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