Geração de Energia através de Biogás

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CENTRO UNIVERCITÁRIO LEONARDO DA VINCI 
CURSO DE GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA ELÉTRICA 
 
 
ELIAS VERCH 
LEONARDO DE SOUZA 
MATHEUS FELIPE FODI 
SANDERSON MENEZES 
 
 
 
 
 
 
 
GERAÇÃO DE ENERGIA ATRAVÉS DE BIOGÁS 
Produção acadêmica orientada pelo professor Cristiano 
Venturi, apresentada pela matéria de Geração, 
Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Guaramirim 
2020 
 
 
RESUMO 
 
Com foco na geração de energia elétrica renovável, o biogás possibilita a utilização de 
dejetos que seriam descartados como lixo, os quais contaminariam um lugar e também a 
atmosfera sem ganho algum. Com a transformação da fermentação de matéria orgânica em 
energia, a atmosfera continua sendo atingida, mas dessa vez esses gases passam a serem 
utilizados antes de poluírem. 
Por meio de matérias orgânicas que começam a se decompor ou fermentar, alguns gases 
são emitidos, como o dióxido de carbono e metano, esses gases são inflamáveis, os quais são 
utilizados para gerar energia elétrica ou para combustão em carro movidos a biocombustão. 
Esse tipo de geração de energia é muito utilizado em criadouro de animais, os quais 
utilizam os dejetos das criações como o material orgânico, e as sobras viram fertilizantes para 
os pastos e plantações. 
No Brasil e no mundo, cada vez mais esse tipo de tecnologia é utilizado como parte a 
geração de energia elétrica, esse crescimento vem por causa de novas pesquisas que trazem 
mais eficiência e qualidade em usinas biogás. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
SUMÁRIO 
 
1 INTRODUÇÃO ..............................................................................................................4 
2 FONTES DE ENERGIA.................................................................................................5 
3 GERAÇÃO POR DECOMPOSIÇÃO AERÓBICO.......................................................6 
4 POTENCIAL ENERGÉTICO........................................................................................7 
5 BIOGÁS A NÍVEL MUNDIAL E NACIONAL .............................................................8 
6 CONCLUSÃO ..............................................................................................................10 
7 REFERÊNCIAS ...........................................................................................................11 
1. INTRODUÇÃO 
O biogás teve sua descoberta pelo século XVII, por Louis Pasteur através de uma 
mistura de estrume e água, mais tarde, no final do século XIX, passou a ser coletada na 
Inglaterra em estações de tratamento, e começou a ser reaproveitado o esterco para geração 
de energia na Índia na década de 1940. 
Seu uso continua a aumentar em vista de reutilizar materiais orgânicos para geração 
de energia, além de diminuir a emissão de gás metano transformando através da queima em 
água e gás carbônico, e assim não transmite tanto impacto para o meio ambiente assim como 
o gás natural. 
Ao longo dos anos em que a tecnologia está evoluindo o biogás vem junto, sendo cada 
vez mais pensado em ser utilizado no Brasil, afim de diminuir o consumo de diesel para 
geração de energia elétrica e também para um melhor meio ambiente, tendo em vista que todo 
o lixo orgânico gerado pode ser reutilizado. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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2. FONTES DE ENERGIA 
A geração de energia por biogás acontece através de um processo que controla a 
combustão, convertendo energia química (gás) em energia mecânica, que por sua vez ativa 
um gerador, transformando em energia elétrica. O biogás é feito através da mistura de dióxido 
de carbono e metano com bactérias que fermentam o material orgânico, como palhas, fezes 
de animais e até mesmo de humanos, bagaço de vegetais entre outro. 
Porém, como afirma Eduardo Freitas, este tipo de gás tem uma alta concentração de 
metano, que chega até 50% e dióxido de carbono chegando a 30%, sendo considerado até 21 
vezes mais poluente que o próprio gás carbônico. Na figura 1 pode-se observar as etapas de 
um gerador: 
 
 
Figura 1: Etapas de um biodigestor. 
Fonte: Gleysson B. Machado 
 
Nessa ilustração acima o ponto 1 é todo o material orgânico destinado a geração que 
será depositado no ponto 2, que é o tanque de alimentação, depois é transportado para 
fermentador localizado no 3, que por sua fez gera o biogás no 3.1, na sequencia passa por um 
gasômetro que mede a quantidade de gás, e depois vira energia térmica no 3.1.2. Depois de 
ser transformado em biogás no 3.1, vai para um motor gerador localizado no 3.2.1, que 
transforma energia mecânica em elétrica no 3.2.2. O fermentador no ponto 3 na geração do 
biogás gera uma substância chamada de Chorume no ponto 3.2, que vai para um reservatório 
no 3.3 e vira Biofertilizante no estágio 3.4., para este processo, há necessidade de uma 
população de bactéria, pelo fato das etapas 1 e 2 serem mais rápidas que a produção de metano. 
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Existem dois tipos de geração, são eles: aeróbico, contendo oxigênio, e anaeróbico, 
sem oxigênio. 
A digestão anaeróbica recebe este nome por ter bactérias Metanogênicas que geram o 
metano através de excrementos, através do metabolismo por ácido acético como: Archeo-
bacter, Suphovibryum, Thiobacius Sulphuricans, Acetobacter e Metaníferas que trabalham na 
total ausência de gás oxigênio, por isso a necessidade de o biodigestor ser perfeitamente 
vedado. 
Um biodigestor depende de alguns fatores para um bom funcionamento, como a 
temperatura adequada. Para as bactérias que produzem o biogás a melhor faixa de temperatura 
é de 30°C até 45°C, enquanto que, para bactéria mesofílicas poder trabalhar o biodigestor é 
de 50°C até 60ºC, porém, deverá ter a temperatura bem constante, pois para esta temperatura 
as bactéria são termofílicas, alcalinidade e PH, sendo que a alcalinidade influência nas bactéria 
e fungos que produzem os ácidos, diminuindo o PH que levara a uma neutralização da acidez 
reagindo com os carbonetos além de que essas bactérias sobrevivem em uma faixa de PH entre 
7 e 9, e principalmente dependerá do tipo e quantidade do material que servirá para geração 
do biodigestor, assim como dejetos de animais, sendo recomendado o uso do estrume da vaca, 
pois já contém no interior do animal as bactérias Arqueobacter e Metaniferas. Também é 
recomendado o uso de desejos da agroindústria. 
Para a construção, o material deverá ter uma boa resistência a corrosão, pois em meio 
aos processos é gerado gases, e ácidos como o gás sulfídrico (H2S). 
 
3. GERAÇÃO POR DECOMPOSIÇÃO AERÓBICO 
A decomposição da matéria orgânica é feita por alguns processos, o primeiro é feito 
por decomposição aeróbia e ocorre normalmente no período de deposição do resíduo. Após 
este período, a redução do O2 presente nos resíduos dá origem ao processo de decomposição 
anaeróbia. 
O gás de aterro é composto por vários gases, alguns presentes em grandes quantidades 
como o metano e o dióxido de carbono e outros em quantidade em traços. Os gases nos aterros 
são dióxido de carbono (CO2), amônia (NH3), hidrogênio (H2), metano (CH4), gás sulfídrico 
(H25) oxigênio (O2) e nitrogênio (N2). 
Geralmente, a geração de biogás inicia-se após a disposição dos resíduos sólidos, 
encontrando-se registros de metano ainda nos primeiros três meses após a disposição, podendo 
continuar por um período de 20, 30 ou até mais anos depois do encerramento do aterro. O gás 
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proveniente dos aterros contribui consideravelmente para o aumento das emissões globais de 
metano. As estimativas das emissões globais de metano, provenientes dos aterros, oscilam 
entre 20 e 70 Tg/ano, enquanto que o total das emissões globais pelas fontes antropogênicas 
equivale a 360 Tg/ano, indicando que os aterros podem produzir cerca de 6 a 20 % do total de 
metano (IPCC, 1995). 
Objetivo do projeto é fazer o aproveitamento energético do biogás produzido pela 
degradaçãodos resíduos e converte-lo em uma forma de energia útil, como: eletricidade, 
vapor, combustível para caldeiras ou fogões, combustível veicular ou para abastecer 
gasodutos com gás de qualidade. 
 
4. POTENCIAL ENERGÉTICO 
Na geração de energia através de biogás deve-se prestar atenção em alguns parâmetros 
de acordo com a ABiogás, como a produtividade (P(CH4), rendimento (A(CH4), a taxa de 
degradação (MOS), produção do biogás (P(´biogás), produção do metano, sendo expressa em 
Nm³/(m³*d), para esta relação usa-se a seguinte fórmula: 
 
 
FÓRMULA 
 
DESCRITIVO 
 
 
V(CH4) = Produção de Metano [Nm³/d]; 
 Vr = Volume do Reator[m³]. 
 
 
Outro método pode ser feito através da seguinte fórmula disponibilizada por Silva 
(2008): 
 
 
FÓRMULA 
 
DESCRITIVO 
𝐸 = 2. 𝐿0. 𝑅. 𝑘. 𝑒 − 𝑘 . (𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒) 
 
E = Emissões (Metano Gerado por m³) 
L0 = Potencial de geração de biogás (m³ por Kg de 
resíduo) 
R = Resíduos depositados no ano (Kg) 
K = Constante de Geração de Metano 
Idade = Idade média do resíduo (ou do aterro) 
 
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Para o cálculo de emissão por ano de metano deve levar em consideração o poder 
calorífico do biogás, que varia entre 4.000Wh/m³ e 6.000Wh/m³, e depois considerar a 
eficiência da conversão de energia, sendo que no Brasil o mais utilizado é o Otto, estimada 
em 34% de acordo com CEPEA (2004). 
Através de uma pesquisa feita pela ABiogás (Associação Brasileira de Biogás e 
Biometano), foi descoberto que o Brasil deixa de gerar por ano cerca de 115 mil GWh de 
energia que poderia ser reaproveitada pelos resíduos urbanos, pecuária e agroindústria, esse 
valor é de quase 25% da energia consumida em 2015. 
 
5. BIOGÁS A NÍVEL MUNDIAL E NACIONAL 
Cada vez mais o biogás vem ganhando forças e mostrando o seu potencial para se 
tornar um dos três grandes combustíveis do Brasil. O seu progresso tem papel importante no 
equilíbrio entres as fontes de energia, principalmente diante do aumento no consumo de 
eletricidade. 
O Brasil encerrou 2019 com mais de 400 plantas de biogás em atuação, com um ganho 
de crescimento de 40% comparado com o ano passado. 
Para Associação Brasileira de Biogás, o ano foi de muitas conquistas, além de expandir 
as usinas e empreendimentos, o somatório dos investimentos nesse período foi na ordem de 
R$ 700 milhões. Dentre as usinas espalhadas pelo mundo tem algumas de maior destaque, 
assim como: 
Europa: Konnern fornece 15 milhões de metros cúbicos (m³) de biometano por ano à 
rede nacional de gás da Alemanha. A Alemanha teve o primeiro caso de importância a nível 
mundial em relação ao biogás, pois no ano passado acabou a política de subsídio que havia no 
país, com isso está tendo a migração de biogás para o mercado livre. Na Suécia já é utilizado 
como combustível no transporte público o biogás através de efluentes sanitários. Métodos 
parecidos e também muito eficazes são utilizados na Áustria e na França. 
América do Sul: La farfana, a maior estação privada de tratamento de efluentes do 
Chile, responsável por tratar 60% do esgoto gerado em Santiago ou o equivalente a 778 mil 
m³/dia que gera em torno de 60 mil m³ de biogás por dia. De acordo com cálculos feitos pela 
ABiogás, o Brasil contabilizando todos os resíduos gerados pelo saneamento e agroindústria 
poderia gerar perto de 50,4 bilhões de m³/ano de biogás. Com dados disponibilizados pela 
Aneel, no Brasil há 39 usinas de biogás, sendo três de resíduos agroindustriais, quatorze de 
animais e vinte e duas de sólidos urbanos, sendo todas juntas computam uma capacidade de 
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176,753KW, o que equivale a 0,1008% de toda a matriz energética. No estado de São Paulo 
se tivesse total reaproveitamento a partir de aterros sanitários poderia ser capaz de abater a 
30% da energia atual do Brasil, sendo que produz diariamente uma média de 53 mil toneladas 
de lixo, é o que equivale a 70 MW. 
Oriente Médio: Be´er Tuviva é a mais nova e maior usina de biogás de Israel, com 
capacidade de 4 MW, o suficiente para abastecer com energia elétrica 6.000 residências. 
Oceania: A usina Tatura possibilitou a geração de energia elétrica para a cidade, com 
produção de 5.000 MWh por ano. Com potência de 1,1MW, a usina funciona com a geração 
de biogás a partir do esgoto. 
América Central: Em 2011 a Chiquita Brands Inc. instalou uma unidade de geração de 
energia a biogás em sua unidade de Guapiles na Costa Rica. 
Ásia: Aning Starch CNGA produz diariamente 30.000 m³ de biogás, que após a 
purificação converte-se em 21.000 m³ de biocombustível. Beijing Yanqing Deqingyuan Eco-
Garden 2, sozinha, a usina gera 14 milhões de KWh/ano, além de abastecer diversas famílias 
locais com biogás, que é usado no preparo de alimentos. 
América do Norte: A usina de biodigestor de sacramento, Califórnia, recebe 
diariamente 25 toneladas de resto de alimentos vindos de supermercados, restaurante e 
industrias, transformando-os em gás natural, eletricidade e fertilizante agrícola. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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6. CONCLUSÃO 
Analisando todos os aspectos apresentados nesse trabalho, pode-se concluir que a 
geração de energia através do biogás é uma fonte de energia renovável que apresenta grande 
potencial de crescimento, mesmo que no Brasil e na maioria dos outros países o percentual 
dessa geração seja pequeno dentro da matriz elétrica. Porém, diante dos dados coletados de 
pesquisas confiáveis já mencionadas aqui, observa-se que essa porcentagem vem 
aumentando em larga escala nos últimos anos em todo os continentes e a expectativa de 
crescimento para os próximos anos é ainda maior. 
Conforme exposto, é possível gerar energia com os resíduos da agricultura e da 
pecuária, portanto, podemos afirmar que, o biogás é uma ótima alternativa de geração de 
energia para abastecer comunidades isoladas. Além dessa vantagem, também podemos 
considerar sustentável e inteligente o aproveitamento da energia do biogás proveniente de 
aterros sanitários e do tratamento de esgoto, visto que o biogás é uma alternativa que gera 
menos impactos socioambientais quando comparado a outras fontes de energia como, por 
exemplo, o gás natural. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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7. REFERÊNCIAS 
SILVA, C.L.; RABELO, J.M.O.; BOLLMANN, H.A. Energia no lixo: uma avaliação da 
viabilidade do uso do biogás a partir dos resíduos sólidos urbanos. 2008. 62 p. In: IV 
Encontro Nacional da Anppas, Brasília, 2008. 
 
B. MACHADO, Gleysson. Plano de Negócio para Biodigestores. Portal de Resíduos 
Sólidos. 2014. Disponível em: <https://portalresiduossolidos.com/plano-de-negocio-para-
biodigestores/>. Acesso em 08 de outubro. 2020. 
 
FREITAS, Eduardo de. Biogás . Brasil Escola. Disponível em: 
<https://brasilescola.uol.com.br/geografia/biogas.htm>. Acesso em 30 de setembro de 2020. 
 
CENTRO NACIONAL DAS INDÚSTRIAS DO SETOR SUCROENERGÉTICO E 
BIOCOMBUSTÍVEIS. Biogás: produção aumenta 14% no último ano. 2018. Disponível 
em: <http://www.ceisebr.com/conteudo/biogas-producao-aumenta-14-no-ultimo-ano.html>. 
Acesso em 8 de outubro de 2020. 
 
IPCC - Intergovernmental Panel On Climate Changes. Climate Change 1995. Disponível 
em: < https://archive.ipcc.ch/pdf/climate-changes-1995/ipcc-2nd-assessment/2nd-
assessment-en.pdf>. Acesso em 10 de outubro de 2020. 
 
CEPEA – Centro de Estudos Avançados em Economia Aplicada. Estudo do potencial de 
geração de energia renovável proveniente dos “aterros sanitários” nas regiões 
metropolitanas e grandes cidades do Brasil. São Paulo, Março de 2004. Disponível em: 
<htttp://www.cepea.esalq.usp.br/economiaambiental/page.php?id=144>. Acesso em 10 de 
outubro de 2020. 
 
Redação ABEGAS. Primeira usina de biogás do Maranhão inaugurada. Disponível em: 
<https://www.abegas.org.br/arquivos/73886#:~:text=De%20acordo%20com%20dados%20d
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2020.