Biodigestores como
oportunidade no manejo de
dejetos
III Workshop de Bioenergia
Perspectivas do Setor de Biogás
Apresentação
» Introdução;
» Indicadores da viabilidade para montagem e operação de
biodigestores;
» Processo de biodigest...
Introdução
Transformações
Consequências
» Dejetos;
» Mau cheiro;
» Ambiente;
» Emissão de GEE;
Biodigestor é um equipamento utilizado para o processamento de
matéria orgânica, como, por exemplo, fezes, urina e sobras ...
Indicadores da viabilidade da montagem
e operação de biodigestores
» Disponibilidade de dejetos e espaço físico a fim de v...
Processo de biodigestão
Esquema do funcionamento de biodigestores
Fonte. Hubner (2005)
Água Residuária
Entende-se por água residuária, a água descartada após utilização em
diversas atividades ou processos. A p...
Quantidade de
dejetos produzido
pelos animais
ENSMINGER, M. E., OLDFIELD, J.E. , HEINEMANN, W.W. Feeds & Nutr. 2 ed., Cali...
Biodigestores
Há dois tipos de biodigestores.
• Descontínuo
• Contínuo
Biodigestores descontínuos
» Específico para biomassas de decomposição lenta;
» Recebe carga total, retendo-a até terminar...
Biodigestores contínuos
» Mais difundido;
» Se adapta a maioria das biomassas;
» Cargas diárias ou periódicas;
» Descarreg...
Biodigestor modelo chinês
Biodigestor modelo indiano
Biodigestor modelo canadense
» Modelo horizontal;
» Caixa de carga em alvenaria e com a largura maior que a
profundidade;
...
Biofertilizante
Possui grande capacidade de recuperar os solos degradados!
Matéria orgânica rica em elementos
minerais.
Composição básica do biofertilizante
Macro e Micronutrientes
Nitrogênio Enxofre Molibdênio
Fósforo Sódio Boro
Potássio Fer...
Corretor de acidez (pH = 7,5)
Ação do Biofertilizante no solo
» Mantém
» Melhora a estrutura e a textura,
» Dá firmeza ao solo, de modo que resistam à ação desagregadora da água;
» Deixa a terra com estrutura mais porosa, permit...
Biogás
O biogás gerado é canalizado e direcionado a um motor/gerador de
energia a partir de biogás. A energia elétrica ger...
Características do Biogás
Composição do Biogás:
» O metano
chama azul-clara e queimando em CO2 e H2O;
» Possui alto poder ...
Capacidade de Geração de Biogás
» A geração de biogás depende da característica do resíduo, que é o
substrato para o cresc...
Conjunto moto-gerador
Equipado com um quadro de comando para monitorar o seu
funcionamento.
Motor originalmente a gasolina...
Motor-gerador
Conjunto motor-bomba
(biofertilizante)
Motor originalmente a gasolina/diesel, convertido para o
biogás
Bomba d’água aciona...
Motor-bomba
Fundamentos bioquímicos para a
produção de biogás
Hidrólise
As enzimas produzidas pelas bactérias transformam polímeros,
c...
Acidogênese
Na acidogênese, esses monômeros são transformados em ácidos
graxos voláteis (AGV), como ácido butírico e ácido...
Acetogênese
Na acetogênese, esses ácidos graxos voláteis são
transformados em ácido acético, gás carbônico e hidrogênio
ga...
Metanogênese
O Ácido acético é transformado em metano e gás carbônico
pelas bactérias metanogênicas acetoclásticas e o gás...
Variáveis envolvidas no processo de
biodigestão
» Temperatura;
» Tempo de retenção hidráulica
» Teor de sólidos
» Concentr...
Temperatura
» A temperatura de operação do digestor, é considerado um
dos principais parâmetros, devido à grande influênci...
» As variações bruscas de temperatura no digestor pode
desencadear a desestabilização do processo;
» Existem três interval...
Tempo de retenção hidráulica
» É o tempo necessário para a mistura ser digerida no digestor;
» Ocorre quando a produção de...
Teor de sólidos
» Material residual que fica em uma cápsula após secagem até
peso constante em estufa em temperatura eleva...
Concentração de nutrientes
» São necessários macro e micronutrientes do processo anaeróbio
para a síntese de nova de bioma...
Concentração de sólidos voláteis
» É a porção de sólidos totais que é liberada de uma amostra,
volatilizando-se quando aqu...
Substâncias tóxicas
Podem “contaminar” o esterco, afetando as bactérias
envolvidas no processo.
Uso de desinfetantes,
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Viabilidade Econômica segundo
COLDEBELLA, 2006
» Propriedade 1:
» 130 bovinos;
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» Propriedade 2
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» Biodigestor com 10,5 x 55 x 4,5m de largura,
comprimento e profundidade, respectivament...
Produção de biogás
SV – sólidos voláteis; 1 – chorume diluído com águas de lavagem; 2 –
chorume não diluído e sem material...
O sistema de manejo e a quantidade de animais determinam
a capacidade de produção de biogás.
» Propriedade 1:
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permanece em funcionamento até que o biogás seja totalmente
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Tempo de retorno de investimento
O tempo de retorno do investimento está em função do tempo
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acordo com o tempo de amortização e tempo de operação do
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O tempo de retorno deste investimento está relacionado com
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Ambiente
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• Aumento de forragem
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energéticos
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Biodigestores como oportunidade no manejo de dejetos_OTENIO 26_08_2016_UFV
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  1. 1. Biodigestores como oportunidade no manejo de dejetos III Workshop de Bioenergia Perspectivas do Setor de Biogás
  2. 2. Apresentação » Introdução; » Indicadores da viabilidade para montagem e operação de biodigestores; » Processo de biodigestão; » Entradas (água e dejetos); » Biodigestor; » Biofertilizante; » Biogás; » Conjunto moto-gerador; » Conjunto motor bomba; » Aspectos bioquímicos; » Variáveis envolvidas no processo de biodigestão; » Viabilidade econômica;
  3. 3. Introdução Transformações
  4. 4. Consequências » Dejetos; » Mau cheiro; » Ambiente; » Emissão de GEE;
  5. 5. Biodigestor é um equipamento utilizado para o processamento de matéria orgânica, como, por exemplo, fezes, urina e sobras da suinocultura. O biodigestor proporciona as condições necessárias para que as bactérias atuem sobre a biomassa para a produção de biogás e biofertilizante. Biogás: É uma mistura de gases contendo, aproximadamente, 75%de CH4 e 25% de CO2. Biofertilizante: Matéria orgânica rica em elementos minerais, possuindo grande capacidade de recuperação de solos degradados.
  6. 6. Indicadores da viabilidade da montagem e operação de biodigestores » Disponibilidade de dejetos e espaço físico a fim de viabilizar a construção do biodigestor; » Tempo e mão de obra disponível para manejo diário; » Conhecimento técnico de como utilizar os insumos adquiridos pela biodigestão; » Disponibilidade de equipamentos para utilização do biogás produzido;
  7. 7. Processo de biodigestão Esquema do funcionamento de biodigestores Fonte. Hubner (2005)
  8. 8. Água Residuária Entende-se por água residuária, a água descartada após utilização em diversas atividades ou processos. A produção pecuária gera grande quantidade de água residuária nas diversas etapas do processo.
  9. 9. Quantidade de dejetos produzido pelos animais ENSMINGER, M. E., OLDFIELD, J.E. , HEINEMANN, W.W. Feeds & Nutr. 2 ed., California: The Ensminger Publishing Company, 1990. p.1544.
  10. 10. Biodigestores Há dois tipos de biodigestores. • Descontínuo • Contínuo
  11. 11. Biodigestores descontínuos » Específico para biomassas de decomposição lenta; » Recebe carga total, retendo-a até terminar o processo de biodigestão ; » Ao término do processo, o biodigestor é totalmente esvaziado; » Para um novo processo, o biodigestor deve ser novamente carregado;
  12. 12. Biodigestores contínuos » Mais difundido; » Se adapta a maioria das biomassas; » Cargas diárias ou periódicas; » Descarrega o biofertilizante de forma contínua; » São os sistemas mais difundidos, sendo os modelos chinês e indiano são os mais conhecidos;
  13. 13. Biodigestor modelo chinês
  14. 14. Biodigestor modelo indiano
  15. 15. Biodigestor modelo canadense » Modelo horizontal; » Caixa de carga em alvenaria e com a largura maior que a profundidade; » Área maior de exposição do sol Grande produção de biogás; » Amplamente difundido: é a tecnologia mais utilizada; » O biogás pode ser enviado para um gasômetro separado; » A localização do biodigestor é de grande importância, ima vez que afeta o sucesso ou a falha do sistema; » Deve estar pelo menos entre 30 e 50 metros de distância de qualquer fonte de água para evitar contaminações; » Deve estar localizado, preferencialmente, em área protegida de ventos frios e onde a temperatura permanece relativamente estável, tentando receber o máximo de energia solar;
  16. 16. Biofertilizante Possui grande capacidade de recuperar os solos degradados! Matéria orgânica rica em elementos minerais.
  17. 17. Composição básica do biofertilizante Macro e Micronutrientes Nitrogênio Enxofre Molibdênio Fósforo Sódio Boro Potássio Ferro Cobre Cálcio Cloro Zinco Magnésio Sílica Manganês A composição varia de acordo com a matéria-prima fermentada.
  18. 18. Corretor de acidez (pH = 7,5) Ação do Biofertilizante no solo » Mantém » Melhora a estrutura e a textura,
  19. 19. » Dá firmeza ao solo, de modo que resistam à ação desagregadora da água; » Deixa a terra com estrutura mais porosa, permitindo maior penetração do ar; » Favorece a multiplicação das bactérias, fixando o nitrogênio atmosférico; » Aumenta a produtividade e reduz o perigo de infestações nas lavouras;
  20. 20. Biogás O biogás gerado é canalizado e direcionado a um motor/gerador de energia a partir de biogás. A energia elétrica gerada é usada para o funcionamento dos equipamentos utilizados no sistema de produção. A concentração de gás metano produzida pela biodigestão anaeróbia atingiu um pico de 70% no verão a uma temperatura média de 30ºC, sendo a menor concentração de 56%, a aproximadamente, 24ºC.
  21. 21. Características do Biogás Composição do Biogás: » O metano chama azul-clara e queimando em CO2 e H2O; » Possui alto poder calorífico; » Sua qualidade depende do metano presente na mistura, ou seja, quanto maior for a quantidade de metano, melhor será o biogás em termos energéticos; Fonte: LA FARGE (1979), APPUD COLDEBELLA (2006)
  22. 22. Capacidade de Geração de Biogás » A geração de biogás depende da característica do resíduo, que é o substrato para o crescimento dos micro-organismos; » A dieta dos animais e sistema digestório, interferem na distinção dos resíduos quanto à potencialidade de produção de biogás;
  23. 23. Conjunto moto-gerador Equipado com um quadro de comando para monitorar o seu funcionamento. Motor originalmente a gasolina/diesel adaptado para o biogás Gerador de energia elétrica acoplado
  24. 24. Motor-gerador
  25. 25. Conjunto motor-bomba (biofertilizante) Motor originalmente a gasolina/diesel, convertido para o biogás Bomba d’água acionada por um motor elétrico acoplado
  26. 26. Motor-bomba
  27. 27. Fundamentos bioquímicos para a produção de biogás Hidrólise As enzimas produzidas pelas bactérias transformam polímeros, como amido e proteínas, em monômeros, como açúcares e aminoácidos.
  28. 28. Acidogênese Na acidogênese, esses monômeros são transformados em ácidos graxos voláteis (AGV), como ácido butírico e ácido propiônico. Material orgânico simples Ácidos orgânicos simples
  29. 29. Acetogênese Na acetogênese, esses ácidos graxos voláteis são transformados em ácido acético, gás carbônico e hidrogênio gasoso. Ácidos graxos voláteis CO2 H2 Ácido acético
  30. 30. Metanogênese O Ácido acético é transformado em metano e gás carbônico pelas bactérias metanogênicas acetoclásticas e o gás carbônico e o hidrogênio são combinados, formando metano, pelas bactérias metanogênicas hidrogenotróficas. Acetato CO2 H2 METANO
  31. 31. Variáveis envolvidas no processo de biodigestão » Temperatura; » Tempo de retenção hidráulica » Teor de sólidos » Concentração de nutrientes » Concentração de sólidos voláteis » Substâncias tóxicas » pH
  32. 32. Temperatura » A temperatura de operação do digestor, é considerado um dos principais parâmetros, devido à grande influência deste fator na taxa de digestão anaeróbia; » A velocidade da reação depende da velocidade de crescimento dos micro-organismos envolvidos, que por sua vez dependem da temperatura; Aumento da temperatura Velocidade de crescimento de micro-organismos é acelerada Aumento da produção de biogás
  33. 33. » As variações bruscas de temperatura no digestor pode desencadear a desestabilização do processo; » Existem três intervalos de temperatura em que se pode trabalhar com micro-organismos anaeróbicos: » Psicrófilos (abaixo de 25 o C); » Mesófilos (25 a 45 o C); » Termófilos (entre 45 e 65 o C);
  34. 34. Tempo de retenção hidráulica » É o tempo necessário para a mistura ser digerida no digestor; » Ocorre quando a produção de gás é máxima, definindo o ponto de melhor qualidade do biogás no processo de biodigestão anaeróbia; » O tempo de retenção é determinado, num processo contínuo, pela relação entre volume do biodigestor e o volume diário de carga introduzida; » Usualmente, o TRH é de 30 a 45 dias; » Em algumas situações é possível a existência do biogás logo na primeira semana;
  35. 35. Teor de sólidos » Material residual que fica em uma cápsula após secagem até peso constante em estufa em temperatura elevada (105o C); » Falta de água: pode provocar entupimento na tubulação; » Excesso de água: pode atrapalhar o processo da hidrólise, pois é exigida uma elevada carga de biomassa para que a mesma se processe adequadamente;
  36. 36. Concentração de nutrientes » São necessários macro e micronutrientes do processo anaeróbio para a síntese de nova de biomassa; » Deve existir uma relação carbono/nitrogênio mantida entre 20:1 e 30:1; » EXCESSO DE NITROGÊNIO: pode levar a redução da produção de biogás, podendo ter como produto final compostos nitrogenados como a amônia ( NH3);
  37. 37. Concentração de sólidos voláteis » É a porção de sólidos totais que é liberada de uma amostra, volatilizando-se quando aquecida até peso constante a 600o C; » Os SV contêm componentes orgânicos, que, teoricamente, deveriam ser convertidos em metano;
  38. 38. Substâncias tóxicas Podem “contaminar” o esterco, afetando as bactérias envolvidas no processo. Uso de desinfetantes, antibióticos e bactericidas.
  39. 39. Viabilidade Econômica segundo COLDEBELLA, 2006 » Propriedade 1: » 130 bovinos; » Biodigestor com 7 x 40 x 3 m de largura, comprimento e profundidade, respectivamente; » O sistema » O biofertilizante é utilizado para fertirrigação; » O por meio de um conjunto motor-gerador instalado na propriedade;
  40. 40. » Propriedade 2 » 1000 matrizes; » Biodigestor com 10,5 x 55 x 4,5m de largura, comprimento e profundidade, respectivamente; » Bioofertilizante é utilizado para fertirrigação; » O biogas é utilizado para produção de energia elétrica.
  41. 41. Produção de biogás SV – sólidos voláteis; 1 – chorume diluído com águas de lavagem; 2 – chorume não diluído e sem material constituinte das camas dos animais, diluições podem variar entre 1:0,5 e 1:7, palha para cama entre 1 a 3 kg/animal/dia. (Fonte: Coldebella, 2006)
  42. 42. O sistema de manejo e a quantidade de animais determinam a capacidade de produção de biogás. » Propriedade 1: » Propriedade 2: 127,4 m3 /biogás/dia. 130 Vacas. 0,980 m3 /animal/dia de biogás. 933 m3 /biogás/dia. 1000 Porcas. 0,933 m3 /animal/dia de biogás.
  43. 43. Eficiência (%) = (energia produzida kWh/m3 / 6,5 kWh/m3 ) * 100 1 m3 de biogás equivale a 6,5 kWh A energia produzida kWh/m3 é obtida convertendo-se a potência gerada em HP para kWh. Com essa conversão calcula-se a produção de energia em kWh/m3 . 1HP equivale a 0,746 kW
  44. 44. O gasômetro é conectado ao motor-gerador ou motor-bomba, que permanece em funcionamento até que o biogás seja totalmente consumido. A implantação do biodigestor equivale a, aproximadamente, R$ 200,00/suíno e do conjunto motor-gerador cerca de R$ 440,00/kW.
  45. 45. Tempo de retorno de investimento O tempo de retorno do investimento está em função do tempo de operação do equipamento, quanto menor for o tempo de operação, maior será o custo da energia elétrica. » Propriedade 1: » Tempo de operação: 2,5h/dia; » Implantação do biodigestor: R$ 50.000,00; » Motor-gerador: R$ 20.000,00; » Produção de 44 kWh de energia elétrica; » Propriedade 2: » Tempo de operação: 10h/dia; » Implantação do biodigestor: R$ 100.000,00; » Motor-gerador: R$ 20.000,00; » Produção de 36 kWh de energia elétrica;
  46. 46. Custo da eletricidade (MWh) para as propriedades, de acordo com o tempo de amortização e tempo de operação do gerador: Propriedade 1: Propriedade 2:
  47. 47. O tempo de retorno deste investimento está relacionado com o valor pago pelo produtor por kWh à concessionária de energia elétrica. Q Para propriedades rurais o custo cobrado gira em torno de R$ 300,00/MWh.
  48. 48. Tempo de retorno do investimento para a propriedade 1.
  49. 49. Tempo de retorno do investimento para a propriedade 2.
  50. 50. Somando-se a produção de energia elétrica à economia gerada pelo uso do biogás com o sistema de bombeamento para irrigação, reduz o tempo de retorno do investimento.
  51. 51. 100 vacas 2500 kg de estrume por dia100 vacas 2500 kg de estrume por dia ProduProduçãção dio diáária de biogria de biogááss  (0,0409 m(0,0409 m33/kg/kg estrume) = 100 mestrume) = 100 m33 (3,33 botij(3,33 botijõões de GLP por diaes de GLP por dia ou 1215 botijou 1215 botijõões por ano, ou seja, R$ 26.730,00)es por ano, ou seja, R$ 26.730,00) FertilizanteFertilizante R$ 40.000,00R$ 40.000,00 POTENCIAL PARA 100 VACASPOTENCIAL PARA 100 VACAS 2500 kg de leite por dia2500 kg de leite por dia
  52. 52. Produtividade Meio Ambiente Saúde • Aumento de forragem • Redução de custos energéticos • Preservação da vegetação local • Melhoria da qualidade do solo • Melhoria da qualidade do ar no ambiente doméstico • Melhoria das condições sanitárias Fonte: adaptado de Instituto WINROCK, (2008)
  53. 53. Obrigado marcelo.otenio@embrapa.br

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