Externalidades na produção do biogás no Brasil

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA AGRÍCOLA E MEIO AMBIENTE ENGENHARIA AGRÍCOLA E AMBIENTAL

LUCAS DE LIMA CASSERES DOS SANTOS

EXTERNALIDADES NA PRODUÇÃO DE BIOGÁS NO BRASIL

NITERÓI 2019

Externalidades na produção do biogás no Brasil

Trabalho de conclusão de curso apresentado ao Curso de Engenharia Agrícola e Ambiental, da Universidade Federal Fluminense, como requisito parcial à obtenção do título de Bacharel em Engenharia Agrícola e Ambiental.

Orientadora:

Profa _Dra _{Roberta J. Rigueira}

Coorientador:

Prof. Dr. Dan A. Gandelman

Niterói 2019

Bibliotecária responsável: Fabiana Menezes Santos da Silva - CRB7/5274

Lima Casseres dos Santos ; Roberta Jimenez de Almeida Rigueira, orientadora ; Dan Abensur Gandelman, coorientador. Niterói, 2019.

61 f. : il.

Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Agrícola e Ambiental)-Universidade Federal Fluminense, Escola de Engenharia, Niterói, 2019.

1. Biogás. 2. Energia. 3. Externalidades. 4. Produção intelectual. I. Rigueira, Roberta Jimenez de Almeida, orientadora. II. Gandelman, Dan Abensur, coorientador. III. Universidade Federal Fluminense. Escola de Engenharia. IV. Título.

-EXTERNALIDADES NA PRODUÇÃO DO BIOGÁS NO BRASIL

Trabalho de conclusão de curso apresentado ao Curso de Engenharia Agrícola e Ambiental, da Universidade Federal Fluminense, como requisito parcial à obtenção do título de Bacharel em Engenharia Agrícola e Ambiental.

Aprovada em ____ de __________de 2019.

BANCA EXAMINADORA

___________________________________________________________________ Profa _{Roberta Jimenez de Almeida Rigueira, D.Sc.– UFF}

___________________________________________________________________ Prof. Dan Abensur Gandelman, D.Sc – UFF

___________________________________________________________________ Glaysson de Mello Muller, D.Sc. – EPE

___________________________________________________________________ Saulo Ribeiro Silva, M.Sc - EPE

Aos que vieram antes de mim e aos que estiveram comigo nessa caminhada até o presente momento, sem os quais não seria quem sou hoje.

Uma vez que me encontro em processo de conclusão de uma das etapas mais aguardadas da minha graduação em Engenharia Agrícola e Ambiental, gostaria de discorrer algumas palavras nesse espaço, a quem eu dedico os meus mais sinceros agradecimentos para os que estiveram na trajetória até aonde me encontro neste momento.

Agradeço a presença de Deus na minha vida, nos momentos difíceis e nos de glória. Por tudo de bom que Ele me proporciona, que traz alegria, felicidade e aprendizado e pelas que, aparentemente não tão boas, me trazem aprendizado, sabedoria e gratidão pelo que me é oferecido. Agradeço pela Sua presença, pela oportunidade e o privilégio de poder evoluir como ser humano e enxergar cada vez mais o meu propósito em vida.

Agradeço imensamente pela presença dos meus pais, Candido Casseres e Lisiane de Lima. Foram eles que, desde pequeno, me ensinaram, cuidaram de mim, me deram oportunidades e, foram os primeiros a me incentivar em tudo, inclusive estar aqui. Além de me mostrar a grande importância de cultivar os valores que me passaram para ser um ser humano mais feliz e realizado.

Agradeço às minhas avós Jandyra Casseres e Maria Maran e avôs Candido Casseres e Manoel de Lima. Sinto por não ter vocês comigo para comemorar não só esse momento, como as conquistas desses últimos anos, mas sei que comemoram muito, de onde estão, mais uma conquista que é nossa.

Agradeço a minha família, meus irmãos Gustavo Casseres e Gabriela Casseres, pela parceria, o carinho, cuidado e o apoio, aos meus tios Caius Casseres, Cristiana Casseres por sempre terem sido a minha rede de apoio por cuidarem de mim, pelo carinho e apoio. Agradeço especialmente a minha querida vó Jurema Azevedo, pelo exemplo de pessoa que ela é, pelo carinho e dedicação a mim e à família e porque sem ela e a vó Jandyra, nada disso seria possível e essa rede não teria sido criada.

Agradeço aos meus tios Paulo e Estela Maran e meus primos Matheus, Beatriz e Eduardo, que me apoiaram nesses anos e pelo cuidado e carinho. Agradeço aos tios Sebastião, Cidiléia e Sérgio Casseres, por todo apoio, carinho e suporte, que foram vitais para o sucesso dessa etapa. Agradeço o cuidado, apoio e

família Azevedo.

Agradeço a presença dos meus amigos, que me apoiaram, e muito, nessa caminhada. Aos meus bons amigos do colégio de São Bento, do colégio QI, da Universidade Federal Fluminense e do estágio no Rio Rural. Registro aqui em especial, um agradecimento àqueles amigos que todos semestres ouviram e me ajudaram com minhas questões de fim de período e comemoraram comigo as minhas vitórias: Rafael Freitas, Pedro Chujo, Graziela Dantas, Daniela Segadilha, Larissa Haringer, Suzane Fonseca, Caroline Picolli, Caio Picinin, Joice Azeredo, Matheus Bachini, Anderson Júnior, Thaís Silva, Edmilson Ribeiro, Mariana Otero, Fernanda Reis, Eliane Braga, Jessica Barreto, Guilherme Moura, Leticia Tavares e Fernando Lima, Raphaela Fonseca e Taillany Portugal.

Agradeço a Lídia Santos por ter me apoiado tanto nesses meses de desenvolvimento do trabalho e em projetos futuros. Obrigado pela companhia, cuidado, carinho e por ter tornado esse período muito mais leve e tranquilo.

Agradeço aos professores que me possibilitaram acessar conhecimentos que me guiaram até aqui, do fundamental ao superior, em especial: Neusa Ayres, José Carlos Fernandes, Marcos Teixeira, Carlos Pereira, Leonardo Hammacher, Armando Cypriano e Dirlane Carmo.

Agradeço imensamente a professora Roberta Rigueira que me sugeriu o tema e me orientou no trabalho juntamente ao professor Dan Gandelman, que fez a diferença para atingirmos esse nosso objetivo.

Por último, agradeço a você, caro leitor, que desejando debruçar-se no assunto, deu-me a oportunidade de apresentar-lhe este tema.

No cenário de expansão constante das demandas do setor energético e elétrico brasileiro, da agenda nacional em prol do controle de emissões, e da gestão de resíduos, a produção de biogás possui um importante papel ambiental, econômico e social para o país. Sendo expressivo o seu potencial produtivo e regional diante das demais fontes de energia e a incipiência da sua participação no mercado energético do Brasil, há a necessidade de realizarem-se estudos para compreender essa contradição e os motivos pelos quais são importantes o incentivo e a atenção pública à produção de biogás. Nesse sentido, através de ampla pesquisa, em estudos científicos e relatórios de instituições, acerca da produção de energia, energias renováveis, biogás e seus aspectos ambientais e econômicos no contexto brasileiro e internacional, o presente trabalho pretende apresentar e discutir as externalidades, qualitativas e quantitativas, na produção de biogás no país. Os resultados demonstram que essa atividade apresenta um custo econômico não tão competitivo diante das demais fontes disponíveis, e que também oferece diferentes externalidades positivas como a geração de energia com menor emissão de gases de efeito estufa comparada as fontes fósseis, além de outros impactos que, não contabilizados na formação de seus custos, afetam diretamente e indiretamente a saúde pública, a qualidade do meio ambiente e o desenvolvimento econômico e social. Dessa maneira, a partir dos impactos positivos apresentados pelas externalidades, é perceptível que o custo econômico da produção ainda é alto dada as barreiras que toda fonte em princípio de desenvolvimento apresenta. Assim cabendo medidas e propostas que levem em conta e internalizem essas externalidades no custo, tornando-o mais competitivo, aumentando a sua inclusão e garantindo o aproveitamento desses benefícios oferecidos pela produção do biogás.

In the scenario of constant expansion of the demands of the Brazilian energy and electric sector, the national agenda for emissions control and waste management, biogas production has an important environmental, economic and social role for the country. Being expressive its productive and regional potential in face of other energy sources and the incipience of its participation in the Brazilian energy market, there is a need to carry out studies to understand this contradiction and the reasons why the incentive and public attention are important to biogas production. In this sense, through extensive research, in scientific studies and reports of institutions, about the production of energy, renewable energy, biogas and its environmental and economic aspects in the Brazilian and international context, the present work intends to present and discuss the quantitative and qualitative externalities, in the production of biogas in the country. The results show that this activity presents an economic cost that is not as competitive as other available sources. In addition, offers different positive externalities such as the generation of energy with less emission of greenhouse gases compared to fossil fuels, besides other impacts that, not accounted for in the formation of their costs, directly and indirectly affect public health, the quality of the environment, and economic and social development. Thus, from the positive impacts presented by externalities, it is noticeable that the economic cost of production is still high given the barriers that all source in the beginning of its development presents. Thus requiring measures and proposals that take into account and internalize these externalities in cost, making it more competitive, increasing its inclusion and ensuring the use of these benefits offered by biogas production.

Figura 1 – Os dez países com maior consumo de energia primária e a porcentagem

referente ao consumo total. ... 16

Figura 2 - Oferta Interna de energia no Brasil (%) (2018). ... 17

Figura 3 - Oferta Interna de energia elétrica (%) (2018). ... 18

Figura 4 - Capacidade Instalada de Energia Elétrica (1974-2017). ... 19

Figura 5 - Potencial hidrelétrico por região hidrográfica. ... 21

Figura 6 – Capacidade instalada de diferentes biomassas na década de 2008-2017. ... 25

Figura 7 - Composição de matérias-primas de UTEs movidas a biomassa. ... 25

Figura 8 - Potencial agregado de oferta de bioeletricidade por fontes no horizonte 2015-2050. ... 32

Figura 9 – Compilado de dados de emissão de GEE para diferentes fontes realizado por diferentes organizações. ... 46

Figura 10 – Comparação de valores de emissões de GEE na avaliação de ciclo de vida para diferentes fontes. ... 46

Figura 11 – Comparação de emissão de GEE (geradas, evitadas e saldo) para biogases de diferentes substratos com as emissões geradas na matriz elétrica alemã. ... 47

Figura 12 – Comparação de emissões de GEE de diferentes fontes. ... 48

Figura 13 - O impacto no custo de diferentes combustíveis após adição do custo CO2 (médio, baixo e alto)... 49

Figura 14 – Comparativo de emissões geradas e evitadas. ... 51

Figura 15 – Gráfico comparativo de custo de energia para diferentes fontes no Brasil. ... 52

Tabela 1 – Tecnologias de geração termelétrica. ... 26

Tabela 2 – Características e composição típicas do biogás. ... 28

Tabela 3 – Composição do biometano de produtos e resíduos agrossilvopastoris e comerciais. ... 29

Tabela 4 – Potencial de oferta de bioeletricidade por fontes, geração centralizada e geração distribuída, em anos selecionados. ... 31

Tabela 5 – Categorias de impacto e danos associados. ... 33

Tabela 6 – Emissões de ciclo de vida de combustível para vários sistemas de biogás. ... 39

Tabela 7 – Tarifas e custos do biogás na Alemanha para diferentes tipos de substrato e potência. ... 41

Tabela 8 – Produção, geração de energia e emissões evitadas de CO2 a partir de biogás. ... 42

Tabela 9 – Emissões de GEE no Sistema Elétrico Brasileiro. ... 50

Tabela 10 – Emissões evitadas pela produção potencial total de biogás. ... 50

ANEEL– Agência nacional de energia elétrica

ANP – Agência nacional do petróleo, gás natural e biocombustíveis CIBIOGÁS – Centro internacional de energias renováveis – biogás COVNM – Compostos orgânicos voláteis não-metânicos

EIA – U.S. Energy information administration

EMATER – Empresa de assistência técnica e extensão rural EPE – Empresa de pesquisa energética

FNR – Fachagentur Nachwaschsende Rohstoffe FV – Fotovoltaico

GAHB – Grupo ad hoc de biocombustíveis do mercosul GEE – Gases de efeito estufa

GJ – Gigajoule

IEA – International energy agency

IPCC – Intergovernmental panel on climate change MDL – Mecanismo de desenvolvimento limpo MJ – Megajoule

MME – Ministério de minas e energias NT – Nota técnica

OCDE – Organização para a cooperação e desenvolvimento econômico OIE – Oferta interna de energia

OIEE – Oferta interna de energia elétrica ONS – Operador nacional do sistema elétrico OTEP – Oferta total de energia primária PPM – Partícula por milhão

REN – Resolução normativa RSU – Resíduos sólidos urbanos SIN – Sistema interligado nacional

TEP – Toneladas equivalentes de petróleo UHE – Usina hidrelétrica

UTE – Usina termoelétrica

1. INTRODUÇÃO ... 13

2. OBJETIVOS ... 15

3. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA E REVISÃO DA LITERATURA ... 16

3.1. Panorama do setor energético ... 16

3.2. Panorama do setor elétrico ... 18

3.3. Hidroeletricidade no Brasil ... 20

3.4. Termoeletricidade no Brasil ... 21

3.5. Fontes alternativas de energia no Brasil ... 22

3.6. Produção de biogás no Brasil ... 26

3.7. Externalidades na produção de biogás ... 32

4. MATERIAL E MÉTODOS ... 35

5. RESULTADOS E DISCUSSÃO ... 36

5.1. Aspecto ambiental e custo da geração em países europeus ... 36

5.2. Aspecto ambiental e custo da geração no Brasil ... 41

5.3. Competitividade do biogás frente as demais fontes de energia elétrica ... 45

6. CONCLUSÕES ... 54

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ... 56

1. INTRODUÇÃO

No cenário mundial, o Brasil figura como um dos maiores consumidores e produtores de energia. Em 2017, o país foi classificado como nono maior consumidor, com aproximadamente 2,2% do consumo mundial de energia - segundo relatório de BP (2018), e em 2016, como sétimo maior produtor de energia primária (IEA, 2018). O país também se destaca no panorama mundial por ter um expressivo consumo primário de energia advindo de fontes renováveis de energia, com aproximadamente 41,5% (EPE, 2018), frente à 14% da média mundial (IEA, 2018), para o ano de 2016. E essa característica renovável da matriz é ainda mais evidente quando se observa o setor elétrico do Brasil. Nele, as fontes renováveis representam 80,4% da oferta interna, tendo como principal representante a fonte hídrica com 65,2% do total (EPE, 2018).

Em 2016, EPE (2016) estimou em sua Nota Técnica DEA 13/15, sobre Demanda de Energia, que o crescimento da demanda brasileira total de energia duplicará no horizonte de 2013 a 2050. Há uma grande presença de hidroeletricidade no país. No entanto, alguns fatores recentes como fenômenos climáticos responsáveis por alterações nos regimes de chuva, elevado investimento necessário para construção de grandes projetos hidrelétricos e redução na capacidade de investimento do país traz a necessidade de diversificação da matriz elétrica brasileira. Além disso, é necessário incentivo a fontes energéticas que não apenas assegurem a demanda de energia, como apresentem baixo valor econômico ao consumidor e impacto ambiental – em contrapartida as atuais termelétricas a gás natural - e possibilidade de oferta descentralizada de energia. Dentre as alternativas estão as fontes biomassa, eólica e solar. A primeira, com maior representatividade tanto na matriz energética como elétrica brasileira, apresenta como um dos seus combustíveis o biogás (EPE, 2018).

O biogás é subproduto da decomposição anaeróbica de resíduos e efluentes urbanos, industriais e agropecuários e representa uma alternativa tanto para produção de energia elétrica, como térmica e combustível. Segundo GAHB (2017) e EPE (2018), a produção de biogás no país representa aproximadamente 1.641.391 m³/dia direcionados para produção de energia, em 2015, e 0,09% da energia elétrica produzida em 2017. Apesar dos valores pouco expressivos, a digestão anaeróbica e consequente produção do biogás já possui tecnologia dominada internacionalmente

a custos competitivos, além de apresentar flexibilidade de uso e de armazenamento e também um cenário traçado para a geração descentralizada, sendo assim, uma fonte extremamente promissora no mercado de energia (EPE, 2016).

Somadas as vantagens da produção do biogás para quem o produz, existem também efeitos associados a essa atividade que geram impactos que extrapolam a dimensão de quem apenas a desenvolve. Para discutir esse fenômeno é necessário apresentar o conceito de externalidade.

À externalidades denominamos àquelas ações de pessoas que afetam o bem-estar de outras que não estão relacionadas com essas ações. As externalidades podem ser positivas ou negativas, sendo referentes, respectivamente, a impactos positivos e negativos ao bem-estar das outras pessoas.

No presente caso, as externalidades estarão relacionadas a ação da produção de biogás afetando o bem-estar da sociedade brasileira, nos âmbitos social, econômico e ambiental. Essas externalidades relacionadas a produção de biogás no Brasil influenciam desde a configuração da matriz energética, ao panorama de emissão de gases de efeito estufa, saneamento básico e a parcela da população que, mobilizada, passará a integrar a cadeia produtiva associada a essa produção.

Assim, diante do exposto, o objetivo geral deste trabalho foi estudar as externalidades na produção do biogás e compreender a sua competitividade no contexto do setor energético brasileiro, sobretudo o elétrico.

2. OBJETIVOS Objetivo Geral

O objetivo geral deste trabalho é estudar as externalidades na produção do biogás e sua competitividade frente a outras fontes de energia no contexto brasileiro.

Objetivos Específicos

 Realizar uma fundamentação teórica sobre os conceitos que envolvem o biogás;

 Apresentar externalidades positivas e negativas desta fonte;  Apresentar o estado desta fonte no Brasil;

3. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA E REVISÃO DA LITERATURA

O setor energético é crucial para o crescimento de um país e um importante motor para o seu desenvolvimento. No Brasil, essa premissa não deixa de se fazer presente. Na última década o crescimento do consumo de energia primária foi de 28%, devido ao crescimento econômico do país (EIA, 2019).

3.1. Panorama do setor energético

O BP Statistical Review of World Energy, de junho de 2018, informou que o consumo de energia primária do país, referente a energia em sua forma bruta e natural, gira em torno de 294,4 milhões de Toneladas Equivalentes de Petróleo (TEP) (BP, 2018). Esse valor, em comparação ao total consumido mundialmente de 13.511,2 milhões de TEP, representa 2,2%, e dos 700,6 milhões de TEP na região da América Central e Sul representa 42,0% do consumido. É possível observar, na Figura 1, a posição do país entre os dez maiores consumidores de energia primária, estando na nona posição. Além disso, IEA (2018) em seu balanço energético mundial de 2018 apresenta o Brasil como o sétimo maior produtor de energia do mundo, com a produção de 285,0 milhões de TEP, sendo responsável por cerca de 2,0% da produção mundial.

Figura 1 – Os dez países com maior consumo de energia primária e a porcentagem referente ao consumo total.

Fonte: Adaptado BP (2018). 23,2% 16,5% 5,6% _5,2% 3,4% _{2,6% 2,5%} 2,2% 2,2% 2,0% 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 Milh õ es d e TE P

Na Resenha Energética Brasileira de 2019, o Ministério de Minas e Energias (MME) apresenta que a Oferta Interna de Energia (OIE) de 2018 foi de aproximadamente 288 milhões de TEP, representando 2% da mundial. A resenha apresenta também a composição dessa matriz dividida em não-renovável e renovável, contribuindo respectivamente com 55% e 45%. Na Figura 2 é possível observar a divisão por fontes de energia. Basicamente, os energéticos não-renováveis, fontes energéticas que são finitas ou de demorada recomposição, são óleo, gás industrial e natural, nuclear e carvão, já os renováveis, fontes que são teoricamente inesgotáveis devido a sua reposição contínua, são hidroelétricas, biomassas, solar e eólica.

Figura 2 - Oferta Interna de energia no Brasil (%) (2018). Fonte: MME (2019).

Como dito anteriormente, o setor da energia é importante para o desenvolvimento do país, entretanto esse desenvolvimento não se restringe apenas ao crescimento econômico, estando associados também a questões socioambientais. E com relação a esse tópico, um setor energético mais sustentável de energia é favorecido pelo aumento da presença de fontes renováveis, que vem se mostrando como uma tendência mundial. IEA (2018) apresenta um crescimento dessas fontes mundialmente a uma taxa anual de 2%, desde 1990 a 2016, sendo maior que a taxa de crescimento da Oferta Total de Energia Primária (OTEP) mundial, que é de 1,7%. Ainda dentro do contexto mundial de aumento de fontes renováveis, para o período 1990-2016, é observado um crescimento médio anual de 37,3% para energia solar fotovoltaica (FV), seguido de 23,6% de energia eólica e 12,3% de energia de biogás (IEA, 2018).

Diante desse cenário, em 2016, a presença de 13,7% da oferta total de energia primária (OTEP) mundial a partir de energias renováveis frente aos 41,5% pelo Brasil, mostram como o país se encontra em vantagem nesse sentido. Vale ressaltar que a taxa de crescimento anual no consumo de energias renováveis (a exceção da hidroeletricidade) do Brasil está à frente da mundial, sendo respectivamente 18,9% e 16,2% (IEA, 2018; EPE, 2018).

3.2. Panorama do setor elétrico

Apresentando características semelhantes, a matriz de energia elétrica brasileira também apresenta uma grande presença de fontes renováveis. Com 83,3%, a Oferta Interna de Energia Elétrica (OIEE) Renovável do país é mais de 3 vezes maior que a média mundial, com 26,2%, e que a do bloco da OCDE, com 26,8% (MME, 2019). A Figura 3 discrimina as fontes que constituem a matriz elétrica e suas proporções, separadas em renovável e não renovável.

Figura 3 - Oferta Interna de energia elétrica (%) (2018). Fonte: MME (2019).

Do valor total de OIEE, de 636,4 TWh, no Brasil, a hidroeletricidade corresponde a maior parcela com cerca de 424,0 TWh (66,6%) (MME, 2019). Historicamente o país apresenta a hidroeletricidade como principal recurso energético, dado o enorme potencial hídrico, e sua competitividade econômica. A prática da construção de usinas hidrelétricas (UHEs) de acumulação com usinas termoelétricas (UTEs) como complemento foi uma escolha recorrente durante décadas, como pode ser visto na Figura 4.

Figura 4 - Capacidade Instalada de Energia Elétrica (1974-2017). Fonte: MME (2019).

No entanto, observa-se um crescimento cada vez mais significativo, a partir do início dos anos 2000, de outras fontes de energia renováveis tais como a eólica, e mais recentemente, a solar, como também as termoelétricas a partir de biomassa e efluentes industriais. Esse fenômeno pode ser explicado não apenas pelo compromisso do país em manter o seu crescimento econômico pautado em uma matriz energética limpa, como também pelo grande potencial energético que o Brasil apresenta, possibilitando o crescimento de forma segura, econômica e sustentável (EPE, 2016). No Anexo I é possível avaliar o crescimento substancial da capacidade instalada dessas outras fontes renováveis de energia e das demais fontes de energia elétrica no horizonte de 2001-2017 (MME, 2019).

Segundo a Nota Técnica DEA 13/15 da Empresa de Pesquisa Energética (EPE), que visa estimar o crescimento da demanda de energia no país para o horizonte 2013-2050, é estimado um aumento na demanda um pouco acima de duas vezes à do ano de 2013, com média de 2,2% ao ano de incremento (EPE, 2016). Esse crescimento, de 263 milhões de TEP para 595 milhões, apresenta elevação gradual da penetração do gás natural no consumo total de energia ao longo dos anos, bem como manutenção da grande demanda de energia a partir de derivados de petróleo. Além disso, é apresentado na projeção, um elevado crescimento na demanda de eletricidade no país. Isto posto, no âmbito do setor elétrico do país,

deverá ocorrer um aumento na oferta de energia para atender ao crescimento da demanda de energia elétrica no período avaliado.

Como apresentado anteriormente na Figura 4, o Brasil é altamente dependente de duas fontes: a hidrelétrica e a térmica (MME, 2019; FERREIRA et al, 2018). Em relação a geração de energia elétrica a partir dessas fontes, o Brasil se encontra mundialmente em terceiro lugar com 359,7 TWh, para hidroeletricidade, e vigésimo com 135,8 TWh, em termoeletricidade, para o ano de 2015 (EPE, 2018).

3.3. Hidroeletricidade no Brasil

A hidroeletricidade ainda é a principal fonte de geração no país, e isso se deve a abundância do recurso energético, que o torna competitivo economicamente. Atualmente apresenta-se como uma fonte confiável e madura no país, sendo ainda renovável – com o destaque por ser uma energia armazenável - e com reduzida emissão de gases de efeito estufa (GEE) (EPE, 2016).

Apesar de apresentar diversas vantagens além das citadas, no presente, a hidroeletricidade apresenta dificuldades em sua expansão. E a causa são os impactos socioambientais negativos associados à sua construção – alagamento de grandes extensões de terras –, pela dificuldade em financiamento dos elevados investimentos de construção, e a suscetibilidade da sua eficácia às condições climáticas (vazões de rios e regime de chuvas adequados). Além disso, a capacidade de expansão dessa fonte no país é cada vez menor, dada à elevada exploração do seu potencial ao longo dos anos. Atualmente, como apresenta a Figura 5, a região Amazônica representa a última grande fronteira de expansão dessa fonte. No entanto, essa região apresenta uma grande extensão de áreas protegidas – unidades de conservação, terras indígenas e quilombolas -, o que pode levar a dificuldades legais para viabilizar novos empreendimentos e tornar o processo moroso e de demorado payback (EPE, 2016).

Figura 5 - Potencial hidrelétrico por região hidrográfica. Fonte: EPE (2016).

3.4. Termoeletricidade no Brasil

No setor elétrico brasileiro, a termoeletricidade teve, durante as últimas décadas, o papel central de complementar a energia hidrelétrica em seus momentos críticos de oferta de energia. Mais recentemente, esse papel também tem sido assumido pelas demais fontes renováveis (eólica e solar), que possuem características de serviço em intermitência, ou seja, produção não contínua e regularizada. As usinas termoelétricas (UTEs) têm suas matérias-primas divididas em três categorias: biomassa, fóssil e efluentes industriais. As biomassas são compostas por diversos materiais como: bagaço de cana, biogás, lenha, lixívia, entre outras culturas agrícolas e resíduos agrícolas. Na última década (2008-2017), essa fonte apresentou crescimento notável como fonte de UTEs, passando de 22% a 35% em participação de capacidade instalada entre as categorias (MME, 2019). Outra categoria de UTE é a fóssil, que, apesar da redução na participação ao longo do período 2008-2017, ainda apresenta grande presença no cenário atual, com 61%, em oposição aos anteriores 74% de participação, em 2008 (MME, 2019). As fontes fósseis são divididas em carvão mineral, óleo combustível, óleo diesel, óleo ultra viscoso, gás de refinaria e o gás natural, com maior representatividade. O gás natural corresponde, em 2017, a 51% do total utilizado, seguido pelo óleo diesel, óleo combustível e carvão mineral, com, respectivamente, 19%, 16% e 13% (MME,

2019). A última categoria de UTE é a de efluente industrial, que apresenta pequena participação no setor com estabilidade entre 2008-2017 de 4% de participação, com efluentes como gás siderúrgico, gás de processo e de alto forno, como principais elementos desse segmento (MME, 2019).

O crescimento de UTEs, principalmente a gás natural, se deve a características como flexibilidade operacional, independência de variações climáticas, proximidade aos centros de consumo e reduzidos espaços de instalação. Assim, essas usinas oferecem ao sistema elétrico não só confiabilidade, como possibilidade de produzir próximo aos centros urbanos, onde há maior demanda, e oferecer energia firme em áreas isoladas.

Entretanto, as condições de operação dessa fonte energética têm como consequência impactos econômicos e ambientais negativos. O impacto econômico, que pode encarecer essa forma de energia, está relacionado ao custo da energia, que, segundo Ferreira et al (2018), está sujeito as variações de mercado em decorrência da oferta das fontes de queima no mercado, e também ao valor do transporte do produto, em casos em que o produto não pode ser transportado via dutos. Existe também o custo ambiental, pois essas fontes são responsáveis por emissão de poluentes atmosféricos, tais como óxidos de nitrogênio (NOx), material

particulado (MP), óxidos de enxofre (SOx), além de GEE, principalmente o CO2

(EPE, 2016), que são responsáveis por intensificar o efeito estufa, contribuindo para o aquecimento global. O Anuário Estatístico de Energia Elétrica de 2018 da EPE, apresenta que as fontes com maior emissão de GEE no Sistema Interligado Nacional (SIN) são o gás natural com 24,2 MtCO2 e carvão como 13,8 MtCO2, com

participações de 56,1% e 32,1%, respectivamente, nas emissões. O SIN apresenta 70,6% das emissões de GEE para geração de energia elétrica, estando em segundo lugar a autoprodução de energia elétrica com 16,9% (EPE, 2018).

3.5. Fontes alternativas de energia no Brasil

Em 2015 o Brasil apresentou-se como um dos 10 países com maior geração de energia elétrica por fontes alternativas, estando em sétimo lugar, com 70,9 TWh (4,3% da geração mundial), possuindo, ainda, capacidade instalada de 20,0 GW (EPE, 2018). Atualmente, essa geração é composta majoritariamente de biomassa, eólica e solar.

A energia solar no país na atual década sofreu um enorme avanço, que pôde ser observado no recente crescimento de 316,1% na OIEE entre os anos de 2017 e 2018, em que a oferta se estabeleceu em 3.461 GWh (MME, 2019). Esse avanço se deu, principalmente, após iniciativas como leilões de energia e, em menor escala, a Resolução Normativa nº 482/2012 – que apresenta possibilidades para micro e minigeração distribuída integrada ao SIN e com mecanismo de compensação – e a REN 687/2015 – que amplia a REN 482/2012, apresentando ampliações no limite de potência da mini e micro geração, além de novas vantagens para esse tipo de produção. Além disso é notável, como dito anteriormente, o crescimento dessa fonte no mundo nos últimos anos, e o Brasil apresenta um grande potencial de geração de energia pela grande irradiação solar ao longo do ano, o que torna essa fonte ainda mais atrativa para o país. Apesar dessas condicionantes e o crescimento potencial da fonte, a energia solar fotovoltaica ainda apresenta entraves a serem sobrepostos. O primeiro deles é a redução de custos, que cada vez se tornam menores, mas ainda representam um custo maior que algumas das principais fontes de geração centralizada. O segundo é a intermitência da produção de energia pela inconstância da irradiação solar, e a necessidade de buscarem-se soluções para lidar com essas instabilidades na oferta. Outros entraves são o desenvolvimento de indústria local, para baratear os custos; acesso a financiamento dos projetos FV, para viabilizar sua dispersão; adequação da regulação para evitar oneração da carga não consumida aos consumidores do SIN; e, por fim, garantia da qualidade das instalações, por meio de certificação de qualidade da instalação (EPE, 2016).

A energia eólica, assim como a solar, teve seu crescimento acelerado na última década, despontando no setor em capacidade antes da energia solar. No intervalo de dez anos (2008-2017), segundo MME (2019), houve um aumento de mais de 30 vezes na capacidade instalada de geração de energia a partir de energia eólica, que atualmente se encontra em 12.283 MW, representando 8% da capacidade instalada do país para o ano de 2017. O seu desenvolvimento se dá sobretudo na região da costa litorânea do país, concentrando-se em grande parte na região Nordeste, onde estão presentes a maioria dos parques eólicos existentes (EPE, 2016). Além do grande potencial da fonte no país, há a baixa emissão de GEE, tendo emissão de em seu ciclo de vida, durante a geração eólica, um valor de no máximo 90 g CO2eq/kWh, sendo um valor próximo a fonte de geração que menos

ambientais que a geração eólica apresenta – como impacto sobre a fauna aérea, ruído -, para o setor elétrico a energia eólica, assim como a solar, possui uma característica limitante que é a intermitência, devido a origem primária da sua energia ter natureza não controlável. Esse fator gera preocupações com relação a confiabilidade, uma das premissas do funcionamento do sistema elétrico, e abre a discussão sobre a possibilidade dessas novas renováveis terem a capacidade de reduzir significantemente a dependência dos combustíveis fósseis como complemento ao setor (EPE, 2016).

Assim como as energias alternativas solar e eólica, a energia a partir de biomassa apresenta as mesmas oportunidades: maior rapidez em sua construção, menor risco construtivo, licenças ambientais mais fáceis, atração de capital local e fundos de investimentos e menor capital intensivo (ONS, 2018). A biomassa representa a quarta maior fonte de energia em operação no SIN, com 8,78% de representação e potência outorgada de 14,89 GW (ANEEL, 2019). No Brasil, subdivide-se a biomassa em Agroindustrial, com 77,38% da potência; Biocombustível Líquido e Resíduos Animais, ambos com 0,03%; Florestal, apresentando 21,47%; e Resíduos Sólidos Urbanos, compreendendo 1,09% (ANEEL, 2019). Abaixo são apresentadas a Figura 6 e a Figura 7, a primeira apresenta o crescimento da capacidade instalada de biomassa no país, já a segunda apresenta uma compilação da capacidade instalada, em MW, de UTEs a partir de biomassa de diferentes matérias-primas, no ano de 2017.

Figura 6 – Capacidade instalada de diferentes biomassas na década de 2008-2017. Fonte: Adaptado MME (2019).

Figura 7 - Composição de matérias-primas de UTEs movidas a biomassa. Fonte: Adaptado MME (2019).

Além das vantagens já citadas, em comum com as outras fontes alternativas, as biomassas apresentam também disponibilidade próxima aos centros de carga e a característica de serem fontes controláveis para geração de energia. Dessa forma podem ser despachadas continuamente sob demanda, sendo uma potencial

2.000 4.000 6.000 8.000 10.000 12.000 14.000 16.000 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 Cap acid ad e I n sta lad a (MW )

Participação de biomassa na década de 2008-2017

Bagaço Biogás

Capim Elefante Carvão Vegetal

Casca de Arroz Gás de Alto Forno

Lixívia Óleos Vegetais

Resíduos de madeira e florestais

Composição de matérias primas de UTE's

movidas a biomassa

alternativa de complementariedade com parque de geração hidrelétrica no SIN em UTEs, em contraposição ao uso de combustíveis fósseis. A geração elétrica a partir da biomassa se dá através da queima dos biocombustíveis em termoelétricas utilizando diferentes ciclos de potência e tecnologias. Na tabela abaixo é compilado os ciclos de potência, os equipamentos associados e as diferentes biomassas a serem consumidas.

Tabela 1 – Tecnologias de geração termelétrica. Fonte: Adaptado EPE (2018).

3.6. Produção de biogás no Brasil

Conforme a Figura 7 apresenta, uma das biomassas utilizadas em termoelétricas no país é o biogás. Apesar de contar com um valor diminuto, tendo capacidade instalada de 140 MW (MME, 2019), o biogás é uma fonte bioenergética com avanço significativo no cenário mundial e nacional. Como já demonstrado em IEA (2018), essa biomassa apresentou o terceiro maior crescimento anual dentre as renováveis para o período 1990-2016 no contexto mundial. Já no Brasil, em dez anos (2008-2017) houve um crescimento de quatro vezes na capacidade instalada de geração elétrica a partir dessa fonte, sendo a quarta maior entre as biomassas utilizadas (EPE, 2018); e 117% em número de plantas produtoras nos últimos três anos (CIBIOGÁS, 2018).

Em contrapartida ao atual desenvolvimento do biogás, a sua produção não é recente no país. A primeira tentativa de emprego do biogás em larga escala no Brasil ocorreu a partir da década de 70, com o segundo choque dos preços do

Processo Termodinâmico Tecnologia Biomassa

Ciclo Brayton Turbina a gás, industriais ou aeroderivadas

Biogás, biocombustíveis líquidos e combustíveis obtidos de processos de gaseificação

Ciclo Rankine Ciclo a vapor Biocombustíveis líquidos e biomassas de estado

sólido

Ciclo Otto Motores com ignição por centelha Biomassas em estado líquido e gasoso

Ciclo Diesel Motores com ignição por compressão

Biomassas em estado líquido e gasoso (com propriedade de autoignição ou misturadas a

combustíveis com essa propriedade)

Ciclo Combinado* Turbina a gás associada ao ciclo vapor

Biogás, biocombustíveis líquidos e combustíveis obtidos de processos de gaseificação

* Associação em série dos ciclos Brayton e Rankine

petróleo, como uma forma de redução da dependência dessa fonte energética na época, com o primeiro biodigestor modelo chinês sendo instalado em 1979, na Granja do Torto em Brasília (GAHB, 2017). No período de 1980 a 1984 foram realizados estímulos diversos para a instalação de biodigestores pelos agricultores. A partir desse movimento, em 1984, o Instituto Paranaense de Assistência Técnica de Extensão Rural (EMATER) estimou a presença de 3.000 biodigestores instalados, sobretudo de modelos indiano (GAHB, 2017). Entretanto, essa primeira grande fase do biogás decaiu a medida que, ao longo dos anos, se regularizaram os preços do petróleo, e ocorriam-se problemas na operação e manutenção dos biodigestores pelos agricultores, pela falta de cuidado com a biomassa e o emprego de materiais inadequados na construção dos biodigestores (Bley, 2015). A falta de cuidado com a biomassa resultava da mistura dela com a água da chuva e detergentes proveniente da limpeza de instalações, que reduziam a capacidade de digestão da colônia de microrganismos no reator; já os materiais inadequados utilizados na construção dos biodigestores eram afetados pelo potencial corrosivo dos compostos formados por enxofre, sendo esse problema solucionado com a adoção de materiais como aço inox e concreto.

Posteriormente nos anos 1990, com o pacto global para redução de emissões de GEE, Conferência Rio-92, Protocolo de Kioto (1997) e projetos para o Mecanismo de Desenvolvimento Limpo (MDL), os projetos de biodigestão e aterros sanitários com captação do biogás para queima tiverem um novo crescimento, porém logo o cenário apresentou declínio, como consequência da perda da força política do Protocolo de Kioto e do MDL (BLEY, 2015). Mais recentemente, a partir do início dos anos 2000, o biogás foi reconhecido como um produto energético, e não apenas um subproduto do tratamento anaeróbio, e também matéria-prima para o biometano.

O Biogás é definido pela Resolução ANP nº 8 de 2015 como um “gás bruto obtido da decomposição biológica de produtos ou resíduos orgânicos”. Essa decomposição biológica é realizada em biodigestores, que simulam ambientes anaeróbios para que haja mineralização do insumo. No Brasil, configura-se como insumo os substratos agroindustriais (cana-de-açúcar, comidas e bebidas, avicultura, suinocultura e pecuária leiteira), resíduos agropecuários, tratamento de esgoto e aterros sanitários. A biodigestão anaeróbia dos substratos é realizada em aterro sanitário, plantas de tratamento de esgoto ou biodigestores, sendo o último,

subdividido em três tecnologias de ampla utilização no país: biodigestor chinês, indiano ou canadense.

O processo de biodigestão, em biodigestores, é resumido em quatro etapas: a captação do substrato, tratamento do efluente no reator, captação do efluente tratado e subprodutos do processo. O tratamento do substrato ocorre com a transformação da matéria orgânica em nutrientes, a partir das reações anaeróbias promovidas pelos microrganismos presentes no substrato e biodigestor, que se alimentam do insumo. Durante o processo de biodigestão, há a produção de dois subprodutos o digestato e o biogás, em menor ou maior quantidade, a depender do biodigestor utilizado, substrato e condições ambientes do local de produção. O digestato é constituído do efluente tratado e o resquício de lodo oriundo do tratamento do substrato, que configuram um composto de alto teor nutricional e grande potencial no uso como adubo agrícola.

O biogás será constituído de diferentes gases produzidos a partir da digestão do substrato pelos microrganismos, tais como: metano (CH4), dióxido de carbono

(CO2), além de alguns gases inertes e compostos sulfurosos, como traços de

hidrogênio, nitrogênio, monóxido de carbono, oxigênio, siloxanos, amônia e halogenados (BLEY, 2015; ZANETTE, 2009). O biogás pode ser consumido diretamente, possuindo um poder calorífico entre 4.500 e 6.000 kcal/m³, ou tratado para separação e aproveitamento do metano, que tem o poder calorífico semelhante ao do gás natural (EPE, 2018). Na Tabela 2, é possível verificar a composição típica do biogás.

Tabela 2 – Características e composição típicas do biogás. Fonte: Adaptado Persson et al. (2006)

Parâmetro Gás de Aterro* Biogás - digestão anaeróbia**

Poder calorífico inferior (MJ/Nm³) 16 23

Metano (%vol) 35-65 53-70

Dióxido de carbono (%vol) 15-50 30-47

Nitrogênio (%volt) 5-40

-Ácido sulfídrico (ppm) < 100 < 1000

Amônia (ppm) 5 < 100

* Produzi do a pa rti r de ma téri a orgâ ni ca de res íduos s ól i dos urba nos em a terros s a ni tá ri os . ** Produzi do a pa rti r da ma téri a orgâ ni ca de res íduos a gropecuá ri os em rea tores a na eróbi os .

A Resolução ANP 08/2015 também define o biometano, como “biocombustível gasoso constituído essencialmente de metano, derivado da purificação do biogás”. Essa resolução foi um importante avanço no desenvolvimento da tecnologia do biometano no país, uma vez que, muito além da definição dos produtos, ela especifica a composição do produto, impondo limites de componentes, controle de qualidade, sua condição de disposição ao uso, o seu transporte e as regras de utilização. Na Tabela 3, é possível verificar a composição especificada pela resolução para o biometano.

Tabela 3 – Composição do biometano de produtos e resíduos agrossilvopastoris e comerciais.

Fonte: Adaptado ANP (2015)

Como fonte energética, o biogás possui alta versatilidade podendo ser utilizado para energia elétrica, térmica e combustível. Através da sua queima direta obtém-se energia térmica em secadores, para fins agroindustriais; e em caldeiras, para produção de vapor e calor. A sua energia térmica pode ser aproveitada também em turbinas movidas a gás e moto geradores para geração de energia elétrica. Contudo, para os casos anteriores, bem como o seu uso como substituto ao gás natural em veículos e injeção na rede de distribuição de gás natural, há a necessidade de alguns cuidados com determinados componentes do biogás afim de se evitar danos em equipamentos, bom acondicionamento, qualidade no uso e transporte do produto. Para o uso como substituto do gás natural como combustível e injeção na rede, o biogás deve ser refinado para atingir a composição de

Norte Demais estados

kJ/m3 34.000-38.400 35.000-43.000 kWh/m3 9,47-10,67 9,72-11,94 Índice de Wobbe kJ/m3 40.500-45.000 46.500-53.500 Metano, mín. % mol. Oxigênio, máx. % mol. CO2, máx. % mol. CO2 + O2 +N2, máx. % mol. Enxofre Total, máx.(4,5) mg/m3 Gás Sulfídrico (H2S), máx. mg/m3

* Limites espercificados referentes a 293,15K (20 ºC) e 101,325kPa (1 atm) em base seca. 90 0,8 3 10 70 10

Parâmetro Unidade Limite*

biometano, tal qual estabelecida pela ANP em sua REN 08/2015. No caso de seu uso em caldeiras e cogeração, Zanette (2009) apresenta que para ambos é necessário um valor menor que 1.000 ppm de H2S e, para a cogeração,

exclusivamente, é necessário a remoção da água, evitando a sua condensação na linha de gás e formação de solução ácida corrosiva (combinada com sulfeto de hidrogênio).

Em 2018, segundo dados do Cadastro Nacional do Biogás, o Brasil já conta com 366 unidades voltadas para a produção de biogás – 276 em operação, 82 em instalação e 8 em reformulação ou reforma -, de diferentes portes, a produzir, a partir dos aproximados 4,7 milhões de m³ ao dia, energia elétrica (usando 73,4% do biogás em 190 unidades), térmica (com 16,5% do biogás em 72 unidades), mecânica (com 0,3% do biogás em 6 unidades) ou gerando biometano (em menor escala, com 9,7% do biogás em 8 unidades) (CIBIOGÁS, 2018). Grande parte dessas produções se localizam nas regiões sul, sudeste e centro-oeste, sendo mais da metade das unidades de pequeno porte – 50,4% produzindo menos de 1.250 Nm³/dia e 13,4% entre 1.251 e 2.500Nm³/dia; 24,7% das plantas de médio porte (2.501 a 12.500 Nm³/dia); e 11,5% de grande porte, com produção de 12.501 Nm³ em diante, correspondendo a 81,7% da produção média de biogás (CIBIOGÁS, 2018). O Cadastro Nacional de Biogás apresenta dados de plantas que apresentam somente escala produtiva, a partir de substratos oriundos de produção com fins econômicos de animais, alimentos ou processamento de efluentes e resíduos, assim não são considerados biodigestores de escala doméstica. Ainda, para o MME a capacidade instalada de geração de biogás em 2018 é de 140 MW (MME, 2019)

O panorama do biogás, como apresenta Freitas et al. (2019), ainda é incipiente no país, contando com aproximadamente 0,08% de influência na matriz elétrica brasileira, originários majoritariamente de RSU (96,77%). No entanto as perspectivas futuras de médio e longo prazo apresentam um cenário de desenvolvimento do setor, pautado no grande potencial que essa fonte bioenergética possui. Como apresenta EPE (2016), o potencial agregado de bioeletricidade em 2015 de geração centralizada é de 136 TWh e 36 TWh em geração distribuída, já em 2050 o potencial se eleva a 348 para centralizada e 67 de geração distribuída. A Tabela 4, retirada do livro Energia Renovável (2016) da EPE, apresenta o Potencial de oferta de bioeletricidade por fontes, tanto para geração centralizada como distribuída no horizonte de 2015-2050.

Tabela 4 – Potencial de oferta de bioeletricidade por fontes, geração centralizada e geração distribuída, em anos selecionados.

Fonte: EPE, 2016

Como pode ser visto na tabela, em 2015, o potencial total do biogás está em torno de 42,0 TWh no ano, agregando-se geração centralizada e geração distribuída, considerando-se para esta modalidade até 5,0 MW de capacidade instalada da planta; e para 2050, o potencial agregado chegaria a 95,4 TWh ao ano (EPE, 2016). O crescimento do potencial da oferta das bioenergias pode ser observado na Figura 8, que apresenta a grande importância do biogás no cenário da bioeletricidade. O valor de 95,4 TWh equivale a aproximadamente 15% da OIEE do país em 2018, sendo maior que a produção atual de 54,6 TWh de gás natural.

Figura 8 - Potencial agregado de oferta de bioeletricidade por fontes no horizonte 2015-2050.

Fonte: Adaptado EPE (2016).

Além disso, existem outras vantagens associadas a plantas produtoras de biogás, não só pelo aumento na oferta de fontes alternativas de energia elétrica na matriz elétrica brasileira, mas também no tratamento de resíduos produzidos por animais ou efluentes líquidos municipais. Portanto, se a usina de biogás é economicamente viável, além do benefício econômico, o fato de lidar com um passivo ambiental ajuda a melhorar a qualidade do meio ambiente, reduzindo problemas como descarte inadequado de resíduos no solo, contaminação de águas subterrâneas por dejetos animais, eutrofização de corpos d'água, emissão de GEE, entre outros impactos ambientais. (FREITAS, SOUZA, et al., 2019)

3.7. Externalidades na produção de biogás

Uma abordagem para se discutir as vantagens e desvantagens de um produto é a partir da avaliação das externalidades relacionadas a esse produto. As externalidades são impactos de uma ação de um indivíduo ao bem-estar das pessoas que não participaram dessa ação, sem pagar nem receber compensação por esse impacto. Sendo o impacto sobre as pessoas adverso, a externalidade é negativa, do contrário sendo ele benéfico, a externalidade é positiva. (MANKIW, 2009). Uma vez que são considerados os efeitos externos das ações, por meio de

0 20 40 60 80 100 120 Bagaço Ponta e Palha Florestas Energéticas

Palha de soja Palha de milho Biogás Po ten cial a gre gad o d e o fe rta (T Wh ) 2015 2020 2030 2040 2050

alterações dos incentivos a ação, é possível internalizar as externalidades; por exemplo, sabendo-se o valor monetário de emissão de uma quantidade de poluente, ao cobrar-se por meio de imposto no valor de um serviço ou produto, internaliza-se a externalidade da emissão do poluente. Nem todos os impactos de uma ação podem ser internalizados, uma vez que só se é possível em casos onde ele pode ser quantificado e não apenas qualificado.

Em seu trabalho sobre avaliação dos ciclos de vidas de diferentes tipos de produção de biogás Poeschl, Ward e Owende (2012), apresentam diferentes categorias de impactos que compõe categorias de danos para saúde humana, a diversidade ecossistêmica e a disponibilidade de recursos. Todos esses impactos são fruto de emissões ao ar, água e solo de componentes como: CO2, CO, CH4,

NOx, SO2, compostos orgânicos voláteis não-metânicos, PM10, N2O e etc. Na Tabela 5 abaixo é apresentada as categorias de impactos associadas à sua categoria de dano.

Tabela 5 – Categorias de impacto e danos associados. Fonte: Adaptado Poeschl, Ward e Owende (2012)

Categoria do dano Categoria do impacto Mudanças climáticas

Toxicidade humana

Formação de oxidantes fotoquímicos Formação de material particulado Radiação ionizante

Acificação do solo

Eutrofização da água doce Eutrofização marinha Ecotoxidade do solo Ecotoxidade da água doce Ecotoxicidade marinha Ocupação fundiária Ocupação de área urbana

Transformação de terras naturais Redução de água

Redução de metais

Redução de combustível fóssil Saúde Humana

Disponibilidade de Recursos Diversidade Ecossistêmica

A depender do tipo de substrato e possibilidades produtivas presentes no ciclo de vida de produção de biogás, a emissão de gases ou realização de um desses impactos representam externalidades negativas, e o fato de evitá-los ou reduzir o seu impacto – ao se substituir fontes mais poluidoras - consiste em externalidades positivas, uma vez que gerando subprodutos como digestato e energia, substituem fontes fósseis ou outras fontes energéticas que gerariam impactos maiores.

Além das categorias de impacto apresentadas na Tabela 5 que podem ser além de qualificadas como quantificadas, a produção de biogás apresenta outras externalidades. S. Srinivasan (2008) apresenta para adoção de biogás doméstico na Índia que haverá como externalidades positivas melhorias na saúde, redução do uso de combustíveis fósseis e do desmatamento e iluminação superior garantindo maior tempo de iluminação, criam oportunidades de emprego. Alguns dos efeitos citados geram outros benefícios diretos que demonstram o expressivo impacto positivo das externalidades do biogás em escala doméstica, a citar redução de gastos com saúde pela melhoria do ambiente em que se vive, e maior tempo de estudo das crianças pela melhora na qualidade da luz (SRINIVASAN, 2008).

4. MATERIAL E MÉTODOS

A metodologia de pesquisa, engloba a importância do caminho utilizado pelo pesquisador, os métodos e técnicas propostas para se alcançar os objetivos do projeto de estudo (Tartuce, 2016 apud MARCONI & LAKATOS, 2017. Em uma metodologia espera-se que o autor aborde o caminho do pensamento, a justificativa dos instrumentos de pesquisa, os métodos e relação com a teorias apresentadas. Além disso, embora se utilize um conjunto de regras, é importante o emprego do pensamento criativo para compor a ideia do estudo (MARCONI & LAKATOS, 2017).

Método do grego methodos pode ser traduzido em português como caminho, o método é um conjunto de técnicas que utilizamos para obter uma resposta, ou seja, o caminho que se percorre para chegar a uma conclusão científica. Grandes cientistas desenvolveram suas técnicas anotando passo a passo de suas pesquisas, posteriormente outros pesquisadores seguiram o mesmo caminho confirmando sua eficiência assim consagrando os métodos que se tornaram alternativas válidas para aqueles que os seguissem (MARCONI & LAKATOS, 2017).

As técnicas de pesquisas utilizadas neste trabalho correspondentes a de coleta de dados são a documentação indireta abrangendo a pesquisa bibliográfica sobre o tema e a documentação direta, esta se subdividindo em observação direta extensiva, ou seja, através da realização de testes e analisando os resultados obtidos pelos modelos apresentados. (MARCONI & LAKATOS, 2017).

A pesquisa bibliográfica foi feita em ambientes de pesquisa de periódicos (Google Acadêmico, Elsevier, Scopus, Scielo), no banco de publicações e artigos do Centro Internacional de Energias Renováveis – Biogás (CIBiogás), sítios de empresas (BP), agências (IEA, ANEEL e ONS) e instituições de diferentes governos internacionais e brasileiros relacionados ao tema de energia. Buscou-se trabalhos em português e inglês em revistas com processo de revisão por partes. O período de busca foi entre os anos 2004 e 2019.

Buscou-se na pesquisa informações acerca de quatro áreas a nível nacional e internacional:

(i) Aspectos ambientais e energéticos na produção de energia; (ii) O Biogás como fonte de energia;

(iii) A competitividade do biogás frente a outras fontes energéticas; (iv) Externalidades do uso do biogás.

5. RESULTADOS E DISCUSSÃO

As externalidades discutidas no trabalho serão pautadas em estudos, no Brasil e em países europeus, tendo como foco aspectos econômicos e ambientais de caráter quantitativo. Quanto aos aspectos econômicos privilegia-se a análise do custo para geração de biogás frente as demais fontes energéticas para produção de energia elétrica, já com relação aos aspectos ambientais a abordagem se restringe na determinação da emissão equivalente de carbono frente as demais fontes, para que, uma vez contabilizada, possa se discutir sua internalização.

5.1. Aspecto ambiental e custo da geração em países europeus

Considera-se, primeiramente, como objeto de análise o cenário europeu de produção de biogás, pelo fato desses países apresentarem notório avanço no segmento. Os trabalhos enunciados nessa seção apresentam valores que compõe os aspectos ambientais (emissão de GEE por energia) e econômicos (custo por energia gerada) da geração de biogás em quatro países distintos da Europa: Alemanha, França, Dinamarca e Suécia – 1º, 4º, 10 e 11º maiores produtores de biogás na Europa (SCARLAT, DALLEMAND e FAHL, 2018). Através desse inventário é possível tomar contato com os valores que podem, a título de comparação, servir de referência para a análise do cenário brasileiro.

Poeschl, Ward e Owenede (2012) em seu estudo conduzem uma análise de ciclo de vida para comparar diferentes sistemas de biogás na Alemanha, com o objetivo de estabelecerem bases para melhorar os impactos ambientais e de saúde pública da produção. Na Alemanha, em 2009, a utilização de biogás representou 5,54 e 1,01 a 1,34 milhões de toneladas de redução de dióxido de carbono (CO2),

associados com eletricidade e geração de calor, respectivamente (FNR, 2009 apud POESCHL, WARD e OWENDE, 2012).

No entanto, a mitigação do impacto pode ser reduzida devido à energia e material consumidos para o cultivo (cf. milho, silagem, silagem de capim, silagem de plantas de trigo integral) e o transporte de matéria-prima. Emissões adicionais também advêm da operação da usina de biogás, utilização de biogás e demanda de disposição dos resíduos do processo e do digestor. Todos esses fatores têm que ser considerados em busca de um ambiente amigável e produção sustentável de energia a partir do biogás (HARTMANN, 2006).

Nesse contexto, o dióxido de carbono (CO2) é o mais importante GEE

antropogênico associado com o fenômeno do aquecimento global. Além do CO2,

outras emissões, tanto de combustível fóssil quanto de metano biogênico (CH4), e

óxido nitroso (N2O) determinam o efeito estufa (IPCC, 2007). Por exemplo, N2O e

CH4 têm até 298 e 25 vezes mais potencial de aquecimento global comparado ao

CO2, respectivamente, para um horizonte de 100 anos (FORSTER e RAMASWAMY,

2018). A categoria de impacto através da formação de oxidantes fotoquímicos (também chamado de ozônio ou formação de smog) é causada principalmente por emissões de gases de escape, como compostos orgânicos voláteis não-metânicos (COVNM) e dióxido de enxofre (SO2), e está associado com o aumento da

frequência e severidade do desconforto respiratório em humanos (EEA, 2008 apud POESCHL, WARD e OWENDE, 2012). A categoria de impacto relacionada a formação dos materiais particulados está associada a problemas respiratórios em seres humanos devido a várias substâncias inorgânicas e poeira como óxidos de nitrogênio (NOx), dióxido de enxofre (SO2) e emissões de material particulado (PM10)

(GOEDKOOP, HEIJUNGS, et al., 2013).

Poeschl, Ward e Owenede (2012) apresentam diferentes valores de emissão, a depender do tipo de substrato, da escala de produção e se há codigestão ou não. Considerando um cenário de digestão de apenas um tipo de substrato, em plantas pequenas (<500kW), foi observado que as maiores emissões de CO2 e materiais

particulados foram para a cultura de silagem de trigo e pasto (respectivamente. 163,86 e 113,84 kg CO2eq por tonelada de substrato), devido a elevada

mecanização. E o cenário onde houve maior redução na emissão de GEE foi o resíduo agrícola de palha com -220,92kg CO2eq / tonelada de substrato. Já para o

cenário de codigestão em plantas grandes (>500kW), os cenários em que se teve tiveram maior impacto ambiental positivos em termos de mudanças climáticas foi a codigestão com maior parcela contendo RSU (90%), que evitou a emissão de 119,77 kg CO2eq / tonelada de substrato. Além disso, os resultados na codigestão de

múltiplas matérias-primas mostraram que o equilíbrio energético sustentável é alcançável tanto com o resíduo da agricultura com culturas agrícolas energéticas como com as misturas de RSU com resíduos de alimentos, o que fornece uma base para a flexibilidade da matéria-prima. No entanto, as misturas de matérias-primas de resíduos predominantemente agrícolas e da indústria alimentar representaram apenas 1% dos impactos na ocupação de terras agrícolas, em comparação com a

codigestão de matérias-primas predominantemente energéticas. Portanto, para maximizar a mitigação dos impactos ambientais, uma maior proporção de resíduos agrícolas e fluxos de resíduos orgânicos deve ser incluída na codigestão. Por fim, apresenta-se que as emissões do processo de utilização e infraestrutura de biogás foram caracterizadas, principalmente, por diferenças na eficiência das respectivas tecnologias de conversão de energia e potencial substituição de combustíveis fósseis por energia derivada de biogás (POESCHL, WARD e OWENDE, 2012).

Em seu estudo sobre a análise de sistemas ambientais de sistemas de biogás, Börjesson e Berglund (2007) analisam o impacto ambiental global quando sistemas de biogás são introduzidos e substituem vários sistemas de referência para geração de energia, gerenciamento de resíduos e produção agrícola. As análises são baseadas em condições suecas uma perspectiva de ciclo de vida. Os sistemas de biogás incluídos são baseados em diferentes combinações de matérias-primas e uso final do biogás produzido (calor, energia e combustível de transporte). Uma conclusão geral é que os sistemas de biogás normalmente levam a melhorias ambientais, que em alguns casos são consideráveis. Isto é frequentemente devido a benefícios ambientais indiretos da mudança do uso da terra e manuseio de resíduos orgânicos (por exemplo, redução da lixiviação de nitrogênio, emissões de amônia e metano), que frequentemente excedem os benefícios ambientais diretos obtidos quando os combustíveis fósseis são substituídos por biogás (redução na emissão de dióxido de carbono e poluentes atmosféricos). Tais benefícios indiretos raramente são considerados quando o biogás é avaliado do ponto de vista ambiental. O impacto ambiental de diferentes sistemas de biogás pode, no entanto, variar significativamente devido a fatores como as matérias-primas utilizadas, o serviço de energia fornecido e o sistema de referência substituído. Na Tabela 6 pode ser visualizado a primeira parte do estudo de Börjesson e Berglund, realizada em 2006, e que, servindo base para o estudo apresentado anteriormente, apresenta emissões a partir de diferentes substratos e serviços de energia fornecidos em diferentes escalas, expressada por MJ de calor, calor e eletricidade e energia cinética, respectivamente, e assumindo insignificantes perdas não controláveis de metano a partir da produção e beneficiamento do biogás.

Tabela 6 – Emissões de ciclo de vida de combustível para vários sistemas de biogás.

Fonte: Adaptado de BÖRJESSON e BERGLUND (2006)

Para FNR (2010) os aspectos ambientais relacionados a produção de biogás são intimamente relacionados a escolha do substrato, qualidade da tecnologia da usina (eficiência e emissões) e eficiência do uso do biogás produzido. Esse enunciado vai totalmente de encontro com o que transmite os estudos de Poeschl, Ward e Owenede (2012) e Börjesson e Berglund (2007), que enxergam nesses três

CO2 (g) CO (mg) NOx (mg) SO2 (mg) HC (mg) CH4 (mg) Particulas (mg)

Calor (pequena escala)₁

Cultura de cultivo rotativo 20 26 180 21 13 10 7,5

Palha 12 22 100 6,3 8,7 6,2 3,9

Topo e folhas de beterraba 10 19 100 7,0 8,0 5,6 3,7

Estrume líquido 8,8 18 74 5,1 6,6 6,2 3,5

Emissões de uso final (0) (8,0) (20) (3,0) (3,0) (4,0) (2,0)

Calor (larga escala)₂

Cultura de cultivo rotativo 22 24 170 20 13 9,6 7,2

Palha 14 20 100 6,1 8,3 5,9 3,8

Topo e folhas de beterraba 12 18 96 6,9 7,8 5,5 3,6

Estrume líquido 12 16 76 5,0 6,5 5,8 3,4

Resíduo de indústria de alimentos 5,7 12 45 4,1 4,9 4,8 2,7

Resíduo Orgânico Municipal 13 22 99 5,9 9,4 5,2 3,5

Emissões de uso final (0) (8,0) (10) (3,0) (3,0) (4,0) (2,0)

Calor e eletricidade (pequena escala)₃

Cultura de cultivo rotativo 23 30 210 23 14 11 8,2

Palha 13 26 120 6,7 9,4 6,5 4,2

Topo e folhas de beterraba 12 22 120 7,5 8,6 5,8 3,9

Estrume líquido 9,9 21 91 5,3 7,0 6,5 3,7

Emissões de uso final (0) (10) (30) (3,0) (3,0) (4,0) (2,0)

Calor e eletricidade (larga escala)₄

Cultura de cultivo rotativo 24 38 240 22 14 10 7,8

Palha 16 34 160 6,4 8,9 6,1 4,0

Topo e folhas de beterraba 14 31 160 7,3 8,4 5,6 3,8

Estrume líquido 13 29 130 5,3 6,9 6,1 3,6

Resíduo de indústria de alimentos 6,4 24 99 4,2 5,1 4,9 2,8

Resíduo Orgânico Municipal 14 36 160 6,3 10 5,3 3,7

Emissões de uso final (0) (20) (60) (3,0) (3,0) (4,0) (2,0)

Transporte (veículo leve)₅

Cultura de cultivo rotativo 140 290 1000 87 140 120 37

Palha 72 250 590 17 120 99 18

Topo e folhas de beterraba 93 250 630 22 120 100 19

Estrume líquido 90 250 530 12 110 110 18

Resíduo de indústria de alimentos 60 220 380 7,7 100 100 14

Resíduo Orgânico Municipal 95 280 650 17 130 100 18

Emissões de uso final (0) (190) (140) (1,2) (92) (90) (9,0)

Transporte (veículo leve)₆

Cultura de cultivo rotativo 74 55 930 46 39 120 19

Palha 38 38 710 8,8 26 110 8,6

Topo e folhas de beterraba 49 39 730 11 26 110 9,2

Estrume líquido 48 35 680 6,5 22 110 8,5

Resíduo de indústria de alimentos 32 23 590 4,0 18 110 6,7

Resíduo Orgânico Municipal 50 51 740 8,9 30 110 8,9

Emissões de uso final (0) (5,0) (470) (0,63) (12) (100) (4,0)

₁ Caldeira < 0,1 MW com conversão de 0,90 ₄ Turbinas a gás > 1MWel com eficiencia de conversão de 0,85 ₂ Caldeira > 30 MW com conversão de 0,95 ₅ Veículos leves com eficiência de conversão de 0,19 ₃ Turbinas a gás < 0,1MWel com eficiencia de conversão de 0,8 ₆ Veículos leves com eficiência de conversão de 0,19

Emissões Serviço de energia e escala de