Uso da biodigestão anaeróbia

A biodigestão ou digestão anaeróbia é um processo biológico de decomposição da matéria orgânica através de grupos de bactérias ou microorganismos, na ausência de oxigênio, daí a denominação anaeróbia. Através desta decomposição, a matéria é digerida por microorganismos específicos que ao se alimentarem produzem gás, em cuja composição, constatamos teores de metano da ordem de 60-70% (Tabela 3). Este gás rico em metano, mas com presença de CO2, pode ser utilizado para aquecimento, cozimento, iluminação, movimento de motores estacionários e, quando comprimido convenientemente, para movimentação de pequenos motores (GARCIA & PELLEGRINI, 1982).

Tabela 3. Composição do biogás

GÁS COMPOSIÇÃO (%)

Metano (CH4) 60-70

Dióxido de Carbono (CO2) 30-40

Gás sulfídrico (H2S) 0,5

Outros gases 0,1

Fonte: GARCIA & PELEGRINI (1982).

No Brasil este conceito foi introduzido através da instalação do primeiro digestor, de concepção indiana, na Universidade Federal do Rio de Janeiro, em 1949, sendo que, em 1980, a Embrater instalou em Brasília o primeiro modelo Chinês (Granja do Torto).

Em 1986, a situação do Brasil segundo dados da EMBRATER, era de 7520 digestores instalados no meio rural, número que conferiu ao país o terceiro lugar no mundo, tanto em número de unidades como em recursos financeiros aplicados em pesquisa e difusão de tecnologia, sendo ultrapassado pela China e a Índia. No entanto, grande parte desses digestores foram desativados. Dentre os motivos mais citados para explicar a limitação e o descrédito na adoção desta tecnologia, incluem a interrupção do crédito rural específico em 1985 e a falta de seriedade de algumas empresas fabricantes de equipamentos que projetaram produções de biogás acima das realizáveis.

Para alguns setores da agricultura, como a pecuária de leite, por apresentar hoje um uso intensivo de energia elétrica e uma grande dependência desta forma de energia, principalmente em processos de aquecimento e resfriamento, indispensáveis à boa qualidade do leite, atenção especial deve ser dada à produção de biogás, que neste setor, devido à existência de grande quantidade de resíduos orgânicos, poderá proporcionar uma auto-suficiência energética.

Em um confinamento de 100 vacas, um biodigestor pode produzir um volume de 118 m3 de biogás. Volume este suficiente para funcionar um grupo gerador de 15 kVA e este atender com energia elétrica a demanda da ordenhadeira, do resfriador de leite, do triturador, do desintegrador, do misturador de ração e da bomba d'água. A demanda total de biogás do grupo gerador para funcionar estes equipamentos foi estimada em 85,3 m3 de biogás, o que pode ser suprido com folga pelo biodigestor (HARDOIM & GONÇALVES, 2000).

O esterco bovino representa a matéria-prima por excelência para a produção de biogás, pelo fato de já possuir naturalmente os microorganismos responsáveis pela fermentação anaeróbia.

A temperatura ideal para a digestão anaeróbia, situada na faixa mesofílica, é de aproximadamente 35º C. Caso haja interesse em que esta temperatura seja mantida no interior do digestor, é necessária, na maioria dos casos, a utilização de sistema de isolamento térmico e aquecimento. A importância do emprego destes sistemas baseia-se no fato que, a temperaturas mais elevadas, a velocidade de reação é maior, sendo requerido um volume menor do digestor, o que afeta diretamente o custo das instalações (BENINCASA et. al., 1991).

O tempo de retenção varia em função do tipo de biomassa, granulometria da biomassa, temperatura do digestor, pH da biomassa, etc., mas, de modo geral, situa-se na faixa de 4 a 60 dias. Normalmente, o tempo de digestão para esterco de animais domésticos situa-se na faixa de 20 a 30 dias (COMASTRI FILHO, 1981).

A quantidade de gás varia com o tipo de dejeto, variável também de animal para animal. Da mesma forma o dejeto do mesmo animal pode variar de acordo com a ração consumida. A Tabela 4 dá uma idéia das variações na quantidade de dejeto produzido em função da espécie animal e do regime de criação.

Tabela 4. Estimativa de produção diária de dejetos para diferentes espécies animais ANIMAL QUANTIDADE DE DEJETO (kg) bovino adulto estabulado 30

bovino adulto semi-estabulado 15 bovino adulto não estabulado 10

porco adulto 2,6

porco adulto (dejeto + urina) 5,8

Galinha 0,12 Eqüino 12 Fonte: SANTIAGO & CRESTANA (1981)

Vários fatores influem na produção do biogás, porém todos são perfeitamente controláveis. Segundo BATISTA (1980) citado por COMASTRI FILHO (1981), a produção do biogás nada mais é do que uma função da composição da matéria prima utilizada e da eficiência do sistema digestor, além de outros fatores. A Tabela 5 mostra diferentes substratos para biodigestores e sua produção média de biogás.

Tabela 5. Diferentes substratos para biodigestores e sua conversão em biogás. SUBSTRATO QUANTIDADE

(kg)

BIOGÁS (m3) Esterco fresco de bovino 10 0,40 Esterco seco de galinha 1 0,43

Esterco seco de suíno 1 0,35

Resíduo vegetal seco 1 0,40

Resíduo de Frigorífico 1 0,07

Lixo 1 0,05

Fonte: COMASTRI FILHO (1981)

A quantidade de metano existente no biogás regula seu poder calorífico que, normalmente, se situa na faixa de 20938 a 25126 kJ/m3, isto em função da sua pureza. Quanto mais puro, maior é o seu poder calorífico, que pode atingir em torno de 50251 kJ/m3, com a retirada de CO2 . A Figura 5 mostra uma estação de purificação de biogás.

Figura 5. Estação de purificação de biogás a baixa pressão (5 Nm3/h) para uso automotivo [Fonte: : BEDUSCHI et al. (1985) citado por LUCAS JR & SILVA (s.d.)].

Quando em contato com o ar atmosférico, na proporção de 6 a 15% é altamente explosivo, da mesma forma que o gás liquefeito de petróleo. Na Tabela 6 são apresentados diferentes fontes energéticas e seu valor correspondente em biogás.

Tabela 6. Comparação entre diferentes fontes energéticas e o biogás. Fonte Energética Equivalência em biogás (m3) Gasolina (1 litro) 1,63

Óleo Diesel (1 litro) 1,80 Querosene (1 litro) 1,73 Gasolina de avião (1 litro) 1,58 Óleo combustível (1 litro) 2,00 Petróleo médio (1 litro) 1,81 Álcool combustível (1 litro) 1,26 Gás liquefeito de petróleo (1 kg) 2,20

Lenha (1 kg) 0,65

Carvão vegetal (1 kg) 1,36

Xisto (1 kg) 0,29

Por apresentar alta percentagem de metano, é extremamente inflamável, podendo ser usado para vários fins. No meio rural é utilizado, principalmente, para: cocção, iluminação, refrigeração doméstica e aquecimento. Também, pode ser usado no acionamento de motores a explosão e geração de energia elétrica. A Tabela 7 mostra o consumo de biogás para algumas utilizações.

Tabela 7. Consumo e pressão do biogás para algumas de suas utilizações Tipo Pressão de utilização

(m.c.a.)

Consumo Cocção 6,0 a 15,0 0,034 m3/pessoa.d Iluminação 5,0 a 10,0 0,07 m3/camisa de 100W.h Geladeira (absorção) 10,0 3,10 m3/dia

Forno de assar 10,0 0,42 m3/h Aquecedor de ambiente 10,0 0,23 m3/h Chuveiro a gás 10,0 0,15 m3/pessoa Motor a explosão 15,0 (mínimo) 0,37 m3/HP.h Campânula de pintainhos 10,0 0,29 m3/h Fonte: IPT (1982)

Após a digestão, a matéria orgânica resultante apresenta alta qualidade (em média apresentam 1,0 a 1,5% de nitrogênio, 1,0 a 1,5% de fósforo e 0,5 a 1,0% de potássio) para uso como fertilizante agrícola. Trata-se de um adubo orgânico, isento de agentes causadores de doenças e pragas às plantas e contribui de forma extraordinária no restabelecimento do teor de húmus do solo (COMASTRI FILHO, 1981).

A literatura consultada, menciona várias utilizações para o biogás, desde aquecimento e iluminação até a alimentação de motores estacionários usados para irrigação e geração de energia elétrica, inclusive com tabelas que demonstram o consumo de biogás para algumas aplicações.

Em nível de processos agro-industriais envolvendo resfriamento, pode ser citado o trabalho realizado por SILVA & CORTEZ (1991) no qual foi utilizado um biodigestor instalado na Faculdade de Engenharia Agrícola da UNICAMP, alimentado por dejetos bovinos, para acionamento de um sistema de refrigeração por absorção. O sistema de refrigeração tinha por objetivo a geração de “frio” para resfriamento e conservação de leite.

não existir trabalhos na área de refrigeração com a utilização de biogás para acionamento direto de ciclos a compressão, principalmente em se tratando do aproveitamento dos dois efeitos térmicos, com o sistema funcionando como bomba de calor para utilização em processos onde existem demandas sucessivas de “frio” e “calor”, como na ordenha e resfriamento do leite.

Como o esterco bovino deve ser diluído em água para uso no biodigestor, existe ainda, a disponibilidade para utilização da água quente obtida com a bomba de calor para diluição desta ao substrato a ser digerido. A adição de água quente favorece a operação do biodigestor dentro da faixa mesofílica, melhorando a digestão e a produção de biogás. A Figura 6 mostra um fluxograma deste sistema para uma fazenda leiteira.

A água residual resultante da limpeza das instalações e equipamentos, ainda quente, mas a uma temperatura mais baixa é canalizada juntamente com os dejetos para o biodigestor. A construção do biodigestor com um certo desnível em relação as instalações, facilita a retirada dos dejetos, que seguem por gravidade, a adição da água também reduz o atrito com o cano.

No caso do sistema ilustrado na Figura 6, a fonte de alimentação com energia elétrica é utilizada por segurança. Caso haja produção de biogás insuficiente ou falha do sistema, um motor elétrico que está conectado em paralelo com o conjunto faz o acionamento da bomba de calor. Caso haja necessidade de utilização de energia elétrica para acionamento de algum dispositivo elétrico pode-se utilizar um gerador conectado ao motor a biogás da bomba de calor.

4. METODOLOGIA