O documento discute a produção e o aproveitamento do biogás a partir de dejetos animais e resíduos orgânicos. Apresenta os principais processos para a obtenção do biogás e suas vantagens energéticas, como geração de eletricidade e aquecimento. Também fornece exemplos práticos de sistemas de biogás em fazendas e estações de tratamento de esgoto.

1. BIOGÁS COMO FONTE ALTERNATIVA DE RENDA
 Produção do biogás
 Vantagens de seu aproveitamento energético
Professor André Pereira Rosa
Engenheiro Ambiental - UFV
Dr. Saneamento, Meio Ambiente e Recursos Hídricos – UFMG
Professor Adjunto do curso de Engenharia Agrícola e Ambiental - UFV

2. Pelo aproveitamento de dejetos (domésticos e rurais) que são ricos em
moléculas orgânicas, estas ao serem quebradas por bactérias anaeróbias
em biodigestores, produzem principalmente CH4, CO2 e H2O no final do
processo de fermentação.
COMO É OBTIDO

3. Avicultura
Cama de frango, distribuída sobre o piso dos galpões de criação para servir de leito
às aves de corte.
Retirada de forma periódica.
Bovinocultura
Dejetos bovinos (fezes) devem ser recolhidos e diluídos em água.
Suinocultura
Dejetos suínos (fezes e urina) devem ser diluídos em água com a lavagem dos
galpões de criação.
SUBTRATOS AGRÍCOLAS

4.  Vinhaça
 Resíduos Sólidos Urbanos
 Biomassa: Palha, milho, etc
 Efluentes líquidos domésticos
DEMAIS SUBTRATOS

5. Valores aproximados da produção total e percentagem de sólidos totais dos excrementos
(fezes e urina) produzidos por algumas espécies pecuárias
SUBTRATOS AGRÍCOLAS

6. Estimativa das quantidades de águas de lavagem ou de outra proveniência que são
recolhidas conjuntamente com os excrementos gerados por algumas espécies pecuárias
SUBTRATOS AGRÍCOLAS

7. Quantidades médias de material de camas utilizadas por animal estabulado
Para converter peso em volume, dever-se-ão considerar as densidades dos materiais utilizados
SUBTRATOS AGRÍCOLAS

8. Biodigestor Alimentação do biodigestor
Gado
DIGESTÃO ANAERÓBIA

9. Preparo de alimentos
Biodigestor
DIGESTÃO ANAERÓBIA

10. Biogás
Composição de metano determina o interesse na recuperação energética.
O biogás de reatores UASB apresenta uma composição de metano de 70 a 80%,
nitrogênio de 10 a 25%, e dióxido de carbono de 5 a 10% (Noyola et al.,2006).
Crescente uso do biogás em ETEs, áreas agrícola e industriais, para geração de
eletricidade e calor.
Realidade brasileira: queima direta
CARACTERIZAÇÃO DO BIOGÁS

11. ALTERNATIVAS DE APROVEITAMENTO DO BIOGÁS

12. ALTERNATIVAS DE APROVEITAMENTO DO BIOGÁS

13. ALTERNATIVAS DE APROVEITAMENTO DO BIOGÁS

14. ALTERNATIVAS DE APROVEITAMENTO DO BIOGÁS

15. Alternativas de aproveitamento e recuperação do biogás
 Queima do biogás para geração de calor (secagem térmica do lodo, trocador
de calor)
 Conversão à eletricidade
 Uso do biogás como combustível veicular
CARACTERIZAÇÃO DO BIOGÁS

16. Quanto ao tipo de alimentação
Batelada
Contínuo
 Chinês (vertical)
 Indiano (Vertical)
 Canadense (Horizontal)
BIODIGESTORES

17. Vantagens
 Menor custo de aquisição
 Operam em diferentes regimes (Emergência, Principal, Contínuo)
 Possibilita a adaptação de motores automotivos convencionais
 Facilidade dos serviços de manutenção
 Maior eficiência em relação a outras tecnologias (30%-40%)
 Diferentes escalas de geração de energia elétrica (4KW – 1MW*)
 Produção nacional
Desvantagens
 Maiores emissões de gases com NOx
 Ruídos do motor
 Necessidade de óleos, lubrificantes e sistema de refrigeração
GERAÇÃO DE ELETRICIDADE - MOTOGERADORES

18. Vantagens
 Emissões de gases muito baixas
 Mínima manutenção, Silencioso
 Sem óleos, lubrificantes ou gases refrigerantes
Desvantagens
 Custo elevado (importado)
 Alto investimento
 Eficiência 24% a 28%
GERAÇÃO DE ELETRICIDADE - MICROTURBINAS

19.  Coleta de biogás de um digestor anaeróbio
 Enriquecimento do biogás e compressão
 Aplicação em carros após ajustes no motor
Fonte anaeróbia
Enriquecimento Compressão
Veículo
USO DO BIOGÁS EM VEÍCULOS

20.  O Metano (CH4) com alto poder combustível é resultante do Biogás filtrado, que
em termos de combustível automotivo se comporta como o GNV
 Necessidade da retirada do gás carbônico e do H2S
 Resolução ANP Nº 8 DE 30/01/2015
 Metano - Mínimo de 96,5% molar
 Gás Sulfídrico (H2S) – Máximo de 10 mg/m³
 CO2 - Máximo de 3,0 % molar
USO DO BIOGÁS EM VEÍCULOS

21. Aquecimento
Campânulas Convencionais
ENERGIA TÉRMICA DO BIOGÁS

22. Aquecimento
Aquecedores a gás tipo infravermelho
ENERGIA TÉRMICA DO BIOGÁS

23. CORROSÃO X PURIFICAÇÃO

24. • Lavagem com água
CORROSÃO X PURIFICAÇÃO

25. ETE de Iraklio (Grécia)
 Produção média de energia a partir do
biogás foi de 15,9% (1582 kWh.d-1) da
demanda da ETE.
 Uso da capacidade plena dos
geradores: 64,6%
Figura 5: Fluxograma do aproveitamento do biogás e lodo na ETE de Iraklio,
Grécia.
Fonte: Adaptado de Tsagarakis (2007)
Experiências de aproveitamento de biogás em ETEs

26. ETE Arrudas (Brasil)
 Produção média mensal de 461.000
N.m-3 de biogás, com composição de 67%
de CH4 e 30% de CO2. Poder calorífico de
24.800 kJ.m-3 .
 Uso de 5 turbinas com geração de
160kW.h-1.
 Calor dos gases de escape usados no
aquecimento do lodo.
Figura 6: Esquema do sistema de cogeração da ETE Arrudas, na cidade de
Belo Horizonte.
Fonte: COPASA (2012)
Experiências de aproveitamento de biogás em ETEs

27. ETE Valorhin, Estrasburgo (França)
Experiências de aproveitamento de biogás em ETEs

28. ETE Valorhin, Estrasburgo (França)
Forno de incineração para lodo e biogás
da ETE Valorhin, Estrasburgo.
Detalhe dos pontos de alimentação de
lodo e biogás no forno da ETE Valorhin,
Estrasburgo.
Experiências de aproveitamento de biogás em ETEs

29. ETE Rincón de León, Alicante (Espanha)
Experiências de aproveitamento de biogás em ETEs

30. ETE Rincón de León, Alicante (Espanha)
Biodigestor Caldeira
Motor de combustão interna Gasômetro
Experiências de aproveitamento de biogás em ETEs

31. ETE Pinedo 1, Valencia (Espanha)
Experiências de aproveitamento de biogás em ETEs

32. ETE Pinedo 2, Valencia (Espanha)
Experiências de aproveitamento de biogás em ETEs

33. Para uma suinocultura com 1.300 matrizes (2,5 kg/dia de dejetos por animal),
4.900 em terminação (2,25 kg/dia) e 8.400 na creche (2 kg/dia), determine
qual o potencial de geração de eletricidade para o local, sabendo-se que o
consumo de eletricidade é da ordem de 30 mil reais mês (R$ 0,32/kwh).
Exemplo prático

34. 34
1. Cálculo da carga orgânica gerada no empreendimento
d
kg
d
kg
animaisCO 250.35,2300.11 
d
kg
d
kg
animaisCO 025.1125,2900.42 
d
kg
d
kg
animaisCO 800.1600,2400.83 
d
kg
TOTAL 075.31

35. 35
2. Dimensionamento do volume do biodigestor (considerando-se
TDH de 21 d, relação de diluição de 1:4 e massa específica de 1.040
kg/m3)
d
m
mkg
dkg
Q rbiodigesto
3
3
6,1164
/040.1
/075.31

d
kg
TOTAL 075.31
Biodigestord
m3
6,116
 
 dTDH
mVolume
Q rbiodigesto
3

  6,448.23
mVolume

36. 36
3. Estimativa da geração de biogás
d
m
kg
m
d
kg
odução
biogásbiogás
biogás
33
75,796.2
09,0
075.31Pr 
4. Estimativa da geração de metano
Em que:
Qbiogás = produção volumétrica de biogás (m3/d)
QCH4 = produção volumétrica de metano (m3/d)
CCH4 = concentração de metano no biogás (70 a
80%)
4
4
CH
CH
biogás
C
Q
Q 
75,0
75,796.2 4
3
CHbiogás Q
d
m

d
m
Q
ome
CH
tan
3
4 6,097.2

37. 37
5. Potencial de energia a partir do metano
d
MJ
m
MJ
d
m
P
ome
ome
CH 302.759,356,097.2
tan
3
tan
3
4 
6. Geração de eletricidade com o uso de um motor de combustão
interna (adotado η de 30%)
d
MJ
302.75
d
kWh
d
MJ
275.6590.22 
1kWh = 3,6 MJ

38. 38
7. Estimativa da demanda energética da suinocultura
    diadia horaskWPotênciakWhconsumo 
d
kWh
mês
kWh
R
kWh
mês
R
consumodia 125.3750.93
32,0$1
000.30$

Conta de luz
8. Potência necessária do gerador para suprir a demanda
  hkWPotência
d
kWh
22125.3 
    diadia horaskWPotênciakWhconsumo 
kWPotência 142

39. 39
9. Suprimento de eletricidade para a suinocultura a partir do biogás
d
kWh
odução 275.6Pr 
d
kWh
Consumo 125.3
Suprimento de mais de 2x a demanda

40. 40
10. Produção de biogás
A avaliação da produção de biogás é feita a partir da estimativa da
carga de DQO afluente ao reator, que é convertida em gás metano.
  oobsoCH SQYSSQDQO 4
Em que:
DQOCH4: carga de DQO convertida em metano (kgDQOCH4.d-1);
Q: vazão de esgoto afluente (m3.d-1);
So: concentração de DQO afluente (kgDQO.m-3);
S: concentração de DQO efluente (kgDQO.m-3);
Yobs: coeficiente de produção de sólidos, em termos de DQO (0,11 a 0,23 kgDQOlodo.kgDQOapl
-1);

41. 41
11. Produção de biogás
Em que:
QCH4 = produção volumétrica de metano (m3/d)
DQOCH4 = carga de DQO removida no reator e
convertida em metano (kgDQOCH4.d-1);
f(T) = fator de correção para a temperatura
operacional do reator (kgDQO/m3)
 
 TR
KP
Tf
DQO



273
na qual:
P = pressão atmosférica (1 atm)
KDQO = DQO correspondente a um mol de CH4 (64
gDQO/mol)
R = constante dos gases (0,08206 atm.L/mol.K)
T = temperatura operacional do reator (ºC)
 Tf
DQO
Q
CH
CH
4
4


42. 42
12. Produção de biogás
Em que:
Qbiogás = produção volumétrica de biogás (m3/d)
QCH4 = produção volumétrica de metano (m3/d)
CCH4 = concentração de metano no biogás (70 a
80%)
4
4
CH
CH
biogás
C
Q
Q 
Com a produção teórica de metano, a produção total de biogás pode ser
estimada por:

43. 43
Referência Bibliográfica recomendada
 Capítulo 5 – Projeto de reatores anaeróbios. Livro de Reatores Anaeróbios.
Princípios do tratamento biológico de águas resíduárias. Autor: Carlos Augusto
de Lemos Chernicharo. 2º edição. 2007. Páginas 197 a 269.