ANÁLISE DO POTENCIAL ENERGÉTICO DO BIOGÁS DE ATERRO SANITÁRIO

TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO

INTITUTO POLITÉCNICO – Centro Universitário UMA

ANÁLISE DO POTENCIAL ENÉRGETICO DO BIOGÁS GERADO EM ATERROS SANITÁRIOS

Tayanne Patricia

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Orientador técnico: André Marcelino de Morais

Coordenação de curso de Engenharia mecânica

Resumo –  O biogás pode ser utilizado para diversos fins, dentre os quais se destaca a geração de energia elétrica. Portanto, esse estudo buscou apresentar uma análise do potencial energético do biogás proveniente de aterro sanitário. Desenvolveu-se um aterro representativo para estimar a vazão de metano gerado no mesmo e posteriormente foi calculado a potência e a energia disponível produzida por meio de motores a combustão interna e turbinas a gás com diferentes eficiências. Identificou--se que a produção estimada de biogás para aterros sanitários possui a capacidade de alimentar um projeto de aproveitamento energético.

Palavras chave: Biogás, aterro sanitário, conversão energética, turbina a gás, motor de combustão interna

1. INTRODUÇÃO

Atualmente, a maior parte da energia elétrica gerada no Brasil vem de hidrelétricas, mas a capacidade de expansão dessa fonte já está caminhando para o esgotamento. Além disso, os combustíveis fósseis que desempenham o principal papel de matéria prima para o consumo mundial de energia (ANEEL, 2013), ao serem queimados, liberam gases que poluem a atmosfera (sendo o dióxido de carbono (CO2) o principal gás emitido e o responsável pelo aquecimento global). Então é preciso encontrar alternativas baratas, seguras e sustentáveis para diversificar a matriz energética brasileira.

O metano, quando capturado, pode ser utilizado em maquinas térmicas e se tornar uma fonte de energia elétrica. Em razão disso, o Plano Decenal de Expansão (PDE) 2026, que indica como deverá se comportar a expansão da matriz energética no Brasil nos próximos anos, contemplou pela primeira vez na história um valor significativo de biogás como componente da matriz elétrica, pois o mesmo é composto por uma grande concentração de metano, entre 45% e 60%, e é gerado espontaneamente pela decomposição de material orgânico.

O principal objetivo deste trabalho é apresentar um estudo do potencial de geração elétrica do biogás proveniente de aterros sanitários, por meio da determinação da potência e energia disponível produzidas com a utilização de motores de combustão interna ou turbinas a gás, após o desenvolvimento de um aterro sanitário representativo e calculo da vazão de metano gerado no mesmo.

2. REFERENCIAL TEÓRICO

O biogás gerado em aterros sanitários, após passar por um adequado tratamento, pode evidenciar uma opção de energia renovável (NEVES, 2015).

2.1 Aproveitamento elétrico do biogás no Brasil

A avaliação da viabilidade do aproveitamento energético do biogás requer bases de parâmetro de comparação, bem como situar o biogás no cenário da matriz energética brasileira atual.

Na Tabela 1 é mostrado a subdivisão das principais fontes geradoras de energia elétrica em operação, atualmente, no Brasil.

Fonte	%	Potência fiscalizada (kW)	Nº de usinas
Biomassa	8,84	14.602.586	557
Fóssil	16,99	26.763.765	2450
Nuclear	1,19	1.990.000	2
Hídrica	64,44	102.146.991	1332
Eólica	7,75	12.920.943	529
Solar	0,78	1.306.506	2231

Tabela 1 - Matriz energética brasileira (Fonte: Adaptado de BIG BANCO DE INFORMAÇÕES - ANEEL (2018))

A biomassa, fonte que abrange o biogás, corresponde a 8,84% do total da matriz energética, sendo que desse montante, apenas 0,95% são provenientes da decomposição de resíduos sólidos urbanos. Atualmente, o país conta com 20 usinas produtoras de biogás a partir desses resíduos, correspondendo a geração de 137635kW de potência fiscalizada (BIG BANCO DE INFORMAÇÕES – ANEEL, 2018)

2.2. Formação do biogás em aterros sanitários

Resíduos sólidos representam ecossistemas únicos, onde bactérias, fungos e protozoários são decompositores da matéria orgânica. O processo de degradação de resíduos sólidos é composto por uma superposição de mecanismos biológicos e físico-químicos, catalisados pela água, que acontece devido a umidade inicial e as águas das precipitações presente nesses resíduos (FERNANDES, 2009).

Segundo Fernandes (2009), em aterros sanitários, a degradação da matéria orgânica acontece em duas etapas. No decorrer do aterramento de resíduos no solo, a decomposição aeróbica (1ª) se inicia em menor escala, com a presença de oxigênio, em um pequeno espaço de tempo e depois da cobertura de resíduos, com a quantidade de  reduzida, inicia a decomposição anaeróbica (2ª), em maior escala. [pic 1]

Com a realização da decomposição da matéria orgânica (lixo doméstico, esgoto, resíduos de atividades pecuárias e agrícolas, entre outros), o biogás é gerado. A composição aproximada desse biogás é mostrada na Tabela 2.

Composição	Fórmula	Volume (%)
Metano	[pic 2]	45 – 60
Dióxido de carbono	[pic 3]	40 – 60
Nitrogênio	[pic 4]	2 – 5
Oxigênio	[pic 5]	0,1 – 1,0
Sulfeto de hidrogênio	[pic 6]	0 – 0,1
Amônia	[pic 7]	0,1 – 1,0
Hidrogênio	[pic 8]	0 – 0,2
Monóxido de carbono	CO	0 – 0,2
Gases em menor concentração	---	0,01 – 0,6

Tabela 2 - Composição típica percentual do biogás de aterro sanitário (Fonte: Augenstein e Pacey (1991))