TIAGO FILHO, G. L.; SALOMOM, K. R., Biomassa. Itajubá, MG : FAPEPE, 2007. 36 p. : il. -- (Série Energias Renováveis)

Biomassa• Biomassa: toda a matéria de origem vegetal,

existente na natureza ou gerada (pelo homem ou animal)– materiais mais utilizados para obtenção de energia a partir

de biomassa são: a lenha, o carvão vegetal, a cana-de-açúcar e seus produtos, os óleos vegetais, etc.

• origem da energia disponível na biomassa: energia solar – vegetais, por meio da fotossíntese, absorvem uma

pequena quantidade de energia da radiação visível do espectro solar (figura 1.1)

Biomassa

• Exemplo: a madeira é composta de celulose, lignina e outros componentes– Para produção de calor durante a combustão da madeira,

é requerido oxigênio e liberado dióxido de carbono (CO2)

Biomassa• fonte de energia renovável,• não ocorrem, durante sua utilização, emissões

de óxidos de enxofre (responsáveis pelas chuvas ácidas), e

• não ocorrem contribuição para o aumento do efeito estufa, – já que o CO2 emitido é novamente absorvido

durante a fotossíntese das plantas

Biomassa• fontes de energia de biomassa: aproveitamento do

excremento– quando decomposta pela ação de bactérias e archaeas

metanogênicas em recipientes totalmente fechados, digestores anaeróbios,

• produz gás metano, dióxido de carbono, hidrogênio, nitrogênio e ácido sulfídrico

• Metano: para cozinhar, esquentar água e como fonte de luz artificial

• Subprodutos do processo (nitrogênio, o fósforo e o potássio), podem ser usados como fertilizantes

Aproveitamento da energia da

biomassa

conversão termoquímica

conversão biológica

utilização de vegetais e rejeitos orgânicos paraproduzir calor mediante a combustão (queima)

fermentação anaeróbia: a matéria orgânica se decompõe em presença de bactérias e archaeas metanogênicas não necessitam de oxigênio (anaeróbias), chamadas metanogênicas porque produzem o biogás, composto principalmente pelo gás metano

qualquer resíduo orgânico pode ser usado como biomassa, embora uns tenhamcaracterísticas energéticas mais interessantes que outros

Principais Tipos de Biomassa• Lenha– Obtenção: do extrativismo da mata nativa ou a partir de

áreas reflorestadas– lareiras, fornalhas, fogões a lenha, caldeiras industriais

(fonte energética de baixo custo)– extração modo irracional (desmatamento de florestas

nativas): destruição dos habitats de várias espécies da fauna e flora, mudanças climáticas e, consequentemente, desequilíbrio ecológico

– plantio de espécies apropriadas em áreas de reflorestamento para a produção da lenha (pinheiro)

• Carvão vegetal– obtido pela queima da madeira em fornos especiais (alvenaria)

atingem uma temperatura média de 500ºC• Óleos vegetais (oriundos da soja, algodão, dendê, o

girassol, mamona, palma, etc.)– 1. Dentro dos tecidos das folhas ou caule de alguns vegetais, há

uma substância oleosa que pode ser usada para queimar– 2. algumas sementes ao passarem por um processo mecânico de

pressão, são quebradas• Depois aplicado um processo químico que usa o hexano (solvente líquido)

para extrair somente o óleo. • a seguir esse óleo vai ser refinado, clarificado e desodorizado

perdendo,assim, o cheiro forte

Principais Tipos de Biomassa

• Cana-de-açúcar– caldo extraído, através de moendas, pode-se produzir garapa,

pinga, açúcar, rapadura, álcool combustível e álcool de cozinha– Atualmente, usa-se o bagaço da cana como combustível para a

geração de energia elétrica em turbinas a vapor• Resíduos Sólidos agrícolas

– resultantes da criação e abate de animais e – do processamento da produção das plantações e cultivos

• Resíduos Sólidos e Líquidos Urbanos– qualquer material inútil, indesejável ou descartado, cuja

composição ou quantidade de líquido não permita que escoe livremente

– Resíduos líquidos urbanos são os efluentes domésticos e industriais

Principais Tipos de Biomassa

Resíduos Sólidos e Líquidos Urbanos"resíduos nos estados sólido e semi-sólido que resultam de atividades da comunidade, de origem industrial, comercial, doméstica, hospitalar, agrícola, de serviços e de varrição. Ficam incluídas nesta definição os lodos provenientes dos sistemas de tratamento de água, aqueles gerados em equipamentos de controle da poluição, bem como determinados líquidos cujas particularidades tornem inviável seu lançamento na rede pública de esgotos ou corpos d'água, ou exijam para isso soluções técnica e economicamente inviáveis, em face à melhor tecnologia disponível“ (Resolução nº 5, de 5.08.93, do CONAMA)

Biogás• "O Biogás é um gás inflamável produzido por

microorganismos, quando matérias orgânicas são fermentadas dentro de determinados limites de temperatura, teor de umidade e acidez, em um ambiente impermeável ao ar”– Metano, principal componente do biogás: não tem cheiro,

cor ou sabor – outros gases presentes: ligeiro odor de alho ou de ovo

podreNa utilização do biogás, acende-se primeiro o fósforo e depois abre-se a válvula de gás.

• poder calorífico de 1 m3 de biogás e outros produtos (BARRERA, 1993) que corresponde a:

Biogás

0,61 litro de gasolina;0,58 litro de

querosene;0,55 litro de diesel;0,45 litro de gás de

cozinha;1,53 quilo de lenha;0,79 litro de álcool

hidratado;1,43 kW

biomassa seca apresenta maior rendimento na produção

Remoção do gás

sulfídrico (H2S) • 1. lavagem com lixívia de Hidróxido de Potássio

• resultado será um sal que poderá ser adicionado ao biofertilizante para enriquecê-lo com enxofre e potássio (MARTINS, 2003)

• 2. Uso de esponjas ou limalhas de ferro e resíduos de serragem da madeira, formando assim um filtro purificador (TECPAR, 2002)– O ferro metálico em contato com o gás sulfídrico reage formando

sulfetos de ferro– A serragem serve para absorver a umidade e evitar formação de

blocos de ferro no interior do filtro,• os quais impediriam a circulação do biogás dentro do purificador• Depois de certo período, todo o ferro é transformado em sulfeto, assim o

filtro perde sua capacidade de purificação, sendo necessária a renovação da carga do purificador

Transporte do biogás para seu uso final• feito por uma bomba compressora de gás,

distância > 500 metros do local de produção. – biogás é produzido e armazenado sob baixa pressão

(FERRAZ e MARRIEL, 1980) – O transporte por compressores evita a formação de

“barrigas d'água” nas tubulações causadas pelo vapor d'água presente no gás

• A água condensa pela diferença de temperatura entre o interior da tubulação e o ar ou solo (quando estão enterradas) (TECPAR, 2002)

Biodigestão Anaeróbia

Condições ótimas de vida para os microorganismos anaeróbios

• Impermeabilidade ao Ar: inibição da produção de biogás• Temperatura adequada• Nutrientes: carbono, nitrogênio e sais orgânicos (C:N entre 20:1 e

30:1).– Nitrogênio: dejeções humanas– Carbono: polímeros presentes nas culturas restantes

• Teor de Água: cerca de 90%• pH: pH de 6,6 e 7,6.

– pH < 6,5 a acidez aumenta rapidamente e a fermentação pára• Substâncias Tóxicas, detergentes e outros produtos químicos :

intoxicação e morte das bactérias– Ex.: hidrocarbonetos-clorofórmio, tetra cloreto de carbono e outros usados

como inseticidas ou solventes industriais; íon amônio

Biodigestores• sistema com mais eficiente funcionamento do biodigestor é constituído pelos

componentes (MAGALHÃES, 1986):– Tanque de entrada: local onde são depositados os dejetos;– Tubo de carga: conduto através do qual se faz a introdução do resíduo no digestor;– Digestor: tanque fechado onde se processa a fermentação da matéria orgânica;– Septo: parede que divide e direciona o fluxo do resíduo dentro do digestor;– Gasômetro: câmara em que se acumula o biogás gerado pela digestão anaeróbia;– Tubo de descarga: conduto pelo qual é expelido o resíduo líquido depois de

fermentado;– Leito de secagem: tanque onde é recolhido o resíduo líquido, que após a perda do

excesso de água se transforma no biofertilizante;– Saída do biogás: tubulação instalada na parte superior do gasômetro para conduzir o

biogás até o ponto de consumo.

O biodigestor deve ser limpo pelo menos duas vezes ao ano, fazendo a retirada da sobra de biomassa

Processo descontínuo (batelada)• produções pequenas de biogás• carregamento de matéria orgânica, que só é substituído após um

período adequado à digestão de todo o lote• Depois de usar o gás, o biodigestor de batelada é aberto,

descarregado, para logo ser limpo e novamente recarregado• tanque de alvenaria, metal ou fibra de vidro

– carregado, fechado e, depois de 15 a 20 dias de fermentação (em função ao tamanho do biodigestor), começa a produzir biogás

Processo contínuo• podem ser abastecidos diariamente, permitindo que a cada entrada de

material orgânico a ser processado exista uma saída de material já processado. – modelos mais conhecidos de biodigestores contínuos: Indiano e Chinês

• absolutamente necessária a agitação da matéria orgânica incubada,– evitar a formação de crostas na superfície, e a deposição de matéria no

fundo, e – permitindo uma homogeneização na concentração das bactérias e

temperatura uniforme no interior da cuba

Modelo da marinha: do tipo horizontal, com largura maior que a profundidade. Sua área de exposição ao sol é maior (maior a produção de biogás). Sua cúpula é de plástico maleável, tipo PVC, que infla com a produção de gás

Unidade experimental de biodigestor rural• Proposta para este projeto, disponível em:

http://www.net11.com.br/eecc/biogas/ biodigestor.html

– Expectativa para o pico de produção de biogás é de cerca de 120 litros de gás por dia (sob uma pressão de 12 cm coluna d´agua)

• Materiais– 02 Tambores metálicos de 200 litros– 01 Tambor de 150 litros com diâmetro menor que os primeiros– 01 Torneira de 3/4" com rosca para mangueira– 01 Pedaço de cano galvanizado 3/4" x 20 cm– 2,0 metros de mangueira cristal de 1"– 2,5 metros de vergalhão de aço 3/8 galvanizado para confecção do agitador– 04 presilhas com grampo e arruelas (opcional)– Um pedaço de tela galvanizada de aproximadamente 80 x 80 cm(opcional)

• Serviços mecânicos– Corte circular no fundo do tambor 02 para formação da coroa– Furações e soldagens diversas– Confecção e fixação do agitador– Confecção das presilhas de fixação da tela de retenção de sólidos (opcional)– Confecção da tela de retenção de sólidos (opcional)– Soldagem dos dois tambores de 200 litros para formação da câmara de

fermentação.

• Montagem– Os tambores devem ser

trabalhados separadamente.

– O tambor 01 juntamente com o tambor 02, ambos de 200 litros, formarão a câmara de fermentação

– Enquanto o tambor 03, de 150 litros, funcionará como gasômetro

Referências Bibliográficas• CASTANÓN, N.J.B., Biogás, originado a partir dos rejeitos rurais, Trabalho apresentado na disciplina:

Biomassa como Fonte de Energia - Conversão e utilização, Universidade de São Paulo, São Paulo, Dez do 2002.

• CETEC, Fundação Centro Tecnológico de Minas Gerais. Estado da arte da digestão anaeróbia. Belo Horizonte, 1982.

• LETTINGA, G. e RINZEMA, A. (1985). “Anaerobic treatment of sulfate containing wastewater”. Bioenvironmental System.

• MAGALHÃES, Agenor Portelli Teixeira. Biogás: um projeto de saneamento urbano. São Paulo: Nobel, 1986. 120 p.

• MARTINS, Raul Vergueiro. O Biogás. 5p. 2003. Disponível em: <www.hydor.eng.br/Pagina23.htm>. Acessado em 08 mar. 2004.

• MORAES, Manfredo José de. Manual de instruções para o usuário do biogás. Recife: Secret. dos Transp., Energ. e Comunicação, 1980. 32 p.

• TECPAR – Instituto de Tecnologia do Paraná. Manual de Biossistemas Integrados na Suinocultura. Centro de Integração de Tecnologia do Paraná – CITPAR. Telus – Rede Paranaense de Projetos em Desenvolvimento Sustentável. Curitiba, Paraná – 2002. p 140.

TIAGO FILHO, G. L.; SALOMOM, K. R., Biomassa. Itajubá, MG : FAPEPE, 2007. 36 p. : il. -- (Série Energias Renováveis)

ANEXO• Biodigestor Parque de Alternativas Energéticas Para o

Desenvolvimento Auto Sustentado (PAEDA), Itajubá-MG• Estudos de Nascimento (2007), Gushiken (2008) e Oliveira (2008)

visaram a avaliação da produção de biogás no biodigestor modelo indiano no PAEDA, assim como a degradação anaeróbia da matéria orgânica

Figura 3. A. Carga de substrato no biodigestor modelo indiano com detalhe da consistência do substrato (direita);

B. Detalhe da descarga de efluente do biodigestor (esquerda)

Fonte: Nascimento (2007)

GUSHIKEN, E. Avaliação da Produção de Biogás em Biodigestores: O Caso da Digestão Anaeróbia de Esterco de Gado Bovino no PAEDA, Itajubá – MG. 2008. 49 f. Trabalho Final de Graduação – Curso de Engenharia Ambiental, Universidade Federal de Itajubá, Itajubá, MG. 2008.NASCIMENTO, Y. D. S. Estudo da digestão anaeróbia de dejeto de gado bovino em um biodigestor de área rural: o caso do Parque de Alternativas Energéticas para o Desenvolvimento Auto-Sustentado (PAEDA) em Itajubá-MG. 45 p. Monografia (Especialização) - Instituto de Recursos Naturais da Universidade Federal de Itajubá (IRN / UNIFEI), Itajubá. 2007.

Figura 2. Disposição esquemática dos aparatos experimentais, em escala piloto e de demonstração

Elevação

Planta Biodigestor

Biodigestor

Caixa de descarga

Caixa de carga

Gasômetro

Gasômetro

Detalhe A

Registro

Régua com escala

Acúmulo de gases

Corrediça Tambor 1 Pesos Tambor 2 Selo hidráulico

Mangueira de entrada dos gases (vem do biodigestor)

Travessa para fixação dos

pesos

Tambor 1 Tambor 2

Mangueira de saída dos gases

Elevação

Planta Gasômetro Detalhe A

0,00

50,00

100,00

150,00

200,00

250,00

3/9

/2007

5/9

/2007

7/9

/2007

11/9

/2007

13/9

/2007

17/9

/2007

19/9

/2007

21/9

/2007

25/9

/2007

27/9

/2007

1/1

0/2

007

4/1

0/2

007

6/1

0/2

007

9/1

0/2

007

11/1

0/2

007

15/1

0/2

007

17/1

0/2

007

19/1

0/2

007

23/1

0/2

007

26/1

0/2

007

282

284

286

288

290

292

294

296

298

300

302

Tem

peratu

ra (o

K)

Biogás

Temperatura

Figura 5. Produção diária de biogás observada para a primeira etapa.

0,00

1000,00

2000,00

3000,00

4000,00

5000,00

6000,00

26/8

/2007

5/9

/2007

15/9

/2007

25/9

/2007

5/1

0/2

007

15/1

0/2

007

25/1

0/2

007

4/1

1/2

007

Vazão acumuladabiogás

Figura 6. Vazão acumulada de biogás no período de observação durante a primeira etapa.

Data das análises

Vazão

de b

iog

ás (

L.h

-1)

Data das análises

Vazão

de b

iog

ás (

L.h

-1)

0,00

50,00

100,00

150,00

200,00

250,00

14/1

0/20

08

15/1

0/20

08

21/1

0/20

08

22/1

0/20

08

23/1

0/20

08

282,00

284,00

286,00

288,00

290,00

292,00

294,00

296,00

298,00

300,00

302,00

Biogás

Temperatura

Figura 8. Produção diária de biogás observada para a segunda etapa.

Data das análises V

azão

de

biog

ás (L

.h-1

)

Tem

pera

tura

Fonte: Nascimento (2007) Fonte: Gushiken (2008)

Tabela 1– Valores médios de DQO e DBO determinados para o afluente e efluente do biodigestor anaeróbio.

Afluente (mg.L-1) Efluente (mg.L-1) Redução (%)

DQO 50000 6500 87,0

DBO 26420 5126 80,6

Fonte: Gushiken (2008)