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TCC

ESPECIALIZAÇÃO EM ENGENHARIA BIOENERGÉTICA COM ÊNFASE EM BIOCOMBUSTÍVEIS

Uberlândia- MGMarço 2010

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• Graduado em Engenharia Mecatrônica;• Eng° de Segurança no Trabalho;• Pós Graduando em Engenharia Bioenergética;• Cursando MBA em Gestão de Projetos;• Técnico em Mecânica;• Torneiro Mecânico• CREA - MG 94291/D

Aluno – Sérgio Valadão

Formação

PROCESSO DE OBTENÇÃO DO BIOGÁSUTILIZAÇÃO DE GLICERINA EM BIODIGESTORES RURAIS

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APRESENTAÇÃO

1. Resumo

2. Introdução

3. Poluição e energias renováveis 4. Biomassa

5. Biodiesel

6. Glicerina – sub-produto do biodiesel

7. Biogás

8. Capacidade de produção de biogás 9. Materiais e métodos

10. Resultados e Discussão

11. Conclusão

12. Referências

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Os dejetos de biomassa são importantes matérias-primas para a produção de biogás, que pode ser convertido em energia elétrica, térmica ou mecânica dentro da própria propriedade, reduzindo os custos de produção.

Este trabalho tem por objetivo apresentar uma alternativa para aumentar a produção deste biogás com a adição de glicerina, subproduto do biodiesel, que pode ser acrescentada nos biodigestores aumentando a produção do biogás.

Justifica esta adição o excesso deste subproduto no mercado brasileiro em conseqüência da lei que obriga a Petrobrás a adicionar 5% “B5” de biodiesel no diesel fóssil.

1. Resumo

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O inoculo utilizado foi obtido de um biodigestor rural à base de estrume de gado operou-se uma temperatura de 37°C em banho-maria e sem sistema de agitação.

Adicionou-se glicerina ao substrato. A adição de apenas 5 % de glicerina residual melhorou o desempenho do biodigestor, aumentando em mais de cinco vezes a produção de biogás, otimizando a capacidade útil do biodigestor.

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• Um dos maiores problemas das usinas e de ambientalistas é a glicerina, que representa 10% de tudo que for produzido do biodiesel.

• Mas, para os pesquisadores, é o momento de encarar a glicerina como uma bela oportunidade e para a indústria buscar lucros extras.

• Entendendo os números:

No Brasil em 2008 cerca de 760 milhões de litros de biodiesel = 76 mil toneladas de glicerol, com a implantação do B4 em 2009 a produção ultrapassou 150 mil toneladas e no mundo existia excedente de 700 mil toneladas de glicerol no ano.

2. Introdução

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• A glicerina é vendida para indústrias que a utilizam como matéria-prima para fabricar solventes, adoçantes, conservantes alimentícios, anestésicos e plastificantes de cápsulas no setor farmacêutico, não sendo possível absorver todo o excedente.

• Em 2006, o excesso de oferta fez com que o preço da tonelada de glicerol caísse 65% e muitos clientes do setor alimentício e farmacêutico não aceitavam o produto obtido nas usinas de biodiesel, porque a glicerina era de baixa qualidade carregando uma mistura de sais, etanol e outras substâncias e que sem tratamento adequado, ela não poderia ser utilizada.

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• A usina Granol, em março de 2007 transformou o glicerol em fonte de energia por meio da queima em caldeiras.

• Entre outras possibilidades de uso do glicerol, uma delas é produzir propileno glicol (usando glicerina), para substituir o etileno glicol, um anticongelante usado, entre outras aplicações possíveis, para lavar aeronaves. • Pesquisa do Grupo Bioenergia e Meio Ambiente da UESC, levou a produção de biogás à partir da degradação da glicerina e é nessa linha de aplicação que se insere a monografia atual.

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• Agravamento do efeito estufa em conseqüência do aumento da concentração de certos gases na atmosfera terrestre, como o gás carbônico (CO2), metano (CH4) e óxido nitroso (N2O). • A principal fonte desses gases é a queima de combustíveis fósseis, como petróleo, gás natural e carvão mineral, utilizados para geração de energia de forma acentuada nas últimas décadas.

• As atividades agrícolas, o desmatamento, as queimadas e a fermentação dos dejetos de rebanhos bovinos, suínos e outros, também são fontes importantes de geração destes gases.

3. Poluição e Energias Renováveis

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• Em sistemas com reatores com matéria orgânica ocorre geração de metano o qual pode ser queimado (figura 1) para geração de energia elétrica. • O biodigestor, gera 5000 m³ de gás sendo utilizado somente 1000 m³, sendo o excesso queimado.

Figura 1. Queimador de gás metano não consumido na granja Becher- Patos de Minas- MG, Fonte: Arquivo do autor

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O Brasil apresenta situação privilegiada em termos de utilização de fontes renováveis de energia, sendo que 43,6% da Oferta Interna de Energia (OIE) é renovável.

Com relação à biomassa, estima-se a existência de 2 trilhões de toneladas de biomassa no globo terrestre.

A biomassa pode ser utilizada diretamente em fornos ou caldeiras, porém sua utilização em sistemas de cogeração de eletricidade vem sendo bastante difundida.

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Tabela 1. Produção de biodiesel B100 (m3) no Brasil de 2005 a 2009 (ANP,. 2009).   ANO         VARIAÇÃO DO ACUMULADO Dados 2005 2006 2007 2008 2009 NO ANO 2009 / 2008 (%)

Janeiro

-

1.075

17.109 76.784 90.209 17,5

Fevereiro

-

1.043

16.933 77.085 80.326 10,8

Março

8

1.725

22.637 63.680 134.783 40,3

Abril

13

1.786

18.773 64.350 105.410 45,7

Maio

26

2.578

26.005 75.999 103.646 43,7

Junho

23

6.490

27.158 102.767 141.605 42,4

Julho

7

3.331

26.718 107.786 154.646 42,6

Agosto

57

5.102

43.959 109.534 154.626 42,4

Setembro

2

6.735

46.013 132.258    

Outubro

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8.581

53.609 126.817    

Novembro

281

16.025

56.401 118.014    

Dezembro

285

14.531

49.016 112.053    

Total do Ano

736

69.002

404.329 1.167.128 965.252  

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• De acordo com o Balanço Energético Nacional (edição 2003), a participação da biomassa na matriz energética brasileira é de 27%, incluindo a utilização de lenha e carvão vegetal (11,9%), bagaço de cana-de-açúcar (12,6%) e outros (2,5%). “O potencial autorizado para empreendimentos de geração de energia elétrica, de acordo com a ANEEL, é de 1.376,5 MW, quando se consideram apenas centrais geradoras que utilizam bagaço de cana-de-açúcar (1.198,2 MW).”

Fontes: ANEEL e MME. http://www.mme.gov.br/programas/proinfa/menu/programa/tecnologias_contempladas.html .

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De maneira geral pode-se descrever a biomassa como a massa total de matéria orgânica que se acumula em um espaço vital.

Desta forma são consideradas biomassas todas as plantas e todos os animais, inclusive seus resíduos, as matérias orgânicas transformadas provenientes de indústrias alimentícias e resíduos indústrias que processam madeira (Souza at al., 2004).

4. Biomassa

• Os principais causadores de problemas ambientais no agronegócio, os dejetos gerados da criação de animais, têm sido aproveitados para a geração de gás combustível e fertilizante, onde esta matéria orgânica é utilizada como substrato para bactérias formadoras de gás metano, responsáveis pela produção de biogás.

• A Figura 2 mostra um biodigestor (Patos de Minas MG) usado para estabilizar matéria orgânica, Confeccionado com manta de PVC, com dimensões variadas em função da capacidade projetada.

Biodigestor Sansuy – vista de vinibiodigestor (Sansuy, Patos de Minas - MG). Foto: Arquivo do autor

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• Definição: Biodiesel, trata de um combustível natural usado em motores diesel, produzido através de fontes renováveis, que atende as especificações da ANP.

• Para a produção de biodiesel, o triglicerídeo (óleo) pode ser extraído de vários tipos de oleaginosas e ao ser misturado com álcool (etanol ou metanol) em processo catalítico ocorre reação química entre o óleo e o álcool, obtendo-se ésteres (biodiesel) e gerando glicerina como subproduto da reação. Na sequência o óleo é separado da glicerina e filtrado (KNOTHE et al, 2007) .

• A espécie vegetal utilizada neste estudo para a produção do biodiesel e obtenção da glicerina é a soja e o processo químico no qual ocorre a reação é denominada transesterificação, gerando dois materiais: ésteres e glicerina.

5. Biodiesel

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Figura 5. Extrusora de grãos para obtenção de óleo para ser utilizado como matéria prima na obtenção do biodiesel (Abdiesel Ltda: Araguari-MG).

Foto: Arquivo do autor

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Resumo fabricação de biodiesel e o subproduto glicerina na planta de estudo.

FILME

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Figura 6. Tanques do processo obtenção de biodiesel por transesterificação (Abdiesel Ltda: Araguari-MG). Da esquerda para a direita: Reator em aço inox com aquecimento para a mistura de álcool anidro com agitador mecânico, Destilador em aço inox com aquecimento para a retirada do álcool hidratado, Reservatório de álcool hidratado, Secadores em aço inox com aquecimento.

Foto Arquivo do autorFoto Arquivo do autor

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• O Glicerol é produzido por via química ou fermentativa, possui uma centena de aplicações, principalmente na indústria química. Os processos de produção é de baixa complexidade tecnológica.

6. Glicerina sub-produto do biodiesel

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Glicerina sub-produto do biodiesel

Etapas na obtenção do biodiesel.

O subproduto é separado do produto

principal

O destino tem que ser correto, sendo o biogás uma opção.

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Amostras de vários tipos de biodiesel, glicerinas, óleos, sementes de algodão e pinhão manso, farelo de soja, detergente fabricado com utilização da glicerina (Abdiesel Ltda:

Araguari-MG).Foto: Fonte arquivo do autor

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Foto: Fonte do Autor (separação da glicerina por decantação)

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É um gás natural resultante da fermentação anaeróbica (na ausência de ar) de dejetos animal, de resíduos vegetais, lixo industrial ou residencial, gerado em condições especificas.

O biogás é composto por uma mistura de gases que tem sua concentração determinada pelas características do resíduo e as condições de funcionamento do digestor.

É constituído principalmente por metano (CH4) e dióxido de carbono (CO2), geralmente apresenta em torno de 65% de metano, o restante é composto na maior parte por dióxido de carbono e alguns outros gases como nitrogênio, hidrogênio, monóxido de carbono entre outros, porém, em menores concentrações.

7. Biogás

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• A utilização do biogás como recurso energético se deve principalmente ao metano (CH4).

• O biogás proporciona uma redução de recursos econômicos em muitos processamentos.

• O uso do biogás por gerar renda e economia, desperta um crescente interesse por aplicação da tecnologia no tratamento de rejeitos (Santos 2000). .

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Figura 10. Display onde se quantifica o biogás produzido em biodigestor (Granja Becher- Patos de Minas MG)

Foto: Arquivo do autor .

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Figura 11. Sistema para controlar e quantificar a vazão do biogás. Grupo gerador de energia elétrica utilizando como combustível o biogás.

(Granja Becher- Patos de Minas MG) .

Foto: Arquivo do autor .

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• Desde que as condições sejam adequadas ao desenvolvimento das bactérias anaeróbicas a digestão se realizará a partir dos dejetos dos suínos e com a fermentação provocada pelas bactérias obtêm-se o biogás.

• Para cumprimento do objetivo do trabalho foi descrito o desempenho de biodigestor rural qualitativa e quantitativamente na utilização de glicerina residual como co-substrato no processo da biodigestão, junto com estrume de suíno, e verificar o seu potencial para produção de biogás.

8. Capacidade de produção de biogás

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• Para comparar e avaliar o uso da glicerina residual na produção de biogás foi analisado os resultados do estudo da geração do biogás em fase laboratorial de dois biodigestores, para depois se aplicar em biodigestor rural, com bactérias anaeróbicas.

• Um biodigestor foi denominado “controle” para efetuar as comparações. Esses biodigestores de laboratório são construídos em material plástico transparente, mas podem ser construídos com lonas especiais da marca SANSUY, não transparente com o processo operando em temperatura ambiente interna de 37°C e em sistema de agitação semi-continua.

8. Materiais e Métodos

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Figura 12. Biodigestor em escala de laboratório (ROBRA et al, 2007)

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• Nesta figura os autores mostraram como foi feita a experiência colocando um inoculo obtido de um biodigestor rural à base de estrume de gado.

• Esse estrume foi analisado quanto ao teor de matéria seca (MS) em estufa a 105°C até massa constante.

•A glicerina residual foi obtida da produção de biodiesel de mamona da planta piloto da UESC. (Universidade Estadual de Santa Catarina).

•Os autores utilizam concentrações de matérias voláteis obtidos na literatura.

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• Após, aproximadamente, três semanas de incorporação da carga nos biodigestores experimentais, fez-se a comparação da produção do biogás nos dois regimes de alimentação o que aumentou a produção do biogás em cinco vezes.

• Conforme mostra a figura “produção de biogás”, em mL/h, com e sem adição de glicerina ao substrato, o biodigestor controle produziu em média 50,4 mL.h de biogás e a adição de 5 % de glicerina residual produziu em média 233,9 mL/h de biogás

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11. Conclusão

Os resultados indicam que a glicerina residual pode ser usada como suplemento na produção de biogás, quando adicionada na biodigestão de resíduos orgânicos ricos em nitrogênio como o estrume de gado.

Pretende-se usar dejetos de suínos e comparar os resultados com os do estudo de caso. Os resultados deverão ser obtidos para responder questões como:

• A adição de 5 % de glicerina residual melhorará o desempenho do biodigestor rural como melhorou o laboratorial? • A adição de 5% de glicerina aumentará em mais de cinco vezes a produção de biogás?• O desempenho do biodigestor rural será semelhante ao do laboratorial?

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12. Referências

[1] COSTA, R. A bela ou a fera. Biodiesel. vol.1, n.3. fev/mar 2008: 16-20. [2] FLORENTINO, H. O., Mathematical tool to size rural digesters. Cienc. Agricola, vol.60, n.1. ISSN 0103-9016, jan/mar, 2003. [3] KNOTHE, G., GERPEN, J. V., KRAHL, J. Manual de biodiesel. São Paulo: Edgar Blücher. 2007. [3] ROBRA, Sabine* (PG); SANTOS, João Victor da Silva (IC); OLIVEIRA,Ana Maria de (PQ); da CRUZ, Rosenira Serpa (PQ). Usos alternativos para a glicerina proveniente da produção de biodiesel: Parte 2 - Geração de biogás. Anais do I Congresso da Rede Brasileira de Tecnologia do Biodiesel. pp58-61. 2007.[4] SANTOS, P. Guia Técnico de Biogás. CCE – Centro para a Conservação de Energia, Portugal, 2000. [5] SOUZA, S. N. M., PEREIRA, W. C., NOGUEIRA, C. E. C., PAVAN, A. A., SORDI, A. Custo da eletricidade gerada em conjunto motor gerador utilizando biogás da suinocultura. Acta Scientiarum. Technology, Maringá, v.26, p.127-133, 2004. [6] VEDANA, J. C. S. Editorial Biodiesel. Biodiesel. 1 (3) 2008. [7] http://www.anp.gov.br/biocombustiveis/biodiesel.asp. Consulta em 28 Janeiro 2010. [8] ttp://www.mme.gov.br/programas/proinfa/menu/programa/tecnologias_contempladas.html

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