LEONARDO ARAÚJO DIAS
Estudo da implantação de uma usina elétrica a partir da queima de resíduos sólidos urbanos em Sinop-MT
Sinop - MT
2016/1
LEONARDO ARAÚJO DIAS
Estudo da implantação de uma usina elétrica a partir da quima de resíduos sólidos urbanos em Sinop-MT
Projeto de Pesquisa apresentado à Banca Examinadora do Curso de Engenharia Civil – UNEMAT, Campus Universitário de Sinop-MT, como pré-requisito para obtenção do título de Bacharel em Engenharia Civil.
Prof. Orientador: Dr. Silvio Cesar Garcia Granja.
Sinop - MT
2016/1
LISTA DE ABREVIATURAS
RSU - Resíduo Sólido Urbano
ABRELPE - Associação Brasileira De Empresas De Limpeza Pública e Resíduos Especiais
UNEMAT - Universidade do Estado de Mato Grosso MT - Mato Grosso
FGV - Fundação Getulio Vargas
Aneel - Agência Nacional de Energia Elétrica MW - Megawatt
CV - Cavalo-Vapor
CRR - Central de Resíduos do Recreio CO2 - Dióxido de Carbono
DADOS DE IDENTIFICAÇÃO
1. Título: Estudo da implantação de uma usina elétrica a partir da queima de
resíduos sólidos urbanos em Sinop - MT
2. Tema: Engenharia Civil (30100003)
3. Delimitação do Tema: Geração de Energia Elétrica (30404010) 4. Proponente(s): Leonardo Araújo Dias
5. Orientador(a): Silvio Cesar Garcia Granja
6. Estabelecimento de Ensino: Universidade do Estado de Mato Grosso 7. Público Alvo: Acadêmicos de Engenharia Civil e Profissionais da Área 8. Localização: Avenida dos Ingás, 3001 Jardim Imperial, CEP: 78550-000
Sinop - MT.
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO ... 6 2 PROBLEMATIZAÇÃO ... 7 3 JUSTIFICATIVA... 8 4 OBJETIVOS ... 10 4.1 OBJETIVO GERAL ... 10 4.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ... 10 5 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA ... 115.1 HISTÓRICO DA ENERGIA ELÉTRICA E RESÍDUOS SÓLIDOS URBANOS GERADOS NO BRASIL ... 11
5.1.1 Resíduos sólidos urbanos gerados no Brasil ... 11
5.1.2 Energia Produzida no Brasil ... 12
5.2 VANTAGENS DAS USINAS QUE USAM RSU PARA GERAR ENERGIA 12 5.3 MÉTODOS E PROTOCOLOS NECESSÁRIOS PARA O FUNCIONAMENTO DE UMA USINA TERMOELÉTRICA ... 13
5.3.1 Normas para o funcionamento de uma usina de carbonização ... 13
5.3.2 Método utilizado para carbonização ... 13
5.3.3 Geração de Energia Elétrica ... 14
5.4 USINA TERMOELÉTRICA X ATERRO SANITÁRIO - CUSTOS ... 16
5.4.1 Custo de implantação da usina termoelétrica ... 16
5.4.2 Custos para implantação de um aterro sanitário ... 16
5.5 EMPRESAS QUE GERAM ENERGIA A PARTIR DO LIXO NO BRASIL .. 17
6 METODOLOGIA ... 19
7 CRONOGRAMA ... 20
1 INTRODUÇÃO
Um dos maiores desafios atualmente é encontrar formas de produzir energia elétrica sem afetar o meio ambiente para suprir a necessidade da humanidade. No Brasil por exemplo, esse problema causou vários apagões, devido a demanda por energia estar cada vez maior principalmente nos grandes centros urbanos do país. “O governo pode até falar outra coisa, mas a causa da falta de energia de segunda foi um desequilíbrio entre oferta e demanda”. (REGO, 2015).
Outro grande problema da atualidade é dar um destino final para o lixo gerado nas cidades. Segundo a ABRELPE (2014), a geração de Resíduo Sólido (RS) no Brasil é de cerca de 78,6 milhões de toneladas por ano, em que 30% tem potencial de reciclagem mas apenas 3% desse valor é reciclado e o restante são acumulados em aterros, lixões, rios, etc.
Tendo em vista a dimensão desses problemas, alguns lugares promovem a queima desses resíduos para gerar energia elétrica por meio de usinas térmicas. "Existem no mundo cerca de 1,5 mil usinas térmicas que queimam o lixo para gerar energia ou calor" (TRIGUEIRO, 2013).
No Brasil já existem algumas usinas como por exemplo a Central de Resíduos do Recreio (CRR), uma biotérmica que foi construída no município de Minas do Leão (RS) e tem como combustível os gases gerados pelos lixos coletados. A expectativa é de que essa usina produza ate 15 megawatts, energia suficiente para abastecer uma cidade com cerca de 80 mil habitantes.
Essa fonte de energia pode ser melhor estudada na esperança de que possa gerar um aumento significativo na produção de energia, ao mesmo tempo que ocorra uma diminuição abrupta no acumulo de lixo pelos lixões e aterros, diminuindo a poluição ambiental. Portanto, esse trabalho pretende apresentar um estudo para a viabilidade de uma usina térmica na cidade de Sinop avaliando principalmente a importância de tal construção.
2 PROBLEMATIZAÇÃO
Em busca de solucionar o problema da produção acelerada de resíduos sólidos urbanos, devido a crescente demanda populacional na cidade de Sinop - MT, busca-se meios alternativos para destinação adequada destes resíduos. Sobretudo, é importante que o sistema que vá solucionar o problema, seja eficiente no aspecto custo-benefício. Pensando nesse ponto para Sinop, seria viável a implantação de uma usina que gere energia elétrica a partir da queima de lixo? O impacto ambiental devido aos resíduos de uma usina de incineração de resíduos sólidos é maior que o impacto ambiental de um aterro sanitário? Caso haja viabilidade de implantação de uma usina de incineração lixo no lugar de um aterro sanitário, quais são as necessidades do município para que isso se torne realidade?
3 JUSTIFICATIVA
Sinop, assim como a grande maioria das cidades brasileiras, não possui aterro sanitário, e com isso sofre para dar uma destinação final adequada ao lixo gerado pela população, o que acaba resultando em despejar os rejeitos no Lixão Municipal. Tal prática é extremamente prejudicial para o meio ambiente, pois, são enviados para atmosfera gases poluentes como CO2 e metano, além de contaminar
o solo e água com a penetração do chorume. De acordo com a Pesquisa Nacional de Saneamento Básico, do IBGE 2008, apenas 27 % das cidades descartam o lixo em aterros sanitários.
Por conta desses problemas o Ministério Público está cobrando cada vez mais alguma atitude dos governantes, exigindo o cumprimento da Lei da Política Nacional de Resíduos Sólidos, n° 12.305, de 02 de agosto de 2010, que determina o fim dos lixões e uma destinação correta para os resíduos. O não cumprimento dessa lei pode gerar multas que variam de 5 mil a 5 milhões de reais.
Com isso a prefeitura de Sinop tomou como alternativa o envio do Resíduo Sólido Urbano (RSU) para o único aterro sanitário no norte de Mato Grosso, situado no distrito de Primaverinha, em Sorriso. A estimativa de preço para essa função é de aproximadamente R$ 5,8 milhões no período de um ano.
Outra alternativa seria a construção de um aterro sanitário, mas os altos custos para implantar tal estrutura no município atualmente, faz com que seja um plano inviável. De acordo com um levantamento de dados realizado pela FGV (Fundação Getúlio Vargas), 2007, a construção de um aterro sanitário de grande porte com capacidade para receber 2.000 toneladas de lixo por dia custa em torno de R$ 525,8 milhões, um de médio porte capaz de receber 800 toneladas por dia custa mais ou menos R$ 236,5 milhões e um de pequeno porte com recebimento de 100 toneladas por dia não sai por menos de R$ 52,4 milhões.
Sendo assim o presente trabalho busca realizar um estudo de viabilidade econômica para a implantação de uma usina termoelétrica que gera energia através da queima de lixo, e apresentar como alternativa para dar uma destinação adequada aos RSUs gerados em Sinop.
A usina na qual esse trabalho se baseia, usa tecnologia brasileira em seu projeto, e segue o projeto natureza limpa implantado pela TJMC Empreendimentos e
Agronegócios Ltda. em parceria com o Núcleo Tecno-Ambiental Railton Faz, que forneceu a tecnologia.
4 OBJETIVOS
4.1 OBJETIVO GERAL
Realizar um estudo de viabilidade econômica da implantação de uma usina
elétrica a partir da queima de resíduos sólidos urbanos em Sinop-MT em contraste com
a implantação de um aterro sanitário.
4.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Fazer um levantamento bibliográfico sobre os métodos e protocolos necessários para incineração;
Apresentar a importância e os benefícios dessa fonte de energia em relação as outras;
Definir uma metodologia comparativa entre uma localidade que tenha uma planta de geração de energia via incineração de lixo e a localidade de Sinop;
Realizar um levantamento dos lixos que podem ser utilizados na incineração;
Levantamento das empresas que geram energia através do lixo no Brasil.
Levantamento das tecnologias empregadas no pré-processamento, processamento e pós-processamento do resíduo sólido urbano e resíduos da queima;
Estimar os custos de implantação de uma usina incineração versus os custos de um aterro sanitário.
5 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
5.1 HISTÓRICO DA ENERGIA ELÉTRICA E RESÍDUOS SÓLIDOS
URBANOS GERADOS NO BRASIL
5.1.1 Resíduos sólidos urbanos gerados no Brasil
Segundo Maciel (2015), "a geração de lixo no Brasil aumentou 29% de 2003 a 2014", fato esse que seria normal levando em conta o grande crescimento populacional no país. Mas o que preocupa é que grande parte desse lixo não é direcionado a aterros sanitários, grande parte vai para lixões onde não possui nenhum tipo de controle ou tratamento do lixo. De acordo com os dados levantados pela ABRELPE, apenas 58,4% do lixo coletado em 2014 teve os aterros sanitários como destino.
Os resíduos sólidos urbanos (RSU) coletados no ano de 2014 teve um aumento significativo em relação ao ano de 2013 de acordo com a tabela abaixo:
Tabela 1: Quantidade de RSU Coletado por Regiões e Brasil
Fonte: Pesquisa ABRELPE (2014)
Cerca de 59,8% dos municípios brasileiros ainda dão destinos inadequados para os lixos coletados, mesmo contendo leis específicas que obrigam uma destinação adequada, como a Lei Federal n° 12.305/10 que institui a Política Nacional de Resíduos Sólidos.
5.1.2 Energia Produzida no Brasil
No Brasil assim como em todo o mundo, o consumo de energia é muito grande e tende a crescer cada vez mais, o que vem a ser um problema já que sua produção é baixa. Isso explica a busca por meios alternativos de geração de energia para aumentar a capacidade distribuição para as cidades e evitar novos apagões.
A energia gerada no Brasil é de grande parte produzida por hidrelétricas, que se deve ao fato do território possuir um grande potencial hidráulico. Segundo dados da Aneel (2008), 75% da energia consumida é gerada a partir de fontes hídricas, e 25% de fontes térmicas. Desse período até a atualidade novas usinas hidroelétricas começaram a ser construídas no país, o que vem gerando grandes preocupações principalmente para as pessoas que moram nas regiões onde estão sendo implantadas essas usinas, devido ao impacto ambiental que causa uma construção desse porte.
É nesse contexto que entra a procura por novas fontes limpas de energia, que atenda a demanda do país contribuindo com o meio ambiente evitando degradação nas áreas de construção.
5.2 VANTAGENS DAS USINAS QUE USAM RSU PARA GERAR
ENERGIA
Um dos principais fatores de importância de uma usina que utiliza a queima do lixo como forma de gerar energia é que, o uso de energia elétrica no mundo cresce tão rápido quanto a quantidade de lixo gerada. Esse é um dos motivos que vem fazendo crescer o uso dessa tecnologia pelo mundo. "Existem hoje no mundo aproximadamente 1,5 mil usinas térmicas que queimam o lixo para gerar energia ou calor" (TRIGUEIRO, 2013). O fato de saber conciliar as duas coisas pode trazer vários benefícios como:
Eliminação de lixões e aterros, levando em conta que são grandes emissores de gás metano e CO2, além de contaminar o solo e a água;
Incentivo a reciclagem de resíduos;
Baixo custo para sua construção se comparado a uma hidrelétrica;
A energia gerada pode ser comercializada gerando receita para o município.
5.3 MÉTODOS
E
PROTOCOLOS
NECESSÁRIOS
PARA
O
FUNCIONAMENTO DE UMA USINA TERMOELÉTRICA
5.3.1 Normas para o funcionamento de uma usina de carbonização
Para realizar a incineração de resíduos no Brasil, deve-se seguir as normas do CONAMA n° 316 que dispõe sobre procedimentos e critérios para o funcionamento de sistemas de tratamento térmico de resíduos. Deve estar dentro da Lei n° 12.305 de 02 de Agosto de 2010 que em princípio institui a Política Nacional de Resíduos Sólidos; altera a Lei no 9.605, de 12 de fevereiro de 1998; e dá outras
providências.
No mesmo ano foi criado o decreto n° 7.404, de 23 de dezembro de 2010, que regulamenta a Lei no 12.305, de 2 de agosto de 2010, que institui a Política
Nacional de Resíduos Sólidos, cria o Comitê Interministerial da Política Nacional de Resíduos Sólidos e o Comitê Orientador para a Implantação dos Sistemas de Logística Reversa, e dá outras providências.
A Política Nacional de Resíduos Sólidos Propõe a prática da sustentabilidade com o objetivo de aumentar a reciclagem de resíduos sólidos e encontrar um lugar adequado para o despejo dos rejeitos, prevendo assim, diminuir o número de lixões espalhados pelo país.
5.3.2 Método utilizado para carbonização
Baseando-se no Núcleo de Desenvolvimento de Tecnologia Railton Faz, o lixo utilizado na carbonização não precisa ser separado logo que chega na usina.
Os resíduos, depois de coletados, são depositados em um recipiente com grande capacidade de armazenamento denominado Moega, dali segue em uma esteira fechada até o forno aquecido a 900°C com ausência de oxigênio, o que
exclui a possibilidade de combustão, dando início ao processo de carbonização dos resíduos. Essa parte é importante, pois diferente da incineração onde acontece a queima dos resíduos, a carbonização desidrata os resíduos e causa menos corrosão no equipamento, além de derivar alguns subprodutos.
O chorume resultante do RSU é coletado através de uma calha que fica embaixo da moega e também é levado para o forno. Na parte superior do forno fica posicionado um coletor por onde passa todo produto gasoso resultante do processo. Esses gases serão transportados por uma tubulação com destino ao destilador, onde serão destilados e transformados em líquido, esse liquido é chamado de extrato piro lenhoso e pode-se retirar dele o óleo vegetal, o alcatrão, liguinina e a água ácida.
O tubo de saída do destilador segue para o filtro Raitec onde a temperatura dos gases é rebaixada a 93°C negativos, são separadas todas as partículas sólidas e liberada para atmosfera apenas água em forma de vapor.
O resíduos já transformados em carvão seguem pela esteira até o separador, onde serão automaticamente separados os diferentes tipos de materiais encontrados no lixo como vidro, alumínio, cobre, ferro, bronze, areia, rochas etc. seguindo para determinadas indústrias de reciclagem. Do carvão produzido, 10 % retornam ao forno para realimentá-lo e dar continuidade ao processo. Os 90% restantes podem ter vários destinos diferentes, mas o principal é para geração de energia.
5.3.3 Geração de Energia Elétrica
O módulo de geração de energia é acoplado ao separador, sendo transportado automaticamente o carvão necessário para suprir a caldeira. Os gases gerados pela caldeira de geração de energia também são transportados para o destilador. As cinzas geradas pela caldeira e pelo forno serão coletadas e pulverizadas juntamente com o lixo novo que entra no forno. Desse modo é eliminado 100% de tudo que é gerado durante o processo, não sobrando nada para ser descartado em lixões ou aterros sanitários.
Depois que o pó de carvão passa por um processo de prensagem para formação de briquetes eles são queimados na caldeira esquentando um recipiente
onde fica água, ocorrendo a evaporação que acionará uma turbina, fazendo- girar a 1800 rpm com 1300 cv de potência de torção. Após este processo o vapor é condensado voltando ao recipiente no estado liquido
Segundo Lima (2012), por se tratar de um sistema com circuito fechado são necessários entre 300 a 350 kg/h de briquetes para gerar 1 MWh. Essa quantidade é suficiente para satisfazer a necessidade de uso em cerca de 1000 casas. Da usina a energia é enviada para subestação e através das redes de transmissão é distribuída para a cidade.
A figura 1 mostra o fluxograma de todo o processo, passo a passo desde a chegada do lixo, até sua destinação final.
Figura 1 - Fluxograma do processamento do RSU Fonte: TJMS Empreendimentos
5.4 USINA TERMOELÉTRICA X ATERRO SANITÁRIO - CUSTOS
5.4.1 Custo de implantação da usina termoelétrica
Para implantar uma usina com esse tipo de tecnologia é necessário fazer um estudo na região próxima para saber o quanto de RSU o lugar pode gerar por dia, para se ter uma noção da quantidade de lixo que vai processar por hora. O valor de implantação será definido a partir dessa capacidade de processamento que a determinada usina irá efetuar.
Essa tecnologia brasileira desenvolvida pelo empresário José Railton Sousa de Lima, foi implantada no município de Unaí - MG e em Lagarto - SE. Nessa segunda cidade a capacidade de processamento da usina é de 120 toneladas de lixo por dia, e seu valor ficou por cerca de R$ 5.745.000,00 para ser construída. Dentro deste valor estão um terreno de 6.800 m² adquirido por cerca de R$ 290.000,00, a construção de um galpão de 1.500m² por cerca de R$ 90.000,00, a sede da empresa onde fica a parte da administração custou aproximadamente R$ 200.000,00 e todas as partes que compõem o equipamento para o processamento dos RSU e unidade termoelétrica custando R$ 5.000.000,00.
5.4.2 Custos para implantar um aterro sanitário
O aterro sanitário é uma opção para tratamento dos lixos coletados nas cidades com intuito de preservar o meio ambiente, mas quando o assunto chega nos custos de sua construção muitas cidades desistem da ideia, pois, dificilmente possuem recurso para implantar uma estrutura desse porte, o que explica a pouca quantidade de aterros sanitários no país. Segundo Mori (2012) apenas 27,7% dos municípios possuem aterros sanitários.
De acordo com um levantamento de dados realizado pela FGV (Fundação Getúlio Vargas) a construção de um aterro sanitário de grande porte com capacidade para receber 2.000 toneladas de lixo por dia custa em torno de R$ 525,8 milhões, um de médio porte capaz de receber 800 toneladas por dia custa
aproximadamente R$ 236,5 milhões e um de pequeno porte com recebimento de 100 toneladas por dia não sai por menos de R$ 52,4 milhões.
Dentro desses valores são inclusos compra do terreno, construção da infraestrutura, manutenção, operação e encerramento. O tempo de vida desses aterros são de aproximadamente 42 anos, mas pode receber resíduos apenas nos seus primeiros 20 anos.
5.5 EMPRESAS QUE GERAM ENERGIA A PARTIR DO LIXO NO
BRASIL
No Brasil ainda é novidade o assunto queimar lixo para gerar energia, mas já existem algumas empresas no mercado investindo nessa área, parte por invenção própria e parte usam como exemplo empresas estrangeiras que já trabalham com isso a mais tempo.
O Núcleo Tecno - Ambiental Railton Faz, como já citado neste trabalho é uma empresa desenvolvedora de tecnologia 100% privada que inventou seu próprio sistema de processamento de RSU com finalidade de gerar energia elétrica a partir da queima do carvão resultante da carbonização do lixo. Atua em Unai - MG e Lagarto - SE.
Também existe a Companhia Riograndense de Valorização dos Resíduos (CRVR), opera no Estado do Rio Grande do Sul e seu trabalho é realizado a partir do aproveitamento do biogás obtidos da decomposição de rejeitos. Sua usina irá gerar energia com capacidade para abastecer uma cidade com cerca de 80 mil habitantes.
A empresa Loga e EcoUrbis são empresas responsáveis pelos aterros sanitários, municipal Bandeirantes e o São João, em São Paulo. O primeiro teve sua inauguração em 2004 e foi a primeira usina brasileira a usar o gás bioquímico para gerar energia elétrica. Tem capacidade para gerar 170.000 MWh de energia por ano, suficiente para abastecer uma cidade com aproximadamente 400 mil habitantes. Já a usina de São João está em atividade desde 2007, e utiliza o gás metano tirado do aterro desativado em 2009 para gerar cerca de 200 mil MWh de energia, que posteriormente é vendida para Eletropaulo.
A Itajaí Biogás e Energia é outra empresa que gera energia elétrica através do biogás fornecido por um aterro sanitário. A empresa começou essa atividade em 2014, gerando 1 MWh, mas com intenção de aumentar para 2 MWh.
Essas são algumas das empresas que investem nesse tipo de energia no Brasil, são poucas, mas aos poucos estão aparecendo novos interessados nessa área.
6 METODOLOGIA
O trabalho seguirá com um levantamento bibliográfico dos métodos e técnicas para uso de energia gerada a partir de queima de biomassa. Além disso, será feita o estudo de casos implantados no Brasil, de sua viabilidade e tecnologia implementada, das formas de queima do material combustível, os processos de coleta, separação e pré-processamento para a incineração, assim como o pós-processamento dos resíduos sólidos, líquidos e dos gases gerados no processo de geração de energia. Associado a isso será elencado o impacto previsto quando da implantação de uma usina de incineração de resíduos sólidos.
A partir dos casos estudados será eleita uma metodologia para comparação entre as localidades que mantém uma planta de incineração de RSU e o município de Sinop, de forma que possam ser elencadas suas características semelhantes e as diferenças aparentes.
Feita esta analogia a partir dos estudos de caso, far-se-á um levantamento sobre a quantidade de resíduo sólido urbano gerado pelo município de Sinop para que se possa estimar qual são as características de uma usina de incineração que mais de adéque ao caso em questão. Além disso, serão estimados os custos para implantação tanto da usina quanto do aterro sanitário, seu tempo de implantação e os custos de manutenção. Esta etapa de estimativas será feita a partir de documentos oficiais fornecidos pela prefeitura municipal e pelas empresas de transporte de resíduos do município.
7 CRONOGRAMA
ATIVIDADES 2016 07 08 09 10 11 12 Revisão Bibliográfica Revisão bibliográfica complementar Coleta de dados complementares em bibliografias Entrevistas com questionário Análise dos dados obtidos Redação da monografia Revisão e entrega oficial do trabalho Apresentação do trabalho em banca8 REFERENCIAL BIBLIOGRÁFICO
ABRELPE. Associação Brasileira De Empresas De Limpeza Pública e Resíduos Especiais - Panorama Dos Resíduos Sólidos No Brasil 2014, Disponível em: <http://www.abrelpe.org.br/Panorama/panorama2014.pdf>. Acessado em: 03 de Março de 2016.
AUGUSTO, S. L. - O resíduo sólido urbano como fonte renovável para geração de energia elétrica: aspectos econômicos e sócio-ambientais. Universidade Estadual de Campinas - UNICAMP. Campinas - SP, 2012.
VOLOCH, L. - Carbonização de Resíduos Sólidos Urbanos como alternativa de tratamento e geração de energia: viabilidade de aplicação no município de Londrina - PR. Universidade Estadual de Londrina - UEL. Londrina - PR, 2012.
MARIA, D. C. - Geração de energia elétrica a partir da incineração de lixo urbano: o caso de campo grande/MS. Universidade de Brasília - UnB. Brasília - DF, 2005. TRIGUEIRO, A. - Transformação de lixo em energia já é realidade no Brasil, Disponível em: <http://g1.globo.com/jornal-da-globo/noticia/2013/03/projetos-de-producao-de-biogas-no-brasil-comecam-funcionar.html>. Acessado em: 03 de Março de 2016.
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