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Aproveitamento Energético do Biogás dosResíduos Sólidos Urbanos
Prof. José Fernando Thomé Jucá,Coordenador do Grupo de Resíduos Sólidos - GRS
Universidade Federal de Pernmabuco
XI Seminário Nacional de Resíduos SólidosABES-DFBrasília, 7 e 8 de agosto de 2014.
ALTERNATIVAS DE TRATAMENTO DOSRESÍDUOS SÓLIDOS URBANOS
CARACTERÍSTICAS TriagemTratamento
BiológicoIncineradoresTermelétricas
Aterros Sanitários
Área Disponível Menor Médio Baixo Alta
Investimento Instalação Médio Médio Alto Menor
Custo Insumo Baixo Alto Médio Médio
Linha de Transmissão Não se aplica Médio Alto Alto
Custo de Produção Baixo Alto Alto Médio
Tecnologia Baixo a Médio a Alto Alto Médio
Impacto Ambiental Baixo Médio Alto Alto
Capacitação de RH Baixo Médio Alto Baixo
TRATAMENTO PARA RESÍDUOS SÓLIDOS URBANOS
Sistemas Básicos Processos Evolução Produtos Inovação
Triagem Físico Coleta SeletivaTratam.MecânicoBiológico (MBT)
Matéria Primapara Reciclageme Energia
Waste toResources (WTR)Waste to Energy(WTE)
Tratamento Biológico Biológico Biodigestores AnaeróbiosCompostagem
CompostoOrgânico eEnergia
Agricultura eWaste to Energy(WTE)
Incineração Físico–Químico Tratamento Térmico Vapor e EnergiaElétrica
Waste to Energy(WTE)
Aterros Sanitários Físico, Químico eBiológico
Reator AnaeróbioTratamento da M.Orgânica
Biogás (Energia)e Lixiviado
Waste to Energy(WTE)Fertilizantes
Jucá et al, 2013 – Fade/UFPE/BNDES
Destino dos Resíduos Sólidos Urbanos no Brasil(Fonte: GRS/UFPE/FADE/BNDES, 2013)
Estado Possui políticasde RSU?
EstáRegulamentada ?
É efetiva?
Rio de Janeiro Sim Sim NãoMinas Gerais Sim Sim NãoSão Paulo Sim Sim SimEspírito Santo Sim Sim NãoParaná Sim Sim NãoSanta Catarina Sim Sim Em parteRio Gra. do Sul Sim Não SimDF Sim Não NãoGoiás Não Não NãoMato Grosso Sim Não NãoMato Gro.Sul Sim Não NãoBahia Não Não NãoSergipe Não Não NãoAlagoas Não Não NãoPernambuco Sim Sim NãoParaíba Não Não NãoRio Gr.doNorte Não Não NãoCeará Sim Sim Em partePiauí Não Não NãoMaranhão Não Não NãoTocantins Não Não NãoPará Não Não NãoAmazonas Sim Não NãoAcre Não Não NãoRoraima Sim Sim NãoRondônia Sim Não Não
Políticas Estaduais – Situação em 2011
GESTÃO INTEGRAL
VALORIZAÇÃO DOS RESÍDUOS
~ 0.30 t~ 0.25 m3
RSU
RSU
1 t
1 t
~ 0.75 t~ 0.9 m3~ 0.7 t
~ 0.25 t
~ 0.30 t~ 0.25 m3
RSU
RSU
1 t
1 t
~ 0.75 t~ 0.9 m3~ 0.7 t
~ 0.25 tRSU
RSU
1 t
1 t
~ 0.75 t~ 0.9 m3~ 0.7 t
~ 0.25 t
BIOMASSA + RSU
> 0.7
< 0.3 t< 0.25 m3
Dissipazione
~ 0.30 t~ 0.25 m3
RSU
RSU
1 t
1 t
~ 0.75 t~ 0.9 m3~ 0.7 t
~ 0.25 t
~ 0.30 t~ 0.25 m3
RSU
RSU
1 t
1 t
~ 0.75 t~ 0.9 m3~ 0.7 t
~ 0.25 tRSU
RSU
1 t
1 t
~ 0.75 t~ 0.9 m3~ 0.7 t
~ 0.25 t
~ 0.30 t~ 0.25 m3
RSU
RSU
1 t
1 t
~ 0.75 t~ 0.9 m3~ 0.7 t
~ 0.25 t
~ 0.30 t~ 0.25 m3
RSU
RSU
1 t
1 t
~ 0.75 t~ 0.9 m3~ 0.7 t
~ 0.25 tRSU
RSU
1 t
1 t
~ 0.75 t~ 0.9 m3~ 0.7 t
~ 0.25 t
BIOMASSA
~ 0.5 ?
0 - 0.5 t0 - 0.4 m3
Dissipazione
B(Gandolla, 2012)
MSW Processing Technologies withEnergy Recovery
Thermal
Combustion
MassBurn
RDF(includingvariations)
ThermalConversion
Pyrolysis Gasification
High TempGasification
Plasma Arc/Gasification
Biological
AerobicComposting
AnaerobicDigestion
Chemical
AcidHydrolysis
Catalytic De-polymerization
Others
Energy RecoveryRecovered energy converted to steamor electricityGaseous Fuels (syngas, biogas)Liquid Fuels
Recuperação de Energia e Materiais
6.000.000 tpy= 20.000 t/d
Baseado em De Baere e Mattheeuws (2013). Anaerobic Digestion of the Organic Fraction of Municipal Solid Waste inEurope – Status, Experience and Prospects .
Aproveitamento energético com Biodigestores
Entrega dosResíduos
Sistema debombeamento
Digestãoanaeróbia
Armazenamento dosubstrato
Aplicação doFertilizante
Motor Gerador
Térmica
Energiaeléctrica
Purificação doBiogás
Odorização
Aproveitamento como combustívelem veículos
Injecção na linha de gásnatural
Adição deCosubstrato
Opcional em função dotarifário:
Mass Burn Waste-to-Energy Facility
Source: Covanta Fairfax
RSU
Poder calorífico do RSU kJ/kg 8.374RendimentoMédio porTecnologia
Poder calorífico Kcal/kg 2.000Umidade média (1000 a 1500mm) % 35Fração orgânica biodegradável % 30Fração de plásticos % 15
Ater
roSa
nitá
rioAterro Sanitário de RSUProdução de biogás m3/t 185Composição média do biogás
CH4 %vol 58CO2 %vol 42
Poder calorífico biogás kJ/m3 20.650Kcal/m3 4.932
Densidade do biogás (sêco) kg/m3 1,246Rendimento da captação do biogas % 50Rendimento energético neto % 24 15-30 %
Biod
iges
tor
(RSU
da
cole
tain
dife
renc
iada
)
Biodigestor de RSUProdução de biogas m3/t 120Composição média do biogás sêco
CH4 %vol 58CO2 %vol 42
Poder calorífico do biogás kJ/m3 20.650Kcal/m3 4.932
Densidade do biogás (sêco) kg/m3 1,246Rendimento da captaçãp do biogás % 100Rendimento energético neto % 31 25-35 %
Inci
nera
dor
Incinerador de RSUPoder calorífico do RSU kJ/kg 8.374
Kcal/kg 2.000Umidade média % 35Fração orgânica biodegradável % 30Rendimento neto térmico (apenas vapor) % 70Rendimento neto elétrico (apenas eletricidade) % 25Rendimento neto misto (vapor + eletricidade) % 60 50-65%
Rendimento Energético das Tecnologias de Tratamento
(Gandolla, 2013)
Energia dos Resíduos
Comparação potencial geração de energia por tonelada deresíduo:
– Plasma: 1,0 a 1,3 MWh / t RSU– Pirólise: 1 MWh / t RSU– CDR: 1 MWh / t de CDR ou 0,42 MWh / t RSU– Incineração: 0,4 – 0,6 MWh / t RSU– Digestão anaeróbia acelerada: 0,1 a 0,3 MWh / t RSU– Aterro sanitário (biogás): 0,1 - 0,2 MWh / t RSU– Compostagem: “déficit energético”
G.A. Reichert, na IV Conferência Municipal do Meio Ambiente, São Paulo, 2013.
Technologies & Landfills
Time of EI
Simplelandfills
Dumpsites Reactorlandfills
MBTlandfills
IT landfills
Cost/tn
(Mavropoulos, 2012)
APROVEITAMENTO ENERGÉTICO DOSRESÍDUOS SÓLIDOS URBANOS
O QUE SE PODERIA APROVEITAR ?
Resíduoorgânico
Resíduo nãodegradável
Incineração ?
Decomposição(Biogás)
PONTOS RELEVANTES NO BRASIL
1) Baixo nível segregação(orgânico x inorgânico)
2) Possibilidade conflito dareciclagem x incineração
(aspectos sociais)
Fração dosResíduos
Poder Calorífico Médio(KJ/Kg) base seca-limpa(1)
Mercado deRecicláveis(preço portonelada) (2)
Matéria OrgânicaPutrescível
6.160 R$
Papel 10.015 R$ 180-530
Papelão 12.309 R$ 130-320
Plástico Mole 11.708 R$ 450-800
Plástico Rígido 37.620 R$ 550-1.080
PET 40.156 R$ 750-1300
Isopor 38.022 R$
Madeira Verde 9.775 R$
Madeira Dura 19.446 R$
Texteis 18.941 R$ 100-350
Borracha 29.060 R$
Couro 18.716 R$
Côco 12.479 R$
Latas de Aço R$170-400
Alumínio R$ 3000-4230
Vidro Incolor R$ 50-190
Vidro Colorido R$ 50-135
Fonte (1): Calorímetro Digital C2000, Ika-Werker UPE, 2013 Fonte (2): CEMPRE em 13/09/2012
Classificação País Custo anual por família(300 kW/mês) em US$
Preço do kWhem US$
1º lugar Alemanha 1.108,80 0,308
2 Austria 918 0,255
3 BRASIL 914 0,254
4 Itália 907,2 0,252
5 Japão 885,6 0,2466 Irlanda 849,6 0,236
7 Holanda 777,6 0,216
8 Portugal 723,6 0,201
9 Inglaterra 720,0 0,200
10 Turquia 658,8 0,183
11 Suiça 655,2 0,182
12 Polonia 655,2 0,182
13 Noruega 655,2 0,182
14 Grécia 540 0,150
15 França 532,8 0,148
16 USA 478 0,13317 México 295,2 0,082
Conflitos
Por que não cresce o aproveitamento da energiaderivada dos resíduos em comparação com outrasfontes?
Falta de conhecimento técnico e capacitação
Fonte: Relatórios de monitoramento /validação IPCC
USINAS do tipo UTE em Operação
Usina Potência(kW)
Destino daEnergia Proprietário Município
Salvador 19.730 PIE 100% para Termoverde Salvador S.A. Salvador - BA
Bandeirante 20.000 APEPIE
70% para Biogeração Energia S/A30% para União de Bancos Brasile iros
S.A.São Paulo - SP
São João Biogás 21.560 PIE 100% para São João Energia AmbientalS/A São Paulo - SP
Energ-Biog 30 REG 100% para BiomassUsers Network doBrasil Barueri - SP
Unidade Industria lde Aves 160 REG 100% para Cooperativa Agroindustrial Lar Matelândia - PR
Unidade Industria lde Vegetais 40 REG 100% para Cooperativa Agroindustrial Lar I taipulândia - PR
ETE Ouro Verde 20 REG 100% para Companhia de Saneamento doParaná – Sanepar Foz do Iguaçu - PR
Star Milk 110 REG 100% para Ibrahim Faiad Céu Azul - PR
Asja BH 4.278 REG 100% para Consorcio Horizonte Asja Belo Horizonte -MG
Arrudas 2.400 REG 100% para Companhia de Saneamento deMinas Gerais
Belo Horizonte -MG
Granja SãoPedro/Colombari 80 REG 100% para José Carlos Colombari São Miguel do
Iguaçu - PR
Am bient 1.500 REG 100% para Ambient Serviços Ambientaisde Ribeirão Preto S.A Ribeirão Preto - SP
Granja Makena 80 REG 100% para Altair Olimpio de Oliveira Patrocínio - MG
Ajuricaba 80 REG 100% para Prefeitura Municipal deMarechal Cândido Rondo n
Marechal CândidoRondon - PR
Fazenda NossaSenhora do Carmo 80 REG 100% para Sérgio Elias Saraiva I tuiu taba - MG
Uberlândia 2.852 REG 100% para Energas Geração de EnergiaLtda Uberlândia - MG
Granja São Roque 424 nãoidentificado não identificado Videira - SC
Cetrel Bioenergia JB 874 REG 100% para UT E Cetrel B ioenergia JB Cachoeirinha - PEFazenda Da Luz 90 REG 100% para Da Luz Energia Ltda. Abelardo Luz - SC
Cogeração BioSpringer 848 REG 100% para Bio Springer do Brasil
Indústria de Alimentos S.A. Valinhos - SP
CTR Juiz de Fora 4.278 REG 100% para VALORGAS - ENERGIA EBIOGAS LTDA Juiz de Fora - MG
José CarlosColombari 80 REG-
RN482 100% para José Carlos Colombari São Miguel doIguaçu - PR
Total: 22 Usina(s) Potência Tota l: 79.594 kW
22 Usinas c/ total =79 MW
Crescimento baixo naúltima década em
comparação com outrasfontes alternativas!!!!
Fonte: ANEEL (mar/14)
Sustentabilidade Econômica
Ambiental
Social
DESAFIOS PARA APROVEITAMENTO SUSTENTÁVEL DOS RSU
- Foco atual da gestão dos resíduos (poucaênfase na coleta diferenciada)
-Arranjos político-institucionais poucoconsolidados (ex: consórcios);
-Necessidade de maior invest. e incentivosfiscais (ex. ICMS verde, crédito carbono);
- Falta conhecimento técnico e capacitaçãode RH para valorização dos resíduos.
ESTUDOS EXPERIMENTAIS E PROJETOS DEATERROS DE RSU NO BRASIL
Projetos de Pesquisa em Biogás
Grupo de Resíduos Sólidos – GRS/UFPE
AnoRecursos
Financeiros(Equiv. em R$)
FinanciadoraNúmero doConvênioInício Término
1Estudo Integrado do Tratamento do Lixo Aterrado e de SeusEfluentes
2004 2006 139.000 FINEP/CNPq 01040053-00
2Avaliação do Potencial Energético do Biogás Proveniente deAterros de Resíduos Sólidos
2004 2007 249.632 FACEPE/CNPqEDT-0004-
05.03/2004
3Redução de Gases de Efeito Estufa em Aterros de ResíduosSólidos Urbanos:Estudo da Geração de Biogás e Retenção deContaminantes na Camada de Cobertura
2006 2008 305.000 CT-ENERG CNPq 473349/2006-0
4Eficiência Energética do Aproveitamento do Biogás no Aterroda Muribeca/PE
2006 2009 96.136 CNPq 550400/2005-2
5Projeto piloto para recuperação energética do biogás no aterroda Muribeca/PE
2006 2009 848.510 CHESF/ANEEL CT92.2005.4970
6PRONEX - Redução dos Gases de Efeito Estufa Através doAproveitamento do Biogás Proveniente de Aterros de ResíduosSólidos
2008 2010 416.085 FACEPE/CNPqAPQ – 0610-
3.01/06
7
PROCAD - Mecanismos de Desenvolvimento Limpo (MDL)aplicado à aterros sanitários: avaliação do desempenho decamada de cobertura e de técnicas de evaporação lixiviado, emdiferentes regiões do Brasil
2009 2011 660.392 CAPES 254/07
8Geotecnia Ambiental aplicada à Aterro Sanitários: a influênciado biogás nas camadas de cobertura e nos parâmetros deresistência da massa de RSU
2009 Atual 300.800 CNPq 480893/2009-8
9Análise das Diversas Tecnológicas de Tratamento eDisposição Final de Resíduos Sólidos no Brasil, Europa, EstadosUnidos e Japão
2010Aprovado emcontratação
4.271.000 BNDES FEP 02/2010
10
Desenvolvimento de soluções tecnológicas a partir do biogásproduzido em sistemas de tratamento de esgotos e aterrossanitários que viabilizem a geração distribuída de energia,atendendo aos requisitos exigidos pelas concessionárias dedistribuição de energia elétrica (Rede: UNIOESTE, ITAI, UFC,UFSC, UFRJ, UFES, UFMS, UFCG, UFPE).
2011AprovadoPrimeira Fase
6.977.128 FINEP Edital 06/2010
Aterros de RSU Objetivos
Natal/RN - 2005 Avaliar a influência do tipo de solo (arenoso) usado na camadade cobertura e sua influência nas emissões de biogás pelacobertura e drenos.
Feira Santana/BA - 2006 Avaliar a eficiência da cobertura e o potencial de biogás noaterro com vistas ao MDL.
São João/SP - 2007 Avaliar as causas do escorregamento de talude de grandesproporções sob a ótica de um deslizamento “seco”.
São João/SP - 2008 Avaliar as emissões fugitivas pela cobertura e sua influência noaproveitamento energético do biogás.
Bandeirantes/SP - 2009 Avaliar a infiltração de líquidos e emissões de gases nacobertura com enfoque de solos não saturados e sua correlaçãocom o decréscimo no aproveitamento energético do biogás.
Londrina/PR - 2009 Avaliar as emissões fugitivas pela cobertura em situaçãosemelhante a de um “lixão”
Belo Horizonte - 2010 Avaliação do potencial de biogás c/ dados experimentais esimulações, bem como a eficiência da camada intermediária decobertura e interfaces da recuperação do gás c/ operação doaterro.
Recife - 2011 Avaliação do Potencial de biogas do aterro da Muribeca,Com 60 hectares e 75m de altura.
Tema prioritário 1.3 da Chamada Pública: SANEAMENTOAMBIENTAL E HABITAÇÃO.
Título: Desenvolvimento de Soluções Tecnológicas a partir do BiogásProduzido em Sistema de Tratamento de Esgotos e Aterros Sanitáriospara Geração de Energia Elétrica.
Objetivo geral: O objetivo geral da Rede de Biogás é estudarprocessos que otimizem a produção de biogás e o seu posterioraproveitamento como fonte de energia elétrica, proporcionando aintegração entre os pesquisadores de diferentes instituições, comconsequente troca de experiências, promovendo a capacitaçãocontinuada das instituições e estimulando o desenvolvimento deparcerias.
CEPB
SCPR
RJ
ES
PE
MS
Contextualização da Rede de Biogás
• Rede “Vertical” – Conhecimento Complementar• Momento Mundial da Energia (WTE)• Facilidade de Integração, Capilaridade com a Sociedade• Formação de Recursos Humanos
Instituições executoras:
UFPE, UFCG, UFC, UFMS, UFES, UFRJ,UNIOESTE, ITAI e UFSC
Subprojetos Título1 GERE – Gestão da Rede2 PROBIO-AT – Otimização da Produção de
Biogás em Aterros3 PROBIO-EG – Otimização da Produção de
Biogás em Estação de Tratamento de Esgoto4 PURIBIOGÁS – Processos de Purificação e
Armazenamento de Biogás5 SIGEREE – Caracterização dos Diferentes
Sistemas de Geração de Energia Elétrica6 GERDISTE – Sistema de Proteção e Controle
Associados a Conexão na Rede deDistribuição
7 VIABILI – Análise da Viabilidade Econômica8 REGULA-GD – Aspectos Regulatórios e
Normativos Associados à Comercialização deEnergia
Plataforma de ValorizaçãoEnergética de Resíduos
Proponente: CHESFExecutores: UPE / UFPE / ENGINE / FPTI /ITAI
Parceiros: SRHE-PE
P&D Estratégico 14/2012Arranjos Técnicos e Comerciais para Inserção da Geração de Energia Elétrica a partirde Biogás Oriundo de Resíduos e Efluentes Líquidos na Matriz Energética Brasileira
Plataforma de ValorizaçãoEnergética de resíduos
Justificativa
Encerramento de lixões e aterros por imposição daPolítica Nacional de Resíduos Sólidos (Lei12.305/2010). Apenas 10% das cidades brasileirasatenderam a Lei. Emissão contínua de CO2 e CH4 nosaterros e lixões que contribuem para o aquecimentoglobal. Contaminação do meio ambiente (ar, solo emananciais aquáticos) com gases nocivos e chorume.
O projeto visa:
■ definir o tratamento viável dos lixiviados quecontaminam o subsolo, após o término da operaçãode um determinado aterro;
■ Analisar a biodegradabilidade dos resíduosenvelhecidos, através do estudo das propriedadesfísica, química e microbiológica, além de suasinterações;
■ Estudar a geração e concentração do biogásproveniente de resíduos sólidos urbanosenvelhecidos em aterros, avaliando seu potencialenergético, as emissões de gases de efeito estufa epossibilidade de geração de energia elétrica
■ Estudar a viabilidade econômica do aproveitamentoenergético do biogás de um aterro encerrado;
4 Biodigestão Anaeróbia:Resíduos Sólidos Urbanos
E.E.
http://www.grs-ufpe.com.br
jucah@ufpe.br
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