de coleta. Esses sistemas são complementados por uma remoção de condensado pós-coleta. São métodos para a disposição do condensado a descarga no sistema público de esgoto, um sistema de tratamento local, e uma recirculação para o aterro sanitário. O melhor método para um aterro em particular, dependerá das características do condensado (depende dos componentes do resíduo sólido local), das regulamentações vigentes e do custo de tratamento e/ou disposição.
• Compressor
É necessário um compressor para succionar o gás dos poços de coleta e este também pode ser necessário para comprimir o gás antes de ele entrar no sistema de recuperação energética. Número, tamanho e tipo de compressores necessários dependerão da taxa, do fluxo de gás e do nível desejado de compressão que, tipicamente, é determinado pelo equipamento de conversão energética.
• Flare (Queimador)
O flare é um dispositivo simples para ignição e queima do GDL. É considerado como um componente de cada opção de recuperação de energia,
porque este pode ser necessário durante as etapas de início e manutenção do sistema. Além disso, o flare pode ter maior custo-efetividade, para, gradualmente, aumentar o tamanho do sistema de recuperação de energia e queimar o excesso de gás entre up-grades (troca de componentes) de sistemas, isto é, antes da adição de um novo motor. Os projetos de flare incluem flares abertos (ou vela) e enclausurados. Esses últimos são mais caros, mas podem ser preferíveis (ou requeridos), porque eles proporcionam testes de concentração e podem obter eficiência de combustão altas. Ademais, flares enclausurados podem reduzir os incômodos de ruído e iluminação.
• Sistema de Tratamento de Gás
Depois de coletado, o GDL é tratado para retirar algum condensado, que não foi coletado nos tanques de captura, assim como particulados e outras impurezas. O tratamento vai depender da finalidade do uso do gás. Por exemplo, será requerido um tratamento mínimo para o uso direto do gás em caldeiras, enquanto, para a injeção em gasoduto, será necessário um tratamento extensivo para a remoção do CO2. Segundo MAGALHÃES et.al. (2004), a remoção do CO2
faz com que o percentual de CH4 no biogás se eleve, tornando seu poder calorífico
maior.
A remoção do CO2 pode ser realizada mediante absorção física, absorção
química ou separação por membrana. Nas absorções física e química, um componente se absorve, preferencialmente, utilizando um solvente adequado. A separação mediante membrana implica o uso de uma membrana semipermeável para separar o CO2 do CH4. Existem membranas em forma de lâminas planas ou
em fibras ocas que já são utilizadas.
• Sistema de Geração ou Recuperação de Energia
Um projeto de aproveitamento energético do GDL tem por objetivo convertê- lo em alguma forma de energia útil, como eletricidade, vapor etc. Existem várias tecnologias produzindo essas formas de energia, como:
o Uso direto do gás de médio poder calorífico - a utilização do GDL como combustível de médio poder calorífico, para caldeiras ou para uso em processos industriais, é a forma mais simples de uso e de maior custo- efetividade. O gás é transportado por um gasoduto diretamente para um consumidor próximo, para ser usado em equipamentos de combustão novos
ou já existentes, em substituição, ou como suplemento do combustível tradicionalmente usado. Nesse caso, é requerida uma baixa remoção de condensado e um tratamento de filtração.
o Produção de energia/cogeração – O GDL é usado, principalmente, como combustível para a geração de energia. Esse é método vantajoso, pois agrega valor ao GDL. A cogeração de eletricidade e energia térmica (vapor) a partir do GDL, pode ser uma alternativa ainda melhor. A eficiência da geração elétrica isolada varia de 20 a 50% e, com uso da cogeração, obtém- se eficiências mais altas pela disponibilização do vapor resultante do processo de geração. Na TABELA 3 é apresentada uma comparação entre três tecnologias de geração de energia.
TABELA 3 – Tecnologia de geração de energia Motores de Combustão Interna Turbina de Combustão Turbinas com Utilização de Vapor Tamanho típico do projeto (MW) > 1 > 3 > 8 Necessidade de GDL (m³/dia) > 18000 > 57000 > 142000 Custos de capital típicos (US$/kW) 1000 – 1300 1200 - 1700 2000 - 2500 Custos de Operação e Manutenção (O&M) típicos (US$/kWh) 1,8 1,3 – 1,6 1,0 – 2,0
Eficiência (%) 25 – 35 26 – 40 (combinado) 20 – 28 (aberto) 20 - 31
Potencial de
Cogeração Baixo Médio Alto
Necessidade de compressão (pressão de entrada de kPa) Baixo (14-240) (>1140) Alto (14-34) Baixo Vantagens
Baixo custo; alta eficiência; tecnologia mais comum Resistência à corrosão; baixo custo O&M; pequeno espaço físico; baixa emissão
NOX Resistência à corrosão; possibilidade de controle da composição e do fluxo de gás
o Venda de gás de qualidade através de gasodutos – Uma outra opção é depuração do GDL para um produto de alto poder calorífico (gás natural) para injeção em um gasoduto. Essa aplicação requer um tratamento intenso de gás para remover o CO2 e as impurezas. As companhias de
gás requerem que as injeções de gás em seus sistemas de gasodutos atendam a exigentes padrões de qualidade, o que pode requerer controles de qualidade adicionais.
O GDL também pode ser usado localmente, principalmente no caso de pequenos aterros sanitários, para o aquecimento de casas, produção de dióxido de carbono para indústrias locais ou uso como combustível veicular, como gás natural ou metanol comprimido.