UNIVERSIDADE TECNOLGICA FEDERAL DO PARAN

Coordenao de engenharia ambiental Curso de engenharia ambientalfrancisco ferreira martins netoAproveitamento energtico de dejetos avcolasrelatrio de pesquisaCampo mouro2015francisco ferreira martins netoAproveitamento energtico de dejetos avcolasTrabalho acadmico apresentado como requisito para obteno de nota parcial da disciplina de Fontes de Energia do curso de engenharia ambiental, do Campus Campo Mouro, da Universidade Tecnolgica Federal do Paran.Orientador: Prof. Dra. Maria Cristina Rodrigues Halmemancampo mouro20151 introduoO crescimento populacional elevado ocasiona maior demanda energtica. Dado que as matrizes energticas atuais so insuficientes para suprir essa demanda e a utilizao de fontes no renovveis para produo energtica em grande escala, traz o risco do esgotamento de tais fontes, torna-se necessrio o investimento em fontes de energia alternativas.O Brasil atualmente um dos maiores produtores avcolas do mundo. Segundo IBGE (2015), foram abatidos em 2014 5.495.648 milhes de frangos de corte, resultando na produo de 12,64 milhes de toneladas de carne.Na produo avcola, as aves so acondicionadas em local apropriado, e seus excrementos, penas e restos de alimento so depositados na cama avcola. Esses resduos podem ser destinados para a produo de biogs.Denomina-se biogs a mistura gasosa produzida durante a biodegradao anaerbia da matria orgnica (GARBA, 1996; LASTELLA et al., 2002; YADVIKA et al., 2004; apud Aires, 2012).

Para o meio rural, a alternativa que se mostrou promissora foi o biogs obtido a partir da digesto da matria orgnica vegetal e/ou animal, sendo estas encontradas em qualquer propriedade agropecuria.

Para a produo de biogs, deve-se realizar a diluio e separao mecnica das fraes slidas e lquidas de cama avcola. Atravs da frao slida obtido, alm do biogs, outros produtos, como o adubo orgnico e o biofertilizante.Vale ressaltar que o processo da utilizao dos dejetos avcolas para produo de biogs, alm de fornecer energia, tambm auxilia na destinao de tais resduos realizando o seu saneamento.O estudo ter por finalidade avaliar o aproveitamento energtico de dejetos avcolas atravs da sua converso em energias por biodigestores anaerbios.

2 referncial terico2.1 Cama de frangoOs dejetos fazem parte dos resduos provenientes da atividade fisiolgica e compem a poro no utilizvel no processo metablico das plantas e animais e que so por esses excretados.A cama de frango um sistema utilizado para criao de aves de corte, que segundo Avila (2007) deve ser composto de um material que possa absorver a umidade proveniente das fezes, urina e gua de bebedouros que porventura depositem-se no local, restos de rao e orgnicos. O mesmo justifica a sua utilizao por proporcionar um ambiente sanitariamente seguro ao plantel, evitando o contato da criao com umidade e microorganismos.

Outro fator desempenhado pela mesma, uma vez que evita o contato direto da ave com o piso do galpo, reduzir as oscilaes de temperatura, o que pode ocasionar elevada mortalidade, e diminuindo a exigncia por reguladores mecnicos, uma vez que a menor dissipao de calor.

Para atender aos requisitos anteriores, Garcia et. al.(2011) especifica que o material deve possuir capacidade de absoro de umidade, ser livre de proliferao de comunidades de fungos, mofo, de madeira tratada sem o auxlio de produtos qumicos, ser macio, com tamanho de partculas mdias capazes de absorver o impacto do peso das aves, ser um eficiente isolante trmico e alta disponibilidade.Comumente utiliza-se maravalha de madeira para sua confeco. Porm, dado os perodos de escassez do material aliado com o aumento da produo avcola no pas, outros produtos podem ser utilizados, dentre eles, o bagao da cana, capim Napier, casca de arroz ou amendoim, palhadas e outros. Materiais estes, geralmente utilizados misturados com maravalha.2.2 Eficincia energticaConsiderando-se a produo mdia de cama de 2,19 kg por frango de corte na matria natural (MN) (SANTOS e LUCAS JR., 2003), atravs da produo avcola, foram gerados aproximadamente 12,03 bilhes de kg de cama de frango em 2014.

Segundo as pesquisas realizadas por Aires (2012), a rentabilidade de eficincia energtica aproximadamente 0,3668 m3/biogs para cada 1m de cama de frango utilizada. Considerando as estimativas do mesmo, o potencial energtico no ano de 2014 seria de aproximadamente 4,41 milhes de m/biogs.De acordo com Costa (2006), utilizando-se de microturbinas, foram obtidas converses de biogs em energia eltrica de aproximadamente 1,031 KWh para cada 1m de biogs utilizado. O que determinar maior eficincia na converso ser a composio do biogs e o maquinrio utilizado para realizao da mesma. Ao utilizar os dados de eficincia energtica na obteno de biogs obtidos por Aires (2012), aplicados a eficincia de converso demonstrada pelo experimento de Costa (2006), o potencial energtico no ano citado poderia produzir aproximadamente 4,54 TW de energia eltrica.

Baseando-se no anurio disponibilizado pela Empresa de pesquisa energtica (2015), o consumo residencial no ms de janeiro de 2015, na regio sul foi de 9,35337 TWh.

Vale ressaltar que variaes na composio da cama iro conferir diferentes concentraes de minerais, o que tem influncia no processo de biodigesto anaerbia e na qualidade do biogs e do biofertilizante. Avila (2007) afirma que o ideal seria uma anlise fsico-qumica da cama para avaliar o potencial de produo de biogs, porm dada a impossibilidade do mesmo, pode-se utilizar de tabelas com concentraes mdias de minerais, disponveis na literatura. 2.3 Produo do biogs atravs de biorreatoresO biogs, na forma como produzido nos biodigestores constitudo basicamente de 60 a 70% de metano (CH4) e 30 a 40% de dixido de carbono (CO2), alm de traos de O2, N2, H2S, etc., isto para resduos orgnicos (Avila, 2007).

Por ser altamente inflamvel, no que condiz a eficincia em converso energtica, o metano o principal componente de interesse presente no biogs. Possui um poder calorfico de 9.100 kcal/m3 a 15,5C e 1 atm, sua inflamabilidade ocorre em misturas de 5 a 15% com o ar.Segundo Hobson et al. 1981, citado por SANTOS e LUCAS JR. (2003), os mtodos de transformao de energia, a partir da biomassa classificam-se em duas categorias; aqueles que envolvem processos fsicos e qumicos a altas temperaturas e/ou presses, e aqueles que envolvem o uso de microrganismos a temperaturas e presses mais baixas. O mesmo ainda cita que o biogs produzido pode ter o seu contedo energtico aproveitado na prpria atividade, em aquecimento, refrigerao, iluminao, incubadores, misturadores de rao, geradores de energia eltrica, etc. Essa transformao ocorre atravs de biorreatores de Batelada pelo fato do resduo ser obtido periodicidade aproximada a cada 60 dias. Deve-se escolher o adequado biodigestor para um desenvolvimento e processo apropriado. Biorreatores realizam a converso anaerbia, atravs de bactrias quimioheterotrficas, de substratos orgnicos complexos na ausncia de oxignio, nitrato, nitrito e sulfato. LUCAS JR e SANTOS (2000) afirmam que aps a fermentao de aucares e aminocidos acetato, ou propionato e butirato, os produtos mesmo seriam oxidados acetato e hidrognio, ocorrendo, ento, a formao de metano atravs da descarboxilao do acetato e reduo do CO2 pelo hidrognio. importante ressaltar os parmetros bsicos de funcionamento do biodigestor, sendo eles o Tempo de Reteno de Microorganismos (TRM), Tempo de Reteno Hidrulica (TRH) e Tempo de Reteno de Slidos (TRS). O TRH remete ao tempo necessrio para o processo total de biodigesto no biorreator. O TRM e TRS so calculados em dias, e referem-se ao tempo de permanncia dos mesmo dentro do biorreator. Dessa forma, Avila (2007) ressalta que de forma resumida pode-se dizer que altas produes de metano so conseguidas, satisfatoriamente, com longos TRM e TRS. Para reduzir o TRH, utiliza-se sistemas de agitao, aquecimento e adio de inculos como catalizadores do processo.O tempo de espera para produo da cama, e a possibilidade de reutilizao no avirio, fazem com que a matria prima para produo de biogs no seja constante e em quantidades menores. Diferente dos sunos, que possuem grande produo diria de resduos (tabela 1), podendo ser aplicada a gerao de biogs atravs de reatores contnuos.

Tabela 1. Produo diria de resduos slidos de diversos animais.

Tipos de ResduosUnidadeSunosFrango CorteGado CorteOvinosGado Leite

SlidosKg/animal/dia*2,4*0,15*12,5*0,7*12,5

* Valores mdios.

Fonte: Adaptada de Oliveira(1993), retirada de National Academy of Sciences(1977) e Kozen(1980)Alm da produo de biogs, Aires (2012) cita que o biofertilizante, material estabilizado no interior do biodigestor, pode ser utilizado na agricultura, pois constitudo por vrios compostos minerais.

Atravs de experimentos, Santos (1997) constatou que de 1000 aves produzidas pode-se obter, em mdia, o equivalente aproximadamente 10 botijes com 13 kg de GLP. Embrapa (2002), atravs de pesquisas, demonstraram que os gastos com os equipamentos para aquecimento (campnulas e botijes de gs), representaram 9,6% do custo total de construo de um avirio para um galpo com manejo manual e 7,5% para o galpo automtico. A energia para aquecimento (gs e lenha) tiveram uma participao de 2,9% no custo de produo do quilograma de frango no sistema manual e 3,8% no sistema automtico.Avila (2007) conclui que a energia renovvel para substituir os combustveis fsseis dever ter como caractersticas principais a compatibilidade ambiental, o alto coeficiente energtico, o baixo custo, a fcil estocagem e transporte e, ainda, ser de uso conveniente e socialmente compatvel, caractersticas estas presentes no biogs.

Segundo dados fornecidos pela ANEEL (2015), o pas possui 1886 usinas termoeltricas, com potencial instalado de 37.606.369 KW/h, representando aproximadamente 28,1% do potencial da matriz eltrica brasileira. Desta, 504 produzem energia atravs da biomassa, sendo apenas 12 os empreendimentos que utilizam resduos animais, com potencial instalado de 1361 KW/h.

Analisando os dados citados acima, a energia gerada atravs da biomassa de resduos animais possui representatividade de 0,003% de toda energia potencialmente instaladas pelas termoeltricas e 0,001% da matriz energtica total do pais.

A utilizao do biogs pode ser considerada como energia alternativa, com o intuito de diminuir o consumo de energia de outras fontes. Porm dado que no um processo continuo, o seu uso como energia principal torna-se invivel.

Deve ser vista como energia alternativa, pois normalmente, no processo de produo avcola, a cama reutiliza de 4 a 8 vezes, podendo ocasionar falta de matria prima para produo de biogs.Dos empreendimentos instalados no pas (Tabela 2), sete esto presentes no estado do Paran, com potncia fiscalizada 635 kW, perfazendo a maior concentrao de usinas que utilizam biogs proveniente de dejetos avcolas do Brasil. Porm, a maior produo encontra-se em Santa Catarina, com um total de 1235 kW, atravs de dois empreendimentos.

Tabela 2: Usinas de Biogs no Brasil produzidos atravs de dejetos avcolas. PF Potncia Fiscalizada (kW).UsinaPFDestino Municpio

Unidade industrial de aves160REGMatelndia - PR

Unidade Industrial de Vegetais160REGItaipulndia - PR

ETE Ouro Verde20REGFoz do Iguau - PR

Star Milk110REGCu Azul - PR

Granja Makena80REGPatrocnio - MG

Ajuricaba80REGMar. Cndido Rondon - PR

Faz. Nossa Senhora do Carmo80REGItuiutaba - MG

Granja So Roque424REGVideira - SC

Fazenda da Luz810REGAbelardo Luz - SC

Jos Carlos Colombari80REG - RN482So Miguel do Iguau - PR

Condomnio Ajuricaba35REG - RN482Mar. Cndido Rondon - PR

Cludio Nasser de Carvalho162REG - RN482Patos de Minas - MG

Fonte: BIG Banco de informaes de Gerao - AneelSegundo a Lei n 9.074/1995, fica estabelecido que os empreendimentos com potncia igual ou inferior a 1.000 kW para hidreltricas e igual ou inferior a 5.000 kW para as demais fontes no dependem de autorizao da ANEEL, sendo registrados aps a sua implantao.

De acordo com a Resoluo Normativa n 482/2012, define-se microgeradores empreendimentos com potncia instalada menor ou igual a 100 quilowatts (kW), e os minigeradores de 101 kW a 1 megawatt (MW). A gerao de energia por micro ou minigeradores utiliza-se de fontes renovveis ou com elevada eficincia energtica, usualmente com base em energia hidrulica, solar, elica, biomassa ou cogerao qualificada.Para incentivar essa produo, criou-se o sistema de compensao. A gerao ocorre atravs da instalao de pequenos geradores, pelo consumidor, em sua unidade consumidora, injetando-a na rede distribuidora local. A energia gerada e fornecida rede distribudo pelo consumidor usada para abater o consumo de energia eltrica da unidade. Se a gerao for maior que o consumo, so gerados crditos de energia, podendo ser utilizado para abater o consumo em outro posto tarifrio ou na fatura do ms subsequente. Os crditos continuam vlidos por 36 meses. Podem ainda ser utilizados em outra unidade, se a mesma estiver na rea de concesso da empresa distribuidora e for do mesmo titular.2.4 consideraes e benefcios ambientaisAtravs da Lei n 12.305/10, que institui a Poltica Nacional de Resduos Slidos, a cama de frango a cama de frango classificada como resduo perigoso. Resduos perigosos so definidos como sendo aqueles que, em razo de suas caractersticas de inflamabilidade, corrosividade, reatividade, toxicidade, patogenicidade, carcinogenicidade, teratogenicidade e mutagenicidade, apresentam significativo risco sade pblica ou qualidade ambiental, de acordo com lei, regulamento ou normal tcnica (Brasil, 2014). O problema ambiental vem recebendo ateno especial nos ltimos anos, no apenas no que se refere avicultura, mas a produo animal em geral o alto potencial de emisso de gases de efeito estufa proveniente da degradao dos dejetos em locais inapropriados (YETILMEZSOY E SAKAR, 2008 Apud AIRES, 2012).

A utilizao da cama de avirio como fertilizante o mtodo mais comum e geralmente a forma mais desejvel de utilizao destes resduos, pois fornece nutrientes benficos ao solo e proporciona aumento do teor de matria orgnica (KINGERY et al., 1993 apud BRATTI, 2013). Apesar da sua utilizao como fertilizante, Paula Junior (2014) salienta que a cama de frango aplicada no solo, porm, na maioria das vezes, in natura e sem nenhum critrio, o que gera grandes chances de problemas, como eutrofizao e contaminao de corpos hdricos.O aumento da produo de resduos avcola vem provocando impactos ambientais, pois sua taxa de gerao muito maior que sua taxa de degradao; dessa forma, cada vez mais premente, a necessidade de reduzir, reciclar e reaproveitar os resduos gerados na agropecuria, com o objetivo de recuperar matria e energia (STRAUS & MENEZES, 1993 apud BRATTI, 2013). O crescimento da avicultura, segundo BRATTI (2013) tem levantado alguns questionamentos sobre a capacidade do solo de assimilar os nutrientes presentes na cama, especialmente em situaes de reaplicao, o que pode levar a excessos de nutrientes e criar um potencial de contaminao ambiental, se estes resduos no forem devidamente geridos.

Seiffert (2000), atravs de revises bibliogrficas, constatou que os principais riscos de contaminao pelo uso incorreto dos resduos avcolas, ocorrem atravs da liberao de amnia, nitrato e fsforo. Ainda de acordo com o mesmo, os nutrientes como fsforo e nitrognio contidos no esterco e resduos de aves, podem alcanar corpos de gua pela percolao da gua ou arraste atravs do solo, pelo escoamento superficial de guas pluviais ou pela descarga direta de resduos na rede de drenagem.

Faz-se necessrio, um planejamento para deposio ou reutilizao dos dejetos, uma vez que, segundo Seiffert (2000), a criao de aves produz resduos, que no podem ser canalizados para a rede de drenagem, devido a concentraes elevadas de poluentes em seu contedo.

Segundo BLAKE (1996 apud Seiffert, 2000) um plano de manejo de dejetos inclui a produo, coleta, armazenamento, tratamento, transferncia e utilizao de dejetos animais de maneira a no degradar o solo, gua e ar ou adversamente afetar as plantas e animais.

Com isso, torna-se vivel a aplicabilidade dos resduos em diferentes esferas, para que ocorra equilbrio com meio ambiente e manejo adequado dos mesmo.

Se tratando de saneamento ambiental, observa-se que o processo de biodigesto anaerbia contribui para a reduo de impacto ao meio, no somente pela reduo dos slidos presentes nos biodigestores, mas tambm pela reduo de microrganismos indesejveis nos efluentes de carter patognico, dado que o processo ocorre em altas temperaturas. A presena de patgenos pode tambm causar reinfeco nos animais criados pelo avicultor (Walter et al., 1992 apud Seiffert, 2000).

Seguir boas prticas de manejo de resduos, absolutamente essencial para o desenvolvimento da avicultura (Payne & Donald, 1993 apud SABA, 1999). Fontes poluidoras, derivadas do escoamento de guas superficiais e infiltrao no lenol fretico em reas pecurias e agrcolas de explorao intensiva, so as principais causadoras da degradao da gua em reas rurais (Seiffert, 1999).Em benefcios ambientais, a utilizao do resduo para gerao de biogs, auxilia no controle do resduo aliado com a produo energtica potencial do mesmo.2.5 compostagemNa maioria das vezes, a escolha pelo sistema de tratamento baseada nos custos de implantao e operao do mesmo. O sistema dever ser economicamente vivel e no proporcionar danos ao meio ambiente. Um dos mtodos utilizados nas propriedades produtoras a compostagem devido sua eficincia e baixo custo para sua implantao e conduo (SIVAKUMAR et al., 2008)Segundo Kiehl (1985), compostagem definida sendo um processo de decomposio de materiais orgnicos, podendo ser utilizados como fertilizantes, proporcionando a estabilizao da matria orgnica. Tsutya (2000 apud Aires, 2009), caracteriza o processo, alm da estabilizao da matria orgnica, como fundamental para destruio de patgenos e reduo da umidade possibilitando ser utilizado na agricultura.No processo de compostagem, utilizada a frao slida da cama aviria, e tem grande importncia, uma vez que estes resduos possuem poder poluente elevado, necessitando de tratamento adequado antes de serem aplicados no meio ambiente.Atravs de teste realizados, AIRES (2009) concluiu que a cama de frango mostrou-se favorvel ao processo de compostagem, proporcionando um material orgnico adequado para incorporao no soloConcluso

Como consequncia do crescimento populacional, aumentou-se o consumo de aves no mundo. Essa a alterao nos padres de consumo, aliada com a forma de criao dos animais, levam obteno de grandes quantidades de resduos em reas cada vez menores, implicando em atividades com grande potencial de impacto ambiental. Para que a produo animal possa crescer, necessrio criar maneiras para controle dos resduos gerados pelas mesma, e uma das alternativas seria o seu aproveitamento para obteno de energia.O Brasil tem sua matriz energtica baseada na energia hidrulica, sendo est com representatividade de 74,1% de toda energia eltrica produzida no pas.Atravs do estudo foi possvel constatar a viabilidade da utilizao da cama avcola para produo de biogs, porm foi observado que existem poucos empreendimentos que assim o fazem.Essa energia, apesar do seu grande potencial no explorado, no seria suficiente para suprir a demanda ao qual o pas precisa, mas seria uma alternativa vivel para a diminuio da utilizao de fontes no renovveis, diminuindo os custos da produo.

H tambm os benefcios sanitrios pelo processo, uma vez que o mesmo auxilia na destinao final de resduos e produz biofertilizantes que podem ser utilizados no prprio estabelecimento.

O biofertilizante produzido atravs da compostagem, processo no qual feita a separao da frao slida e liquida. Dado a ocorrncia da separao para realizar a compostagem, a frao liquida j separada pode ser aplicada na gerao de biogs, unindo o processo e potencializando questes sanitrias provenientes da destinao dos mesmo.

Para sua aplicabilidade, ainda necessrio estudos e incentivos, visto que a produo por biorreatores, apesar de sua facilidade, ainda carece de pesquisas no ramo avcola.REFERNCIAS

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