Unidade de Demonstração de Itaipu

Por meio de intervenção da Ouvidoria da Itaipu Binacional foi possível a obtenção dos dados da Unidade de Demonstração de Itaipu (UD Itaipu), que são tratados adiante21_{. Como se observará a seguir, o esgoto não é o único ou mesmo o} principal substrato utilizado pela UD Itaipu, motivo pelo qual este projeto foi inserido no tópico de casos com operação esporádica.

4.3.3.1 O projeto

A Itaipu Binacional é uma empresa criada via tratado internacional com capital social composto 50% de titularidade da Eletrobrás e 50% da Administración Nacional de Eletricidad, do Paraguai (ITAIPU BINACIONAL, 2019).

O Centro Internacional de Energias Renováveis – Biogás (CIBiogás) é uma associação sem fins lucrativos de cunho científico, tecnológico e de inovação, formado por 27 instituições que apoiam projetos relacionados a energias renováveis, incluindo organizações internacionais, empresas públicas, governos estaduais e municipais, instituições de pesquisa e empresas privadas (CIBIOGÁS, 2019).

A partir de 2015, fomentada pela Itaipu, a CIBiogás começou a desenvolver o projeto da UD Itaipu, que foi inaugurado em junho de 2017 e que, desde agosto desse ano, opera em caráter experimental.

Trata-se de uma planta de biogás e biometano localizada em Foz do Iguaçu, PR, dentro do complexo da Itaipu Binacional, cujo objetivo é realizar P&D de sistemas de produção de biogás e biometano. A concepção da planta prevê a experimentação de diferentes resíduos orgânicos para, em co-digestão, produzirem biogás, e os primeiros testes foram realizados com poda de grama misturada ao esgoto.

4.3.3.2 Substratos utilizados

Atualmente, o processo utiliza como matéria-prima 500kg diários de resíduos sólidos, provenientes de 6 restaurantes localizados dentro do complexo Itaipu (5 do lado brasileiro e 1 do lado paraguaio). Em 2018, a quantidade máxima de resíduos tratados foi de 13.000kg por mês, bem abaixo da capacidade máxima, que é de

21 _{Os dados desacompanhados de referências, no item 4.3.3, foram fornecidos pela CIBiogás e}

6.000Kg de resíduos por dia (180.000kg por mês), com a operação dos dois biorreatores em paralelo.

Durante o dimensionamento do projeto previu-se a utilização de 1.200kg de poda de grama por dia, mas no período experimental verificou-se que esse material precisaria passar por pré-tratamento, chegando-se a conclusão de que a melhor solução seria a trituração desse substrato em micropartículas, processo que ainda se encontra em implantação.

Eventualmente a planta recebe resíduos diversos, objetos de apreensões da Polícia Federal, Polícia Rodoviária Federal e Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento, como fumo, óleo vegetal, feijão, salsicha, carnes e cerveja, e utiliza- os em bateladas-teste. A dieta do reator é adequada conforme a disponibilidade das matérias-primas, e a proporção dos resíduos é calculada, diariamente, com base na Carga Orgânica Volumétrica (COV [kg MOS/m3_{]), parâmetro que pode variar entre 0,5} a 2,5, dependendo da quantidade de substrato disponível e do biogás que se deseja produzir, e que se refere à quantidade diária de material orgânico fornecido às bactérias. O teor de sólidos no reator pode variar de 2% a 6%.

4.3.3.3 Utilização do esgoto

Também foi prevista, no projeto, a utilização de 10m3 _{de esgoto por dia como} substrato, gerado por aproximadamente 100 pessoas das instalações da Itaipu. Entretanto, constatou-se que havia necessidade de pré-tratamento térmico para a eliminação de patógenos. Além disso, foi identificada grande quantidade de água naquele resíduo, o que demonstrou ser inviável a utilização do esgoto como substrato na co-digestão.

Atualmente, o sistema só se utiliza do esgoto quando se faz necessária a diluição de algum outro substrato. Quando não utilizado na digestão, o esgoto é remetido a tratamento em ETE.

4.3.3.4 Processo de geração de biogás

Em março de 2017 foi feito o startup da planta, por meio da utilização de dejetos bovinos para inoculação, ocupando cerca de 50% do reator. A geração de biogás iniciou-se aproximadamente 3 dias após a inoculação e a alimentação com substratos foi iniciada 10 dias após.

Os resíduos orgânicos que servem de substrato são triturados, misturados e bombeados para dois biorreatores do tipo Continuous Stirred Tank Reactor (CSTR), ou reator de agitação contínua. Construídos em fibra de vidro modular, cada digestor tem altura de 5m, diâmetro de 10m e volume de 350m3_.

A fim de que não haja mudança na rotina das bactérias (e consequente alteração na produção de biogás), alimentação é feita por bateladas, uma vez ao dia, no mesmo horário e com a mesma quantidade de sólidos e líquidos.

Nas paredes internas dos biorreatores circula água quente por serpentinas, a fim de manter a biomassa a 37°C, temperatura ideal à fase mesofílica, em que as bactérias se reproduzem e formam biogás. Também é realizada a agitação hidráulica (pela recirculação entre biorreator e caixa de mistura) e mecânica (via agitador de hélices) da biomassa, para que seja aumentada a área de contato entre as bactérias e a biomassa, otimizando-se a produção do biogás.

Com os dois biorreatores trabalhando em série, o tempo de retenção hidráulica (TRH) fica em torno de 80 dias. Trabalhando em paralelo, o TRH cai para cerca de 30 dias para cada reator.

O biogás produzido é armazenado em dois gasômetros de 250m3 _{de capacidade} cada, e tem a seguinte composição: 62% de CH4, 38% de CO2, 240ppm de H2S, 1.780ppm de H2 e 0,4ppm de O2.

O efluente do sistema de DA, chamado de digestato, é composto basicamente por água, P, N e potássio (K). Parte dele é reenviada aos biorreatores, para auxiliar a homogeneização e incrementar a produção de biogás, e o restante é utilizado na fertirrigação das áreas verdes da usina Itaipu. A produção média de digestato, em 2018, foi de 4.000 litros por mês, mas há capacidade para produção de 10.000 litros mensais.

4.3.3.5 Purificação do biogás

O biogás é submetido a um compressor que o envia à torre de resfriamento, onde vai de 80°C para 30°C. Em seguida, o biogás passa pela torre que contém carvão ativado, onde há a adsorção do H2S.

O gás é então direcionado à torre de absorção de CO2, onde passa por lavagem em água (water scrubbing). Nesse processo, o gás entra a alta pressão pela parte inferior da torre, enquanto a água é aspergida na parte superior. Em contato com o gás, a água absorve CO2 e, quanto menor sua temperatura, maior a absorção de CO2

e CH4, por isso há necessidade de se controlar esse processo, a fim de que a absorção de CH4 não seja alta.

A água utilizada no water scrubbing é armazenada e flui para a torre de absorção de CO2 paralelamente com o biogás. Essa solução (água e CO2) é encaminhada à torre de dessorção, onde a solução é despressurizada e o CO2, dessorvido (desprendido da água), é lançado para a atmosfera. Concluída essa etapa, a água é bombeada novamente ao reservatório

Para que o produto final possa atender às exigências da ANP como biometano, há necessidade de remover-se a umidade do biogás. Isto é feito por meio de um sistema de Adsorção com Modulação de Pressão (PSA), que retém a umidade no material adsorvente.

O biometano final é composto por 92% de CH4, 0,6% de CO2, 0ppm de H2S e 0,3ppm de O2, o que atende às exigências da ANP (ANP, 2017) (mínimo de 90% de CH4 e máximos de 3% de CO2, 7ppm de H2S e 0,8ppm de O2). O combustível é então comprimido e armazenado nos cilindros, de onde sai para ser utilizado no abastecimento de parte da frota da própria usina de Itaipu. Em 2018, os veículos percorreram 210 mil quilômetros com biometano (AMBIENTE ENERGIA, 2019).

São gerados, atualmente, cerca de 1.130m3 _{de biometano por mês e a} capacidade máxima do sistema é de aproximadamente 13.500m3 _mensais.

4.3.3.6 Investimentos realizados e resultados

A implantação do projeto teve o custo total de R$ 2.200.000,00. O custo mensal de operação e manutenção do sistema gira em torno de R$ 30.000,00 por mês.

O custo de produção do biometano varia conforme a demanda e a produção de gás, e atualmente fica em torno de R$ 15,00 o metro cúbico, aí considerados o tratamento dos resíduos, a produção de biogás e o refino para biometano. O custo apenas da produção de biometano foi de, aproximadamente, R$ 3,78 o metro cúbico, e pode chegar a R$ 2,25 na utilização da capacidade máxima da planta.

Em 2018 foram gerados 17.000m3 _{de biometano, o equivalente a 22.667 litros} de etanol. Considerando o preço médio do etanol na região (R$ 2,90 por litro), pode- se dizer que a economia com combustível foi de R$ 65.734,30. Em substituição à gasolina, o valor economizado seria de aproximadamente R$ 71.400,00. Utilizando- se a capacidade máxima da planta, essa economia chegaria a R$ 626.400,00, em substituição ao etanol, e R$ 680.400,00, em substituição à gasolina.

Como trata-se de um projeto de P&D, a organização não calcula seu payback. A propósito, importante observar que, se o etanol hidratado pode ser substituído à razão de 1/1 pelo biometano (1 litro de etanol equivalendo a 1m3 _{de biometano), de} início a operação já se mostraria desvantajosa, vez que o custo atual do biometano (R$ 3,78), supera o valor do etanol (R$ 2,90). O projeto somente aparentaria viabilidade no caso da utilização da capacidade máxima da planta, em que o custo do metro cúbico do biometano cairia para R$ 2,25.

4.3.3.7 Replicação do sistema desenvolvido

O sistema é tecnicamente replicável e isto, inclusive, é o principal objetivo do estudo. Os custos de aquisição e implementação em outros projetos depende de diversos fatores, como localização geográfica, tipos de substratos disponíveis, escala de produção, modelo de negócio etc. e, sem tais definições, não é possível precificar uma versão comercial.

A CIBiogás e a Itaipu promovem a divulgação do estudo por meio de publicações, parcerias com universidades, visitas técnicas e apresentações em eventos, como congressos, além da divulgação em meios de comunicação de diferentes mídias.