POTENCIAL DE REDUÇÃO DE GASES PRECURSORES DE
EFEITO ESTUFA DE PROJETOS DE APROVEITAMENTO DO GÁS
METANO EM ATERRO SANITÁRIO PARA GERAÇÃO DE
ENERGIA ELÉTRICA – ESTUDO DE CASO
*KAMYLA BORGES DA CUNHA
,CLECI SCHALEMBERGER STREB
* UNICAMP - FACULDADE DE ENGENHARIA MECÂNICA, DE –
DEPARTAMENTO DE ENERGIA. PÓS GRADUANDAS EM PLANEJAMENTO DE
SISTEMAS ENERGÉTICOS
1. RESUMO
O metano constitui um dos principais e mais agressivos gases de efeito estufa. Em razão disso, o Protocolo de Quioto e regulamentações subseqüentes previram a utilização dos Mecanismos de Desenvolvimento Limpo (MDL) para o fomento de atividades de captura, destruição e aproveitamento do gás na geração de eletricidade. Nesse contexto, o Brasil desponta como potencial receptor de tais projetos de MDL, já que apresenta condições de desenvolver atividades de aproveitamento do gás metano nos seus aterros sanitários. De fato, no país, estão em andamento três projetos de MDL, sendo que um deles, proposto pela empresa VEGA. A metodologia utilizada nesse projeto foi objeto de estudo.
2. ABSTRACT
Methane constitutes one of the main and most aggressive greenhouse gases (GHG). For this reason, Kyoto Protocol and further regulamentations prescribed the Clean Development Mechanisms (CDM) as a major instrument in developing means of reducing GHG emissions, including methane, and promoting sustainable development. In this way, the CDM can be used to promote methane capture, destruction and recovery. In a such context, Brazil emerges as one the major CDM projects receptor, once it presents proper conditions of implementing activities that aims at reducing methane emissions through recovery and use in waste management. Indeed, there are three waste-management-related CDM projects ongoing in the country. The present article objectives to analyze the project proposed by VEGA da Bahia Tratamento de Resíduos S/A.
3. INTRODUÇÃO
Previsto no artigo 12 do Protocolo de Quioto (UNFCCC, 2004), o MDL tem como objetivo possibilitar que países desenvolvidos invistam em projetos de redução ou seqüestro de carbono em países em desenvolvimento, promovendo, assim, nestes países, o desenvolvimento sustentável e, com isso, adquirindo reduções certificadas de emissão (RCE) que poderão complementar as metas estabelecidas naquele texto legal.
Apesar de o Protocolo de Quioto não estar em vigor, haja vista a negativa de alguns países em ratificá-lo, iniciativas voluntárias de alguns países e regiões, principalmente União Européia, têm sido realizadas no sentido de viabilizar o desenvolvimento de projetos de MDL.
Entre as atividades de redução fomentadas pelo MDL, estão os projetos de aproveitamento do gás metano. Neste contexto, o presente trabalho objetivou
identificar a capacidade e o potencial de redução de emissões decorrentes de projetos de aproveitamento do metano oriundo dos aterros sanitários, para geração de energia. Para tanto, optou-se pelo estudo de um projeto de MDL específico, proposto pela empresa Vega Bahia Tratamento de Resíduos S/A, administradora do aterro sanitário “Aterro Metropolitano do Centro (AMC), localizado em Salvador/Bahia”.
4. GÁS METANO E SUA CONTRIBUIÇÃO PARA O EFEITO ESTUFA
Um dos maiores responsáveis pelo efeito estufa, o gás metano tem apresentado taxas crescentes de concentração na atmosfera global. Dados do Intergovernmental Panel on Climate Change1 - IPCC (2002) indicam que a concentração desse gás cresceu 150% desde 1750, indo de 1.610 ppb em 1983 para 1.750 ppb em 1998. Estes dados mostram-se preocupantes, posto que o metano é um dos gases que mais agressivamente provocam o aquecimento global. Com efeito, sua “força radiativa” (radiative forcing)2 é uma das mais altas, na ordem de 0,48 Wm –2, representando 20% do total dos gases precursores do efeito estufa. (IPCC, 2002).
Em razão da agressiva contribuição do gás metano para o agravamento do aquecimento global, o Protocolo de Quioto e suas regulamentações subseqüentes elegeram como atividades a serem implementadas por meio do MDL aquelas relacionadas à sua captura, destruição e aproveitamento para fins de obtenção de energia, principalmente no que toca aos resíduos domésticos. Com efeito, o gás metano, por ser obtido a partir da decomposição anaeróbica de compostos orgânicos, é abundantemente encontrado nos locais de disposição de lixo. Segundo o IPCC (1996a), aproximadamente 20-40 Mt anuais de metano (110 – 230 Mt C) são emitidas por aterros sanitários e lixões a céu aberto espalhados no mundo, o que corresponde a 10% das emissões antrópicas mundiais desse gás.
De acordo com o Primeiro Inventário de Emissões Antrópicas de Gases de Efeito Estufa (MCT, 2002), estima-se que, no Brasil, são geradas 54 mil toneladas de resíduos sólidos municipais por dia. Em média, cada habitante de uma cidade brasileira gera em torno de 0,4 a 0,7 kg/dia de resíduos. Segundo a mesma fonte, apenas 21,8% desses resíduos são adequadamente dispostos em aterros controlados e sanitários, enquanto 76,1% são depositados em lixões a céu aberto. Com base em tais dados, o Primeiro Inventário de Emissões (MCT, 2002) estimou que foram emitidas 677,18 toneladas de metano dos resíduos sólidos municipais apenas no ano de 1994.
A dimensão das emissões provenientes dos resíduos sólidos domésticos tem levado à necessidade de criação de medidas de redução, como a destruição do metano proveniente dos aterros pela queima e conseqüente transformação do gás em dióxido de carbono, e, principalmente, o seu aproveitamento para geração de energia elétrica e outros usos.
1 O IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change) foi instituído, no âmbito da ONU, como órgão científico responsável pelas pesquisas relacionadas às mudanças climáticas.
2 A “força radiativa” (Wm –2) é o termo utilizado para indicar a mudança da energia radiativa líquida disponível no sistema climático da Terra. Se um elemento qualquer (gás, poeira, vapor,etc) apresenta força radiativa positiva, isso significa que contribui para o aquecimento global, se apresenta força negativa, contribui para o esfriamento da atmosfera.
Estudo realizado por Oliveira et al (2003) dá idéia do potencial de aproveitamento do metano oriundo dos resíduos sólidos municipais. Segundo estes autores, levando-se em conta uma produção de 20 mil toneladas diárias de resíduos sólidos municipais, poder-se-ia gerar, com o metano daí obtido, em torno de 50TWh, o que equivaleria a 17% do consumo nacional de eletricidade.
Apesar de insuficientes, os dados fornecidos apontam, no Brasil, relevante potencial para desenvolver projetos de MDL voltados ao aproveitamento do metano de aterros sanitários, existindo já três projetos em andamento no país: NovaGerar (proposto pela empresa S.A Paulista, a ser implementado em aterros sanitários do RJ), Onyx (proposto pela empresa SASA LTDA com investimentos do CERUPT - a ser implementado no aterro do Tremembé em SP) e VEGA (proposto pela empresa VEGA da Bahia Tratamento de Resíduos S/A, a seguir analisado).
5. PROJETO DE GÁS DE ATERRO DE SALVADOR
O denominado Salvador da Bahia Landfill Gas Project, proposto pela Vega Bahia Tratamento de Resíduos S/A em parceria com a empresa francesa SUEZ Environnement, foi desenvolvido pela ICF Consulting, encontrando-se, atualmente, em fase de aprovação. Dos 11 projetos de MDL em andamento no país, este foi o único que, até o momento, teve sua metodologia de análise de linha de base aprovada pelo Conselho Executivo, razão pela qual foi escolhido para fins de estudo. O projeto foi concebido para ser implementado no Aterro Metropolitano do Centro, localizado na zona rural de Salvador/BA. Este aterro atualmente coleta 850.000 toneladas de lixo doméstico por ano, proveniente da região metropolitana de Salvador, tendo capacidade total de 18.000.000 m3. A seguir, serão delineados alguns aspectos do projeto proposto. Os dados apresentados foram obtidos a partir do PDD3 (Project Design Document) elaborado pela ICF Consulting (DNV, 2004).
5.1 METODOLOGIA PROPOSTA NO PDD
O projeto tem como escopo otimizar, no tempo, a decomposição dos resíduos dispostos no aterro e adquirir um equipamento para queima do metano gerado. Esse equipamento terá capacidade de destruição do metano de 6.250 m3/hora, com perspectiva de expandir para 46.250 m3/hora em 2020. O equipamento a ser usado consiste em uma chama aberta com controle de queima. Com isso, espera-se que mais metano seja coletado e destruído, evitando-se sua emissão para atmosfera.
No intuito de provar a conformação do projeto aos critérios de elegibilidade insertos no artigo 12 do Protocolo de Quioto, notadamente a adicionalidade, tomou-se como cenário de referência (linha de base) a quantidade de metano que a empresa proponente deve capturar e destruir estipulada no contrato de concessão firmado com a Municipalidade de Salvador. Esse valor corresponde a 19 a 24% do gás metano gerado no aterro. A otimização da decomposição dos resíduos, a melhora do sistema de coleta do gás e a sua queima permitirão, segundo o projeto, que a taxa efetiva de captura e destruição do metano aumente efetivamente para 75-80% em relação ao cenário de referência apresentado. Dessa forma, menos gás será emitido na atmosfera,
3 O PDD dessa proposta está disponível em meio eletrônico, na página da empresa DNV – http://www.dnv.com. Ou pela página da ONG CDMWATCH - http://www.cdmwatch.org.
contribuindo para a redução das emissões. Vale lembrar que a adicionalidade refere-se à comprovação de que a atividade implementada pelo projeto contribui para a efetiva diminuição das emissões dos gases precursores do efeito estufa.
5.2 QUANTIDADES DE METANO GERADO E DESTRUÍDO PELO ATERRO CONFORME O PROJETO
Para o cálculo da quantidade de metano gerado por tonelada de resíduo disposta, o projeto toma como base recomendação do IPCC (1996b), cujos estudos estimam que, em média, cada tonelada de resíduo gera em torno de 100-200 m3 de CH4. Tomando como base essa média, o projeto estimou, para o aterro, uma média de 180 m3 CH4/ ton. de resíduo (ou 0,116 Gg CH4/Gg de resíduo), levando em conta a composição do lixo disposto, predominantemente orgânica.
Contudo, no intuito de estimar uma métrica compatível com as características no Aterro, o projeto lançou mão de equações elaboradas pelo IPCC. Essas equações baseiam-se em dois dados fundamentais: o Metano Potencial (Lo) e a taxa de biodegradação cinética (k). Primeiramente, mostrar-se-á como foi calculado cada um desses elementos e, somente depois, sermostrar-se-á feito o cálculo da quantidade de metano gerado anualmente, em média pelo Aterro, conforme o projeto.
A)Cálculo do Metano potencial gerado (Lo): o Metano Potencial (Lo) representa o montante total de gás que é gerado a partir de um kg de resíduo, durante a vida útil do aterro (EPA, 1996). É a geração total potencial de metano, medida em m3. Para seu cálculo, utilizou-se a equação elaborada pelo IPCC (1996b): Lo = FCM x COD x CODf x F x 16/12, onde:
- FCM = Fator de Correção do Metano => reflete o potencial de geração
de metano em razão da qualidade do aterro. Quanto melhor gerenciado, maior o potencial de geração do metano. Assim, para os aterros adequadamente construídos e gerenciados, o IPCC recomenda FCM = 1.
- COD = Carbono Orgânico Degradável = varia conforme a
composição do resíduo disposto. Para aferir seu valor, o projeto utilizou equação e dados sugeridos pelo IPCC (1996b), adaptando-os à realidade do aterro: COD = 0,4xA + 0,16x (B+C) + 0,3xD, (onde: A = papel, plástico e têxteis = 21% , B + C = matéria orgânica, isto é, alimentos e resíduos de jardins = 60% D = madeira = 3%). Assim, o cálculo do COD foi feito da seguinte forma: COD = 0,4 x 0,21 + 0,16 x 0,6 + 0,3 x 0,03 = 0,189.
- CODf = é a fração de Carbono Orgânico Degradável efetivamente
degradada. O projeto utilizou dado do IPCC (1996b), cujo CODf = 0,77 (isto é, 77% do carbono orgânico chega a ser efetivamente degradado).
- F = representa a fração do metano que contém o gás do aterro. O
projeto considerou F = 50%, confirmando dados do IPCC (1996b) e do Primeiro Inventário de Emissões (MCT, 2002).
Dessa forma, o Lo previsto para o projeto é de 0,116 Gg CH4/Gg de
resíduo, o que corresponde a aproximadamente a 180 m3 de CH4/ton de resíduo.
B) “k” = taxa de biodegradação cinética = é uma taxa constante que representa a taxa em que o metano pode ser obtido a partir de um kg de resíduo. Segundo dado do IPCC (1996b), seu valor varia entre 0,03 a 0,2. Contudo, o projeto propôs k = 0,12, tendo em vista a composição fortemente orgânica do resíduo gerado e disposto no aterro.
C) Cálculo da quantidade total anual de metano gerada no Aterro: o IPCC (1996b) escolheu para aferição das quantidades anuais de emissão de metano, o método chamado First Order Decay. Este método é utilizado para contabilizar as taxas de geração do gás durante a vida do aterro, apresentando a seguinte equação: Q = Lo R (e–k(T-x)), onde:
Q = média de metano gerado pelo ano considerado (m3/a);
Lo = metano potencial (m3/ton resíduo). Conforme demonstrado, o Lo do
projeto é de 180m3 CH4/ton de resíduo;
R = média de disposição anual de resíduo (ton). Essa média é calculada
ano a ano;
k = taxa de biodegradação do metano. Para o projeto, considerou-se k =
0,12;
T = ano considerado para a análise
x = ano no qual a quantidade de resíduo aferida foi disposta.
A média anual de geração de metano é feita a partir do cálculo das estimativas de R, T e x de cada ano de vida útil do aterro. Para o projeto específico, estimou-se uma quantidade total de 1.426.460 toneladas de metano emitido no cenário do projeto já em andamento, sendo que desse valor, prevê-se a captura e destruição de 1.141.168 toneladas.
5.3 APROVEITAMENTO DO METANO COLETADO PARA OBTENÇÃO DE ELETRICIDADE
Inicialmente, o projeto previu, além da captura do metano, também seu aproveitamento para fins de obtenção de energia elétrica. Contudo, por problemas na aferição da linha de base para o setor elétrico brasileiro e em razão de a eletricidade potencialmente gerada ainda não ser competitiva no mercado atacadista nacional, essa idéia foi postergada para um momento futuro. Não obstante isso, são encontradas, no PDD, algumas informações sobre o potencial aproveitamento do gás, como a previsão de que seja gerada energia elétrica a partir do metano capturado em aproximadamente 63.000 MWh/ano, em planta de geração de 8MW de capacidade.
Contudo, o PDD mantém-se omisso quanto aos cálculos utilizados para chegar a esses valores, razão pela qual optou-se, neste artigo, por apresentar as equações sugeridas pela Agência Ambiental dos EUA (Envirnmental Policy Agency – EPA), a seguir delineadas:
A) Estimar o potencial de geração elétrica: deve-se aferir a capacidade instalada de geração de eletricidade conforme a quantidade média de gás coletado. Para tanto, faz-se uso da seguinte equação: kW = FG x CE x 1/TC x
- FG = fluxo do gás (m3/dia) => é a quantidade líquida de gás que é capturada pelo sistema de coleta e entregue à planta de geração por dia.
- PC = poder calorífico. Segundo a EPA (1996), é de 500Btu/kWh. - TC = taxa de calor. Varia conforme a planta. A EPA sugere que, para aterros de médio de pequeno porte, sejam utilizadas turbinas a combustão, cuja TC é de 12.000 Btu/kWh. Vale dizer que nesse valor, dado pela EPA (1996), já está incluída uma eficiência.
B) Estimar o potencial líquido de geração elétrica: é a potência instalada menos as perdas e gastos com equipamentos. Para as turbinas a combustão, essas perdas são estimadas em 6%.
C)Estimar o fator de capacidade anual = é o tempo em horas no ano que a planta opera, gerando eletricidade. Os fatores de capacidade típicos giram em torno de 80% a 95%.
D) Estimar a eletricidade anual gerada = é o montante de eletricidade gerado por ano, em kWh. Seu cálculo se dá da seguinte forma: kWh = potencial de geração líquido x 24h/d x 365d/a x fator de capacidade.
6. CONCLUSÃO
A imposição, pela Convenção Quadro das Nações Unidas sobre Mudança do Clima, da redução das emissões do gás metano, permitiu ao Protocolo de Quioto, tratado complementar àquela convenção, incluir como possíveis atividades a serem implementadas pelo MDL aquelas relacionadas à coleta, destruição e aproveitamento desse gás gerado em aterros sanitários.
Como demonstrado, o potencial de captura, destruição e aproveitamento do metano de aterros sanitários revela-se, no mundo, de considerável importância. A utilização do Mecanismo de Desenvolvimento Limpo como instrumento de promoção de tais atividades poderá, assim, trazer benefícios ambientais, atinentes à redução das emissões antrópicas do gás metano; sociais, relacionados à melhora da gestão de aterros existentes e ao incentivo à disposição adequada de resíduos sólidos municipais; e também econômicos, ligados ao aproveitamento do metano para obtenção de energia elétrica.
Não obstante as poucas estimativas realizadas para o Brasil apontarem também grande potencial para desenvolver projetos de MDL de aproveitamento do metano gerado a partir dos resíduos sólidos municipais, a falta de informações e dados sobre a forma e locais de disposição do resíduo sólido municipal, sua composição e quantidade de metano gerada, ainda obsta se tenha, no país, o conhecimento do efetivo potencial de aproveitamento do metano gerado pelos aterros nacionais. Acresce-se a isso, o predomínio, no país, da disposição inadequada dos resíduos municipais. Uma estrutura informacional consistente é o primeiro passo para o fomento de projetos de MDL de aproveitamento do gás metano no Brasil.
Por fim, deve-se ter em vista que os benefícios trazidos por tais tipos de projetos não se resumem à ajuda financeira, mas revelam-se, sobretudo, importantes para a construção de práticas sustentáveis voltadas para a melhoria da qualidade de vida das comunidades.
A análise do projeto elaborado pela VEGA da Bahia demonstra não só a capacidade de captura e destruição do gás metano, mas também o potencial de aproveitamento desse gás para fins de obtenção de energia, cuja quantidade potencialmente gerada pode ser usada para a manutenção do aterro e usos industriais vizinhos.
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