Biodigestores: Transformação de Resíduos em Energia

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Biodigestores – Revisão de Literatura
Bruno Moura Édico¹
Guilherme Augusto Toscano¹
Hernandes Valim Gonçalves¹
João Victor Franco Rosa¹
Jonatas Luis dos Santos Oliveira¹
Luis Gustavo de Castro Pereira¹
Rodrigo Linardi Ramos¹
Resumo
Os biodigestores permitem que o dejeto seja tratado e transformado em biogás e biofertilizantes, sendo utilizados para produção de energia e de fértil irrigação nas propriedades rurais. Além da economia que o biodigestor pode causar na propriedade existem outras vantagens ligadas ao desenvolvimento da tecnologia, com o envio de dejetos de animais para o biodigestor evita que todos esses matérias pesados cheguem até ao nosso meio ambiente. Esperamos que algum dia a população conscientize da necessidade da conservação e que fazendeiros façam investimentos em biodigestores podendo proporcionar uma vida de qualidade em um futuro próximo.
Palavras chave: biodigestores, biofertilizantes, biogás, construção
Abstract
The digesters allow the waste to be processed and transformed into biogas and biofertilizers , being used for power production and irrigation in the fertile farms . Besides saving the digester can cause the property there are other benefits associated with the development of technology for sending animal waste into the digester prevents all those heavy materials from reaching our environment . Hopefully someday the people aware of the need for conservation and farmers make investments in digesters can provide a quality life in the near future.
Keywords: digesters , bio-fertilizers , biogas construction
Introdução
O Brasil é um país que utiliza algumas fontes renováveis de energia, como, por exemplo, a hidroelétrica, responsável pela maior captação dessa energia, gerando 74% da energia do país. Utiliza também a energia eólica, com um índice bem inferior a hidroelétrica, gerando apenas 0,4%. Outra fonte de energia usada pelo país é a biomassa, gerando 4,7% de energia (BEN, 2011). Reconhecido por produzir energia de fontes renováveis, o Brasil esta no centro das atenções dos países desenvolvidos, em virtude da sua energia limpa.
Com uma grande produção de suínos no Brasil, segundo IBGE o país é o quarto produtor mundial, com cerca de 43,2 milhões de cabeça, produzindo uma grande quantidade de resíduos rurais, que inclui todos os tipos de atividades produtivas de zonas rurais, como por exemplo, resíduos florestais, agrícolas e pecuários. Dentro da pecuária são gerados resíduos como esterco e alguns outros produtos resultantes da atividade biológica dos bovinos, suínos e outros, que por finalidade podem ser utilizados para produção de energia.
Apesar de resíduos de biomassa ser um grande degradador ambiental é uma grande fonte de energia, que pode ser transformado em biogás através da digestão anaeróbia, diferentes resíduos sem grande importância pode ser utilizado tais como, dejetos de bovinos, de suínos, lodo de esgoto, resíduos de frutas e vegetais, entre outros (QIAO et al., 2011). A biodigestão anaeróbia é utilizada como tratamento, reduzindo assim a poluição e gerando subprodutos como biogás e biofertilizantes (ALVAREZ & GUNNAR, 2008).
O biogás produzido por digestão anaeróbia é composto por metano contendo de 36 a 50%, dióxido de carbono contendo de 15 a 60% e sulfeto de hidrogênio. Digestão anaeróbia é um processo realizado por bactérias que atacam a matéria orgânica para produzir composto químico como o metano, dióxido de carbono e água formando assim o biogás, sendo um processo natural e sustentável (RYCHEBOSH et al., 2011; STARR et al., 2012).
O cenário que se desenvolve os biodigestores revela um constante interesse sobre a energia sustentável no futuro, nesse contexto a produção de energia a partir de fontes renováveis está em destaque, o estudo com os biodigestores visa realizar um projeto para produção de um projeto de biofertilizantes e biogás em pequenas escalas, onde a finalidade é divulgar as diversas serventias deste gás e dos biofertilizantes e com o seu baixo custo de produção e a grande utilidade do mesmo (MATTOS, JÚNIOR, 2011).
Os motivos ecológicos sociais já bastam para tornar o projeto uma tentativa de incentivar a consciência nesta área e associar as atenções econômicas como é extremamente inviável a utilização desta fonte de energia (VALLADARES et al. 1999).
Outros pontos relevantes consiste a possibilidade da utilização de matérias recicláveis, além disso o biodigestor é abastecido por lixo orgânico que além de biogás pode produzir biofertilizantes podendo ser usado nas diversas áreas e plantações das fazendas (BEZERRA, et al. 2013).
Dessa forma além da execução deste biodigestor apresentar impacto ambiental mínimo o biodigestor é totalmente viável isso que possui um ótimo custo benefício, uma fácil montagem e inúmeras aplicações em campo sendo totalmente sustentável (BALMANT, 2009).
As fezes e os dejetos dos animais são jogados em uma canaleta que cai em tubulações que chegam até o biodigestor, o liquido escuro entra de um lado e vai circulando lentamente pelo reservatório durante o percurso que aproximadamente dura 29 dias, ocorre a fermentação as bactérias vão consumindo a matéria orgânica do esterco e gerando dois produtos ecológicos para o criador (NEVES, 2010).
Os dejetos tratados que são adubos orgânicos de qualidade o biofertilizantes e o biogás, composto principalmente por metano, um produto inflamável que geralmente nas fazendas serve para gerar eletricidade (OLIVER, 2008).
 Ao lado do biodigestor geralmente fica uma mini usina que transforma o metano em energia que a propriedade consome durante o dia, a mini usina pode produzir energia por 24 horas sem parar e com isso, a energia que é consumida a noite é menor do que é produzida a propriedade pode usar a energia que sobra como uma forma de renda complementar porque a energia que sobra pode ser vendida para propriedades vizinhas complementando a renda familiar (KAZEN, 2005).
Revisão de Literatura
Processo de biodigestão anaeróbica
A geração de gás metano (CH4) por bactérias é conhecida por metanogênese. Existem as bactérias mesófilas, que vivem em temperatura ambiente (temperatura entre 20º e 45º); bactérias hipertermófilas, que vivem em altas temperaturas (temperaturas acima de 45º); e as psicrófilas, que vivem em baixas temperaturas (temperaturas abaixo de 20º). A metanogênese funciona como respiração das bactérias anaeróbicas, na ausência de gás oxigênio (O2), elas decompõe cadeias de carbono (C), e essa decomposição gera o gás metano (CH4) que pode ser utilizado como biocombustível (SANTOS, 2011).
Devido a essa necessidade pela falta de oxigênio (O2), as bactérias necessitam de compostos orgânicos para obtenção do carbono (C). A matéria orgânica é formada por vegetais e animais, por isso, nesse material as bactérias encontram moléculas básicas para sua sobrevivência, como proteínas, carboidratos e gordura. As gorduras funcionam como reserva energética, as proteínas tem função como enzimas e os carboidratos funcionam na estruturação de células (NOGUEIRA, 1986).
Quando a matéria orgânica passa por uma digestão animal, por exemplo, fica mais fácil e rápido para fermentação das bactérias. Nos biodigestores podem ser utilizados dejetos animais, como de aves, suínos e bovinos, e também dejetos humanos. Os dejetos humanos, devido sua alta concentração de água, devem passar por processos anteriores para redução da porcentagem de água em sua composição (NOGUEIRA, 1986).
Todo o processo de fermentação realizado pelas bactérias consiste em três fases: hidrólise, ácida e metanogênica (BALMANT, 2009).
Na primeira fase, hidrólise, as bactérias liberam enzimas para quebra de moléculas maiores de policassarídeos, transformando-os em ácidos orgânicos. Na segunda fase, ácida, são as gorduras que são transformadas em ácidos orgânicos. Na fase metanogênica ocorre a geração do gás metano, no qual as bactérias trabalham em cima do hidrogênio e do carbono. Nas duas primeiras etapas as bactérias atuantes são as acidogênicas e na terceira etapa são asmetanogênicas (BALMANT, 2009).
Um biodigestor trabalha normalmente com pH em torno de 7, que é neutro. A geração de ácidos voláteis pelas bactérias pode acarretar em aumento de acidez do biodigestor. Com diminuição do número do pH deve-se acrescentar hidróxido de cálcio ou cessar a colocação de dejetos no biodigestor, o que é inviável a grandes biodigestores (NOGUEIRA, 1986).
Para uma melhor produção de gás e adubos, associado a um menor tempo de dias em que a matéria orgânica fica no biodigestor, a temperatura ideal gira em torno de 30º a 35º. Nessa faixa de temperatura há uma boa proliferação de bactérias mesófilas. Com todas as condições ideais no biodigestor, a matéria orgânica fermenta em torno de 20 a 30 dias (Nogueira, 1986).
Elementos como sais minerais, metais pesados, acidez do ambiente, detergentes e antibióticos podem se tornar extremamente letais as bactérias presentes dentro do biodigestor. Por isso, suas concentrações devem ser evitadas ou controladas (NOGUEIRA, 1986).
Construção de biodigestores
A escolha do local de instalação de um biodigestor deve levar em consideração a distância pela qual os dejetos terão que percorrer até chegar ao seu interior. Também deve se considerar a área onde serão utilizados o biogás para geração de energia e a área onde será aplicada a adubação orgânica. O local escolhido deve ficar longe de árvores, já que suas raízes podem perfurar a camada do interior do biodigestor e também distante de construções (QUADROS, 2009).
Para o tamanho do biodigestor deve se levar em consideração a produção diária de dejetos. A figura 1 mostra as quantidades de dejetos produzidos por animais com cerca de 450 quilos de peso vivo anualmente (QUADROS, 2009).
Figura 1. Toneladas de dejetos produzidos anualmente
A construção básica de um biodigestor agrícola consiste na escavação do solo e posteriormente revestimento das paredes para que não haja vazamento dos dejetos. Comumente se utiliza concreto nas paredes do solo escavado e então coberto com lona de PVC, tomando-se cuidado para que não sobre rebarbas do concreto e fure as lonas. Há o cobrimento deste espaço, também com lona, que servira de gasômetro quando começar a geração do biogás. Este modelo descrito é o batelada, como mostra a figura 2 (TORRES, 2012).
Figura 2. Biodigestor modelo batelada
Tipos de biodigestores
Existem inúmeros modelos de biodigestores, eles podem ser divididos em biodigestores agrícolas e sanitários. Os agrícolas tratam os dejetos animais com maior capacidade para produção de biogás e biofertilizante (BALMANT, 2009) e os sanitários são muito utilizados em pequenas propriedades onde há a necessidade de tratamento dos dejetos humanos, onde comumente depois de tratados são utilizados também como biofertilizantes (EMBRAPA, 2010).
Dentro dos modelos agrícolas existe o indiano, consiste em uma caixa cilíndrica de alvenaria, onde o gasômetro se move conforme a produção de biogás, ou seja, se a utilização do gás for menor que sua produção o gasômetro se moverá verticalmente. Pode ter valor elevado na construção devido o custo do gasômetro, que geralmente é feito de metal. A figura 3 demonstra o modelo indiano (DEGANUTTI et al., 2002).
 Figura 3. Biodigestor modelo Indiano.
O modelo chinês consiste em uma construção de alvenaria, onde não há o gasômetro, é considerado uma evolução do modelo indiano. Devido a exclusão do gasômetro tem seu valor de construção reduzido. É construído de forma também cilíndrica, onde o gás produzido faz pressão para que o biofertilizante chegue a caixa de saída. Deve ser bem vedado para que não haja o vazamento do biogás para atmosfera já que este modelo trabalha como uma prensa (PEDERIVA et al., 2012).
Quando há pressão e o biofertilizante é expelido para a caixa de saída, existe uma significativa perda de biogás para atmosfera, por este motivo, o modelo chinês não é recomendado para grandes propriedades. A figura 4 mostra o modelo chinês (DEGANUTTI et al., 2002).
Figura 4. Modelo chinês
O modelo batelada é o mais comum. É um modelo não continuo, ou seja, deve ser abastecido com os dejetos de tempos em tempos e todo seu biofertilizante e biogás são descarregados após o período de fermentação. Este modelo consiste na construção de um tanque ou tanques em série, onde suas paredes são impermeabilizadas e é coberto por lona ou manta plástica. Após 24 horas de o material ser colocado no tanque, começa a extração do biogás. Depois de mais ou menos 30 dias de fermentação o material é colocado em lagoas secundárias onde o material continua com nutrientes mas sem o odor do metano. Este material é o biofertilizante. Modelo conforme figura 2 (TORRES et al., 2012).
As fossas sépticas biodigestoras servem para o tratamento do esgoto do banheiro de residências onde não saneamento básico, geralmente em propriedades rurais. Consiste em três caixas interligadas, no qual a primeira deve estar conectada diretamente e exclusivamente ao vaso sanitário, pois produtos de limpeza como sabões e detergentes prejudicam o processo de biodigestão. Nas caixas um e dois ocorre a biodigestão onde há a morte dos agentes patogênicos encontrados nas fezes. Na caixa três o material já não contem mais estes agentes e pode ser utilizado como biofertilizante. Todas as caixas devem ter válvulas de escape para os gases. Figura 5 demonstra uma fossa séptica biodigestora (EMBRAPA, 2010).
Figura 5. Fossa séptica biodigestora
Biofertilizante
A agropecuária gera muitos tipos de resíduos orgânicos, estes quando utilizados de forma correta pode melhorar a produtividade do solo, trazendo assim uma maior taxa de produtividade da lavoura, porem quando descartado de forma inadequada gera uma fonte de poluição, se tornando ainda mais grave quando atingem mananciais e reservas hídricas (KONZEM e ALVARENGA, 2008).
A utilização de fertilizantes orgânicos, como o que se origina dos biodigestores, é uma opção para que se reduza o uso dos fertilizantes químicos, assim tendo uma menor taxa de agressão ao meio ambiente (FUKAYAMA, 2008).
Os biofertilizantes quase não tem contra indicação, podem ser utilizados em várias culturas e diferentes estágios de crescimento da planta (FUKAYAMA, 2008).
Com o uso do biofertilizante é proporcionado um ganho na produção e barateamento do custeio para o produtor (KONZEN, 2003).
O uso exagerado dos biofertilizantes produzidos pelo biodigestor pode acarretar uma lixiviação e volatização no mesmo pois nele está presente uma alta concentração de nitrogênio mineral, este que a planta consome, então- se aplicado em altas dosagem a planta não o aproveitara por completo (TAKITANE, 2001).
Com os preços elevados no mercado do fertilizante químico o biofertizante vem ganhando seu espaço nas lavouras, a viabilização deste está cada vez maior pois, os biofertilizantes tem potencial para substituir o uso de fertilizantes químicos (CERVI, 2009).
Este tipo de fertilizante normalmente é encontrado na forma liquida contem principalmente em sua composição nitrogênio e fósforo, podendo em uma segunda utilização servir como defensivos, contra pragas, doenças e insetos, e regulador de pH do solo substituindo em parte a calagem. Sua aplicação no solo das lavouras favorece o desenvolvimento de micro- organismos assim enriquecendo o solo. Além de descompactar o solo permitindo a entrada de ar para as camadas mais profundas do solo. A aplicação dos biofertilizantes deve ser realizada de forma parcelada, pois podem ocorrer perdas de nutrientes. Cada cultura tem sua própria exigência de nutrientes, cabe então ao produtor se informar sobre a sua cultura para fazer a exata aplicação exata do biofertilizante. O cálculo para a dosagem segue o mesmo princípio dos fertilizantes químicos. Porém, o uso em excesso pode acarretar um desequilíbrio do solo deixando-o impróprio para algumas culturas (BARROS, 2014).
Biogás
Composto basicamente por dois gases, gás metano e gás carbônico, o biogás é produzido naturalmente em vários habitats diferentes, pela decomposiçãode matéria orgânica. Sua pureza é definida pela quantidade que há de metano, quanto mais metano presente mais puro é o biogás (TORRES, 2012).
Segundo Souza (2005), o biogás vem substituindo o gás natural na Europa. Podendo ser produzido a partir de resíduos agrícolas, o biogás tem alto poder calorifico, com alto teor de pureza pode chegar a 12.000 Kcal/metro cúbico.
As propriedades rurais podem utilizar o biogás nas próprias instalações reduzindo os custos com energia. O biogás pode ser utilizado para aquecimento de aviários, creches de suínos, secagem de grãos entre outros. Além dessa utilização ainda evita e emissão desse gás para a atmosfera (TARRENTO, 2006).
Abaixo na figura 6 tabela com composição do biogás.
Figura 6. Composição do biogás.
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