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Gerao e utilizao de biogs em unidades de produo de sunos

DocumentosISSN 0101-6245 Junho, 2006

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PROJETO DE CONTROLE DA DEGRADAO AMBIENTAL DECORRENTE DA SUINOCULTURA EM SANTA CATARINA

GERAO E UTILIZAO DE BIOGS EM UNIDADES DE PRODUO DE SUNOS

Ministrio do Meio Ambiente Secretaria Executiva Programa Nacional do Meio Ambiente II PNMA II

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Repblica Federativa do Brasil Presidente: Luiz Incio Lula da Silva Vice-Presidente: Jos Alencar Gomes da Silva Ministrio do Meio Ambiente Ministra: Marina Silva Secretrio-Executivo: Cludio Langone Diretor de Articulao Institucional: Volney Zanardi Jnior Secretaria de Estado do Desenvolvimento Sustentvel do Estado de Santa Catarina Secretrio de Estado: Srgio de Souza Silva Fundao do Meio Ambiente - FATMA/SC Presidente: Jnio Wagner Constante Embrapa Sunos e Aves Chefe-Geral: Elsio Antonio Pereira de Figueiredo Chefe-Adjunto de Comunicao e Negcios: Claudio Bellaver Chefe-Adjunto de Pesquisa e Desenvolvimento: Terezinha Marisa Bertol Chefe-Adjunto de Administrao: Dirceu Benelli Programa Nacional do Meio Ambiente II PNMA II Coordenao Geral do Programa Nacional do Meio Ambiente II PNMA II Coordenadora Geral: Lorene Bastos Lage Componente Gesto Integrada de Ativos Ambientais Coordenadora: Adriana M. Magalhes de Moura Coordenao Estadual do Programa Nacional do Meio Ambiente II PNMA II Coordenador: Luiz Antnio Garcia Corra Coordenao Estadual do Componente Gesto Integrada de Ativos Ambientais - PNMAII Cinthya Mnica da Silva Zanuzzi: Fundao do Meio Ambiente FATMA/SC Coordenador Tcnico do Projeto Suinocultura Santa Catarina Paulo Armando Victria de Oliveira: Embrapa Sunos e Aves Agradecimentos especiais: Regina Gualda: Coordenadora Geral do PNMAII de 2000 a 2005. Maricy Marino: Coordenadora do Componente Gesto Integrada de Ativos Ambientais do PNMAII de 2000 a 2003. Darci Oliveira de Souza: (Coordenadora do Componente Gesto Integrada de Ativos Ambientais do PNMA II 2002 a 2004). Adroaldo Pagani da Silva: Coordenador Operacional do Projeto Suinocultura Santa Catarina (2002-2004). Alexandre Ferrazolli Camargo: Tcnico Responsvel pelo Projeto no estado de Santa Catarina.

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ISSN 0101-6245 Junho, 2006Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuria Centro Nacional de Pesquisa de Sunos e Aves Ministrio da Agricultura, Pecuria e Abastecimento

PROJETO DE CONTROLE DA DEGRADAO AMBIENTAL DECORRENTE DA SUINOCULTURA EM SANTA CATARINA

Documentos 115

GERAO E UTILIZAO DE BIOGS EM UNIDADES DE PRODUO DE SUNOS

Paulo Armando Victria de Oliveira Martha Mayumi Higarashi

Ministrio do Meio Ambiente Secretaria Executiva Programa Nacional do Meio Ambiente II PNMA IIConcrdia, SC 2006

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Gerao e utilizao de biogs em unidades de produo de sunos

Exemplares desta publicao podem ser adquiridos na: Embrapa Sunos e Aves Caixa Postal 21 89.700-000, Concrdia, SC Telefone: (049) 3441 0400 Fax: (049) 3442 8559 http://www.cnpsa.embrapa.br

Reviso Tcnica: Ccero J. Monticelli, Cludio Miranda, Carlos C. Perdomo Coordenao Editorial: Tnia Maria Biavatti Celant Editorao Eletrnica: Simone Colombo Normalizao Bibliogrfica: Irene Z. Pacheco Camera Fotos: Paulo Armando Victria de Oliveira 1 edio 1 impresso: 2006 - Tiragem: 1.000 unidades

Todos os direitos reservados. A reproduo no-autorizada desta publicao, no todo ou em parte, constitui violao dos direitos autorais (Lei n 9.610).

Oliveira, Paulo Armando Victria de Gerao e utilizao de biogs em unidades de produo de sunos. / Paulo Armando Victria de Oliveira, Martha Mayumi Higarashi. Concrdia: Embrapa Sunos e Aves, 2006. 42p.; 29cm. (Documentos/Embrapa Sunos e Aves, ISSN 0101-6245; 115) Projeto de Controle da Degradao Ambiental Decorrente da Suinocultura em Santa Catarina; Programa Nacional do Meio Ambiente II PNMA II do Ministrio do Meio Ambiente. 1. Biogs. 2. Gerao de energia. I. Higarashi, Martha Mayumi. II. Ttulo. III. Srie. CDD 333.79 Embrapa 2006

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INSTITUIES PARTICIPANTES PROJETO SUINOCULTURA SANTA CATARINAUnidade de Coordenao Estadual PNMA II Secretaria de Estado do Desenvolvimento Sustentvel SDS Unidade de Coordenao Estadual do Componente Gesto Integrada de Ativos Ambientais Fundao do Meio Ambiente FATMA Unidade Executora Tcnica e Financeira Embrapa Sunos e Aves (2002 novembro de 2005) Fundao do Meio Ambiente FATMA (Dezembro de 2005 2006) Unidades Co-Executoras Fundao do Meio Ambiente FATMA Secretaria de Estado da Agricultura e Poltica Rural SAR Empresa de Pesquisa Agropecuria e Extenso Rural de SC EPAGRI Parceiros Associaes Associao Catarinense dos Criadores de Bovinos de Santa Catarina ACCB/SUL Associao Catarinense dos Criadores de Sunos de Santa Catarina ACCS/SUL Instituies de Ensino Colgio Espao Ltda Escola Agrotcnica Federal de Concrdia EAFC Universidade do Contestado UnC Universidade do Oeste de Santa Catarina UNOESC Universidade do Sul de Santa Catarina UNISUL Universidade Federal de Santa Catarina UFSC Agroindstrias Cooperativa de Produo e Consumo Concrdia Ltda-Coprdia Sadia S.A. Prefeituras Prefeitura Municipal de Concrdia atravs da Fundao Municipal de Defesa do Meio Ambiente FUNDEMA Prefeitura Municipal de Brao do Norte PMBN Sindicatos Sindicato Rural de Brao do Norte SRBN Sindicato dos Trabalhadores Rurais de Brao do Norte SC STRBN Outras Grupo Ecolgico Ativista Sul Catarinense GEASC Gerncia Regional de Educao de Brao do Norte SC 20 GEREI Centro Integrado de Cincias da Regio Sul de Santa Catarina CINCRES

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AUTORES

Paulo Armando Victria de Oliveira

Eng. Agrcola, Dr. Pesquisador da Embrapa Sunos e Aves BR 153, km 110, Caixa postal 21, CEP: 89.700.000 Concrdia SC [email protected]

Martha Mayumi Higarashi

Qumica, Dr Pesquisadora Embrapa Sunos e Aves BR 153, km 110, Caixa postal 21, CEP: 89.700.000 Concrdia SC [email protected]

AgradecimentoOs autores agradecem ao Ministrio do Meio Ambiente-MMA e ao Banco Mundial (BIRD), pelo financiamento desta publicao e pela implantao do Projeto Suinocultura Santa Catarina, integrante do Componente Gesto Integrada de Ativos Ambientais do Programa Nacional de Meio Ambiente II PNMA II, que viabilizou a implantao de diferentes tecnologias como unidades demonstrativas da produo de biogs, como alternativas para a gerao de energia e minimizao das questes ambientais.

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SUMRIO1 INTRODUO ............................................................................................................... 2 O BIODIGESTOR .......................................................................................................... 3 O BIOGS ..................................................................................................................... 9 11 14

4 REVISO: UTILIZAO DE BIODIGESTOR E BIOGS NO MANEJO/ TRATAMENTO DE RESDUOS ANIMAIS...................................................................... 16 5 ESTIMATIVA DA PRODUO DE BIOGS ................................................................. 6 EXPERINCIA DA UTILIZAO DE BIODIGESTOR PARA A PRODUO DE BIOGS ......................................................................................................................... 6.1 Uso do biodigestor para gerao do biogs e de energia ..................................... 6.1.1 Resultados observados ............................................................................ 6.1.2 Gerao de biogs ................................................................................... 6.1.3 Utilizao do biogs no aquecimento ambiental de avirio ...................... 6.1.4 Biodigestor como unidade de tratamento dos dejetos de sunos ............. 6.2 Utilizao do biogs no aquecimento ambiental de creche para a produo de leites ..................................................................................................................... 6.3 Uso do biogs para a produo de energia eltrica .............................................. 6.3.1 Experincia do projeto na utilizao de biogs para cogerao de energia eltrica/calor.................................................................................... 7 CONCLUSES GERAIS .............................................................................................. 8 REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS ............................................................................. 18 20 21 23 23 25 27 29 31 34 36 37

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1 INTRODUOA mudana global do clima um dos mais graves problemas ambientais deste sculo, sendo que, neste perodo, registrou-se um aumento de cerca de 10C na temperatura mdia da Terra. Este problema vem sendo causado pela intensificao da emisso dos gases de efeito estufa (GEE), que, por sua vez, est relacionada ao aumento da concentrao atmosfrica de determinados gases, principalmente o dixido de carbono (CO2), metano (CH4) e xido nitroso (N2O). O gs metano muito mais efetivo que o CO2 na absoro da radiao solar na superfcie da terra. A concentrao global deste gs tem aumentado a uma taxa de 1% ao ano, sendo que 80% deste tem origem biognica, produzido por bactrias metanognicas em condies de anaerobiose (Intergovernmental Panel on Climate Change, 2006). A contribuio dos gases no efeito estufa depende basicamente de dois fatores: sua concentrao na atmosfera e seu poder de aquecimento molecular. O poder de aquecimento das molculas destes gases varia e pode ser mensurado de acordo com um referencial. O elemento utilizado como referncia o CO2, por ser o gs de efeito estufa mais abundante na atmosfera e de maior contribuio no aquecimento global (GASA-FCT, 2000; Lima, et al., 2001; Intergovernmental Panel on Climate Change, 2006). O CO2 possui uma contribuio relativa de 55%, o CH4 de 15% e o N2O de 4%, porm a emisso destes gases deve ser fortemente reduzida (Guyot, 1997; Institut Technique du Porc, 2000; Oliveira & Otsubo, 2002). Segundo a Agncia de Proteo Ambiental Americana (USEPA), estima-se que cerca de 14% da emisso global de gs metano tenha origem em atividades relacionadas produo animal (USEPA, 1994) e estimativas mais recentes indicam que o CH4 gerado pelos dejetos corresponde em torno de 5 a 10% do total de CH4 gerado globalmente, segundo Martinez, et al., (2003) e Intergovernmental Panel on Climate Change, 2006. As instalaes rurais e o resduo espalhado so fontes de emisso de uma expressiva quantidade de gases, sobretudo o CO2, CH4 e N2O (Kermarrec, et al., 1998; Lima, et al., 2001; Oliveira, et al., 2003; Paillat, et al., 2005). Esses trs gases, normalmente so formados pela decomposio dos componentes dos dejetos, entretanto as propores se modificam de acordo com o manejo aplicado (Zahn, et al., 2001). A Comisso Europia elaborou um documento no incio de 2001, o qual, teve como base, discusses preliminares com relao ao tratamento biolgico de resduos e critrios para regulamentos futuros. Os objetivos do documento eram: promover o tratamento biolgico dos resduos orgnicos para prevenir ou reduzir o impacto ambiental; proteger o solo e assegurar um melhoramento ecolgico; assegurar a sade das plantas, animais e da humanidade; assegurar o funcionamento do sistema evitando obstculos (Institut Technique du Porc, 2000; Bonazzi, 2001). Assim, o grande desafio das regies com alta concentrao de animais a exigncia da sustentabilidade ambiental, energtica e a reduo da emisso dos GEE. De um lado, existe a presso pela concentrao de animais em pequenas reas de produo e pelo aumento da produtividade e, do outro, que esse aumento no afete o meio ambiente.9

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O rebanho mdio de sunos em Santa Catarina de 4,8 milhes; sendo considerado o Estado brasileiro de maior concentrao de sunos e concentrando 79% do seu efetivo total no Oeste Catarinense. No Estado, 8,3 mil produtores de sunos controlam 90,87% do efetivo total de animais, possuindo um rebanho de, no mnimo, 100 animais em produo comercial, com grande potencial para a gerao de biogs. Entretanto, essa regio no maneja de forma adequada os resduos da suinocultura, possuindo um passivo ambiental que representa um grande risco de contaminao (Embrapa Sunos e Aves, 2003; Instituto CEPA, 2005). A suinocultura considerada uma atividade de potencial altamente poluente ao meio ambiente, sendo que o maior destaque tem sido dado a contaminao dgua e do solo, decorrentes do manejo inadequado de seus resduos, ficando a poluio atmosfrica, provocada pelos gases gerados, principalmente os Gases de Efeito Estufa (GEE), relegada a um segundo plano, muito embora os sistemas de produo e manejo de dejetos de sunos sejam fontes de emisso de uma expressiva quantidade de gases. No Brasil, no existem dados confiveis sobre a emisso dos GEE em sistemas de tratamento de dejetos de sunos e aves e principalmente os gases oriundos da queima do Biogs, no interior dos sistemas de produo destes animais (Lima, et al. 2001). A digesto anaerbia do resduo animal resulta na produo de biogs, composto basicamente de metano (CH4-50 a 70%) e dixido de carbono (CO2-30%). O metano gerado nos biodigestores pode ser aproveitado como fonte de energia trmica ou eltrica e usada em substituio aos combustveis fsseis (GLP) ou lenha, tendo como vantagem, ser uma fonte de energia renovvel. Alm dos aspectos ambientais; reduo na emisso de gases de efeito estufa, a produo de biogs pode agregar valor a produo, tornando-a auto sustentvel economicamente, por meio da gerao de energia (trmica) e a valorizao agronmica do biofertilizante (Oliveira, 2004a; Bonazzi, 2001; Lucas Junior, 1994). A restrio de espao e a necessidade de atender cada vez mais as demandas de energia (trmica/eltrica), gua de boa qualidade e alimento, tm colocado alguns paradigmas a serem vencidos, os quais se relacionam, principalmente, questo ambiental e gerao e utilizao de energia nas propriedades. O aspecto energia cada vez mais evidenciado pela interferncia no custo final de produo sendo, no caso da suinocultura e da avicultura, o fator que merece ser melhor trabalhado, uma vez que as oscilaes de preo podem reduzir a competitividade do setor. Ressalta-se que a recente crise energtica, o aquecimento global e a alta dos preos do petrleo, tm determinado uma procura por alternativas energticas no meio rural. A utilizao de Biodigestores, no Brasil, tem merecido importante destaque devido aos aspectos de saneamento e energia, alm de estimular a reciclagem de nutrientes (Oliveira, 1993a; Lucas Junior, 1994; Oliveira, 2004a). A recuperao do biogs possibilita a gerao de energia em substituio a fontes de origem fssil, portanto, com o uso de biodigestores, alm de diminuir as emisses de CO2 pela substituio de outras fontes energticas de origem fssil (lenha, carvo), diminui-se tambm a emisso de gases produzidos na fermentao e estabilizao dos dejetos que normalmente seriam emitidos para a atmosfera pelas esterqueiras e lagoas de estabilizao, usadas para o tratamento dos dejetos de sunos (CH4, o principal gs gerado), (Oliveira, 2002; Oliveira et al., 2003; Oliveira, 2004a). No passado, o interesse pelo biogs no Brasil, teve seu pice nas dcadas de 70 e 80, especialmente entre os suinocultores. Uma srie de fatores foi responsvel pelo insucesso dos programas de biodigestores neste perodo, entre os quais podem10

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ser citados: a falta de conhecimento tcnico sobre a construo e operao dos biodigestores; o custo de implantao e manuteno elevado; o aproveitamento do biofertilizante continuava a exigir equipamentos de distribuio na forma lquida com custo de aquisio, transporte e distribuio elevados; falta de equipamentos desenvolvidos exclusivamente para o uso de biogs e a baixa durabilidade dos equipamentos adaptados para a converso do biogs em energia; ausncia de condensadores para gua e de filtros para os gases corrosivos gerados no processo de biodigesto; disponibilidade e baixo custo da energia eltrica e do GLP e no resoluo da questo ambiental, pois os reatores utilizados na biodigesto, por si s, no so considerados como um sistema completo de tratamento (Kunz, et al., 2004; Oliveira, 2003a; Oliveira, 2004a). Aps 30 anos, os biodigestores ressurgem como alternativa ao suinocultor, graas a disponibilidade de novos materiais para a construo dos biodigestores e, evidentemente, da maior dependncia de energia das propriedades em funo do aumento da escala de produo, da matriz energtica (automao) e do aumento dos custos da energia tradicional. A utilizao das mantas plsticas na construo dos biodigestores, material de alta versatilidade e baixo custo, o fator responsvel pelo barateamento dos investimentos de implantao e da sua disseminao. Aliado a isso, tem-se a mudana ocorrida no clima nos ltimos anos, fazendo com que um grande nmero de pases europeus, em 1997, assinassem o Protocolo de Kyoto, na tentativa de amenizar o efeito estufa. Embora a medida parea ser muito atrativa, no se pode esquecer que o problema ambiental causado pelos efluentes de sunos e/ou aves, no resolvido apenas comercializando crditos de carbono; necessrio fomentar aes que sejam sustentveis, e que o produtor tenha a possibilidade de utilizar a energia, que est sendo desperdiada muitas vezes com a queima direta do biogs (Lima, et al., 2001; Cruz & Sousa, 2004). Programas oficiais, lanados em 2005, estimulam a implantao de biodigestores focados principalmente, na gerao de energia e na possibilidade de participarem do mercado de carbono, resultando na diminuio do impacto ambiental e agregao de valor. O objetivo destes programas de reduzir a dependncia das pequenas propriedades rurais na aquisio de adubos qumicos e de energia trmica para os diversos usos (aquecimento, iluminao, resfriamento), bem como, reduzir a poluio e a emisso de gases de efeito estufa causado pelos armazenamento/tratamentos dos dejetos dos sunos em esterqueiras e lagoas e aumentar a renda dos criadores. Os biodigestores fazem parte de um processo de tratamento dos dejetos, no devendo ser vistos como uma soluo definitiva, pois ele possui limitaes quanto a eficincia da remoo da matria orgnica e de nutrientes. A possibilidade de utilizao do biogs para gerao de energia trmica e eltrica agrega valor ao dejeto diminuindo seus custos com o tratamento (Oliveira, et al., 2006).

2 O BIODIGESTORA operao de um biodigestor est ligada seqncia bioqumica das transformaes metablicas do processo, bem como de uma srie de fatores que interferem no processo, entre os quais, temperatura, pH, concentraes de slidos e composio do substrato.11

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Segundo Kunz, et al., (2004) a biodigesto anaerbia um processo conhecido h muito tempo e seu emprego na produo de biogs para a converso de energia muito popular nos pases asiticos como, China e ndia. No Brasil, apesar dos avanos obtidos no conhecimento do processo de digesto anaerbia, na tecnologia de construo e de operao de biodigestores, da reduo dos custos de investimento e de manuteno, ainda h problemas na utilizao da tecnologia. Ainda faltam equipamentos desenvolvidos especificamente para o uso do biogs, principalmente aquecedores ambientais, que poderiam substituir os sistemas convencionais em uso, desenvolvidos para o GLP ou a lenha (Perdomo, et al. 2003; Oliveira, 2004a). Alm disso, existe a falta de conhecimento de que a fermentao anaerbia um processo muito sensvel pois envolvem uma grande gama de microorganismos. O sucesso da digesto depende do balanceamento entre as bactrias que produzem gs metano a partir dos cidos orgnicos e este, dado pela carga diria (slidos volteis), alcalinidade, pH, temperatura e qualidade do material orgnico, ou seja, da sua operao (Oliveira & Otsubo, 2002; Oliveira, 2005). A entrada de antibiticos, inseticidas e desinfetantes no biodigestor tambm pode inibir a atividade biolgica diminuindo a capacidade do sistema em produzir biogs (Oliveira, 1983). A formao de zonas de curto circuito, dentro do biodigestor e o isolamento das bactrias de contato com a mistura em biodigesto, durante a fase de metanognese tambm so fatores que diminuem a eficincia do sistema e contribui para o assoreamento precoce do biodigestor e reduo de sua vida til. A agitao da biomassa no biodigestor pode amenizar estes problemas (La Farge, 1995). O processo de biometanizao envolve a converso de biomassa em metano sobre condies anaerbias. Esta converso do complexo orgnico composto de metano e dixido de carbono requer uma mistura de espcies bacterianas. Dependendo da temperatura que o processo est acontecendo, o tratamento de resduos orgnicos basicamente de trs tipos; A biometanizao com temperatura entre 4560oC considerada termoflica, a que ocorre entre as temperaturas de 20 45oC a mesoflica e a digesto anaerbia de matria orgnica em baixas temperaturas (