Biogás: O que é e como ele é transformado em energia renovável

Biogás

O que é

O biogás é um dos produtos da decomposição anaeróbia, aquela que ocorre em ausência de oxigênio gasoso, da matéria orgânica, que se dá através da ação de determinadas espécies de bactérias.

O biogás é encontrado na forma gasosa e composto por cerca de 60% do hidrocarboneto metano (CH4), 35% de dióxido de carbono (CO2) e 5% de outros compostos como hidrogênio, nitrogênio, amônia, ácido sulfídrico, monóxido de carbono, aminas e oxigênio. Dependendo das condições de como foi produzido, o biogás pode conter cerca de 40 a 80% de metano.

Trata-se de uma alternativa ao gás natural no que diz respeito à cogeração de energia, uso industrial, síntese de produtos químicos e produção de outros combustíveis líquidos, podendo também ser utilizado como matéria-prima para a obtenção de biometano, através de um processo de purificação chamado Upgrading.

A produção de Biogás faz parte do ciclo global do carbono. Anualmente, a biodegradação natural de matéria orgânica em condições anaeróbicas libera entre 590 milhões a 800 milhões de toneladas de metano na atmosfera. Os sistemas de recuperação de biogás exploram esses processos bioquímicos para decompor vários tipos de biomassa, aproveitando o biogás liberado.

As fontes para a produção de Biogás são incontáveis considerando que temos diversas alternativas para obtenção de matéria orgânica (o processo ocorre naturalmente em ecossistemas como pântanos, mares, lagos, jazidas de petróleo, minas de carvão, aterros sanitários, sistemas de tratamento de esgoto, entre outros, além de poder ser feito em um Sistema de Biodigestão em demanda industrial). Uma das fontes utilizadas na produção deste combustível é a utilização de resíduos orgânicos, ou seja, transformar o “lixo” em um produto com valor agregado. Por esse motivo, trata-se de um combustível com forte apelo ambiental.

Histórico

Ele foi descoberto em 1667, porém, foi só um século mais tarde que foi reconhecido como presente em pântanos. Já no século XIX, Ulysse Gayon, aluno de Louis Pasteur, realizou a fermentação anaeróbia de uma mistura de estrume e água, a 35ºC, conseguindo obter 100 litros de gás por m3 de matéria. Em 1884, Louis Pasteur, ao apresentar à Academia das Ciências os trabalhos do seu aluno, considerou que esta fermentação podia constituir uma fonte de energia para aquecimento e iluminação, devido a presença de metano, o hidrocarboneto de menor cadeia (1 átomo de carbono), principal componente do gás natural e de elevado poder calorífico.

Inicialmente, o termo biogás estava associado aos diversos nomes atribuídos a ele, como: Gás dos pântanos; Gás de aterro; Gás de digestor; Gás da fermentação, entre outros. Atualmente, o termo refere-se, de forma geral, àquele gás formado a partir da degradação anaeróbia da matéria orgânica. VILLEN (2001), discorre sobre digestão anaeróbia, salientando que na natureza existem vários ambientes favoráveis ao desenvolvimento desse processo, sendo representados pelos pântanos, estuários, mares e lagos, usinas de carvão e jazidas petrolíferas. Esses sistemas possuem concentrações baixas de oxigênio, facilitando a ocorrência desse fenômeno. Da observação casual desses ambientes, o ser humano tomou ciência da possibilidade de produzir gás combustível a partir de resíduos orgânicos ao observar a combustão natural desse gás na superfície de regiões pantanosas.

No final do século XIX, o biogás passou a ser coletado em estações de tratamento de efluentes na Inglaterra e no começo do século XX, ocorreu na Índia e na China, o início do desenvolvimento de digestores para a produção de gás metano a partir de esterco de animais, principalmente bovinos. Somente a partir de 1960, a digestão anaeróbia passou a ser pesquisada em caráter mais científico, havendo então grandes progressos quanto à compreensão dos fundamentos do processo e também de projetos de digestores e equipamentos auxiliares.

Segundo CHAMBERS & POTTER (2002), a aplicação da digestão anaeróbia na América do Norte encontra-se, predominantemente, nos domínios da estabilização do lodo do esgoto urbano e no tratamento anaeróbio de efluentes industriais e agropecuários.

Passou-se a desenvolver e utilizar também esse processo fermentativo para o tratamento de esgoto doméstico, objetivando, principalmente, a destruição da matéria orgânica. O gás produzido era destinado à iluminação.

Esse processo, inclusive, veio se difundindo como uma forma de tratamento de resíduos por vários países. A recuperação de energia gerada pelos processos anaeróbios teve grande impulso com a crise do petróleo onde diversos países buscaram alternativas para a sua substituição.

Entretanto, como descreve NOGUEIRA (1986), as soluções para os problemas de desenvolvimento devem ser apropriadas às necessidades, às capacidades e recursos humanos, aos recursos financeiros e à cultura. Assim, o impulso recebido no período de crise não chegou a constituir um sólido movimento de substituição dos recursos não renováveis por outras fontes renováveis.

Todavia, hoje em dia, o grande desafio global de combate às mudanças climáticas está levando a adoção crescente de fontes de energia renovável. Além dos problemas ambientais, o predomínio dos combustíveis fósseis enfrenta, cada vez mais, obstáculos como a volatilidade de preços e a tendência a médio e longo prazos de diminuição na oferta. Nesse contexto, o biogás surge como uma das alternativas mais sustentáveis, apresentando tecnologia em estágio avançado de escalonamento industrial.

Aproveitamento do biogás proveniente de aterros sanitários

geração de biogás em aterros normalmente começa após os primeiros três meses seguintes à disposição, podendo continuar pelo período de 30 anos ou mais. Segundo o relatório do IPCC – Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas, as emissões de metano provenientes de aterros sanitários variam entre 20 teragramas por ano (Tg/ano) e 70 Tg/ano, o que indica que os aterros são responsáveis pela produção de 6% a 20% das emissões totais de metano por ano, em todo o mundo.

O aproveitamento do biogás pode ser feito através da instalação de drenos que atinjam todas as camadas de lixo. A impermeabilização da base e da cobertura do aterro é uma medida que contribui tanto para colaborar com o processo de degradação da matéria orgânica, aumentando a produção do biogás, quanto para prevenir a contaminação do solo e da água subterrânea do local.

O sistema de extração encaminha o biogás proveniente do aterro para um sistema de captação, levando-o até o sistema de tratamento, o qual é composto por um conjunto de sopradores e de filtros para que as gotículas de condensado e material particulado sejam removidos. A partir daí, o gás é encaminhado para a queima que ocorre nos flares, equipamentos destinados para a queima.

Aproveitamento do biogás proveniente do tratamento de esgoto

O esgoto que vem da rede coletora é transportado até a estação elevatória, onde as partículas maiores são retidas, e então é destinado a uma ETE – Estação de Tratamento de Esgoto. Os resíduos sólidos são destinado a um aterro sanitário, enquanto o líquido é enviado a um reator onde há o processo de digestão da matéria orgânica pelas bactérias ali presentes e de lá segue para uma etapa de pós-tratamento. O gás produzido pela atividade bacteriana pode ser queimado e transformado em gás carbônico ou pode ser reaproveitado na forma de biogás.

Produção

O principal método de produção do biogás é a quebra biológica de material orgânico na ausência de oxigênio, conhecida como digestão anaeróbica. Em plantas industriais, os micro-organismos digerem a matéria-prima em um reator controlado, produzindo biogás com 50% a 70% de metano. A partir daí, o biogás pode ser melhorado por vários métodos, como por exemplo: Absorção; Adsorção; Filtração por membrana; Separação criogênica, entre outros… Resultando em uma elevação da porcentagem de metano e aproximando o biogás ao gás natural fóssil, o que permite seu uso intercambiável.

A tabela a seguir mostra detalhadamente o processo de produção do Biogás através da digestão anaeróbia:

Reprodução: InfoEscola

Abaixo, você encontra uma explicação bem sucinta de todas as etapas da geração do Biogás:

  • Hidrólise

Nesta etapa há a quebra das moléculas da matéria orgânica em moléculas menores para que as bactérias possam realizar a digestão das mesmas. Nesta etapa a formação de subprodutos como açucares, álcoois e ácidos graxos.

  • Fermentação

Ocorre de acordo com o material orgânico que foi digerido e também das bactérias disponíveis no biorreator, e há continuação da quebra das moléculas orgânicas sempre em moléculas menores. Nesta etapa há formação de subprodutos como amônia, ácidos gordos, hidrogênio e CO2.

  • Oxidação anaeróbica

Há o rompimento das moléculas formadas nas etapas anteriores em moléculas ainda menores, e há a conversão do material degradado nas etapas anteriores formando ácido acético, hidrogênio e CO2. Nesta etapa são necessárias bactérias metanogênicas para que consumam o hidrogênio.

  • Formação de metano

Esta etapa é conhecida como metanogenêse, e ocorre a formação de metano, que é o principal componente do Biogás e substância de maior interesse para o processo.

A tabela a seguir mostra detalhadamente o processo de fabricação do biogás em uma planta industrial:

Reprodução: BNDS (Banco Nacional de Desenvolvimento).

Vale ressaltar que essa é apenas uma das rotas de utilização da Biomassa como fonte energética. Há três rotas para usar a biomassa como fonte energética. A primeira é através da combustão direta, a segunda é a gaseificação e a terceira é a reprodução do processo natural em que a ação de micro-organismos em um ambiente anaeróbico, que produz a decomposição da matéria orgânica e, consequentemente, emite o biogás.

Benefícios e Aplicações

O Biogás, especificamente, pelo fato de poder ser gerado de forma contínua, se difere da energia eólica ou da solar, por exemplo. Ademais, é possível estocá-lo a baixos custos, seja na forma de matéria-prima, seja como gás comprimido.

Devido à sua estabilidade, pode atuar como mecanismo regulador da intermitência dessas outras fontes, além de ser um produto que pode ser feito a partir de matéria-prima de fácil obtenção, e os resíduos gerados no seu processo de fabricação, podem ser utilizados como fertilizantes orgânicos para solo.

Um dos grandes benefícios das usinas de produção de biogás é o fato de ser uma tecnologia neutra de carbono, ou seja, o CO2 emitido é o mesmo que foi previamente absorvido pela biomassa, desse modo, a produção de Biogás é uma atividade que contribui significativamente para a redução da emissão de poluentes e redução do efeito estufa.

Ainda nesse tocante, um assunto que já foi tratado aqui, é sobre a pegada ecológica de carbono. Muitos estudiosos pontuam que o biogás possui “pegada negativa de carbono”, pois não somente é de baixa emissão, como também mitiga a poluição que seria causada, em caso de não aproveitamento, pelos próprios resíduos que constituem suas fontes de matéria-prima. Assim, o metano que iria para a natureza, poluindo o solo e a atmosfera, se transforma em fonte de energia.

Outro ponto é que a produção do biogás, quando derivado de atividades agropecuárias, é também fator de segurança energética por diminuir as dificuldades de atendimento da demanda por energia elétrica em áreas distantes do meio rural.

O Mercado do Biogás no Brasil

As principais fontes de produção de biogás no país são os Aterros Sanitários (51%); a Indústria de Alimentos e bebidas (25%); a Suinocultura (14%) e o Lodo de Esgoto (6%), segundo dados de 2015 da EPE – Empresa de Pesquisa Energética. – link a seguir:

http://www.epe.gov.br/sites-pt/publicacoes-dados-abertos/publicacoes/PublicacoesArquivos/publicacao-244/topico-257/EPE_IV%20FORUM%20BIOGAS_JOSE%20MAURO_2017_1710.pdf

Em menor escala, também são utilizados: Descarte de restaurantes; Grama; Dejetos da pecuária bovina e avícola; Efluentes Sanitários. A quase totalidade da produção de biogás no país é direcionada à geração de energia elétrica ou térmica.

A energia produzida a partir do biogás entrou recentemente na fase de maturidade. Ainda que seus números absolutos sejam pequenos, a capacidade instalada tem crescido substancialmente. Em 2016, o país alcançou quase 120 MW de capacidade instalada de geração elétrica a partir de biogás, o que é um volume seis vezes superior ao registrado em 2007, sendo que 95% desse valor se refere a plantas que utilizam resíduos sólidos urbanos (RSU). Isso demonstra que o biogás de resíduos urbanos já é uma realidade e deve continuar crescendo. 

Por outro lado, o potencial dos resíduos agroindustriais ainda permanece pouco utilizado, sobretudo na produção de biogás em larga escala. Embora esteja prevista para 2021 a entrada em operação da primeira termoelétrica de biogás de resíduos agroindustriais, com 21 MW de capacidade, esse fato ainda representa pouco, comparado ao potencial do setor.


Se você gostou da publicação e se interessou pelo assunto, aconselho a ler o artigo no link a seguir, falando sobre o projeto da Itaipu Binacional que promove a geração de Biogás através de poda de grama. 

https://www.itaipu.gov.br/sala-de-imprensa/noticia/itaipu-prova-ser-viavel-replicacao-de-planta-de-biogas-para-todo-o-pais


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Engenheira Ambiental e Sanitarista, formada pela UFLA. Ex bolsista de Graduação Sanduíche em Engenharia Civil e Ambiental pela SIU campus Carbondale. Pós graduanda em Direito Ambiental à nível de Especialização pela UFPR.