Como Funciona: Biogás

O que é

O biogás é um biocombustível proveniente de materiais orgânicos (biomassa) e, portanto, é uma fonte alternativa de energia (energia renovável ou limpa), que substitui o uso de combustíveis fósseis. Ele é produzido através da fermentação anaeróbica (na ausência de oxigênio) de bactérias presentes na biomassa.

Normalmente, o biogás é composto por 60% de metano, 35% de dióxido de carbono e 5% de uma mistura de hidrogênio, nitrogênio, amônia, ácido sulfídrico, monóxido de carbono, aminas e oxigênio, mas dependendo das condições da matéria orgânica, pressão e temperatura durante a fermentação, o biogás pode conter de 40% a 80% de metano.

História

De acordo com os registros existentes, os primeiros estudos sobre o biogás foram realizados em  meados de 1600, quando foi documentada a existência de alguma substância inflamável de composição química desconhecida em regiões pantanosas. Com a evolução dos estudos descobriu-se que o odor estava relacionado à decomposição de matéria orgânica.

Em 1776, o físico italiano Alessandro Volta (1745-1827), após dois anos de pesquisa e experimentos, conseguiu identificar a composição química do gás inflamável então denominado de metano (CH4).

No início de 1800, Louis Pasteur (imagem) vislumbrou pela primeira vez a possibilidade de utilizar este gás como combustível para sistemas de aquecimento e iluminação urbana.

Em 1857 foi construída a primeira instalação destinada a produzir e utilizar o biogás em grande escala em um hospital para portadores de hanseníase de Bombaim, na Índia. Na mesma época, na cidade de Exter, na Inglaterra, o biogás foi utilizado para iluminação pública.

Apesar destas iniciativas, com o passar dos anos este combustível acabou sendo relegado em segundo plano, apenas como um complemento às fontes tradicionais de petróleo e carvão, tidas como infinitas na época, fechando-se um primeiro ciclo da utilização do biogás como fonte energética.

O segundo ciclo do biogás teve início em meados de 1940, durante a II Guerra Mundial, quando a escassez e dificuldade de acesso a fontes fósseis de combustível reacenderam o interesse pela utilização do biogás, tanto para o cozimento e aquecimento de casas, como para a alimentação de motores de combustão interna. No entanto, após o término do conflito, o uso deste combustível ficou geograficamente remanescente na China e Índia, onde permanece sendo utilizado por pequenos produtores rurais até os dias de hoje.

Atualmente, estima-se que há cerca de 8 milhões de biodigestores em operação na China e aproximadamente 300 mil unidades na Índia. Seu uso se dá principalmente para iluminação, cozimento e aquecimento domiciliares.

Situação no Brasil

No Brasil, o interesse pelos biodigestores começou com a crise do petróleo da década de 70. Em novembro de 1979, na Granja do Torto em Brasília, foi construído um dos primeiros biodigestores do país. O projeto instalado na sede do governo foi importante, por que demonstrou ser possível instalar uma unidade produtora de biogás com a utilização de materiais simples e de baixo custo, além disso incentivou o próprio governo no início da década de 80, no contexto do Programa de Mobilização Energética – PME),  a estimular a sua instalação em propriedades rurais. Na época foram instalados cerca de 7 mil biodigestores nas regiões sul, sudeste e centro-oeste. No entanto, problemas operacionais relacionados em especial a falta de informações e treinamento tornaram o sistema de baixa eficiência, fazendo com que muitos produtores rurais abandonassem a tecnologia. Este foi primeiro ciclo da utilização do biogás no Brasil.

O segundo ciclo dos biodigestores no Brasil teve início em meados dos anos 2000 com o advento do mercado de créditos de carbono que mobilizou recursos para a construção de biodigestores, em especial em propriedades rurais com criação de suínos de médio e grande porte, visando à coleta e combustão do biogás. No contexto do mercado de créditos de carbono, os gases gerados pelos dejetos expostos, em geral em lagoas ou esterqueiras abertas, e não coletados, quando emitidos para atmosfera contribuem negativamente para o aumento do efeito estufa ou aumento da temperatura da Terra. Neste caso, os recursos dos créditos de carbono são aplicados em tecnologias capazes de minimizar este efeito sendo o biodigestor uma destas tecnologias. Estima-se que entre 2005 e 2013 foram instalados no Brasil cerca de 1.000 biodigestores considerando os incentivos financeiros dos créditos de carbono.

Ainda que poucos, podemos citar exemplos de políticas públicas relacionadas à implementação de geração de energia a partir do biogás no país:

  • No Brasil: Lei federal nº 12.305/2010, que trata da Política Nacional de Resíduos Sólidos(PNRS).
  • No Estado do Rio de Janeiro: Lei Estadual nº6361, de 18 de dezembro de 2012 torna mandatória a injeção de 10% de biogás proveniente de resíduos sólidos urbanos na rede da distribuidora local de gás canalizado.
  • No Estado de São Paulo: Lei Estadual nº13.789, de 9 de novembro de 2009, que institui a Política Estadual de Mudanças Climáticas, regulamentada pelo Decreto nº55.947, de 24 de junho de 2010 e Decreto Estadual nº58.659 de 4 de dezembro de 2012, instituiu o Programa Paulista de Biogás e Biometano de São Paulo.

O vídeo a seguir mostra um exemplo de usina brasileira que aproveita o biogás produzido pelo Aterro Sanitário da Canhanduba (Itajaí – SC) para a geração de energia elétrica suficiente para abastecer uma cidade de 15.000 habitantes.

 

Como funciona?

Mas afinal como essa forma de geração de energia funciona?

A geração de biogás em aterros sanitários normalmente começa após os primeiros três meses seguintes à disposição, podendo continuar pelo período de 30 anos ou mais. A sua formação ocorre em etapas, como mostra a imagem a seguir.

O aproveitamento do biogás pode ser feito através da instalação de drenos que atinjam todas as camadas de lixo. A impermeabilização da base e da cobertura do aterro é uma medida que contribui tanto para colaborar com o processo de degradação da matéria orgânica, aumentando a produção do biogás, quanto para prevenir a contaminação do solo e da água subterrânea do local.

O sistema de extração encaminha os gases provenientes do aterro para um sistema de captação, levando-o até o sistema de tratamento, o qual é composto por um conjunto de sopradores e de filtros para que as gotículas de condensado e material particulado sejam removidos. Esse sistema de tratamento está exemplificado no vídeo a seguir, que mostra o funcionamento da usina do Aterro de Gramacho, na cidade do Rio de Janeiro.

Depois disso, ocorre a conversão da energia química do gás em energia mecânica por meio de um processo controlado de combustão, que ocorre nos flares (equipamentos destinados a queima de gases). Essa energia mecânica ativa um gerador que produz energia elétrica.

A figura a seguir traz um esquema de como é feita essa geração de energia.

O biogás também pode ser usado em caldeiras por meio de sua queima direta, pode ser usado para a cogeração de energia, pode ser integrado ao gás natural e pode se tornar combustível para veículos e células a combustível, dependendo de seu tratamento inicial, como mostra a imagem a seguir.

Vantagens e desvantagens

Vantagens

  • Fonte Renovável de Energia, já que é produzido a partir de resíduos humanos.
  • Instalado em propriedades rurais pode ser uma fonte de renda para agricultores, que podem vender o biogás ou obter um retorno financeiro pela geração de energia elétrica.
  • A substituição do GLP (gás liquefeito de petróleo), um derivado de petróleo importado.
  • Dependendo da utilização final não é necessária a sua purificação, removendo-se apenas os líquidos condensados ao longo das vias de captação e distribuição.
  • É um importante substituto para os combustíveis derivados de petróleo (gasolina e diesel).

Desvantagens

  • O sistema de armazenamento é complexo e de valor elevado.
  • O sistema de produção também possui alto custo no Brasil.
  • Há emissão de Dióxido de Carbono (CO2).
  • A quantidade de energia gerada pelo biogás não é constante, variando ao longo do período de produção.

Fontes

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