BIOGÁS UTILIZAÇÃO DE RESÍDUOS DE ATERROS SANITÁRIOS PARA TRANSFORMAÇÃO EM ENERGIA ELÉTRICA LIMPA

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CURSO DE GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA ELÉTRICA TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO
BIOGÁS: UTILIZAÇÃO DE RESÍDUOS DE ATERROS SANITÁRIOS PARA TRANSFORMAÇÃO EM ENERGIA ELÉTRICA LIMPA
Leandro 
Rio de Janeiro NOVEMBRO/2020
 (
CENTRO
 
UNIVERSITÁRIO
 
AUGUSTO
 
MOTTA
)
BIOGÁS: UTILIZAÇÃO DE RESÍDUOS DE ATERROS SANITÁRIOS PARA TRANSFORMAÇÃO EM ENERGIA ELÉTRICA LIMPA
Leandro
Trabalho acadêmico apresentado ao Curso de Engenharia Elétrica do Centro Universitário Augusto Motta (UNISUAM), como requisito parcial para a obtenção do título de Bacharel em Engenharia Elétrica.
Orientador: M. Sc. Roberto da Silva
Rio de Janeiro NOVEMBRO/2020
 (
CENTRO UNIVERSITÁRIO AUGUSTO MOTTA
 
CURSO DE
 
ENGENHARIA ELÉTRICA
TRABALHO
 
DE
 
CONCLUSÃO
 
DE
 
CURSO
)
BIOGÁS: UTILIZAÇÃO DE RESÍDUOS DE ATERROS SANITÁRIOS PARA TRANSFORMAÇÃO EM ENERGIA ELÉTRICA LIMPA
Leandro 
APROVADOS EM: 	
BANCA EXAMINADORA:
Roberto Cruz Da Silva, M.Sc. – Orientador
Jurandyr de Souza Cunha Filho, D.Sc.
Cláudio Márcio do Nascimento Abreu Pereira, D.Sc.
Rio de Janeiro NOVEMBRO/2020
Dedicamos esta graduação a todos que nos ajudaram ao longo desta caminhada. Aos nossos familiares que nos apoiaram, pois sem seus esforços não estaríamos nos formando. Ao universo por colocar pessoas que puderam nos acrescentar ao longo do curso, como nosso querido orientador professor Roberto Cruz da Silva e aos demais professores que nos proporcionaram um pouco dos seus conhecimentos durante a graduação. Em especial, dedicamos esta conquista as nossas esposas que sempre estiveram nos incentivando a nunca desistir dos nossos sonhos.
 (
DEDICATÓRIA
)
Agradecemos primeiramente a Deus por ter nos mantido na trilha certa durante toda a graduação com saúde e forças para chegarmos até o final. Somos gratos também aos nossos familiares pelo apoio e incentivo durante nossa trajetória ao longo da graduação. Deixamos um agradecimento em especial ao nosso orientador professor Roberto Cruz da Silva, pelo incentivo e pela dedicação do seu escasso tempo ao nosso TCC. Também queremos agradecer aos nossos colegas de classe, à Universidade UNISUAM e a todos os professores do nosso curso pela elevada qualidade do ensino oferecido.
 (
AGRADECIMENTOS
)
“Consagre ao Senhor tudo o que faz, e os seus planos serão bem-sucedidos. ”
Bíblia Sagrada - Provérbios 16:3
 (
EPÍGRAFE
)
Leandro. Biogás: Utilização de Resíduos de Aterros Sanitários para Transformação em Energia Limpa. 53 p. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Elétrica) – Centro Universitário Augusto Motta, Rio de Janeiro, 2020.
RESUMO
Este trabalho descreve uma pesquisa sobre a utilização de resíduos de aterros sanitários para aproveitamento em energia limpa. Tal abordagem se justifica necessária para mostrar que o aproveitamento da energia do biogás proveniente de aterros sanitários representa uma destinação inteligente e sustentável de certa forma, aos resíduos e impede que o metano proveniente da decomposição da matéria orgânica, ao passar por um processo de queima, seja liberado para a atmosfera transformado em gás carbônico. O objetivo principal desse estudo será propor um estudo de viabilidade econômica para a introdução de um sistema de energia limpa através da geração de energia a partir do biogás como caminho alternativo para a melhor administração dos despejos sólidos urbanos, através de revisões bibliográficas. Dessa forma, esse trabalho será seguido de referências bibliográficas e pesquisa para descrever um local em que a energia do biogás é apresentada como uma alternativa que não gera tantos impactos socioambientais, pois biogás torna-se uma fonte de energia renovável. Em suma, os aterros sanitários são considerados atualmente uma das alternativas mais interessantes para geração de biogás.
Palavras-chave: Sustentabilidade. Biogás. Aterro Sanitário. Resíduos.
 (
Leandro
. Biogas: Use of Sanitary Landfill
 
Waste for Transformation into Clean Energy. 53 p. Monograph (Graduation in Electrical
 
Engineering)
 
– Centro Universitario
 
Augusto
 
Motta, Rio
 
de Janeiro, 2020.
)
ABSTRACT
 (
This work describes a research on the use of landfill waste for use in clean energy. Such an
 
approach
 
is
 
justified
 
as
 
necessary
 
to
 
show
 
that
 
the
 
use
 
of
 
biogas
 
energy
 
from
 
landfills
 
represents
 
an
 
intelligent
 
and
 
sustainable
 
destination
 
in a
 
certain
 
way,
 
to
 
waste
 
and
 
prevents
 
methane
 
from
 
the decomposition of organic matter, when going through a burning process, be released into
 
the atmosphere transformed into carbon dioxide. The main 
objective of this study will be to
 
propose
 
an
 
economic
 
feasibility
 
study
 
for
 
the
 
introduction
 
of
 
a
 
clean
 
energy
 
system
 
through
 
the
 
generation of energy from biogas as an alternative way for the better management of urban
 
solid waste, through bibliographic reviews. Thus, this work will be followed by bibliographic
 
references and research to describe a place where the biogas energy is presented as an
 
alternative that does not generate as many socio-environmental impacts, as 
biogas becomes a
 
renewable
 
energy
 
source.
 
In
 
short,
 
landfills
 
are
 
currently
 
considered
 
one
 
of
 
the
 
most
 
interesting
 
alternatives
 
for the generation of biogas.
)
 (
Keywords
:
 
Sustainability.
 
Biogas.
 
Landfill.
 
Waste
.
)
Figura 1: Esquema da Captação e Tratamento do Biogás	11
Figura 2: A organização de um Aterro Sanitário	17
Figura 3: Usina de Compostagem	20
Figura 4: Vista geral do Aterro/ 2016	23
Figura 5: Vista geral do aterro, setembro de 2017	23
Figura 6:Vista geral do tratamento do chorume, setembro 2017	23
 (
LISTA
 
DE
 
FIGURAS
)
Equação 1: Determinação do Carbono Orgânico Degradável	24
Equação 2: Determinação do Carbono Orgânico Degradável	24
Equação 3: coeficientes B e C foram unidos	25
Equação 4: Média entre coeficientes B e C	25
Equação 5: Cálculo do DOCf	26
Equação 6: DOC e DOCf calculados e estimando F	26
Equação 7: Densidade do Metano	26
Equação 8: Vazão do Metano	28
Equação 9: Potência Gerada	30
Equação 10: Fluxo de Resíduos (RX)	35
 (
LISTA DE
 
EQUAÇÕES
)
Tabela 1: Produtos e seu tempo de Degradação	13
Tabela 2: Valores dos Coeficientes para Cálculo do DOC	25
Tabela 3: Histórico de Deposição de Resíduos	26
Tabela 4: Vazão de Metano (m³CH4/Ano)	27
Tabela 5: Potências Geradas em MW	29
Tabela 6: Energia gerada em KWh/mês	31
Tabela 7: Comparação das Tecnologias de Conversão	33
 (
LISTA DE
 
TABELAS
)
Gráfico 1: Destinação final do lixo no Brasil	15
Gráfico 2: Energia gerada em KWh/mês	32
 (
LISTA DE
 
GRÁFICOS
)
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO	1
1.1. Apresentação do Problema	1
1.2. Definição do Problema	1
1.3. Objetivo	1
1.4. Motivação	2
1.5. Justificativa e Relevância	2
1.6. Trabalhos Relacionados e Contextualização	2
1.7. Metodologia	3
1.8. Organização do Texto	4
2. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA	5
2.1. Resíduos Sólidos	5
2.2. Energia e sua Importância	5
2.3. Problemas decorrentes do uso de Combustíveis Fósseis	6
2.4. Energias Renováveis	6
2.5. Biogás	7
3. METODOLOGIA ADOTADA	8
3.1. Contexto atual	8
3.2. Geração de Energia Elétrica a Partir de Biogás	9
3.2.1. Sistema de tratamento do biogás	9
3.2.2. Sistema do Soprador	9
3.2.3. Sistema de Desumificação	10
3.2.4. Pontos de Regularização e Coletores	10
3.2.5. Sistema de Queima do Biogás em Flares	10
3.3. Geração de Energia Elétrica a Partir de Resíduos Sólidos	11
3.3.1. Definição dos Resíduos Sólidos Urbanos	11
3.3.2. Degradação dos resíduos sólidos	12
3.3.3. Caracterização dos resíduos sólidos urbanos	13
3.4. Aterros Sanitários	15
3.4.1. Funcionamento de um Aterro Sanitário	16
3.4.2. Coleta, Extração e Tratamento do Biogás em Aterro Sanitário	17
3.5. Usina de Incineração do Lixo	18
Usina de Compostagem do Lixo	20
PROPOSTA DE GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA	22
Aterro Sanitário pesquisado com aproveitamento do Biogás	22
Determinação da Quantidade do Biogás Gerada	24
Determinação da Potência Gerada	28
4.4. Determinação da Energia Gerada30
4.5 Definição da Melhor Tecnologia a ser Utilizada	32
Resolução Normativa nº 482 - ANEEL	34
Viabilidade Econômica	35
CONSIDERAÇÕES FINAIS	36
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS	37
1. INTRODUÇÃO
1.1. Apresentação do Problema
Os resíduos sólidos ou lixos que são produzidos todos os dias nas residências, no trabalho ou em qualquer outro ambiente contamina o meio ambiente e piora a situação dos aterros sanitários em todo o país recebendo cada dia mais quantidades enormes de resíduos, piorando muito mais a situação em cidades que nem sequer existe um aterro sanitário, em locais assim o que existe é um local para despejo desses lixos e muitos ficam a céu aberto sem nenhum tipo de tratamento, ocasionando proliferação de animais e insetos além do mal cheiro e subsequentemente doenças (LAY-ANG, 2018).
1.2. Definição do Problema
Um aterro sanitário acompanha o conceito de limitar os resíduos sólidos à uma mínima área admissível e encolhe ao menor tamanho possível, tapando-os com uma base de terra ao final do expediente de trabalho ou em intervalos mais reduzidos se assim se tornar necessário. Deve ser vedado através de impermeabilização ou outro meio eficaz e possuir acesso limitado, ter a acumulação de lixo regulada e saber que tipos de resíduos estão sendo colocados no local. Na maior parte, os aterros sanitários são construídos em regiões longe dos centros urbanos pelo mau cheiro e principalmente pelo risco de contaminação que pode ocorrer pela infiltração do chorume (líquido que contém elementos tóxicos) que verte do lixo para o solo e fluentes d’água. (LAY-ANG, 2018).
1.3. Objetivo
Produzir um estudo de viabilidade econômica para a introdução de um sistema de energia limpa através da geração de energia a partir do biogás como caminho alternativo para a melhor administração dos despejos sólidos urbanos, através de uma revisão bibliográfica.
 (
7
)
1.4. Motivação
A construção deste trabalho visa implementar a possibilidade de geração de energia sustentável e limpa. Graças ao aumento da população e consequente de uma geração maior de lixo (modificado de Proin/Capes & Unesp/ICGE, 1999), pode-se fundamentar este trabalho pela necessidade de tratamento apropriado para rejeitos proporcionando o avanço sustentável, e uma alternativa para matriz energética brasileira. A matriz energética brasileira representa o conjunto de recursos energéticos (fontes de energia) utilizados no país para suprir sua demanda de energia. O consumo de fontes de energia não renováveis (fontes que se esgotam com o tempo) é maior que o de fontes renováveis (fontes que se renovam na natureza em um curto espaço de tempo). Apesar disso, o Brasil possui uma das matrizes energéticas mais renováveis do mundo.
1.5. Justificativa e Relevância
É plausível dizer que este estudo contribui para o empenho que visa encontrar respostas e soluções para a alteração climática global podendo este trabalho complementar estudos referentes à redução de gases de efeito estufa. É possível justificar também com a necessidade de atenção devida pelo acréscimo da demanda de energia elétrica pelo crescimento da população, além de economia no gasto de energia elétrica proveniente de origens não renováveis. Algumas fontes não renováveis de energia, como o petróleo e o carvão mineral, são responsáveis por grande parte da emissão (liberação) de gases de efeito estufa na atmosfera, visto que estas fontes são combustíveis (precisam ser queimadas para gerar energia) e liberam gases poluentes, que impactam a saúde e o meio ambiente.
1.6. Trabalhos Relacionados e Contextualização
A Universidade Estadual de Campinas – SP, descreveu um estudo da geração de biogás no aterro sanitário Delta em Campinas – SP, e a conclusão deste estudo foi mostrar a quantidade de energia potencial que o local teria para produzir numa faixa de 3 anos e de que maneira poderia ser extraído este potencial elétrico além das grandes vantagens do uso desse combustível. (ENSINAS - UNICAMP, 2003).
Universidade do Estado do Rio de Janeiro (UERJ), desenvolveu uma Análise de Viabilidade Técnica e Econômica da Geração de Energia Através do Biogás de Lixo em Aterros Sanitários. O objetivo geral deste trabalho foi mostrar a economia para o município através do uso do biogás, a redução dos resíduos tóxicos e do impacto ambiental que o mesmo possa vir causar e verificação no que se diz respeito das leis vigentes na área ambiental. (ABREU - UERJ, 2009).
Universidade de Passo Fundo – RS, descreveu um procedimento para análise da viabilidade econômica do uso do biogás de aterros sanitários para geração de energia elétrica: aplicação no aterro Santa Tecla. O trabalho em questão foi feito sobre o aterro Santa tecla, teve enfoque a preocupação sustentabilidade através de fonte de energia limpa, mostrando que o Brasil mesmo tendo a energia hídrica em baixo custo é de suma importância o investimento em novas fontes de energias renováveis. O mesmo estudo apresentou dados de valores econômicos que a utilização do biogás poderá trazer, mas posteriormente mostrou que devido ao valor da moeda Real em comparação ao Dólar este investimento se torna pouco atrativo até mesmo por ser algo ainda em surgimento no país. (VANZIN - UPF, 2006).
Após análises dos trabalhos acima mencionados, o foco deste projeto será abordar em uma maneira ampla o impacto que usinas utilizando o biogás de aterros sanitários poderão trazer de benefícios para o país. Se será rentável ou não, se irá melhorar a qualidade de vida e o quanto beneficiará a população até mesmo com criação de novos empregos.
1.7. Metodologia
A metodologia usada nesse estudo será feita através de revisões bibliográficas, que consiste em possibilitar melhor familiarização sobre um determinado assunto, gerar a estruturação de hipóteses e proporcionar a delimitação de uma temática e de seus objetivos, tornando o problema mais explicito além da preocupação em identificar os fatores que determinaram ou contribuíram para a ocorrência dos fenômenos (LAKATOS et al., 2003). Através de literatura e referências bibliográficas será abordado o uso do biogás como energia limpa e renovável, analisando o impacto no meio ambiente. O embate do aterro sanitário e lixões. Será abordado também o processo da fabricação da energia através dos resíduos sólidos.
1.8. Organização do Texto
Este trabalho é apresentado em cinco capítulos. No primeiro capítulo refere-se a parte introdutória do estudo, onde são apresentados os objetivos, a justificativa, metodologia e a estrutura do estudo.
No segundo capitulo será descrito a fundamentação teórica que servirá como base para pesquisa e estudo do trabalho.
No terceiro capítulo é abordado a metodologia do trabalho e o contexto atual do biogás como energia de fontes renováveis, sua importância e o gerenciamento de resíduos sólidos.
No quarto capítulo será descrita a proposta de geração de energia elétrica e as possibilidades de uso do biogás de acordo com a legislação e normatização do setor elétrico e de gás natural.
O quinto e último capítulo descreve as considerações finais a respeito dos objetivos já definidos anteriormente, seguido das referências bibliográficas.
2. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
2.1. Resíduos Sólidos
Nas últimas 4 décadas, países desenvolvidos avançaram em relação ao que se diz respeito a resíduos sólidos, progredindo do status de remoção dos resíduos de um local para depositá-los em outro, em que a prioridade é a não geração ou redução significativa. As utilizações de processos de tratamento mais eficazes trazem vantagens como maximização da reciclagem de materiais e valorização da recuperação energética. Desta maneira proporciona-se a disposição mais segura em termos de saúde pública, economia e preservação do meio ambiente (CASSINI et al., 2003).
Porém, nos países em desenvolvimento, como no Brasil, a evolução no conceito de resíduos sólidos, veio à tona somente nas últimas 3 décadas. Alguns municípios, comunidades organizadas, indústrias e governos locais passaram a se mobilizar e induzir a segregação e classificaçãodos resíduos nas fontes geradoras (IBGE, 2010).
Nos centros urbanos, os principais problemas enfrentados no âmbito socioeconômico e ambiental, estão ligados ao gerenciamento de resíduos sólidos, apresentando como pontos críticos a coleta, segregação e destinação (CASSINI et al., 2003).
2.2. Energia e sua Importância
A energia é um recurso fundamental para a manutenção da vida no planeta. Sua escassez é tida como tema em discussões envolvendo a sociedade atual, a indústria e as lideranças governamentais (GOLDEMBERG e PALETTA et al., 2012).
A evolução da sociedade vem sendo apontado como principal motivo para o aumento do consumo de recursos naturais, causando sua escassez. Esse fato torna imprescindível a busca por maneiras mais eficientes de extração, aproveitamento, manejo e utilização de tais recursos. A busca por fontes de energias que causem o mínimo de impacto ao meio ambiente, é o principal objetivo de muitas pesquisas relacionadas à área de energias (GOLDENBERG et al., 2007).
De acordo com dados levantados por Capaz et al. (2014), em 2012 a população mundial consumiu cerca de 522,3 EJ (Exajoules) de energia, sendo que cerca de 91% provém de recursos não renováveis, e apenas 8,6% são obtidos de fontes renováveis. Nos países
desenvolvidos, a participação de energias renováveis na matriz energética não foi superior a 5%, em decorrência do baixo custo e disponibilidade das fontes não renováveis.
2.3. Problemas decorrentes do uso de Combustíveis Fósseis
O Grande problema dos combustíveis fósseis é evidenciado pelos investimentos cada vez mais elevados para extração, e principalmente pela exaustão das reservas desses recursos. Nesse contexto, fica clara a importância em buscar e desenvolver energias renováveis, que contribuam para a redução da dependência imposta pelo petróleo, já que o meio ambiente é impactado, seja pela sua extração, ou seja pela poluição decorrente do seu uso (GOLDEMBERG e PALETTA et al., 2012).
No Brasil, a geração de energia elétrica é proveniente principalmente do potencial hidráulico, seguido pela geração térmica. Contudo, o país também dispõe de outras fontes alternativas para geração de energia elétrica, e dentro destas destaca-se a biomassa (ANEEL, 2008).
2.4. Energias Renováveis
Fontes renováveis de energia são aquelas provenientes de fontes renováveis ou que se regeneram com certa rapidez na natureza. Exemplos de fontes renováveis são o potencial hidráulico (quedas d’água), eólico, energia das marés, radiação solar, calor do centro da Terra. Neste contexto, também se enquadra a biomassa, que engloba diversas subcategorias como lenha, biocombustível, resíduos agrícolas e o biogás (GOLDEMBERG et al., 2007).
O Brasil tem todo potencial para se destacar no cenário de produção de biogás, pois possui enorme potencial de resíduos agrícolas como vinhaça, palha e bagaço de cana- de- açúcar, palha de arroz, caroço de algodão, bagaço e caroço de frutas, além de resíduos urbanos como lixo, esgoto, resíduos de podas e capinas, e dejetos de animais, caso dos bovinos, suínos, frangos e até de peixes (Jornal da Bioenergia, 2016).
De acordo com o levantamento inédito, chamado de Atlas Brasileiro de Emissões de GEE e Potencial Energético na Destinação de Resíduos Sólidos, atualmente o Brasil conta com 22 projetos que preveem o aproveitamento energético do biogás, o que equivale a uma capacidade instalada de 254 MW (Jornal da Bioenergia, 2016).
2.5. Biogás
O biogás é uma fonte de energia alternativa que tem mostrado força nas últimas décadas, por ser uma fonte de energia limpa, de baixo custo e que contribui com a redução do volume de resíduos sólidos encaminhados para aterros. Porém a utilização do biogás não deve ser tida como a solução para os problemas energéticos do país, mas como uma complementação para a matriz atual, que deve ser composta por várias fontes alternativas (Lora & Venturini et al. (2012).
O uso de resíduos para geração de biogás traz vários benefícios diretos. Tais como a diminuição da emissão de Gases de Efeito Estufa (GEE), a preservação do solo, mananciais e águas subterrâneas, bem como a redução do volume de resíduos enviados para aterros sanitários ou industriais. Estas características contribuem diretamente para redução de impactos locais, regionais e globais. Atrelados os benefícios diretos, também se destacam os benefícios indiretos, como incentivos ao desenvolvimento tecnológico e geração de empregos (LORA & VENTURINI et al., 2012).
Um ponto negativo do biogás é a densidade baixa do metano, que dificulta sua liquefação, fazendo com que ocupe volumes elevados, dificultando o armazenamento e transporte (RORATTO et al., 2014). A Associação Brasileira de Biogás e Biometano (Abiogás) considera que o potencial nacional é aproximadamente de 20 bilhões de metros cúbicos ao ano nos setores sucroalcooleiro e na produção de alimentos. No setor de resíduos sólidos, saneamento básico e esgotos domésticos gira em torno de três bilhões de metros cúbicos ao ano (CIBIOGÁS, 2015).
3. METODOLOGIA ADOTADA
A pesquisa que serviu como base para esse estudo foi desenvolvida através de revisão bibliográfica sobre um aterro localizado no interior do estado do Rio de Janeiro, no Centro de Tratamento de Resíduos (CTR Rio), o CTR Rio fica a 75 km da capital, iniciou suas operações em 20 de abril de 2011 e tem a expectativa de vida útil de 18 anos. Em um terreno com mais de 2 milhões de m². Em 2011 recebia 5,8 mil ton/dia de resíduos sólidos, 7 mil ton/dia em 2012 e com o fechamento do lixão de Gramacho passou para 9 mil ton/dia (2013), atualmente recebe cerca de 10 mil toneladas de resíduos coletados em Seropédica, Itaguaí e Rio de Janeiro, em sua grande maioria resíduos sólidos de classe II.
3.1. Contexto atual
Atualmente existe preocupação em relação aos impactos ambientais provocados pela produção de resíduos sólidos, o que contribui para incrementar as mudanças climáticas já em curso. Ao serem dispostos em aterros sanitários, os resíduos sólidos geram biogás, produto da decomposição anaeróbica dos compostos orgânicos de origem animal ou vegetal.
A pesquisa para execução desse trabalho estudou todo o projeto ambiental, que foi planejado e executado para garantir que o solo e o ar não fossem contaminados. A implantação possui tecnologia de ponta, sendo um dos centros de tratamento mais avançados de toda a América Latina. Garantindo a proteção do meio ambiente local, o solo do aterro recebeu tripla impermeabilização de base reforçada, utilizando argila e dupla camada de mantas de polietileno de alta densidade e utilização de sensores eletrônicos que podem detectar qualquer tipo de anomalia no sistema de impermeabilização. Desta forma, evita-se que o chorume gerado pela decomposição dos resíduos entre em contato com o solo. O líquido de cor escura e tóxico é captado e enviado para tratamento na Estação de Tratamento de Chorume dentro (ETC), do CTR Rio. Três lagoas artificiais foram construídas para receber o chorume proveniente das camadas de lixo enterradas sob a grama. Tubulações subterrâneas levam o líquido até as lagoas, que têm área de 2 mil metros cúbicos, o chorume vira água de reúso.
3.2. Geração de Energia Elétrica a Partir de Biogás
O sistema de captação pode ser adaptado nos drenos, que consiste na impermeabilização da parte superior dos drenos, instalação de um cabeçote e interligação ao sistema de coleta. As tubulações provenientes dos drenos são interligadas a pontos de regularização de fluxo ou manifolds e estes são interligados a uma linha principal, que conduz o biogás para os sistemas de queima ou reaproveitamento energético. A força motriz para a extração do biogás é a pressão negativa gerada por um soprador, ao qual a linha principal está interligada.
Na linha de entrada do sistema, a vazão de biogás é controlada diretamente por uma válvula borboleta e indiretamente por um inversor de frequência acoplado ao motor do soprador, o qual é acionado através de um transmissor de pressão, instalado na linha de sucção. Assim, o inversor de frequênciaregula o ponto de operação do motor do soprador em função da pressão, mantendo a vazão do processo constante. Na mesma linha normalmente é instalado um termômetro, com a finalidade de indicar localmente a temperatura do gás no interior da tubulação (ICLEI – Brasil, 2009).
3.2.1. Sistema de tratamento do biogás
A primeira etapa de tratamento do biogás extraído ocorrerá pela passagem do mesmo através de um filtro, para a remoção de material particulado eventualmente arrastado juntamente com o gás. A montante e a jusante deste filtro são instalados medidores de pressão (vacuômetros) que possibilitam o monitoramento do aumento da perda de carga e permitem identificar o momento da troca do elemento filtrante. Após passagem pelo filtro, o biogás é encaminhado a um tanque separador de líquidos, denominado desumidificador (ICLEI – Brasil, 2009).
3.2.2. Sistema do Soprador
O biogás já isento de partículas sólidas e de gotículas líquidas, passa então pelo soprador e é encaminhado para a queima controlada no flare ou para outros sistemas de aproveitamento energético. O soprador tem a finalidade de succionar o biogás do interior do aterro (ICLEI – Brasil, 2009).
3.2.3. Sistema de Desumificação
O sistema de desumificação mais utilizado é o demisters, que têm a finalidade de segregar eventuais gotículas de líquidos contidos no biogás, evitando seu aporte para os sopradores do sistema de extração de gases.
O princípio de funcionamento consiste em reduzir significativamente a velocidade do fluído nos separadores, permitindo a formação de gotículas, que se acumulam na parte inferior do tanque. Essa fase líquida deverá ser drenada por gravidade para um tanque de coleta de condensado e deste é bombeado para o sistema de coleta de chorume para ser tratado juntamente com o mesmo (ICLEI – Brasil, 2009).
3.2.4. Pontos de Regularização e Coletores
Os Pontos de Regularização (PRs) são ligados diretamente aos coletores principais. Uma válvula borboleta na saída de cada manifold deve ser instalada para controlar o fluxo de cada conjunto constituído por, no máximo, 10 poços. Pontos de amostragem devem ser instalados em cada tubulação ligando os poços aos PRs, permitindo assim determinar as velocidades, temperaturas e umidade do gás com o uso de um anemômetro portátil.
Para a tomada de amostras de gás são previstas válvulas de amostragem em cada tubulação ligada aos Pontos de Regularização de Fluxo. O gás extraído do aterro é 100% saturado, o que resulta no fato de que cada m³ de gás contém aproximadamente 60 a 100 ml de condensado. No ponto de saída dos drenos a temperatura do gás estará entre 40°C e 50°C. Pelo resfriamento ao longo da tubulação instalada sobre o aterro, será gerado condensado em grande quantidade (por exemplo, a redução da temperatura de 50° para 25°C gera cerca de 60g de condensado por m³).
Uma vez que toda a tubulação deverá ser instalada com caimento de no mínimo 3%, o líquido será direcionado até os pontos mais baixos do sistema. Para evitar o entupimento dos tubos e a perda de vácuo nas linhas, devem ser previstos nestes pontos drenos com sifões, para permitir que o condensado refiltre no depósito do lixo (ICLEI – Brasil, 2009).
3.2.5. Sistema de Queima do Biogás em Flares
É um dispositivo utilizado na ignição e queima do biogás. Independentemente da utilização energética escolhida para o biogás, recomenda-se a instalação de Flares, podendo ser
abertos (vela) ou enclausurados. Isto porque, em caso de falha no sistema de geração de energia ou outro tipo de aproveitamento, evita-se a emissão de metano para a atmosfera (Este gás de maior concentração após a queima é transformado em gás carbônico, que é 25% menos poluente que o gás metano e assim liberado para a atmosfera). Além de ser necessário durante as etapas de início do processo e manutenção do sistema, também pode ser utilizado para queima do biogás excedente entre os Upgrades de sistemas.
A Figura 1 demonstra um resumo de todo o processo que o biogás teve, desde a sua coleta, seu tratamento, até a sua transformação em energia elétrica. Seguindo esta sequência: 1- Poços de captação e produção; 2- Rede de tubulação de coleta de biogás; 3- Estação de sopradores e filtragem; 4- Queimadores (Flares); 5- Estação de moto-geradores; 6- Subestação elétrica.
Figura 1: Esquema da Captação e Tratamento do Biogás
Fonte: (WASTE EXPO, 2018)
3.3. Geração de Energia Elétrica a Partir de Resíduos Sólidos
3.3.1. Definição dos Resíduos Sólidos Urbanos
A Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT), Normas Brasileira (NBR) 10004, define resíduos sólidos como resíduos nos estados sólidos ou semi-sólidos, que resultam de atividades da comunidade de origem: industrial, doméstica, hospitalar, comercial, agrícola,
de serviços e de varrição. Incluem-se os lodos provenientes de sistemas de tratamento de água, aqueles gerados em equipamentos, instalações de controle de poluição e líquidos cujas particularidades tornem inviável seu lançamento na rede pública de esgoto, ou exijam soluções técnicas economicamente inviáveis.
Nosso país é responsável por uma produção de lixo diária de 240.000 toneladas, o aumento dessa produção deve-se a uma gama de fatores: crescimento do poder aquisitivo, perfil de consumo de determinada população, maior consumo de produtos industrializados, educação ambiental conferida a tais populações, dentre outros.
O lixo não tratado constitui uma mazela na organização do saneamento básico no Brasil, pois traz diversas patologias (verminoses e micoses) à população além de constrangimentos como mau cheiro e detrimento visual das cidades. Poucas são as prefeituras em nosso país que desenvolvem soluções ecologicamente corretas ou destinam alguma atenção ao problema aqui apresentado.
O lixo é subdividido em tipos de acordo com sua natureza física, composição e riscos oferecidos. Seguem abaixo essas divisões:
· Lixo doméstico: Alimentos e sumos produzidos nas residências;
· Lixo industrial: Carvão mineral, lixo químico, fumaça;
· Lixo hospitalar: Material produto de cirurgias e de outros procedimentos hospitalares;
· Lixo agrícola: Esterco, fertilizantes;
· Lixo radioativo: Como o próprio nome sugere, são rejeitos radioativos oriundos de hospitais, usinas nucleares, centros de pesquisas (exemplo: urânio, césio, estrôncio);
· Lixo tecnológico: TV, rádios, materiais eletrônicos.
3.3.2. Degradação dos resíduos sólidos
Veja na Tabela 1 alguns dos principais produtos que estão rodeados em nossas vidas e o tempo de degradação que a natureza leva para decompô-los. Esses produtos são destinados a aterros sanitários.
Tabela 1: Produtos e seu tempo de Degradação
	
MATERIAL
	
TEMPO
	Jornais
	De 2 a 6 semanas
	Embalagem de papel
	De 1 a 4 meses
	Guardanapos de papel
	3 meses
	Bitucas de cigarros
	2 anos
	Palito de fósforo
	2 anos
	Chiclete
	5 anos
	Cascas de frutas
	3 meses
	Nylon
	De 30 a 40 anos
	Copinho de plástico
	De 200 a 450 anos
	Lata de alumínio
	De 100 a 500 anos
	Tampinha de garrafa
	De 100 a 500 anos
	Pilha e baterias
	De 100 a 500 anos
	Garrafa de plástico
	Mais de 500 anos
	Pano
	De 6 a 12 meses
	Vidro
	Indeterminado
	Madeira pintada
	13 anos
	Fralda descartável
	600 anos
	Pneus
	Indeterminado
	Cerâmica
	Indeterminado
	Embalagem Loga Vida
	Até 100 anos
	Sacolas Plásticas
	Mais de 100 anos
Fonte: (USJT, 2020)
3.3.3. Caracterização dos resíduos sólidos urbanos
Segundo a NBR 10004 (ABNT, 2004), os resíduos sólidos são classificados em dois grupos: perigosos e não-perigosos, este último ainda pode ser subdividido em inertes e não- inertes:
· Resíduos Classe I - Perigosos
São aqueles que possuem uma das seguintes característica:
1. Inflamabilidade;
2. Corrosividade;
3. Reatividade;
4. Toxicidade;
5. Patogenicidade.
· Resíduos Classe II A - Não Inertes
São os tipos de resíduos que não encaixam nas classificações Classe I-perigosos ou Classe II B nos termos desta norma. Resíduos que possuem as propriedades, tais como: combustibilidade, biodegradabilidade e solubilidade em água. Para facilitara compreensão, são citados alguns exemplos abaixo:
1. Resíduos de papéis e papelões;
2. Sucata de metais ferrosos;
3. Resíduos de plásticos polimerizados;
4. Resíduos de restaurante.
· Resíduos Classe II B - Inertes
São os resíduos que, pela definição, quando submetidos a contatos estáticos ou dinâmicos com água destilada ou deionizada e temperatura ambiente, não infringirem os padrões de potabilidade de água com relação concentração elevada de constituintes solubilizados, padrões esses como, aspecto, cor, turbidez e sabor.
Exemplos tais como, madeiras, resíduos de entulho, rochas, tijolos, vidros, certos plásticos e borrachas, que não são decompostos prontamente. A disposição final do lixo no Brasil está assim representada conforme Gráfico 1 mostra.
Gráfico 1: Destinação final do lixo no Brasil
3.4. Aterros Sanitários
Fonte: (IBGE, 2008)
No caso do aterro sanitário, o biogás gerado não pode ser emitido para a atmosfera, devido ao seu alto percentual de metano, gás com potencial de aquecimento global 21 vezes superior ao do dióxido de carbono. Dessa forma, análises econômicas são necessárias para estudar a viabilidade financeira de empreendimentos energéticos em aterros sanitários.
Um aterro de resíduos sólidos pode ser considerado um reator biológico, onde as principais entradas são os resíduos e a água e as principais saídas são os gases e o chorume. A decomposição da matéria orgânica ocorre por dois processos: a decomposição aeróbia, que acontece normalmente no período de deposição do resíduo; e, posteriormente, a decomposição anaeróbica, proveniente da redução do dióxido de carbono (CO2) presente nos resíduos.
O gás de aterro é composto por vários gases, sendo alguns em grandes quantidades, como o metano e o dióxido de carbono, e outros em pequenas quantidades (traços). Os gases presentes nos aterros de resíduos incluem metano (CH4), dióxido de carbono (CO2), amônia (NH3), hidrogênio (H2), gás sulfídrico (H2S), nitrogênio (N2) e oxigênio (O2). O metano e o dióxido de carbono são os principais gases originários da decomposição anaeróbia dos compostos biodegradáveis dos resíduos orgânicos. A distribuição exata do percentual de gases variará conforme o tempo de existência do aterro.
Segundo o Ministério do Meio Ambiente (BRASIL, 2018), o objetivo do aproveitamento energético do biogás produzido pela degradação dos resíduos é convertê-lo em uma forma de energia útil, tais como eletricidade, vapor, combustível para caldeiras ou fogões,
combustível veicular ou para abastecer gasodutos com gás de qualidade. Independentemente do uso final do biogás produzido no aterro, deve-se projetar um sistema padrão de coleta, tratamento e queima do biogás: poços de coleta, sistema de condução, tratamento (inclusive para desumidificar o gás), compressor e flare com queima controlada para garantia de maior eficiência de queima do metano. Há diversos projetos de aproveitamento energético no Brasil, como, por exemplo, nos aterros Bandeirantes e São João, no município de São Paulo, que já produzem energia elétrica.
Para a geração de biogás, a alternativa mais interessante é a de aterros sanitários, pois visto que eles dispõem de técnicas de captação dos gases liberados. Um aterro sanitário é um espaço destinado à deposição final de resíduos sólidos gerados pela atividade humana, são provenientes de residências, indústrias, hospitais, construções e consiste em camadas alternadas de lixo e terra que evita mau cheiro e a proliferação de animais.
Um aterro segue princípios da engenharia de confinar resíduos sólidos à menor área possível e reduzi-los ao menor volume possível, cobrindo-os com uma camada de terra. Deve ser impermeabilizado e possuir acesso restrito, ter a quantidade de lixo controlada e conhecer que tipos de resíduos estão sendo depositados. Na maioria, os aterros sanitários são construídos em locais afastados das cidades em razão do mau cheiro e da possibilidade de contaminação do solo e das águas subterrâneas, essa contaminação pode ocorrer por infiltração do chorume ou percolado, líquido contendo componentes tóxicos que flui do lixo para o solo e corpos d’água.
Atualmente, existem normas que regulam a implantação dos aterros, e uma dessas regras é a implantação de mantas impermeabilizantes que evitem essa infiltração. É necessário também que haja a retirada desse líquido, por sistemas de drenagem eficientes, com posterior tratamento dos efluentes sem que agrida o meio ambiente e gases também são liberados (LAY- ANG, 2018).
3.4.1. Funcionamento de um Aterro Sanitário
A Figura 2 mostra a organização do processo de um aterro sanitário adequado aos padrões de mecanismo de desenvolvimento limpo, obedecendo aos seguintes critérios.
1 – O solo é compactado para dar firmeza ao aterro que receberá uma camada de polietileno de alta densidade, por baixo e pelos lados, que impede o contato entre os detritos e o subsolo e por cima quando ele estiver cheio.
2 – Na base, as camadas de geotêxtil (tela de tecido com betume, semipermeável), brita e areia, permitem a drenagem do chorume.
3 – O lixo é depositado em camadas no aterro sanitário, periodicamente intercaladas por camadas de terra.
4 – Os gases produzidos pela decomposição do lixo são captados e levados por dutos a uma usina geradora de energia
5 – Na usina, os gases entram em combustão e movem geradores, que produzem energia elétrica. A pouca emissão de dióxido de carbono e não há emissão de metano, esse quando em excesso são queimados em flares.
6 – Em aterros que não utilizam os gases para a produção de energia elétrica, esses também são queimados em flares.
7 – O chorume (líquido que escorre do lixo) vai para tratamento. Separada a água, os resíduos sólidos voltam para o aterro sanitário.
Figura 2: A organização de um Aterro Sanitário
Fonte: (AMBIENTAL, 2018)
3.4.2. Coleta, Extração e Tratamento do Biogás em Aterro Sanitário
Usualmente, para grandes aterros, costuma-se planejar a implantação do sistema de extração em fases, ampliando as instalações conforme o aumento da geração de biogás, de forma a reduzir o investimento inicial.
O sistema de extração é composto basicamente por drenos horizontais e verticais, sopradores, filtros para a remoção de material particulado e tanques separadores de condensado. Este pré-tratamento do biogás para a remoção de particulados e líquidos tem a finalidade de proteger os sopradores, aumentando a vida útil dos mesmos. Os drenos existentes na grande maioria dos aterros sanitários brasileiros e que apresentam boa vazão de biogás poderão ser adaptados e integrados ao sistema de captação (ICLEI – Brasil, 2009).
3.5. Usina de Incineração do Lixo
A incineração do lixo possui vantagens e desvantagens. Considerada uma prática sustentável, a incineração pode ser bastante vantajosa para organizações. Contudo essa técnica pode não ser adequada para solucionar todos os problemas relacionados à geração de resíduos, pois não é adequada a todos os tipos de lixo. A incineração do lixo consiste na sua queima a altas temperaturas. Para o processo são utilizadas instalações chamadas incineradores. Essa técnica de tratamento dos resíduos visa reduzir o grande volume de lixo gerado, com mais rapidez (VGRESIDUOS, 2019). A incineração consiste na queima do lixo em fornos desenvolvidos especificamente para essa finalidade. É um tipo de tratamento do lixo que através da combustão gera energia térmica, que posteriormente pode ser transformada em energia elétrica.
Ao incinerar o lixo é gerado vapor. Este vapor movimenta as pás ligadas a uma turbina. Os movimentos giratórios das turbinas alteram o fluxo do campo magnético dentro do gerador e, com a alternância no fluxo do campo magnético, é produzida a energia elétrica que podem ser utilizadas pelas indústrias, residências. No caso da incineração de plásticos, são produzidos cerca de 650 quilowatts-hora (kWh) de energia por tonelada de resíduo. Já um pneu contém energia equivalente a 9,4 litros de petróleo.
Essa maneira de tratamento do lixoé uma prática sustentável, uma vez que ocorre ainda uma redução de 70 a 90% da massa do material, restando apenas um resíduo inerte. Não há geração de efluentes líquidos, pois as águas de lavagem são neutralizadas e novamente utilizadas. Os gases poluentes gerados são tratados no sistema de lavagem e de purificação de gases. Os materiais resultantes da queima ainda podem ser comercializados para produção de artesanato, cerâmica e até borracha.
A incineração é um método seguro e reduz significativamente o volume de lixo, mas a sua grande desvantagem é o seu alto custo. No entanto, a venda de energia e do subproduto da
queima é uma grande fonte de lucro para o negócio. Em longo prazo o investimento para aquisição dos fornos é pago. Suas vantagens:
· Redução do volume do resíduo: A incineração do lixo tem como principal vantagem à redução do volume de resíduos destinados a aterros. Contribuindo assim para um ganham econômico com o descarte de resíduos. Além disso, contribuiu para que a vida útil do aterro se prolongue, ou seja, o aterro ganha mais área.
· Preservação ambiental: A incineração evita que os resíduos sejam descartados em áreas inadequadas, como áreas verdes (transformando em lixões a céu aberto), galerias pluviais e em mananciais.
· Destinação de resíduos perigosos: A incineração pode ser uma boa opção para a geradora que produz resíduos de alta periculosidade ou que necessitam da destruição completa e segura desses resíduos.
· Destinação de resíduos orgânicos: Esse método de tratamento dos resíduos destrói também a matéria orgânica do lixo e o esteriliza. Evitando assim a formação de chorume e a contaminação do meio ambiente.
· Geração de lucro: Outra vantagem da incineração do lixo é o lucro que a geradora pode ter com a energia gerada. A energia liberada no processo de queima pode ser transformada em energia térmica e, posteriormente, elétrica. Essa energia pode ser utilizada em seu próprio processo. Contribuindo assim para redução dos gastos com energia contratada nas companhias elétricas. A geradora também pode obter mais lucro com os subprodutos gerados na queima dos resíduos. As cinzas geradas na incineração podem ser reaproveitadas na produção de cimento, artesanato, cerâmica, entre outros.
As desvantagens desse método são:
· Custo com equipe especializada: Para que a incineração do lixo ocorra adequadamente é preciso controlar a temperatura e o tempo corretamente. Para que o método seja feito com segurança e eficiência, é preciso investir tempo e recursos no treinamento de profissionais.
· Geração de gases tóxicos: Durante a queima do lixo são gerados gases tóxicos que podem causar poluição atmosférica e gerar graves impactos ambientais. Para que esses gases não sejam liberados é preciso investir em um sistema de lavagem
e de purificação de gases. Esses sistemas têm um alto valor e custo de manutenção.
· Desgaste dos equipamentos: As queimas dos resíduos liberam e consomem algumas substâncias químicas que desgastam muito os equipamentos utilizados na incineração do lixo. Para evitar o desgaste a empresa deve realizar manutenções preventivas e corretivas periodicamente. Essas manutenções demandam um investimento considerado, tanto para substituição de peças quanto para contratação de profissionais especializados neste tipo de serviço.
3.6. Usina de Compostagem do Lixo
Uma usina de compostagem é uma instalação dentro da uma empresa tratadora de resíduos que possui a atribuição de realizar a neutralização da carga orgânica do material tratado. A matéria orgânica como restos de comida, não pode ser lançada diretamente no solo ou nos corpos d’água porque sua carga orgânica é muito alta, o que produz muitos gases de decomposição e substâncias tóxicas. As usinas de compostagem realizam o processo de neutralização desta carga e transformam o material em algo manuseável e inerte. Após a compostagem, a matéria orgânica não apresenta mal cheiro e nem potencial poluidor algum. Pelo contrário, o material tem um aspecto bastante agradável e seu lançamento no solo o fertilizará, como mostra a Figura 3.
Figura 3: Usina de Compostagem
Fonte: (VGRESIDUOS, 2019)
Os serviços de compostagem estão entrando em uma fase de alta demanda nos grandes centros urbanos, industriais e rurais ao redor do mundo e também no Brasil. Por isso, os tratadores que investirem neste tipo de serviço acabarão sendo pioneiros em seus respectivos mercados de atuação. A oferta de serviços de compostagem pode agregar receitas consistentes a tais tratadores. Outra vantagem da montagem de uma usina de compostagem é a possibilidade de diversificação dos serviços prestados e do faturamento por duas frentes, na recepção do material (cobrando do gerador) e em sua destinação (vendendo o fertilizante) (VGRESIDUOS, 2019).
4. PROPOSTA DE GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA
O objetivo de um projeto de aproveitamento energético através do biogás produzido pela degradação dos resíduos é convertê-lo em uma forma de energia útil tais como: eletricidade, combustível para caldeiras ou fogões, combustível veicular ou para abastecer gasodutos com gás de qualidade. Independente do uso final do biogás produzido no aterro, a ideia é sempre projetar um sistema padrão de coleta tratamento e queima do biogás: poços de coleta, sistema de condução, tratamento (inclusive para desumidificar o gás), compressor e flare com queima controlada para a garantia de maior eficiência de queima do metano. Existem diversos projetos de aproveitamento energético no Brasil, como nos aterros Bandeirantes e São João, no município de São Paulo, que já produzem energia elétrica (MMA, 2020).
Após a pesquisa realizada que visou objetivar esse trabalho, pode-se sugerir uma proposta com base para trabalhos futuros cujo objetivo principal é a busca de sustentabilidade no processamento de resíduos. Mais investimentos privados em aterros sanitários e em galpões de triagem que visem a utilização de técnicas adequadas as Normas Brasileiras e boas práticas, inclusive uma solução adequada quanto a destinação do biogás de aterros sanitários.
4.1 Aterro Sanitário pesquisado com aproveitamento do Biogás
Os critérios para a seleção do aterro sanitário foram baseados em sua localização, quantidade e tipo de resíduos recebidos. Além disso, mostraram-se apropriados para a implantação do projeto, pois possuem infraestrutura, drenos de saída de biogás que possibilitam sua captação, purificação e compressão, promovendo posteriormente a sua queima em flares, como mostram as Figuras 4, 5 e 6. As pesquisas sobre o aterro foram feitas no site da empresa administradora Ciclus (CICLUSAMBIENTAL, 2020).
Figura 4: Vista geral do Aterro/ 2016
Fonte: (CICLUSAMBIENTAL,2016)
Figura 5: Vista geral do aterro, setembro de 2017
Fonte: (CICLUSAMBIENTAL,2017)
Figura 6:Vista geral do tratamento do chorume, setembro 2017
Fonte: (CICLUSAMBIENTAL,2017)
4.2 Determinação da Quantidade do Biogás Gerada
Para a determinação da quantidade do biogás gerada no aterro sanitário, na sua composição o metano é gás de maior concentração, ele é o componente responsável pela geração de energia, sendo assim, existem inúmeros métodos matemáticos para determinação da quantidade gerada pelo resíduo, desde métodos mais complexos que utilizam inúmeras variáveis (como umidade, temperatura e toda a dinâmica da geração do metano) até os mais rústicos que apresentam uma aproximação levando em conta números de habitantes, etc.
Um método muito utilizado e amplamente conhecido é o desenvolvido em 1996 no Intergovernmental Panelon Climate Change (IPCC), nele é observada a quantidade de carbono orgânico presente no lixo para determinar a quantidade de metano gerado [m³] por tonelada, como mostra a Equação 1.
𝐿0 = 𝑀𝐶𝐹 𝑥𝐷𝑂𝐶 𝑥𝐷𝑂𝐶𝑓 𝑥𝐹 𝑥 16
12
(1)
Onde:
L0: Potencial de geração de metano do lixo [kg de CH4 / kg de resíduo]; MCF: Fator de correção do metano = 1% (Para Aterro bem gerenciado); DOC: Carbono orgânico degradável [kg de C / kg de resíduo];
DOCf: Fração de DOC dissociada[%];
F: Fração em volume de metano no biogás [%];
16/12: Fator de conversão de carbono em metano [kg de CH4 / kg de C].
Para determinação do carbono orgânico degradável, do inglês Degradable Organic Carbon (DOC), é utilizada a Equação 2, sendo considerada a composição do resíduo e a parcela de carbono presente em cada tipo de material, conforme representado na Tabela 2.
𝐷𝑂𝐶 = 0,40 𝑥𝐴 + 0,17 𝑥𝐵 + 0,15 𝑥𝐶 + 0,30 𝑥𝐷	(2)
Tabela 2: Valores dos Coeficientes para Cálculo do DOC
	
	
COMPONENTES DO RESÍDUO
	
% DO “DOC” POR PESO EM
MASSA
	A
	Papelão e Papel
	40
	B
	Resíduos de jardins e parques
	17
	C
	Restos de alimentos
	15
	D
	Tecidos
	40
	E
	Madeira
	30
Fonte: (IPCC, 1996)
Como o aterro recebe na sua grande maioria resíduos domésticos, os coeficientes B e C foram unidos, como descreve a Equação 3.
𝐷𝑂𝐶 = 0,40 𝑥𝐴 + 0,16 (𝐵 + 𝐶) + 0,30 𝑥𝐷	(3)
Considerando a seguinte composição, onde:
A → Papel e Papelão: 10%;
C + B → Restos de alimentos + Resíduos de jardins: 80%;
D → Tecidos: 5%;
E → Madeira: 5%.
Na Equação 4 modificada, os fatores dos coeficientes B e C foram unidos realizando a média entre eles. Sendo assim, tem-se:
𝐷𝑂𝐶 = 0,40 𝑥0,1 + 0,16 𝑥0,8 + 0,30 𝑥0,05 = 0,183	(4)
Para o cálculo do DOCf, utiliza-se a Equação 5 onde T é a temperatura na zona anaeróbica em [°C]. Valores típicos de DOCf variam de 0,42 para temperaturas de 10°C a 0,98 para temperaturas de 50°C. Segundo (FIGUEIREDO, 2011) a temperatura na zona anaeróbica de um local de disposição de resíduos sólidos se mantém constante a um valor aproximado de 35°C, independente da temperatura ambiente.
𝐷𝑂𝐶𝑓 = 0,014 𝑥𝑇 + 0,28 = 0,77	(5)
Com os valores de DOC e DOCf calculados e estimando F (% da fração em volume de metano no biogás) em 50%, o potencial de produção do metano é dado pela Equação 6:
𝐿0 = 1 𝑥0,183 𝑥0,77 𝑥0,5 𝑥 16
12
(6)
Portanto, 𝐿0 = 0,09394 [𝑘𝑔𝐶𝐻4/𝑘𝑔 (𝑟𝑒𝑠í𝑑𝑢𝑜)], considerando a densidade do metano sendo 0,7168 kg/m³ em condições de (0°C e 1,013 bar), tem-se a Equação 7:
𝐿𝑂 = 131,05 [𝑚3𝐶𝐻4 /𝑟𝑒𝑠í𝑑𝑢𝑜]	(7)
Em relação a quantidade de resíduos, o aterro em questão está em funcionamento desde 2011, com vida útil inicialmente projetada para 18 anos, com essas informações a Tabela 3 indica o histórico de resíduos recebidos e sua estimativa para os anos futuros, os dados foram informados pela empresa administradora do aterro sanitário.
Tabela 3: Histórico de Deposição de Resíduos
	
ANO
	Quantidade de Resíduo Recebido
(Ton/Ano)
	Quantidade de Resíduo Estimado
(Ton/Ano)
	2011*
	1.484.800
	-
	2012
	2.562.000
	-
	2013
	3.285.000
	-
	2014
	3.285.000
	-
	2015
	3.285.000
	-
	2016
	3.285.000
	-
	2017**
	3.040.000
	-
	2018
	-
	3.650.000
	2019
	-
	3.650.000
	2020
	-
	3.650.000
	2021
	-
	3.650.000
	2022
	-
	3.650.000
	2023
	-
	3.650.000
	2024
	-
	3.650.000
	2025
	-
	3.650.000
	2026
	-
	3.650.000
	2027
	-
	3.650.000
	2028
	-
	3.650.000
	2029
	-
	3.650.000
.	Fonte: (CICLUSAMBIENTAL,2017)
*Cálculo feito a partir do dia 20/04/2011, (Início do Aterro).
** Cálculo feito até outubro/2017.
Com o conjunto de informações citadas, a Tabela 4 representa a vazão de metano desde o início de operação do aterro até 2044, considerando que a geração de biogás decorra a valores ótimos após até 15 anos da parada de recebimento de resíduos.
Tabela 4: Vazão de Metano (m³CH4/Ano)
	
ANO
	Vazão de metano
(m³CH4/Ano)
	2011
	3.687.737,774
	2012
	6.892.278,053
	2013
	9.574.303,32
	2014
	10.369.865,93
	2015
	11.234.308,43
	2016
	12.204.420,21
	2017
	12.200.356,61
	2018
	15.869.159,02
	2019
	17.193.183,38
	2020
	18.624.354,22
	2021
	20.174.151,52
	2022
	21.857.881,82
	2023
	23.675.545,42
	2024
	25.650.101,98
	2025
	27.785.378,26
	2026
	30.100.507,56
	2027
	32.606.969,86
	2028
	35.323.898,46
	2029
	38.266.600,00
	2030
	22.749.493,70
	2031
	21.639.762,30
	2032
	20.585.039,14
	2033
	19.580.540,89
	2034
	18.626.267,00
	2035
	17.717.435,80
	2036
	16.851.653,98
	2037
	16.031.313,74
	2038
	15.249.240,10
	2039
	14.505.433,06
	2040
	13.797.500,96
	2041
	13.125.443,80
	2042
	12.484.478,25
	2043
	11.874.604,31
	2044
	11.295.821,99
Fonte: (CICLUSAMBIENTAL,2017)
4.3 Determinação da Potência Gerada
Segundo Figueiredo, 2011, para determinar a potência produzida pela vazão do metano utiliza-se a Equação 8 e os valores calculados por ano estão representados na Tabela 5.
𝑃𝑥 = Qx x n x PCI x 4148
31536000
(8)
Onde:
Px: Potência gerada pela vazão do metano em [MW];
Qx: Vazão do metano em [m³ CH4/hora];
ƞ: Rendimento da máquina (tecnologias consideradas neste trabalho) = 28%;
PCI: Poder calorífico do metano = 35,53x / m³ CH4;
4184: Constante para converter kcal em J, sendo 1J/s = 0,000001 MW;
31536000: Segundos em 1 ano.
Tabela 5: Potências Geradas em MW
	
ANO
	
Px (MW)
	2011
	1,16
	2012
	2,17
	2013
	3,02
	2014
	3,27
	2015
	3,54
	2016
	3,85
	2017
	3,84
	2018
	5,00
	2019
	5,42
	2020
	5,87
	2021
	6,36
	2022
	6,89
	2023
	7,46
	2024
	8,09
	2025
	8,76
	2026
	9,49
	2027
	10,28
	2028
	11,14
	2029
	12,07
	2030
	7,17
	2031
	6,82
	2032
	6,49
	2033
	6,17
	2034
	5,87
	2035
	5,58
	2036
	5,31
	2037
	5,05
	2038
	4,81
	2039
	4,57
	2040
	4,35
	2041
	4,14
	2042
	3,93
	2043
	3,74
	2044
	3,56
(Valores do cálculo da equação 8)
4.4. Determinação da Energia Gerada
Com a potência gerada é possível calcular a energia disponível durante o período considerado no estudo, conforme a Equação 9. A Tabela 6 são os valores calculados por ano da energia gerada.
𝐸 = 𝑃𝑥 𝑥1000 𝑥720 𝑥𝑑𝑖𝑠𝑝𝑜𝑛𝑖𝑏𝑖𝑙𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒	(9)
Onde:
E: Energia disponível em [kWh/mês];
Px: Potência gerada em [MW];
1000: Fator de conversão de MW para kW;
720: Quantidade de horas em um mês médio de 30 dias [horas];
Disponibilidade: Considerando 85% de funcionamento durante o mês = 0,85.
A Tabela 6 e o Gráfico 2 mostram o comportamento da capacidade de geração de energia em [kWh/mês] em função da produção / vazão do biogás.
Tabela 6: Energia gerada em KWh/mês
	
ANO
	
Energia KWh/mês
	2011
	709,920
	2012
	1.328,040
	2013
	1.848,240
	2014
	2.001,240
	2015
	2.166,480
	2016
	2.356,200
	2017
	2.350,080
	2018
	3.060,000
	2019
	3.170,040
	2020
	3.592,440
	2021
	3.892,320
	2022
	4.216,680
	2023
	4.565,520
	2024
	4.951,080
	2025
	5.361,120
	2026
	5.807,880
	2027
	6.291,360
	2028
	6.817,680
	2029
	7.386,840
	2030
	4.388,040
	2031
	4.173,840
	2032
	3.971,880
	2033
	3.776,040
	2034
	3.592,440
	2035
	3.414,960
	2036
	3.249,720
	2037
	3.090,600
	2038
	2.943,720
	2039
	2.796,840
	2040
	2.662,200
	2041
	2.533,680
	2042
	2.405,160
	2043
	2.288,880
	2044
	2.178,720
(Valores do cálculo da equação 9)
Gráfico 2: Energia gerada em KWh/mês
 (
(KWh
 
/
 
mês)
8.000,00
7.000,00
6.000,00
5.000,00
4.000,00
3.000,00
2.000,00
1.000,00
0,00
2011 
 
2014 
 
2017 
 
2019 
 
2021 
 
2023 
 
2026 
 
2027 
 
2029 
 
2030 
 
2033 
 
2035 
 
2039 
 
2044
)
4.5 Definição da Melhor Tecnologia a ser Utilizada
A Tabela 7 faz a comparação das três tecnologias apresentadas e estudas neste trabalho, demostrando um resumo das suas potências, rendimentos e emissão do número de oxidação (NOx).
Tabela 7: Comparação das Tecnologias de Conversão
	
	
POTÊNCIA
	
RENDIMENTO
	
EMISSÃO DE Nox
	
CICLO DE OTTO
	
30 KW - 20 MW
	
30% – 40%
	
250 ppm – 3000 ppm
	
TURBINA A GÁS
	500	KW	-150 MW
	
20% – 30%
	35 ppm – 50 ppm (gás de aterro)
	MICROTURBINAS A GÁS
	30 KW – 100 KW
	
24% – 28%
	
< 9 ppm
Fonte: (COELHO, 2015)
Com base nos dados dos itens anteriores, e o que foi descrito e estudados nos capítulos apresentados, define-se que a melhor tecnologia a ser utilizada é o motor de combustão interna ciclo Otto, preparado para ser alimentado diretamente pelo biogás. Pois a faixa de potência dos motores, tem no ano de 2029 o pico estimado para o aterro de 12,07 MW, em relação a energia gerada tem-se o pico de 7.386,84 KWh/mês, (dentro do mês daquele ano), ele é o que melhor se adequa ao sistema, obtém-seuma melhor distribuição no tempo considerando o acréscimo de unidade geradoras proporcionalmente ao aumento de geração de metano.
As justificativas para o uso dos motores a combustão interna são:
· Faixa de potência: as turbinas a gás são utilizadas para empreendimentos de maior porte por possuírem unidades de geração usualmente de até 150 MW, a capacidade de potência instalada do aterro chega ao seu valor de pico de 12,07 MW, o que torna as turbinas a gás superdimensionadas e a microturbinas subdimensionadas (unidades usuais de até 100 kW);
· Rendimento: conforme a tabela, o melhor rendimento apresentado é a dos motores a combustão interna, o que os tornam mais adequados para a aplicação, embora alguns autores indiquem que as turbinas a gás apresentem um rendimento global maior, comumente são empreendimentos de maior porte;
· Além dos pontos anteriores, os motores de ciclo Otto ainda possuem manutenção simplificada frente as outras tecnologias, graças ao seu longo tempo no mercado, grande quantidade de peças disponíveis e profissionais qualificados. Para concluir, esses motores requerem pequeno espaço de alocação, apresentam riscos reduzidos para os
operadores e possuem vasta gama de modelos no mercado. (TANAKA e LACERDA, 2015).
4.6. Resolução Normativa nº 482 - ANEEL
A resolução normativa nº 482, de 17 de abril de 2012 da ANEEL visa a estabelecer as condições de acesso, compreendendo a conexão e o uso, ao sistema de distribuição, não abrangendo as demais instalações de transmissão, e definir os critérios técnicos e operacionais, os requisitos de projeto, as informações, os dados e a implementação da conexão, aplicando-se aos novos acessantes bem como aos existentes.
A microgeração é definida para sistemas que utilizem fontes de origem hidráulica, solar, eólica, biomassa ou cogeração qualificada, conforme regulamentação da ANEEL e estejam conectados à rede de distribuição através de unidades consumidoras, com potência limitada a 100 kW. A minigeração possui os mesmos critérios da microgeração, porém com potências geradas acima de 100 kW até 1 MW de energia. Para conexão dos sistemas não é preciso contrato de uso e conexão como centrais geradoras, bastando um acordo operativo.
O sistema de compensação de energia é definido pelo empréstimo da energia ativa injetada na rede de distribuição da concessionária, sendo que a unidade consumidora ficará com créditos para posterior consumo, no mesmo posto tarifário ou em outro observando a tarifa de energia, em um prazo máximo de trinta e seis meses, podendo utilizar o excedente em qualquer outra instalação atendida pela concessionária e registrada no mesmo CPF ou CNPJ, definindo uma lista de prioridades das instalações. O valor a ser cobrado é a diferença entre a energia consumida e a gerada, sendo que no mínimo deve ser faturado o valor referente a disponibilidade para o consumidor do grupo B (Baixa Tensão) ou a demanda contratada para o grupo B.
A conexão da microgeração ou minigeração distribuída não poderá acarretar prejuízos ao desempenho e aos níveis de qualidade da Rede de Distribuição ou de qualquer consumidor a ela conectado. Caso seja constatada qualquer deficiência técnica e/ou de segurança das instalações de conexão, o acessante será notificado quanto às irregularidades existentes, com obrigação de providenciar as adequações necessárias (PRODIST da ANEEL, 2012).
4.7. Viabilidade Econômica
Ao conseguir determinar os cálculos de energia e potência elétrica e também da vazão do metano obteve-se os valores demonstrados através das equações do estudo, com isso foi possível determinar a quantidade de resíduos sólidos necessários para abastecer as cidades de origem dos resíduos, obedecendo, conforme já citado às equações apresentadas, adaptando os dados e colocando o fluxo de resíduos (RX) em evidência, chegasse a Equação 10.
𝑅𝑋 =	LFG
K x Lo x e—k(t—x)
1.608.463.983
𝑅𝑋 = 0,8 𝑥 131,05 𝑥 𝑒–0,08(2029–2029)
𝑅𝑋 = 1.534.208.301 𝑡𝑜𝑛/𝑎𝑛𝑜
(10)
Fluxo de resíduos = 1.534.208.301 ton/ano, essa é quantidade necessária para a alimentação em energia elétrica das cidades.
5. CONSIDERAÇÕES FINAIS
Entende-se então até aqui que de acordo com o objetivo e relevância da pesquisa elaborada, foi estipulado através desse trabalho propor a análise da geração de energia elétrica, por meio de referência bibliográfica de um estudo de caso a partir do biogás, já que o mesmo pode ser oriundo de resíduos sólidos urbanos. O trabalho foi baseado em livros, artigos, trabalhos acadêmicos e pesquisa na internet. Foi demonstrado todo o processo de geração do biogás e onde consegui-lo e consequentemente seu proveito para energia elétrica.
A metodologia de cálculo adotada na pesquisa do estudo teve como base IPCC (1996), pois além de ser bastante desenvolvida é amplamente utilizada por pesquisas do mesmo gênero. Nele foi estipulado, através dos dados de quantidade e qualidade de resíduos sólidos, a estimativa do biogás gerado e consequentemente o quanto pode-se reproduzir em energia elétrica. Sabendo isso, definiu-se qual tecnologia iria ser usada para fazer a conversão do biogás em energia elétrica, a que melhor se enquadrava nos parâmetros obtidos.
Com isso à alta capacidade de geração de energia elétrica a partir do biogás de aterros sanitários e o elevado consumo energético no setor elétrico brasileiro, a proposta deste trabalho poderá ser considerada viável, visto que a energia gerada pelo sistema poderá ser consumida pelo próprio aterro e a excedente vendida para empresas privadas, além da diminuição da emissão de gases de efeito estufa.
Logo, o presente estudo mostrou que o aterro possui um potencial de geração de energia elétrica, e propõe que para estudo futuros sejam realizados novas análises química da composição do biogás, obtendo novos valores na análise para uma informação mais segura nos cálculos e resultados, assim determinar a potência de geração de energia elétrica mais precisa; e também estudos de viabilidade econômica (custo do projeto, manutenção e venda do excedente); a comparação com outros empreendimentos que utilizam biogás, por exemplo, Câmaras Anaeróbicas e estações de tratamento de esgoto; e por último e não menos importante um estudo e simulação da entrada do empreendimento no mercado livre de energia.
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