Palestra energia meio rural

1. Sustentabilidade energética no meio rural:
o caso do biogás e biometano
Cenários
Experiências
Contribuições da Embrapa
Dr. Ricardo L. R. Steinmetz
Laboratório de Estudos em Biogás

3. Capacidade de produção
de metano de diferentes
substratos
Laboratório de Estudos em Biogás

4. Composição do Biogás
Gás Concentração
(%)
CH4 50 - 75
CO2 25 - 40
H2 1 - 3
O2 0,1 - 1
H2S 0,1 - 1
NH3 0,1 - 0,5
H2O(v) 1 - 7
Poder calorífico (65% CH4): ~ 5500 kcal/kg

5. Matéria orgânica complexa
Proteínas Carboidratos Lipídios
Aminoácidos Açúcares (monoses) Ácidos orgânicos
Intermediários
(Propionato, butirato, lactato, etanol, etc)
Acetato H2, CO2
CH4, CO2
Hidrólise Hidrólise
Fermentação
Oxidação
anaeróbia
Homoacetogênese
Adaptado de Khanal (2008)

9. A cadeia do biogás e fertilizantes no setor agroindustrial
Suinocultura
Avicultura
Bovinocultura
Resíduos
Biodigestão
anaeróbia
Separação de
fases
líquido
Secagem
Fertilizantes
orgânico sólido
Granulação
com minerais
Fertilizantes
organominerais
Compostagem
sólido
Digestato
Microalgas
Fertilizante
orgânico líquido
ANNAMOX
Adição de
minerais
Fertilizantes
organominerais
Uso agronômico
Etanol
Ração
Água de reuso
Biogás Armazenamento, filtragem e distribuição Monitoramento e conversão
Energia (térmica, elétrica e
veicular)
Reforma de metano Hidrogênio
A Rede BiogasFert

10. ✓ Dejetos de animais
✓ Resíduos agrícolas
✓ Culturas energéticas
✓ Resíduos do processamento (agroindústria)
✓ Resíduos da distribuição/consumo
Tipos de substratos

11. Disponibilidade de resíduos agroindustriais

12. Potencial metanogênico e usinas de biogás instaladas
γv=
Bo× So
TRH
×(1−
K
TRH× υm− 1+K )

13. 0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0
50
100
150
200
Dejeto
de
bovino
Dejeto
de
suíno
Grãos
de
destilaria
Esterco
de
bovino
Esterco
de
suíno
Polpa
de
celulose
prensada
Esterco
de
aves
Resíduo
orgânico
municipal
Sorgo
Beterraba
Capim
sudão
Silagem
de
capim
Silagem
de
milho
CH
4
(%)
Volume
de
biogás
(m
3
/t
MF
)

14. Imagem
Substratos
Nm3 CH4/kg MF → W → $$$

15. SUBSTRATOS: Segurança metrológica = Segurança energética
Sorte Teórico Escala Piloto Escala Plena
$$$$$$
Incertezas
Laboratório
Potencial Bioquímico de Metano

16. Volume
t (dias)
Máx. m3
N CH4/kg SV → W → $$$
VDI 4630 (2006)
Ensaios cinéticos

17. Dejetos de animais

18. Água não produz biogás!!!
Redução na fonte
✓ Evitar desperdícios
✓ Gestão da água e dos dejetos
Introdução de conceitos de engenharia
(ex.: SV, COV, TRH)

19. Efeitos de estocagem
A. Kunz et al. Effect of storage time on swine manure solid separation... Biores. Technol. 100 (2009) 1815–1818.

20. Tipo Substrato
Biogás
LN/kgSV
SV - %
kgSV/100kgMF
Suíno Dejeto 220 - 680 0,5 - 4,5
Bovino (leite) Dejeto 100 - 200 8 - 11
Ave (corte) Cama 230 - 350 30 - 40
Potencial estimado de biogás
Tipo Substrato
Metano
%
H2S
ppmV
Suíno Dejeto 55 - 65 500 - 2500
Bovino (leite) Dejeto 60 - 70 < 50
Ave (corte) Cama 35 - 50 1500 - > 4500
Composição usual do biogás

21. Geração

22. Lagoa coberta
(Limitação de ST)
UASB
(Alta limitação de SST)
CSTR

24. 0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
4,5
5,0
0,00
0,20
0,40
0,60
0,80
1,00
1,20
1,40
28,0 78,0 128,0 178,0 228,0
COV
(kgSV/(m
3
.d))
Produtividade
de
Biogás
(L
N
/(L
reator
.d))
Tempo de operação (Dias)
R2
COV

26. ✓ Melhoria do manejo (ex. Separação S-L)
✓ Melhor rendimento (ex. Hidrólise de fibras/lignina)
✓ Redução de tempo da digestão (ex. Tamanho de partícula)
✓ Redução da inibição (ex. Remoção de substâncias tóxicas)
✓ Biosegurança (ex. disinfecção)
Objetivos do pré-tratamento

27. Sedimentação
Peneiramento
Filtro/Prensa
Coagulação/Floculação
Tratamento avançados
Separação
sólido-líquido

28. Sedimentação

29. Peneira

30. Prensa-parafuso

33. 20 - 30% (v/v)
30 - 40% Biogás

34. Biodigestores em escala real

35. Animais mortos na
granja?
Aspectos:
Ambientais
Biosegurança
Economicos

36. Aspectos:
Ambientais
Biosegurança
Econômicos
Animais mortos na
granja?
Bovinos
191725
Gado de
corte
730664
Suínos
110631
Aves
222580
Estimativa de animais
mortos
(toneladas/ano)

37. Animais mortos na
granja?
Aspectos:
Ambientais
Biosegurança
Economicos

38. “Tecnologias para
destinação de
animais mortos”
TEC-DAM

39. Hidrólise

40. Hidrólise

41. Desidratação

42. Desidratação

43. Desidratação
Seguro?

44. Geração compartilhada de biogás e energia

45. Monitoramento de impactos ambientais

46. Fertilizante organomineral e área de lavouras
Algodão, arroz,
milho e soja

47. Mitigação de gases de efeito estufa
Tratamento (CH4) Adubação (N2O)
Compostagem
Digestato
Dejeto de suínos
Fertilizante mineral
Sem adubação
SPD, ILPF, Pastagens...
Tratamento de dejetos

48. Usos

49. Usos térmicos
Ambiência
Adequação térmica

50. Usos térmicos
Secador de grãos

51. Usos térmicos
Usos industriais

52. Usos térmicos
Usos industriais

53. Usos térmicos
Integração de
processos
Cerâmica Stein
Entre Rios do Oeste, PR.

54. Energia elétrica

55. Energia elétrica

56. Mobilidade

57. Biorrefinaria
Tendências

59. www.sbera.org/sigera2019

60. www.cnpsa.embrapa.br/biogasfert
www.embrapa.br/suinos-e-aves
www.embrapa.br/web/portal/suinos-e-aves/estagios-e-bolsas/estagios
Mais informações

61. Ricardo L. R. Steinmetz
Laboratório de Estudos em Biogás
ricardo.steinmetz@embrapa.br
Obrigado