Biogás

Biogás
DECRETO Nº 58.659, DE 4 DE DEZEMBRO DE 2012
Institui o Programa Paulista de Biogás e dá providências correlatas
Artigo 1º - Fica instituído, no âmbito da Secretaria de Energia, o Programa Paulista de
Biogás.
Artigo 2º - O Programa Paulista de Biogás tem os seguintes objetivos:
I - incentivar e ampliar a participação de energias renováveis na matriz energética do
Estado de São Paulo, através das externalidades positivas da geração de gases
combustíveis provenientes de biomassa
II - estabelecer a adição de um percentual mínimo de Biometano ao gás canalizado
comercializado no Estado de São Paulo.
§ 1º - O gás proveniente de biomassa será denominado Biometano, quando sua
composição for compatível com a Resolução da Agência Nacional de Petróleo, Gás
Natural e Biocombustíveis - ANP nº 16, de 17 de junho de 2008.
§ 2º - O gás Biometano poderá ser misturado com o gás canalizado comercializado
no Estado de São Paulo, atendidas as disposições do § 1º deste artigo.
§ 3º - O percentual de que trata o inciso II deste artigo e sua eventual
progressividade, deverão ser validados pelo Conselho Estadual de Política Energética
- CEPE, criado pela Lei nº 11.248, de 4 de novembro de 2002, observado parecer
favorável do órgão técnico competente, bem como o estabelecido no § 1º deste
artigo.
Biogás
Metano
Biogás é uma mistura gasosa composta principalmente de gás metano (CH4) e é obtido
pela digestão anaeróbia (em ausência de oxigênio) de matéria orgânica, onde
microrganismos atuam em um ecossistema balanceado com limites de temperatura,
pH, nutrientes e teor de umidade.
A produção de biogás pode ocorrer de forma natural, como nos aterros sanitários ou
com a implantação de uma usina de biogás, cujo processo é totalmente limpo, eficaz e
sustentável.
É classificado como biocombustível por ser uma fonte de energia renovável.
Instalação de
biogás na Suíça
Fluxograma Básico do Biogás
Produção e Utilização
Aquecimento Doméstico
Instalação motor / gerador
Bomba
Digestor 1
Lixo Orgânico
Bomba
Bomba
Desintegrador
Digestor 2
Bio-fertilizante
Esterco
Composição do Biogás
• Metano (CH4): 55 – 70% do volume de gás produzido;
• Dióxido de carbono (CO2): 30 – 45% do volume total;
• Traços de hidrogênio (H2), nitrogênio (N2), oxigênio (O2) e gás
sulfídrico (H2S), entre outros.
Um metro cúbico (1 m³) de biogás equivale
energeticamente a:
• 0,40 kg de GLP (gás de cozinha);
• 0,61 a 0,70 litros de gasolina;
• 0,55 litros de óleo diesel;
• 0,80 litros de álcool;
Ônibus movido a biogás na cidade de Berna ( Suíça ).
• 1,25 a 1,43 kWh de eletricidade;
• 1,60 a 3,50 kg de lenha.
Metano
O metano é um gás incolor, sua molécula é tetraédrica e apolar, de pouca
solubilidade na água e, quando adicionado ao ar se transforma em mistura de alto
teor inflamável. É o mais simples dos hidrocarbonetos.
Fórmula: CH4
Densidade: 0,66 kg/m³
Massa molar: 16,04 g/mol
Ponto de ebulição: -164 °C
Ponto de fusão: -182 °C
Combustão do Metano
CH4 + 2 O2 → CO2 + 2 H2O + 208.400 calorias
Metano produzido no fundo do lago
Biogás a Partir de Resíduos de Animais
Fases da Reação Bioquímica
Material Orgânico Complexo
1
Carboidratos, Proteínas, Gorduras
Hidrólise
Moléculas orgânicas
complexas para solúveis
1
Moléculas Orgânicas Solúveis
Açucares, Amino Ácidos, Ácidos Graxos
2
2
Pequenas moléculas de
ácidos graxos orgânicos
Ácidos Graxos
Voláteis
3
3
4
4
CH4
+ CO2
Metano + Dióxido de Carbono
Acetatogenese
Conversão para acido
acético e CO2
H2 CO2
Ácido Acético
Acidogenese
4
Metanogenese
Conversão final para
metano - CH4
Matéria Prima para Produção de Biogás
Qualquer matéria orgânica pode ser adicionada aos biodigestores anaeróbicos
para produção de bioenergia.
• Produção animal: suinocultura, pecuária e avicultura (dejetos e rejeitos);
• Resíduos agrícolas (cascas, folhagens e palhas, restos de cultura);
• Resíduos industriais (bagaços, descartes, efluentes e gorduras, Restos de
restaurantes de unidades fabris, efluentes industriais com elevada carga
orgânica, entre outros.);
• Resíduos orgânicos municipais advindos da atividade humana (esgoto,
resíduos domésticos orgânicos, resíduos de manutenção de parques e
jardins);
• Vinhaça;
• Amido;
• Glicerina resultante da produção de biodiesel;
Brasil
Principais Rebanhos e Produção de Esterco com Possibilidade de Gerar Metano
Efetivos em 31/12/2.006
Categorias
Total de Bovinos
Estabulados
Vacas Leiteiras (1)
Criação Extensiva (2)
Suinos (3)
Frangos (total)
Total dos Rebanhos
N0 de Cabeças
(x 1.000)
Produção de
Produção Total de
Esterco com
Potencial de
Esterco com
Possibilidade de
Geração de Metano
Possibilidade de
Gerar Metano, por
(CH4)
Gerar Metano
Cabeça
(m3/ano)
(t/ano)
(kg/dia)
205.886
2.300
30,00
24.840.000
27.324.000
20.943
15,00
113.092.200
63.331.632
182.643
0,00
0
0
35.174
4,40
55.715.616
139.289.040
1.013.164
0,05
18.236.952
911.848
211.884.768
230.856.520
Fonte: IBGE e Lucas Jr. e Silva (2.005)
Obs.: (1) Consideradas semi-estabuladas (Parte do esterco não pode ser recolhido) (2) Considera-se que todo esterco produzido é
lançado no pasto e seca ou é absorvido pela terra (3) Calculado como a média ponderada do rebanho
Instalações de Biogás de Agricultura nos USA
Instalações de Biogás de Esgoto nos USA
Instalações de Biogás de Aterro Sanitário nos USA
Produção de Biogás – 1990 = 100
Produção de Biogás na Europa
Fonte: EBA
O gráfico mostra a produção de biogás nos países com tradição nesta produção.
Vários países estão concluindo instalações para produção de biogás, o que
aumentará substancialmente a sua produção na Europa.
Instalações de Biogás na Europa
9000
8.400
8000
7000
6000
A industria alemã de biogás criou 41.000 empregos em
2.012 nas áreas de agricultura, operação das instalações,
fabricação de instalações, serviço, operação e manutenção.
5000
4000
Cerca de 12.400 instalações de biogás
gerando mais de 5.300 MWel na Europa
Obs.: Angra 1 e Angra 2 geram 2.007 MWel
3000
2000
1000
589 521 498
433 327
299 235 229 196 178
118
75
46
43
33
30
30
27
26
20
13
7
6
5
3
0
0
Fonte: EBA – European Biogas Association
A industria do Biogás na Alemanha gerou 41.000 empregos em 2.012
Tipos de Digestores
Lagoa Coberta
Reservatório de Biogás
Entrada de Material Orgânico
Cobertura
Tubo de Biogás
Efluente Digerido
Tanque 1
Coletores
de Biogás
Tanque 2
Tipos de Digestores
Tanque
Cobertura
Efluente
Digerido
Armazenagem de Biogás
Entrada de
Material
Orgânico
Digestores Complexos
Tampa
de
Acesso
Misturador
Valvula de Segurança
Saída de
Biogás
Estrume e outros
resíduos animais
Entrada de
Substrato
Grupo gerador
Saída de
Substrato
Zona de Fluido
Parede do Tanque
(Aço)
Isolamento
(Lã Mineral)
Revestimento
(Chapa Ondulada)
Gás
Zona de Lama
Lixo orgânico
Zona de
Mistura
Saída de
Lama
Tubo de
Injeção
Esgoto
Gorduras,
Fertilizante
Instalação de Biogás
Digestor Doméstico
(India)
A partir de restos de
alimento produz gás
suficiente para o
consumo da família.
Alternativas de Desenho de Digestores
Digestor de Plástico
(Costa Rica)
Instalação
para
Produção
de Biogás
Usando
Resíduos
Agrícolas
Campo
Movimentação
do Produto
Transportadores
Pré-digestor
Cabine de Controle
Sistema
Informatizado
de Controle
Filtragem do Gás
Digestor
Motor / Gerador
Adubo
Calculo do Investimento e Tempo de Retorno do
Investimento para Uma Instalação de Biogás
Potencia Instalada: 600 kW
Insumos do biogás
Residuos Zootécnicos 50,0 t/d
Biomassa
12,8 t/d
Substância sêca
Substância sêca orgânica
18.250 t/a
4.672 t/a
24,9 %
18,8 %
Instalação de biogás
Biomassa
Fermentador
Posterm./Estoque
448 m3
1.450 m3
3.026 m3
Produção de metano
Redução de volume
Produção de metano
3.326 Nm3/d
2.830 t/a
1.213.835 Nm3/d
Energia Elétrica
Autoconsumo
374.086 kWh/a
Energia Térmica
Venda
4.273.850 kWh/a
Autoconsumo
Venda
3.735.597 kWh/a 1.163.006 kWh/a
Produtos da Instalação de biogás
Investimento
2.544.200,00 €
Energia Elétrica
4.273.850 kWh/a
Energia Térmica
3.375.597 kWh/a
Digerido
20.092 t/a
Retorno do Investimento
Investimento
Financiamento
Taxa de juros
Custo operacional total da instalação
Preço de venda da energia elétrica
Receita total anual, após impostos.
Retorno do investimento
2.800.000 €
20 Anos
6,0%
ao ano
611.655 €
26,6 Cent. € /kwh
895.827 €
6,6 Anos
Bioextrusão
A BIOextrusão é a chave para melhorar os resultados e usufruir do biopotencial
até agora inexplorado (espigas de milho, palha, aparas de grama, etc.).
A BIOextrusão se caracteriza por:
• Lise celular;
• Tratamento termomecânico;
• Aumento da carga orgânica específica;
Vantagens
• Aumento do desempenho global da instalação de biogás
• Redução do consumo elétrico global da instalação de biogás.
Obs.: A lise é o processo de ruptura ou dissolução da
membrana plasmática da célula e à liberação de seu
conteúdo
Capim para
Produção de
Biogás
Instalação para Bioextrusão
Lixo Orgânico
Beterraba
Antes
Rabanete
Depois
Antes
Nabos Vermelhos
Depois
Antes
Frutas
Depois
Restos de Abate
Antes
Depois
Antes
Depois
Desperdício de Alimentos no Brasil
Índices de perdas (%) de frutos “in natura” no
Brasil
Produto
Abacate
Abacaxi
Banana
Laranja
Mamão
Melancia
Manga
Morango
Perdas (%)
26
20
40
22
21
30
25
40
Índices de perdas (%) de hortigranjeiros “in
natura” no Brasil
Produto
Alface
Alho
Batata
Cebola
Cenoura
Chuchu
Couve-flor
Pimentão
Tomate
Repolho
Perdas (%)
45
30
25
21
20
15
50
40
40
35
Segundo dados da Embrapa, 26,3
milhões de toneladas de alimentos
ao ano tem o lixo como destino.
Diariamente, desperdiçamos o
equivalente a 39 mil toneladas por
dia, quantidade esta suficiente para
alimentar 19 milhões de brasileiros,
com as três refeições básicas: café
da manhã, almoço e jantar.
Embrapa, 2.006
Obs.: 20% dos alimentos se perdem, no Brasil, no
processamento culinário e hábitos alimentares
(Instituto Akatu)
Gás de Madeira (Gasogênio)
Gás de síntese (gasógeno, gás de
gasogênio) - é uma mistura
combustível de gases, produzida a
Década de 1940
partir de processos de gaseificação, ou
seja de combustão incompleta de
combustíveis sólidos. Utiliza-se, por
exemplo, madeira, carvão ou outros
combustíveis, geralmente ricos em
carbono, usando oxigênio insuficiente
para a queima completa e (em alguns
casos) vapor de água
Década de 2010
Esquema do Gasificador
Tampa de Segurança
Motor
Carburador
Resfriador de Gás
Madeira
Soprador
Entrada de Ar
Bocais de Ar
Filtro de Gás
Grelha
Tanque de Precipitação
Unidade de
Gasificação
Unidade de
Resfriamento
Unidade de Filtragem
e Carburação
Gás de Madeira
Gerador de gás de madeira vendido na China
Preço FOB: US$ 80,00 (Cerca de R$ 165,00)
Gás de Madeira
Matéria Prima
Armazenagem
Reator
Grupo Gerador
Matriz Energética da Indústria de Papel e Celulose
Aumento do uso do Licor Preto
66,3
70
60
57,5
52,2
47,3
50
40
33,1
30
20
17,9
19
20,8
14,9
18,5
10
0
1
2
3
4
5
Outros
10
3,9
2,4
5,3
1,7
Gás Natural
0
0
6,9
1,9
8
Óleo Combustível
44,6
48,5
6,7
19
5,5
Biomassa
57,5
14,9
19
20,8
18,5
Licor Preto
17,9
33,1
47,3
52,2
66,3
Brasil
Usinas termoelétricas usando licor negro como combustível
Dezembro/2.008
Nome
Licor Negro
Aracruz
Aracruz Guaíba (Riocell)
Bahia Pulp (Ex-Bacell)
Bahia Sul
Celucat
Celulose Irani
Cenibra
Centro Tecnológico Usinaverde
Jari Celulose
Klabin
Klabin Otacilio Costa (Ex- Igaras)
Lençóis Paulista
Nobrecel
VCP-MS
Veracel
Total em Operação
Total em outorga
Grande Total
Estágio
Operação
Operação
Operação
Operação
Operação
Operação
Operação
Outorga
Operação
Operação
Operação
Operação
Operação
Outorga
Operação
Município
Potencia
(kw)
Aracruz - ES
Guaíba -RS
Camaçari - BA
Mucuri - BA
Lajes -SC
Vargem Bonita - SC
Belo Oriente - MG
Rio de Janeiro -RJ
Almerim - PR
Telêmaco Costa - PR
Otacílio Costa - PR
Lençóis Paulista - SP
Três Lagoas - MG
Pindamonhangaba - SP
Eunápolis - BA
Fonte: Aneel
Na indústria papeleira, o Licor negro ou Lixívia negra é um fluido
processual produzido à saída do digestor, um elemento que é responsável
pela cozedura da madeira para retirar componentes indesejáveis ao
processo de fabricação do papel, tais como lenhina, extrativos e cinzas.
210.400
57.000
108.600
92.000
12.500
4.900
100.000
440
5.000
113.250
33.745
25.700
3.200
175.100
126.600
892.895
175.540
1.068.435
Biogás de Aterro
Aterro dos Bandeirantes, Perus, SP - Foto Aérea do Local
A Usina Termelétrica Bandeirantes, inaugurada em janeiro/2.004, foi a primeira usina de geração de energia elétrica
a gás metano do Brasil e a maior do mundo, com capacidade para gerar 175 mil magawatts por ano.
Obs.: O primeiro uso industrial do gás de lixo no Brasil foi através de um consórcio entre a
FOSECO, localizada no Km 15 da Rodovia Raposo Tavares, SP e a COMGAS para uso do gás
em estufas, em 1987. O diretor industrial da Foseco na época era o Prof. Antonio Luiz de
Carvalho
Gases de Efeito Estufa
Usando restos de alimentos como fonte de energia estamos deixando de enviar estes
materiais para um aterro. Quando um alimento apodrece, ele produz metano, um
poderoso gás de efeito estufa, 25 vezes superior ao CO2. A queima do gás de lixo
substitui a queima de combustíveis fósseis, reduzindo ainda mais a emissão de CO2
para a atmosfera.
De um modo geral, estima-se que para cada tonelada de lixo orgânico que vai para
uma instalação de biogás deixa-se de enviar para a atmosfera uma tonelada de CO2.
Instalação de biogás na Suiça
Protocolo de Kyoto
Criado em 1997, obriga as nações desenvolvidas do Hemisfério Norte (chamado de
Anexo 1) a reduzir suas emissões em 5,2%, entre 2008 e 2012, em relação aos níveis
de 1990.
A Conferência do Clima, a COP 18, realizada em Doha, Catar, em Dez/2012, definiu a
revalidação do Protocolo de Kyoto até 2020.
Nesse segundo período do Protocolo de Kyoto, os países da União Europeia,
Austrália e alguns outros - 36 nações entre as mais industrializadas do mundo -, se
comprometem a reduzir suas emissões. Juntos, respondem por 15% das emissões
globais. Seguem de fora os maiores contribuintes do aquecimento global: Estados
Unidos, China, Brasil e Índia. Para piorar o novo acordo, Japão, Rússia, Nova Zelândia
e Canadá decidiram não aceitar o compromisso.
No que se refere ao financiamento dos 100 bilhões de dólares anuais para compor
um fundo climático de apoio aos países em desenvolvimento, mais uma vez nada foi
decidido.
Leilões de Venda de Créditos de Carbono
pela Prefeitura do Município de São Paulo
(Aterros Bandeirantes e São João)
Data do Leilão
Quantidade de
Créditos Leiloados
Valor Arrecadado
(R$ Milhões)
Valor do Crédito
(R$/Credito)
10 Leilão
26/09/2007
808 Mil
R$ 34,05 Milhões
42,14
20 Leilão
25/09/2008
713 Mil
R$ 37,2 Milhões
52,17
30 Leilão
12/06/2012
530 Mil
R$ 4,47 Milhões
8,43
Obs.: Cada crédito de carbono equivale a uma tonelada de
dióxido de carbono (CO2) que deixa de ser lançada na
atmosfera.
Venda de Energia Elétrica Excedente
Exemplo de Caso
No inicio de 2.008 foram selecionados e contratados em decorrência da chamada
pública feita pela Companhia Paranaense de Energia - Copel os seguintes produtores
de energia elétrica:
• Sanepar (potência de 20 kVA na usina termelétrica associada à estação de
tratamento de esgoto Ouro Verde, em Foz do Iguaçu), ao preço de R$ 128,00 o
MWh;
• Granja Colombari (potência de 32 kVA em São Miguel do Iguaçu), ao preço de R$
128,50 o MWh;
• Star Milk (potência de 32 kVA na Fazenda Iguaçu, em Céu Azul), ao preço de R$
129,72 o MWh; e a
• Cooperativa Lar, com contratos a partir de três plantas industriais: de aves em
Matelândia (160 kVA), Unidade Produtora de Leitões, em Itaipulândia (240
kVA), e de vegetais, em Foz do Iguaçu (40 kVA), ao preço de R$ 128,10 o MWh.
Utilização dos Resíduos do Digestor
Os resíduos podem ser
utilizados como
fertilizante ecológico.
Utilização dos Resíduos do Digestor
Vasos bio-degradáveis