Biogás na co-geração
Na
tentativa de reduzir os fortes riscos e ameaças de escassez de energia
que, por ventura, podem até paralisar o país, têm-se
buscado várias técnicas e métodos alternativos para
geração de energia, como a utilização de subprodutos
agro- industriais que, na atualidade, são descartados no meio ambiente.
Pretendemos
mostrar que essas pesquisas, que estão em pleno desenvolvimento,
de uma maneira geral ajudam na busca do desenvolvimento sustentável,
utilizando como material energético os rejeitos agro-industriais,
sendo uma alternativa de geração viável. Tal viabilidade
pode ser constatada não só pelo fato da produção
de energia, mas sobretudo pelo ponto de vista do meio ambiente.
A Demanda por Energia
Nas
últimas décadas o planeta tem demandado cada vez mais energia
pronta para uso. Tal fato pode ser melhor caracterizado levando-se em consideração
os pequenos casos diários que acontecem por causa da falta de energia
elétrica e aos inúmeros transtornos na vida da população,
principalmente nos os grandes centros populacionais.
Destaca-se
o blecaute ocorrido na primeira semana de março de 1999, na América
Latina, atingindo praticamente a metade territorial do Brasil, causando
algumas horas de um verdadeiro caos em metrópoles como Porto Alegre,
Belo Horizonte, São Paulo e Rio de Janeiro.
Com
o crescimento das demandas de energia no mundo e a considerável
escassez de investimento no setor nos últimos anos, permite-nos
a acreditar que, a cada momento, o globo terrestre se encontra mais próximo
de um colapso energético, que poderá afetar substancialmente
o tripé Homem-Sociedade-Terra.
Co-Geração
Entre
os vários conceitos existentes para co-geração, acredita-se
que aquele que melhor se adapta a este é: co-geração
trata-se da associação da geração simultânea
combinada de dois ou mais tipos de energia utilizando um único tipo
de fonte energética".
A
seguir na tabela, estão representados alguns dos principais conceitos,
dados, curiosidades e fatos históricos sobre co-geração,
Balestieri,1997, como a descrição do inglês John Evelyn
em 1685, sobre um sistema de elevação a partir de gases quentes
(smokejack ) instalado em sua residência há pelo menos cem
anos.
Principais fatos históricos da co-geração
| 1350 | Ilustrações alemãs sobre sistemas de elevação a partir de gases quentes ( smokejaks ). |
| Século XIV | Introdução dos smokejaks, sendo basicamente uma "turbina" movida por ar quente que sobe por uma chaminé, na Europa a partir das ilustrações alemãs de 1350. |
| Século XVI | Diversas referências sobre o emprego dos smokejaks na Alemanha e na Itália. |
| 1685 | O inglês John Evelyn descreve um smokejak instalado em sua residência há mais de cem anos. |
| 1758 | Benjamin Franklin sugeriu o uso de smokejaks para produzir energia no verão a partir da ventilação natural das chaminés. |
| 1870 | Inicio do desenvolvimento moderno da co-geração, com máquinas a vapor de eixo alternativo acopladas a geradores elétricos em áreas urbanas de alta densidade populacional. |
| 1909 | Nos Estados Unidos, existência até esta data de 150 sistemas de aquecimento de ambientes (district heating), muitos operados com baixa eficiência. |
| 1920-1930 | Desenvolvimento de sistemas de aquecimento de ambientes, principalmente no Norte Europeu. |
| 1970-1980 | Grande impulso à co-geração devido á crise do petróleo. |
| 1978 | Publicação nos Estados Unidos do PURPA ( Public Utilities Regulatory Policy Act )., que abriu novos horizontes à medida em que introduziu a noção de competição em mercado aberto de energia elétrica. |
| 1990 | Inicio da co-geração no Brasil. |
| 1993 | No Brasil, o Decreto 915 autorizando a formação de consórcios para geração de energia elétrica. |
Em suma, sistemas de elevação a partir de gases quentes (smokejack) podem ser caracterizados a partir do momento em que gases quentes na chaminé passam por pás acopladas a um eixo, girando-os e acionando um conjunto elevatório.
A figura abaixo, utilizada em nossos estudos, representa um exemplo típico de uma unidade co-geradora. Tal sistema pode ser caracterizado por funcionar com turbinas a gás, produzindo simultaneamente energia elétrica e vapor (energia térmica) para um processo industrial.
A Produção de Biogás como Combustível Alternativo
Na
atualidade, os diversos tipos e características dos subprodutos
existentes têm, em alguns casos, se tornado um grande problema sócio-econômico-ambiental.
Como já citado anteriormente, nossas pesquisas visam a utilização
desses subprodutos agro-industriais, na forma de biogás, como combustível
alternativo em unidades co-geradoras.
Permite-se
destacar que muitos subprodutos, quer sejam sólidos, líquidos
ou gasosos, podem ser utilizados com combustível, sem que para tal
sejam previamente transformados em biogás.
Dentre
os vários tipos de subprodutos agro-industriais existentes, se estuda,
até o momento, somente aqueles provenientes de agro-indústrias
de laticínios, como o lodo anaeróbio, o soro, a gordura,
e uma massa pastosa (quase idêntica ao iorgute).
Nesta
última década, destacou-se uma agro-indústria sulcro-alcooleira
instalada no interior do Estado de São Paulo, utilizando uma unidade
co-geradora com queima de "paletes" de bagaço de cana (subproduto),
de modo a suprir sua demanda energética.
Diferentemente
da agro-indústria sulcro-alcooleira, optou-se, após uma extensa
revisão bibliográfica, em transformar os subprodutos agro-industriais
a serem estudados em biogás, para posteriormente queimá-los
na unidade co-geradora. Assim, colocou-se tais subprodutos em um biodigestor
anaeróbio do tipo indiano.
O
processo industrial característico dos laticínios produz
um rejeito primário que é colocado em um biodigestor industrial,
gerando um lodo anaeróbio e um biogás primário. Esse
biogás possui um poder calorífico médio de 5600 kcal/kg.
Nossa
pesquisa está voltada para a utilização do lodo anaeróbio
de forma a produzir um biogás secundário. Os estudos se defrontaram
com a ausência de matéria orgânica suficiente para que
as bactérias realizassem seu trabalho ( transformando o lodo em
biogás secundário e biofertilizante).
Com
vistas a sanar tal dificuldade adicionou-se esterco bovino fresco ao lodo
anaeróbio.
Sem
deixar de lado a importância do biofertilizante para o meio agrícola,
ressalta-se que o biogás produzido possui 24,28% de CO2 ; 74,30%
de CH4 ; 0,12% de O2 ; 1,30% de H2 , ocasionando um poder calorífico
médio de 6200 kcal/kg.
Portanto,
o biogás secundário, produzido a partir da mistura lodo anaeróbio
com esterco bovino fresco, possui poder calorífico maior que o biogás
primário. A tabela 2 mostra, a título de comparação,
os valores de poder calorífico para outros tipos de combustíveis.
Poluição do Biogás
Para
algumas unidades co-geradoras, a poluição atmosférica
passa a ser um fator de grande importância, uma vez que os gases
e as cinzas resultantes da combustão podem poluir de modo significativo
o meio ambiente.
Para
diminuir, ou até evitar tal tipo de poluição, cada
país, inclusive o Brasil, criou sua legislação ambiental,
com órgãos fiscalizadores e valores limites. Tais limites
podem variar quanto à localidade, região, estado e tipo de
poluente.
No
Brasil, os orgãos fiscalizadores estão aptos a monitorar,
diagnosticar, aplicar multas e até a fechar o estabelecimento poluidor.
Em nível nacional esta responsabilidade está a cargo do CONAMA
- Conselho Nacional de Meio Ambiente, e para o estado de São Paulo
a CETESB - Companhia de Tecnologia de Saneamento Ambiental.
As principais
formas de poluição atmosférica nocivas ao homem e
ao meio ambiente são:
-Poluição Fotoquímica: popularmente conhecida como
"smog", é formada pelo NOx e CFC's e responsável pela degradação
da vegetação.
-Efeito Estufa: produzido pela combinação de CFC, CO2, CH4
e poeiras, causa um aquecimento na baixa camada da atmosfera terrestre.
-Chuva Ácida: constituída pelo SO2, NOx e HCl, age no meio
ambiente sob a forma de chuva, neve ou névoa, causando a destruição
de florestas, plantações, monumentos e contaminando as águas.
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A tabela acima, "Os Grandes Vilões da Atmosfera", Folha de São Paulo, 1998, apresenta algumas das principais substâncias nocivas ao homem e ao meio ambiente, assim como alguns de seus efeitos sobre a saúde humana e na degradação ambiental.
De modo a atender os limites de emissão de poluentes na atmosfera e mantê-los em níveis aceitáveis, normalmente faz-se uso de algumas tecnologias de controle e redução:
- Para o NOx: - a Redução Catalítica Seletiva (SCR, Seletive Catalitic Reduction),
- a Redução Seletiva Não Catalítica (SNCR, Seletive Non-Catalitic Reduction),
- o Combustor Seco de Baixo NOx (DLN, Dry Low NOx),
- a Injeção de Água ou Vapor (WI, Water Injection, or, SI, Steam Injection),
- a Recirculação dos Gases de Escape (FGR, Flue Gas Recirculation),
- Para o CO-CO2: - os Lavadores de Gases (scrubbers),
- Para o SOx: - os Lavadores de Gases (scrubbers),
- a Dessulfurização dos Gases de Escape (FGD, Flue Gas Dessulfurization),
- Para os Materiais Particulados: - a Câmara de Deposição Gravitacional,
- os Precipitadores Eletrostáticos,
- os Separadores Centrífugos e Úmidos.
Os grandes vilões da Atmosfera:
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Proveniente da queima de combustíveis, contribui para o aquecimento global. | Fatal em grandes doses, agrava males cardíacos e pode afetar o sistema nervoso central, dificulta o transporte de oxigênio pelo sangue, ocasiona falhas de percepção, reflexos retardados e sonolência. Afeta a capacidade de trabalho e de exercício físico em indivíduo sadios. |
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Proveniente da queima de combustíveis ajuda a provocar a chuva ácida e contribui, indiretamente, para o aquecimento global através da formação de ozônio. | Irrita o aparelho respiratório, reduz a função pulmonar (pode causar efisema)) e aumenta os riscos de infecções virais. Nos pulmões, é percursor de substâncias cancerígenas. Transferido ao sangue, pode causar grave anemia. |
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Proveniente de reações químicas entre o oxigênio e dois outros poluentes ( NOx e HC ), facilitadas pela luz solar, causa danos à agricultura e contribui para o aquecimento global. | Irrita os olhos nariz e garganta, reduz as funções pulmonares, inibe o sistema imunológico, pode provocar náusea, dor de cabeça, fadiga e envelhecimento precoce da pele. Os riscos são maiores para asmáticos, crianças e pessoas que praticam exercícios pesados. |
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Proveniente da queima incompleta de combustíveis, principalmente o diesel, ressuspensão de poeira. | As partículas menores, inaláveis, atingem o pulmão, provocam alergia, asma e bronquite. Algumas são cancerígenas e provocam mutações genéticas. Reduz a função respiratória em crianças. |
Destacam-se ainda o Enriquecimento do Ar de Combustão, o Controle da Temperatura de Chama, a Mudança de Combustível para um outro alternativo. Existem também sistemas que permitem a modificação das características de alguns combustíveis antes destes serem usados, como a
remoção do H2S e CO2 do biogás, ocasionando uma redução na emissão de poluentes e um aumento em seu poder calorífico.
Maiores detalhes sobre tais tecnologias, bem como a legislação vigente e os diversos limites de emissão de poluentes tanto para o Brasil como para outros países podem ser encontrados em Avellar, 1997, dissertação de mestrado.
Considerações Finais
Após
destacar a importância e cuidados com os poluentes e as tecnologias
utilizadas para seu controle, torna-se indispensável a análise
de viabilidade sócio-econômica sobre a possibilidade do uso
de biogás como combustível alternativo em unidades co-geradoras.
Sendo
assim, obtêm-se que o custo de produção de eletricidade,
usando-se o biogás, é continuamente mais barato do que para
o gás natural, e ainda, que o custo de se produzir eletricidade
é mais barato do que se comprar da concessionária a partir
de 7,8 anos com gás natural e, a partir de 3,8 anos com o biogás
mesmo com a utilização da tecnologia de dessulfurização
dos gases de escape.
Pesquisas
também estão sendo desenvolvidas para as pequenas e médias
propriedades agrícolas ("soro", em fase inicial), principalmente
para aquelas cujas localizações são de difícil
acesso e não possuem condições básicas para
a vida humana, nem meios para manter tecnologias de
armazenamento e processamento de suas produções. Assim, para
tais propriedades suprir suas demandas energéticas mínimas,
somente para a manutenção da vida, utilizando para isto resíduos
lançados no meio ambiente, seria uma vantagem considerável
no contexto da redução da pobreza rural.
Para
trabalhos futuros, sugere-se alguns estudos como para outros tipos de resíduos,
que poderão ser usados como geradores de energia em propriedades
rurais envolvendo uma mistura de tecnologias (co-geração,
biogás, energia solar, etc.), para sistemas alternativos de secagem
e armazenamento de produtos agrícolas; além de, por exemplo,
estudos voltados para o desenvolvimento e aperfeiçoamento de biodigestores
para cada tipo de rejeito, visando a produção e qualidade
do biogás.
Cabe
ressaltar a efetiva importância do presente trabalho no contexto
atual. Tal fato decorre, fundamentalmente, devido aos estudos que estão
sendo realizados, no tocante ao aproveitamento dos resíduos agro-industriais
com poder calorífico considerável lançados no meio
ambiente, agredindo,
muitas vezes de forma avassaladora, boa parte da sociedade.
Como
também a ajuda para a redução da pobreza rural, o
uso sustentável dos recursos naturais renováveis, o combate
à poluição e ao desperdício de energia, visando
promover a sobrevivência da humanidade, com a proteção
do meio ambiente, e o desenvolvimento sustentável em toda a sua
plenitude.
