05 - Biogás

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IFRN – NOVA CRUZ –
DISCIPLINA: 
Prof.:
Biocombustível
Gasoso
Biogás
TECNOLOGIA DE PROCESSOS QUÍMICOS
BIOCOMBUSTÍVEIS
Samuel Alves de Oliveira 05
No Brasil existem aproximadamente
INTRODUÇÃO
+ 200 MILHÕES
DE CABEÇAS DE GADO BOVINO
+ 38 MILHÕES
DE CABEÇAS DE porcos
+ 1,4 bilhões
DE FRANGOS e outras aves
No Brasil existem aproximadamente
INTRODUÇÃO
TONELADAS
DE DEJETOS
INTRODUÇÃO
bilhões
Já somos
De pessoas 
no mundo
+
INTRODUÇÃO
Converter MILHÕES TONELADAS 
DE LIXO em BIOGÁS
Biogás
Gás composto principalmente de 
METANO E GÁS CARBÔNICO 
PROVENIENTE DA DECOMPOSIÇÃO 
ANAERÓBICA de biomassa residual.
O processo ocorre naturalmente em 
um AMBIENTE COM AUSÊNCIA DE 
OXIGÊNIO NO MEIO.
Como bicombustível gasoso PODE 
SUBSTITUIR O GÁS LIQUEFEITO DE 
PETRÓLEO (GLP) ou até o gás natural 
veicular (GNV)
INTRODUÇÃO
INTRODUÇÃO
Substância Composição
Metano (CH4) 55 – 70%
Gás Carbônico (CO2) 30 – 45%
Ácido sulfídrico (H2S) 0 – 0,5%
Amônia (NH3) 0 – 0,05%
Vapor de água (H2O) 1 – 5%
Nitrogênio 0 – 5%
Outros traços
BREVE HISTÓRICO
Sumérios e Romanos descrevem o 
FENÔMENO DE LUZES CINTILANTES EM 
PÂNTANOS e charcos.
DESCOBERTO O GÁS DO PÂNTANO em 1776 
pelo italiano Alessandro Volta.
Ulysse Grayon, aluno de Louis Pasteur, em 
1884 PRODUZIU BIOGÁS EM LABORATÓRIO 
sugerindo o uso como combustível.
Nas décadas de 60 E 70 ALGUNS PAÍSES 
COMEÇAM A USAR O BIOGÁS como 
combustível, principalmente China e Indía.
INTRODUÇÃO
USOS DO BIOGÁS
QUEIMA DIRETA em processos que 
necessitem de calor
MOTOR DE COMBUSTÃO INTERNA 
adaptado para o uso de gás 
combustível
CONVERSÃO EM ENERGIA 
ELÉTRICA em gerador a gás 
combustível
INTRODUÇÃO
Fermentação anaeróbica
Processo de DECOMPOSIÇÃO 
BIOLÓGICA DE MATÉRIA ORGÂNICA 
POR BACTÉRIAS ANAERÓBIAS 
existentes no meio produzindo gases.
ETAPAS DO PROCESSO
PROCESSO DE PRODUÇÃO
Hidrólise
Acidogênese
Acetogênese
Metanogênese
PROCESSO DE PRODUÇÃO
Compostos orgânicos complexos
Proteínas, carboidratos, lipídios
Compostos orgânicos simples
Aminoácidos, ácidos graxos, açúcares
Hidrólise
Ácidos graxos de 
cadeia curta
Ácido propiônico e butírico
Acidogênese
Outros 
componentes
Ácido lático, álcoois, etc
Acetogênese
Ácido acético
H2 + CO2 
+ H2S + NH4
Biogás
CH4 + CO2 + H2S + NH4 + outros
Metanogênese
CONDIÇÕES DO MEIO – OXIGÊNIO NO BIODIGESTOR
Precisa-se de um ambiente LIVRE DE 
OXIGÊNIO
IMPOSSÍVEL EVITAR O OXIGÊNIO no 
biodigestor
Coexistem BACTÉRIAS AERÓBIAS DE 
OUTRAS ETAPAS DA 
BIODEGRADAÇÃO, QUE CONSOMEM 
OXIGÊNIO antes que prejudique as 
bactérias metanogênicas
PROCESSO DE PRODUÇÃO
CONDIÇÕES DO MEIO – Temperatura do meio
MICRORGANISMOS PSICROFÍLICOS
• Lenta decomposição
• Menor produção de biogás
PROCESSO DE PRODUÇÃO
10°C < T < 25°C
37°C < T < 42°C
CONDIÇÕES DO MEIO – Temperatura do meio
MICRORGANISMOS PSICROFÍLICOS
• Lenta decomposição
• Menor produção de biogás
MICRORGANISMOS MESOFÍLICOS
• Tipo mais comum
• Maior produção de biogás
• Boa estabilidade do processo
PROCESSO DE PRODUÇÃO
50°C < T < 60°C
CONDIÇÕES DO MEIO – Temperatura do meio
MICRORGANISMOS PSICROFÍLICOS
• Lenta decomposição
• Menor produção de biogás
MICRORGANISMOS MESOFÍLICOS
• Tipo mais comum
• Maior produção de biogás
• Boa estabilidade do processo
MICRORGANISMOS TERMOFÍLICOS 
• Processos para higienização do substrato
• Decomposição acelerada
• Maior sensibilidade com distúrbios de 
temperatura
PROCESSO DE PRODUÇÃO
CONDIÇÕES DO MEIO – Valor do pH
BACTÉRIAS HIDROLÍTICAS E ACIDOGÊNICAS
• pH ideal de 5,2 a 6,3
• Pouco exigentes com o pH
BACTÉRIAS ACETOGÊNICAS E 
METANOGÊNICA
• pH ideal de 6,5 a 8
• MUITO EXIGENTES COM O PH
PROCESSO DE PRODUÇÃO
pH
0
4
2
6
8
10
12
14
CONDIÇÕES DO MEIO – Disponibilidade de Nutrientes
MACRONUTRIENTES
• Carbono (C)
• Nitrogênio (N)
• Fósforo (P)
• Enxofre (S)
PROCESSO DE PRODUÇÃO
C:N:P:S
600:15:5:3
Maioria dos SUBSTRATOS DE DEJETOS possuem 
os MACRONUTRIENTES SUFICIENTES
CONDIÇÕES DO MEIO – Disponibilidade de Nutrientes
PROCESSO DE PRODUÇÃO
Micronutriente Concentração (mg/L)
Cobalto (Co) 0,003 – 10
Níquel (Ni) 0,005 – 15
Selênio (Se) 0,08 – 0,2
Molibdênio (Mo) 0,005 – 0,2
Manganês (Mn) 0,005 – 50
Ferro (Fe) 0,1 – 10
CONDIÇÕES DO MEIO – Inibidores
PROCESSO DE PRODUÇÃO
INIBIDOR
CONCENTRAÇÃO DE 
INIBIÇÃO
OBSERVAÇÃO
Oxigênio > 0,1 mg/l
Inibição das arqueas
metanogênicas, anaeróbias 
obrigatórias.
Sulfeto de hidrogênio > 50 mg/l H2S
Quanto menor o pH, maior o 
efeito inibitório.
Ácidos graxos voláteis > 2.000 mg/l HAc (pH = 7,0)
Quanto menor o pH, maior o 
efeito inibitório. Alta 
adaptabilidade das bactérias
CONDIÇÕES DO MEIO – Inibidores
PROCESSO DE PRODUÇÃO
INIBIDOR
CONCENTRAÇÃO DE 
INIBIÇÃO
OBSERVAÇÃO
Nitrogênio amoniacal > 3.500 mg/l NH4+ (pH = 7,0)
Quanto maiores o pH, maior 
o efeito inibitório. Alta 
adaptabilidade das bactérias
Metais pesados
Cu > 50 mg/l
Zn > 150 mg/l
Cr > 100 mg/l
Só metais dissolvidos 
apresentam efeito inibidor. 
Descontaminação pela 
precipitação de sulfeto.
Desinfetantes antibióticos N.E.
Efeito inibitório varia com o 
composto.
BIODIGESTOR RURAL INDIANO
Caracteriza-se por possuir uma 
CAMPÂNULA COMO GASÔMETRO, 
normalmente esta mergulhada sobre 
a biomassa em fermentação.
Possui PRESSÃO DE OPERAÇÃO 
CONSTANTE, o gasômetro tende a 
deslocar-se verticalmente com a 
quantidade de biogás produzido.
FÁCIL CONSTRUÇÃO, contudo o 
gasômetro pode encarecer o custo 
final.
TIPOS DE BIODIGESTORES
BIODIGESTOR RURAL CHINÊS
Formado por uma câmara cilíndrica 
em alvenaria (tijolo) para 
fermentação, com TETO ABAULADO.
Funciona com AUMENTOS DE 
PRESSÃO EM SEU INTERIOR 
resultando no deslocamentos do 
efluente para a caixa de saída.
Construído quase totalmente em 
alvenaria, sem o uso de gasômetro, 
contudo PODE OCORRER 
PROBLEMAS COM VAZAMENTO.
TIPOS DE BIODIGESTORES
TIPOS DE BIODIGESTORES
BIODIGESTOR INDIANO BIODIGESTOR CHINÊS
BIODIGESTOR RURAL DE balão
O tanque de fermentação é feito de 
alvenaria, mas o GASÔMETRO FEITO 
DE UMA LONA NA FORMA DE BALÃO.
A pressão inicialmente vária, MAS 
POSTERIORMENTE TENDE A 
PERMANECER CONSTANTE.
A construção é barata e prática mas 
requer MAIS CUIDADOS DE 
MANUTENÇÃO E DEPRECIAÇÃO DO 
EQUIPAMENTO.
TIPOS DE BIODIGESTORES
BIODIGESTOR INDUSTRIAL
Estruturas mais complexas formadas 
POR CONTÊINER METÁLICOS DE 
GRANDE PORTE COM GASÔMETROS 
FLEXÍVEIS na forma de balão.
Permite o processamento de grandes 
quantidades de matéria-prima e ALTA 
PRODUÇÃO DE BIOGÁS.
Mas utilizado para GERAÇÃO DE 
ENERGIA ELÉTRICA pela queima do 
biogás.
TIPOS DE BIODIGESTORES
PRODUÇÃO DE BIOGÁS DE ATERRO SANITÁRIO
PRODUÇÃO DE BIOGÁS DE ATERRO SANITÁRIO
PRODUÇÃO DE BIOGÁS DE ATERRO SANITÁRIO