Cause-and-effects on transport effectiveness

Na pirólise, além do gás de síntese e do char, pode-se obter também resíduo líquido, um óleo combustível, que pode ser utilizado para acionar motores de combustão interna. De forma resumida pode-se afirmar que, desses três processos termoquímicos, derivam cinco produtos intermediários: vapor, gás de combustão, gás combustível, óleo combustível e char, utilizáveis em três tipos de máquinas motrizes: turbina a vapor, motor de combustão interna, e turbina a gás (TOLMASQUIM et al., 2004).

Das três rotas citadas, apenas a incineração é utilizada em escala comercial, porém outras duas, a fusão/vitrificação e a gaseificação por plasma apresentam uso comercial, principalmente no Japão.

As tecnologias relativas à via bioquímica de geração energética pelos RSU estão descritas no tópico a seguir. E aquelas de natureza termoquímica, no tópico 2.5.2.

2.5.1 Conversão bioquímica pela digestão anaeróbica

A digestão anaeróbia ou anaeróbica (DA) é o processo natural de decomposição de resíduos orgânicos, mas serve também para designar as tecnologias que se utilizam desse fenômeno para a recuperação do biogás resultante do processo.

A DA ser dividida em quatro etapas: pré-tratamento, digestão, recuperação do biogás, e destinação final dos resíduos (MME, 2008e). A maioria dos sistemas requer pré-tratamento, que consiste na separação de materiais não biodegradáveis e trituração. Na digestão propriamente dita, a massa é diluída para obter o conteúdo de sólidos desejado, e permanece no interior do reator por um tempo pré-determinado. A calibragem da umidade requer água, que pode ser obtida diretamente dos esgotos ou da rede pública. Além da possibilidade do aproveitamento da umidade dos lodos de esgotos ou pela recirculação do líquido efluente do próprio reator. E a calibragem da temperatura requer um trocador de calor. O biogás obtido é purificado e armazenado em gasômetros. O resíduo da DA pode ter as mesmas destinações das lamas de ETE apresentadas na Figura 4.

O Quadro 12 sumariza os parâmetros que demandam monitoração permanente e simultânea, durante o processo da DA.

Parâmetro Observações A proporção de

sólidos voláteis biodegradáveis

Em geral, resíduos orgânicos de cozinha, com maior umidade, são mais propícios à degradação anaeróbia; e resíduos com alto teor de lignina e celulose, como resíduos de podas e jardinagem, são mais indicados para a degradação aeróbia (compostagem)

Taxa de carga orgânica (TCO)

É a medida da capacidade de conversão biológica de um sistema de DA. A unidade de medida é usualmente kg de sólidos voláteis/m³/dia.

pH As Bactérias anaeróbicas, especialmente as metanogênicas, são sensíveis a condições ácidas do reator, que podem inibí-las.

Temperatura Há basicamente duas faixas de temperatura que resultam em condições ótimas para a produção de biogás: a mesofílica (entre 20°C – 40°C) e a termofílica (entre 50° – 60°C). Os sistemas termofílicos geram até 41 % mais de biogás que os processos mesofílicos.

Relação (C/N) Carbono/Nitrogênio

O valor ótimo para relação C/N está entre 20 e 30.

Tempo de retenção Depende da tecnologia adotada. Em processos mesofílicos varia de 10 a 40 dias. Em termofílicos, 14 dias.

Mistura Depende do tipo de reator e do teor de sólidos contidos no reator. Quadro 12 – Parâmetros do processo de digestão anaeróbica

Fonte: Reichert, 2005, p.3. Elaboração do autor

Os sistemas utilizados em DA variam quanto ao tipo de funcionamento, classificando- se em estágio único, duplo estágio (onde o primeiro serve para hidrólise/liquefação e acetogênese, e o segundo para a metanogênese), e à batelada. Variam também quanto ao teor de sólidos na mistura, em baixo (TS < 15%), médio (TS entre 15% e 20%) e alto (TS entre 22% e 40%), sendo que, via de regra, os sistemas que funcionam com maior volume de sólidos são mais eficientes. Outra diferenciação é o tipo de bactérias adotadas: mesofílicas ou termofílicas (REICHERT, 2005).

O Quadro 13 apresenta as vantagens e desvantagens da DA, comparativamente à utilização simples de aterros sanitários.

Vantagens Desvantagens

 Aumenta a vida útil dos aterros sanitários  Retira a fração orgânica dos RSU, geradora de

odores desagradáveis e lixiviados de alta carga nos aterros sanitários

 Maximiza a coleta de todo o biogás gerado (em

aterros o índice de recuperação é de 30 a 40 %)

 Minimiza a emissão de gases de efeito estufa  Gera produtos valorizáveis: biogás (energia e

calor) e composto

 A natureza (composição) dos resíduos pode

variar dependendo da localização (zona de geração) e da estação do ano

 Uma mistura ineficiente de RSU e lodo de

esgoto pode afetar a eficiência do processo

 Podem ocorrer obstruções de canalização por

pedaços maiores de resíduos, principalmente em sistemas contínuos

Quadro 13 – Vantagens e desvantagens da digestão anaeróbica Fonte: Reichert, 2005, p.6. Elaboração do autor.

Algumas das tecnologias mais utilizadas na DA com suas características são apresentadas no Quadro 14.

Teconologia Características

Valorga reator vertical alimentado pela base. De estágio único, alto TS, e funciona tanto na fase mesofílica como na termofílica, apresenta tempo de retenção médio de 21 dias. E produz de 80 a 160 Nm3 de biogás portonelada de resíduo

Dranco reator vertical alimentado pelo topo. De estágio único, alto TS, bactérias termofílicas, retenção de 13 a 30 dias, produção de 100 a 200 m3/t

BTA reator vertical. De estágio único ou duplo. Baixa TS. Produção de 80 a 120 m3/t WAASA reator vertical. De estágio único. Baixa TS. Produção de 100 a 150 m3/t. Temperatura

mesofílica e termofílica. Retenção de 20 dias (mesofílica) e 10 dias (termofílica) Kompogas cilindro horizontal com rotação. De estágio único. Alto TS. Produção de 130 m3/t.

Temperatura mesofílica e termofílica. Retenção de 15 a 20 dias

Linde-KCA reator horizontal para altas TS e vertical para baixas TS. De estágio único ou duplo. Produção de 100 m3/t

Quadro 14 – Algumas das tecnologias mais utilizadas na digestão anaeróbica Fonte: Reichert, 2005, p.14. Elaboração do autor

O biogás pode ser utilizado como energético nas máquinas motrizes, que exigem do combustível parâmetros específicos de funcionamento, com relação à vazão, composição química e poder calorífico (COELHO, 2006). Por sua vez, a eficiência da geração elétrica dependerá da máquina motriz escolhida. O Quadro 15 apresenta algumas destas características, de forma comparativa.

Parâmetro Motores de

combustão interna

Turbinas a gás Turbinas a vapor

Tamanho do projeto (MW) > 1 > 3 > 8

Necessidade de biogás (m3/dia) > 17,7 > 56,6 > 141,9 Custos de capital (US$/kW) 1.000 – 1.300 1.200 – 1.700 2.000 – 2.500

Custos de O & M58 (US$/kWh) 1.8 1.3 – 1.6 1.0 – 2.0

Eficiência elétrica (%) 25 – 35 20 – 28

26 – 40 (CC59)

20 – 31

Potencial de cogeração Baixo Médio Alto

Vantagens Baixo custo;

alta eficiência; tecnologia mais

comum

Resistente à corrosão; baixo custo O&M; pequeno espaço físico;

baixa emissão NOx Resistente à corrosão; permite controlar a composição e o fluxo do gás Quadro 15 – Parâmetros para a escolha da tecnologia de geração elétrica a partir do biogás Fonte: Oliveira, 2004, p. 31.

Segundo Hazra e Goel (2009), as opções de geração de biogás são bem sucedidas apenas em plantas de grande escala, com equipamentos de boa qualidade, e com a disponibilidade de adequadas competências técnicas e de gestão. Nas plantas de pequena e

58 _{O&M: operação e manutenção} 59 _{Ciclo combinado de gás e vapor}

média escala, a geração de biogás sofre com problemas como flutuações na qualidade e na quantidade do gás.

Utilização da DA em grande escala deverá ocorrer no Paraná, onde a cidade de Curitiba e região metropolitana formaram o consórcio Sistema de Tratamento e Processamento de Resíduos (SIPAR), ao amparo das leis nº 11.107/05 e 11.079/04. O projeto prevê o tratamento das 2.400 t/dia com deposição máxima de 15% em aterro sanitário, para aqueles materiais que não contam com tecnologia disponível para tratamento. Os 85% restantes deverão ter aproveitamento na biodigestão, compostagem, reciclagem ou transformação em insumos energéticos. Há exigência do edital da não geração de chorume, nem descarte de efluentes líquidos, que deverão ser reutilizados dentro da planta. Pela proposta os 17 municípios integrantes do SIPAR farão a coleta e encaminharão o material para a usina, onde o lixo passará por triagem mecanizada, antes da triagem humana (USINA ..., 2009).

No âmbito dos resíduos rurais, a DA é utilizada em biodigestores para a geração elétrica a partir dos dejetos de animais. Segundo relatório da Organização das Nações Unidas para Agricultura e Alimentação (FAO), elaborado em parceria com a Itaipú Binacional, a criação de bois, porcos e aves confinados podem gerar um bilhão de kWh/mês60, suficiente para abastecer uma cidade de até 4,5 milhões de habitantes (BRAGA, 2009). A empresa Sadia S.A., com investimentos de R$ 90 milhões, tem biodigestores instalados em mil fazendas de engorda de porcos de cinco diferentes estados, no programa Suinocultura Sustentável Sadia (LUZ, 2008 e JURGENFELD, 2009).

A adoção da tecnologia DA oferece vantagens bastante consistentes do ponto de vista ambiental, pois reduz os volumes de resíduos resultantes do processo a proporções inferiores a 35% da inicial (MME, 2008e), que pode ser utilizado como fertilizante agrícola, ou para processos termoquímicos, pois ainda apresenta potencial energético para exploração; e evita a ocorrência do chorume e liberação de metano para a atmosfera, pois o processo ocorre em ambiente fechado. Do ponto de vista social, por utilizar apenas a parte orgânica do lixo, maximiza a reciclagem, com geração de emprego e renda na etapa de pré-tratamento, onde são separados os recicláveis. Do ponto de vista econômico, o investimento em plantas DA é bastante inferior ao das plantas ULE, porém sua eficiência para geração elétrica, entre 120 e 290 kWh por tonelada de RSU, dependendo do conteúdo energético do lixo utilizado (MME, 2008e), é bastante inferior ao da incineração. A significativa diferença de valores entre os

custos de capital, e a posterior possibilidade de geração de fluxo de caixa, faz com que a escolha do investimento não seja uma decisão simples.

As peculiaridades da recuperação de biogás a partir dos aterros sanitários são apresentadas na seção 2.6, pelo fato da sua extração ocorrer após a disposição final. O próximo tópico foca as rotas tecnológicas de aproveitamento dos RSU, porém agora por conversão termoquímica.