Construção de um biodigestor - Geração de energia

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ENGENHARIA QUÍMICA 
ESAMC 
 
 
 
 
ALESSANDRA VIEIRA 
GABRIEL HENRIQUE 
LEONARDO LIMA 
SAYURI HIGO 
 
 
 
 
 
GERAÇÃO DE ENERGIA 
BIOMASSA 
 
 
 
 
 
 
CAMPINAS 
2017 
1. INTRODUÇÃO 
 
 Biomassa é todo recurso renovável oriundo de matéria orgânica (de origem 
animal ou vegetal) que pode ser utilizada na produção de energia. (ANEEL, 2003) 
 A digestão anaeróbia, assim como a pirólise, ocorre na ausência de ar, mas 
nesse caso, o processo consiste na decomposição do material pela ação de 
bactérias (microrganismos acidogênicos e metanogênicos). Trata-se de um 
processo simples, que ocorre naturalmente com quase todos os compostos 
orgânicos. O tratamento e o aproveitamento energético de dejetos orgânicos 
(esterco animal, resíduos industriais etc.) podem ser feitos pela digestão 
anaeróbia em biodigestores. (ANEEL, 2003) 
 Biodigestor é o local onde ocorre a digestão anaeróbia dos dejetos. As 
bactérias são as principais responsáveis pela degradação da matéria orgânica e 
produção de biogás. Fezes de suínos, aves e bovinos são excelentes 
matérias-primas para o biodigestor. O Biodigestor é composto por uma câmara de 
digestão e o gasômetro. (IENGEP, 2005) 
 Em termos energéticos, o produto final da digestão anaeróbia é o biogás, 
composto essencialmente por metano e dióxido de carbono. O efluente gerado 
pelo processo pode ser usado como fertilizante. (ANEEL, 2003). 
 Uma das principais vantagens da biomassa é que, embora de eficiência 
reduzida, seu aproveitamento pode ser feito diretamente, por intermédio da 
combustão em fornos, caldeiras etc. (ANEEL, 2003) 
A médio e longo prazo, a exaustão de fontes não renováveis e as pressões 
ambientalistas poderão acarretar maior aproveitamento energético da biomassa. 
(ANEEL, 2003) 
 
 
 
 
 
2. OBJETIVO 
 
 Construir um biodigestor afim de armazenar a biomassa, e através da 
digestão anaeróbia das bactérias ali presentes produzir biogás, e demonstrar a 
geração de energia mediante sua queima. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
3. MATERIAIS 
 Para a construção do biodigestor e a realização de geração de energia 
através da biomassa, foram utilizados os seguintes materiais: 
• Durepoxi 
• Conexão em T 
• Torneira de plástico 
• Registro de gás 
• Braçadeira para mangueira 
• Mangueira de gás - 1,5m 
• Bico metálico 
• Bexiga 
• Vela 
• Galão de água - 10L 
• 3 kg de dejetos bovinos 
• 3 L de água 
 
 
Figura 1. Materiais para construção do sistema de gás Figura 2. Material para construção estrutural do biodigestor 
 
 
 
 
 
 
 
4. MÉTODOS 
 
 Para a construção do biodigestor, primeiramente deve-se diluir os dejetos 
bovinos em água (figura 3), até se transformar em uma mistura homogênea (figura 
4). Em seguida, essa mistura deve ser colocada em um galão de água de 10L 
(figura 5), e depois fechada com durepoxi e a torneira de plástico, isolando 
qualquer saída de gás (figura 6). A mistura deve permanecer no biodigestor por no 
mínimo 7 dias para haver a digestão anaeróbia, e assim a produção do biogás. 
 Para a verificação da produção de biogás utiliza-se uma bexiga (figura 7), 
que após a abertura da torneira deve inflar, de modo a sinalizar a formação do 
gás. Para melhor segurança no transporte do biogás deve ser utilizado uma 
mangueira de gás com um registro e um bico metálico, para ser realizada a sua 
queima (figura 8). 
Após o enchimento da bexiga, deve-se abrir levemente o registro de gás 
apontando o bico metálico para uma fonte de ignição, no caso uma vela, para 
realizar a queima do gás e assim demonstrar a geração de energia. 
Para finalizar o processo de queima deve ser fechado o registro de gás, e em 
seguida a torneira de plástico. 
 
 
Figura 3 Figura 4 
 
Figura 5 Figura 6 
 
Figura 7 Figura 8 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
5. RESULTADOS E DISCUSSÕES 
 Após a construção do biodigestor e o isolamento da biomassa por 7 dias, 
foram obtidos os seguintes resultados conforme as imagens a seguir: 
 
Figura 9. Biodigestor 
 
 
Figura 10. Sinalização da produção de biogás 
 
 
Figura 11. Queima do biogás e demonstração da geração de energia 
 
 
 Após uma semana de repouso do sistema, foi constatado a produção de 
um gás, através do crescimento do balão no momento de abertura da mangueira. 
Com o teste de ignição, pôde ser visualizado que houve produção de uma 
quantidade de gás suficiente para que houvesse a queima, porém, a mesma 
apresentou uma coloração alaranjada diferente de uma chama de metano, que 
normalmente se apresenta na cor azul. Alguns fatores podem ter interferido na 
produção do biogás, o que ocasionou a formação de um gás com baixa 
concentração de metano. 
A grande quantidade de água misturada ao dejeto pode ter diminuído o 
rendimento do processo, já que a umidade diminui o poder calorífico da biomassa. 
O esterco pode ter carregado consigo alguns nutrientes ou substâncias 
tóxicas/impuras, que podem ter inibido/diminuído os efeitos da digestão anaeróbia. 
Como o biodigestor construído é caseiro e, diferente de equipamentos industriais, 
não se pode controlar as variáveis de processo, a temperatura e o pH podem não 
ter se encontrado nas condições necessárias para sustentar a atividade 
enzimática das bactérias. O biodigestor pode não ter sido totalmente vedado, o 
que afetaria também o produto final do processo, já que as bactérias anaeróbias 
atuam apenas na ausência de ar. A natureza do substrato pode ter interferido no 
resultado também, já que cada biomassa tem uma capacidade diferente de 
produção energética. E o tempo de detenção hidráulica pode não ter sido o 
suficiente, se a biomassa ficasse isolada por mais dias talvez produzisse maior 
quantidade de biogás, com sua composição sendo na maior parte constituída por 
metano. 
 Os dejetos bovinos, como a maioria dos compostos orgânicos, possuem 
bactérias, e estas são responsáveis pela digestão anaeróbia, que tem como um de 
seus produtos finais o biogás. Esse processo é realizado basicamente em três 
etapas. Na primeira, a matéria orgânica é convertida em moléculas menores pela 
ação de bactérias hidrolíticas e fermentativas. As bactérias hidrolíticas 
transformam proteínas em peptídeos e aminoácidos, polissacarídeos em 
monossacarídeos, gorduras em ácidos graxos, pela ação de enzimas 
extracelulares, como a protease, a amilase e a lípase. As bactérias fermentativas 
transformam esses produtos em ácidos solúveis (ácido propiônico e butírico), 
álcoois e outros compostos. Numa segunda etapa, as bactérias acetogênicas 
transformam os produtos obtidos na primeira etapa em ácido acético (CH3COOH), 
hidrogênio e dióxido de carbono. Essas bactérias são facultativas, ou seja, elas 
podem atuar tanto em meio aeróbio como anaeróbio. 
O metano é formado na última etapa da produção do biogás. As bactérias 
metanogênicas, que formam o metano, transformam o hidrogênio, o dióxido de 
carbono e o ácido acético (CH3COOH) em metano e dióxido de carbono. Estas 
bactérias anaeróbias são extremamente sensíveis a mudanças no meio, como 
temperatura e pH. As bactérias produtoras do biogás são mesofílicas, vivem entre 
35 a 45ºC e são sensíveis a alterações de temperatura. Variações bruscas de 
temperatura fariam com que as bactérias metanogênicas não sobrevivessem, o 
que acarretaria na diminuição considerável da produçãode biogás. 
A porcentagem dos gases que formam o biogás varia de acordo com os resíduos 
e as condições utilizadas no processo de biodigestão. Independentemente do 
resíduo orgânico utilizado para formação do biogás, ele será essencialmente 
constituído por gás metano (CH4) e gás carbônico (CO2). Outros gases, como o 
sulfeto de hidrogênio, o nitrogênio, o hidrogênio e o monóxido de carbono também 
compõe o biogás, mas em menores concentrações. 
Algumas substâncias presentes no biogás têm caráter indesejado e podem 
interferir na combustão tornando-a menos eficiente, pois, durante a queima 
absorvem energia. A umidade e o dióxido de carbono são as principais, tendo 
também o gás sulfídrico que causa corrosão nos equipamentos utilizados na 
geração de energia elétrica e em seu uso como combustível veicular por exemplo. 
 
 
 
 
 
 
6. CONCLUSÃO 
 
 O uso da biomassa vem crescendo dia a dia no Brasil e no mundo, devido 
sua alta aplicabilidade, disponibilidade e suas vantagens econômicas e 
ambientais. 
 A biomassa vem para complementar e/ou diminuir o uso de combustíveis 
fósseis convencionais, que possuem alguns problemas como custo elevado, 
disponibilidade limitada e grandes emissões de gases poluentes. 
Diferente de combustíveis como o petróleo, a biomassa é adquirida a um baixo 
custo e cobre uma extensa categoria de materiais, sendo resíduos sólidos urbanos 
e dejetos animais os mais utilizados, o que se pode concluir que estes são 
elementos bastante disponíveis, por isso o chamamos de fonte renovável. 
Dentre as diversas aplicações da biomassa, a mais relevante é seu uso como 
fonte energética para produção de energia. Nesse processo, há a produção de 
biogás, que tem em sua composição gases altamente poluentes, porém que serão 
queimados no processo de geração de energia elétrica, o que implica na não 
emissão de poluição na atmosfera, logo este método se mostra menos danoso ao 
ambiente. 
 Além de seu uso para produção de energia elétrica, o biogás também é 
utilizado em instalações de pequena escala, sendo aproveitadas para 
aquecimento, cocção e iluminação. Nesses casos, os biodigestores podem ser 
facilmente construídos, como no caso deste trabalho, para uso individual em 
centrais de pequeno porte, principalmente em fazendas, ou locais com alto índice 
de compostos orgânicos, para suprir de maneira econômica e facilitada algumas 
necessidades. 
Em unidades maiores, acoplados a esse processo podem ser implantados 
sistemas de cogeração, que tendem a aumentar o rendimento do processo, 
aproveitando o calor de descarte/residual, operando similarmente a caldeiras de 
recuperação. 
Observa-se também seu uso como combustível veicular, após sua purificação a 
biometano, que chega muito próximo do poder calorífico do gás natural. 
A digestão anaeróbia também tem sido aplicada com sucesso no tratamento de 
efluentes industriais e domésticos, estabilização de lodo de efluentes, manejo de 
aterros e reciclagem de resíduos biológicos e agrícolas como fertilizantes 
orgânicos. Além disso, cada vez mais os processos de digestão anaeróbica estão 
sendo usados para degradação de poluentes orgânicos pesados como os 
organoclorados ou materiais resistentes ao tratamento aeróbico. 
Muitos digestores anaeróbicos de carga elevada encontram-se também em 
operação em todo o mundo para tratar efluentes de indústrias de bebidas, 
alimentos, carnes, papel e celulose, laticínios, dentre outros. 
O metano, constituinte do biogás, pode ser utilizado como matéria-prima para a 
síntese de uma série de compostos orgânicos. Na atualidade deve ser destacada 
a sua utilização na obtenção de metanol. 
Além do biogás, a digestão anaeróbia promove a produção de biofetilizantes, que 
podem ser usados individualmente ou podem servir como produto de venda, com 
intuito de aumentar a fertilidade do solo. 
 Diante de tantas vantagens e aplicações, pode-se concluir que o uso da 
biomassa tende a aumentar cada vez mais, tanto em processos industriais de 
dimensões elevadas, como em escala reduzida e individual, de modo caseiro 
simples e econômico, porém suas condições de processo devem ser severamente 
fiscalizadas a fim de realizar um resultado eficaz. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
 
 
ANEEL. Biomassa. Disponível em: 
<http://www2.aneel.gov.br/aplicacoes/atlas/pdf/05-Biomassa(2).pdf>. Acesso em: 
12/05/2017. 
IENGEP. Biodigestores. Disponível em: 
<http://www.iengep.com.br/biodigestores.htm>. Acesso em: 12/05/2017. 
YARA. Biogás production optimizer. Disponível em 
<http://www.yarabrasil.com.br/quimicos/especialidades-quimicas/biogas-production
-optimizer/>. Acesso em: 12/05/2017. 
UFRJ. Potencial de aproveitamento energético do biogás no Brasil. Disponível em: 
<http://www.ppe.ufrj.br/ppe/production/tesis/zanette_luiz.pdf>. Acesso em: 
12/05/2017. 
UFPR. Geração de energia elétrica através de biogás gerado em biodigestores. 
Disponível em: <http://www.eletrica.ufpr.br/ufpr2/tccs/148.pdf>. Acesso em: 
12/05/2017.