Download - PROJETO BIODIGESTOR
Transformações nos seres vivos e ambiente- Bc0306-UFABC
Universidade Federal do ABC
Biodigestores: uma forma de mitigar os efeitos ambientais
relacionados à pecuária, avicultura e suinocultura de corte,
principalmente o que tange o destino dos dejetos e a redução
da emissão dos gases do efeito estufa (GEE).
*Disciplina: Transformações nos seres vivos e ambiente- BC-0306
*Alunos:
Bárbara Molina Mourad
Caio Rozzetti silva
Flavia Ribeiro
Mariana Macieira
*Professor Doutor: Carlos Miyazawa
*Turma C
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Santo André- SP
Novembro/2010
Conteúdo 1.Objetivos ............................................................................................................................... 3
3.Biodigestores ......................................................................................................................... 3
3.1. História dos biodigestores .............................................................................................. 3
3.2.Definição e composição de um biodigestor ..................................................................... 4
3.3.Cálculos dos parâmetro iniciais utilizados no dimensionamento de biodigestores
modelos indiano, Chinês e batelada. ..................................................................................... 5
3.4. Biodigestor modelo indiano ............................................................................................ 5
3.5. Biodigestor modelo Chinês ............................................................................................. 6
3.5.1 comparação de desempenho entre biodigestores modelo indiano e chinês ............. 7
3.6.Biodigestor modelo batelada ........................................................................................... 8
3.7. Protocolo de Kyoto a respeito dos biodigestores ............................................................ 8
4. Biogás ................................................................................................................................... 9
4.1. Composição química do biogás ....................................................................................... 9
4.2. Equivalência energética do biogás ................................................................................ 10
4.3. Relação entre a geração de material orgânico e a produção do biogás ......................... 10
5. Relação entre dieta animal e GEE. ....................................................................................... 11
6.Efluentes .............................................................................................................................. 12
6.1.Biofertilizante ................................................................................................................ 12
6.2.Substrato(substrato organomineral) .............................................................................. 13
7. A fermentação anaeróbica .................................................................................................. 13
8. Custo X Benefício. ............................................................................................................... 13
9.Conclusão ............................................................................................................................ 15
10.Referências Bibliográficas .................................................................................................. 15
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1.Objetivos O presente trabalho tem por objetivo apresentar os modelos de biodigestores conhecidos
até o presente momento, e os principais problemas ambientais atualmente relacionados à
pecuária, à avicultura e à suinocultura de corte , principalmente no que tange o destino
dos dejetos e emissões de gases efeito estufa(GEE), e as possíveis formas de mitigar
essas externalidades.
Os principais problemas apontados são degradação dos sistemas ambientais, degradação
do solo, emissão de gases efeito estufa e poluição dos recursos hídricos. [1]
2.Introdução
Em sistemas de confinamento de bovinos e suínos, um grande volume de dejetos é
gerado diariamente. Estes dejetos são compostos orgânicos de alto teor energético, que
armazenados e destinados corretamente podem ser fonte de energia.
Os biodigestores anaeróbicos representam uma forma de tratamento dos resíduos, pois
além de permitir a redução do potencial poluidor, e dos riscos sanitários dos dejetos
(como zoonoses, em geral acarretadas pela transmissão da bactéria E. coli,
Campylobacter spp. ,podendo ser transmitida para o gado e para o homem),promove a
geração do biogás e permite a reciclagem do efluente, este podendo ser utilizado como
fertilizante.
3.Biodigestores
Um biodigestor é composto basicamente uma câmara fechada, na qual a biomassa( em
geral detritos animais ) é fermentada anaerobicamente. Como resultado desta
fermentação anaeróbica, surgem o biogás e o fertilizante. Assim sendo, podemos definir
um biodigestor como um aparelho designado para conter a biomassa e, seu produto, o
biogás.
3.1. História dos biodigestores O biogás já é conhecido início do século XIX, embora a primeira instalação operacional
destinadas a produzir gás combustível só ter sido posta em operação aos meados deste
século.
Segundo a literatura existente, o primeiro biodigestor posto em funcionamento regular
na Índia foi no início deste século em Bombaim. Em 1950, ainda na Índia, foi instalado
o primeiro Biodigestor de sistema contínuo. Na década de 1960, foram desenvolvidas
pesquisas com biodigestores da África do Sul, o primeiro biodigestor a batelada foi
posto em funcionamento no ano de 1900 também posto em Bombaim, na índia.
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Tais pesquisas resultaram em grande difusão de metodologia de biodigestores como
forma de tratar os dejetos animais, obter biogás e ainda conservar o efeito fertilizante do
produto final (biofertilizante). Foi esse trabalho pioneiro, realizado na região de Ajitmal
(Norte da Índia), que permitiu a construção de quase meio milhão de unidades de
biodigestão no interior daquele país. [2]
3.2.Definição e composição de um biodigestor
O biodigestor é um tanque protegido do contato com o ar atmosférico, onde toda a
biomassa contida nos dejetos e efluentes, é metabolizada (fermentada) por bactérias
anaeróbicas.
Os biodigestores são câmaras fechadas, no geral sendo compostos de duas partes: Um
recipiente para abrigar e permitir a digestão da biomassa (tanque), e um gasômetro para
abrigar o biogás (campânula)[2]
Fonte: Andrade et al. 1994
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3.3.Cálculos dos parâmetro iniciais utilizados no dimensionamento de
biodigestores modelos indiano, Chinês e batelada.
Para o dimensionamento de biodigestores, deve-se tomar cuidado em armazenar o
biogás, para que no horário de pico seja o suficiente para manter os aparelhos
funcionando, sendo necessário o conhecimento do valor de biogás a ser consumido (B).
Este valor é conhecido(equação 1) e, através da soma do valor de consumo específico
de cada equipamento (c) e o tempo utilizado durante as 24 horas do dia (t). Para obter o
volume útil do biodigestor(v)modelos indiano, chinês e batelada, basta multiplicar o
fator de rendimento (k) pelo valor necessário de biogás por dia (a) (equação 2)
B = c + t
(1)Valor de biogás a ser consumido
V = k a
(2)Volume útil do biodigestor
O valor de k pode variar de 0,7 a 4, dependendo de fatores como: tipo de biomassa,
diluição, temperatura e tipo de reabastecimento.[3]
3.4. Biodigestor modelo indiano
Este modelo de biodigestor caracteriza-se por possuir uma campânula como gasômetro,
a qual pode estar mergulhada sobre a biomassa em fermentação, ou em um selo d’água
externo, e uma parede central que divide o tanque de fermentação em duas câmaras. A
função da parede divisória faz com que o material circule por todo o interior da câmara
de fermentação. O modelo indiano possui pressão de operação constante, ou seja, à
medida que o volume de gás produzido não é consumido de imediato, o gasômetro
tende a deslocar-se verticalmente, aumentando o volume deste, portanto, mantendo a
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pressão no interior deste constante. O fato de o gasômetro estar disposto sobre o
substrato ou sobre o selo d’água, reduz as perdas durante o processo de produção do
gás.
O resíduo a ser utilizado para alimentar o biodigestor indiano, deverá apresentar uma
concentração de sólidos totais (ST) não superior a 8%, para facilitar a circulação do
resíduo pelo interior da câmara de fermentação e evitar entupimentos dos canos de
entrada e saída do material. O abastecimento também deverá ser contínuo,ou seja,
geralmente é alimentado por dejetos[5]
Fig.2.-Esquema de um biodigestor modelo indiano
Fonte- Eco-vilagge, 2002
3.5. Biodigestor modelo Chinês
O modelo chinês é mais rústico, ficando quase que totalmente enterrado no solo.
Formado por uma câmara cilíndrica em alvenaria (tijolo) para a fermentação, com teto
abobado, impermeável, destinado ao armazenamento do biogás. Este biodigestor
funciona com base no princípio de prensa hidráulica, de modo que aumentos de pressão
em seu interior, e o acúmulo de biogás resultarão em deslocamentos do efluente da
câmara de fermentação para a caixa de saída, e em sentido contrário quando ocorre
descompressão. O modelo Chinês é constituído quase que totalmente em alvenaria,
dispensando o uso de gasômetro em chapa de aço, reduzindo os custos, contudo podem
ocorrer problemas com vazamento do biogás caso a estrutura não seja bem vedada e
impermeabilizada. Neste tipo de biodigestor uma parcela do gás formado na caixa de
saída é libertado para a atmosfera, reduzindo parcialmente a pressão interna do gás, por
este motivo as construções de biodigestor tipo chinês não são utilizadas para instalações
de grande porte. Semelhante ao modelo indiano, o substrato deverá ser fornecido
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continuamente, com a concentração de sólidos totais em torno de 8%, para evitar
entupimentos do sistema de entrada e facilitar a circulação do material. [5]
Fig.3. Biodigestor modelo chines.
Fonte:Andrare et al.1994
3.5.1 comparação de desempenho entre biodigestores modelo indiano e chinês
Em termos comparativos, os modelos Chinês e Indiano, apresentam desempenho
semelhante, apesar do modelo Indiano ser ligeiramente mais eficiente quanto a
produção de biogás e redução de sólidos no substrato, conforme podemos visualizar na
tabela a seguir.[5]
BIODIGESTORES
CHINÊS INDIANO
REDUÇÃO DE SÓLIDOS(%) 37 38
PRODUÇÃO MÉDIA( ) 2.7 3.0
PRODUÇÃO MÉDIA(l. de substrato) 489 538
Tabela 01: Resultados preliminares do desempenho de biodigestores modelo Indiano e Chinês, com
capacidade de 5,5 m3 de biomassa, operados com esterco bovino.
Fonte: Lucas Junior 1984
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3.6.Biodigestor modelo batelada
Trata-se de um sistema bastante simples e de pequena exigência operacional. Sua
instalação poderá ser apenas um tanque anaeróbio, ou vários tanques em série. Esse tipo
de biodigestor é abastecido de uma única vez, portanto não é um biodigestor contínuo,
mantendo-se em fermentação por um período conveniente, sendo o material
descarregado posteriormente após o término do período efetivo de produção de biogás.
Enquanto, os modelos chinês e indiano prestam-se para atender propriedades em que a
disponibilidade de biomassa ocorre em períodos curtos, como exemplo aquelas que
recolhem o gado duas vezes ao dia para ordenha, permitindo coleta diária de biomassa,
que deve ser encaminhada ao biodigestor, o modelo em batelada adapta-se melhor
quando essa disponibilidade ocorre em períodos mais longos, como ocorre em granjas
avícolas de corte, cuja a biomassa fica a disposição após a venda dos animais e limpeza
do galpão.[5]
Fig 4. Biodigestor modelo batelada
Fonte: Jornal folha d’oeste.
3.7. Protocolo de Kyoto a respeito dos biodigestores
As preocupações com as mudanças climáticas são expressas no protocolo de Kyoto,
que por sua vez autoriza mecanismos de redução de emissão de gases do efeito estufa
(GEE), denominado de “ mecanismo de desenvolvimento limpo ” -MDL, destinado aos
países desenvolvidos e em desenvolvimento
Projetos de biodigestores têm o aval da ONU.
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4. Biogás
O biogás é uma mistura gasosa feita principalmente, de dióxido de carbono (CO2) e de
metano (CH4). Tem uma baixa densidade e é mais leve que o ar, apresentando desta
forma menores riscos de explosões, já que a sua acumulação se torna mais difícil que a
dos demais gases. A mistura de gases cuja composição depende de diversos fatores,
como a temperatura em que se desenvolve o processo, o tipo de material a ser digerido,
o tempo de retenção etc. O poder calorífico do biogás é em média aproximadamente a
5500 kcal/m
4.1. Composição química do biogás
O biogás, além do CO2 e CH4, contém uma mistura de vários elementos gasosos,
sendo estes das seguintes configurações:
ELEMENTO PORCENTAGEM
METANO (CH4) 50 A 75
DIÓXIDO DE CARBONO (CO2) 25 A 40
HIDROGÊNIO (H2) 1 A 3
AZOTO (N2) 0.5 A 2.5
OXIGÊNIO (O2) 0.1 A 1.0
SULFETO DE HIDROGÊNIO (H2S) 0.1 A 0.5
AMONÍACO (NH3) 0.1 A 0.5
MONÓXIDO DE CARBONO (CO) 0 A 0.1
ÁGUA (H2O) VARIÁVEL
Tab.2- elementos componentes do biogás(%)
Fonte: “Biodigestor energia renovável.”
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4.2. Equivalência energética do biogás
O biogás, além de ser um combustível de fácil acesso e de custos baixos, não polui, e
em certas escalas obtemos um melhor resultado com ele do que com combustíveis
fósseis. Como podemos observar:
CARVÃO VEGETAL 0.8 Kg
QUEROSENE 0.62l
LENHA 3.5Kg
GLP (BUTANO-PROPANO) 1.43Kg
ÓLEO DIESEL 0.55l
KWH 0.74l
GASOLINA 0.61l
CARVÃO MINERAL 0.74Kg
ÁLCOOL CARBURANTE 0.80l
XISTO 4.0Kg
Tabela 3. Equivalência energética para 1 m3 de biogás
Fonte: Dagannuti, Roberto; Palhaci, M. do.C. J. Palácido; et al
4.3. Relação entre a geração de material orgânico e a produção do
biogás
MATERIAL ORGÂNICO Produção de biogás( tonelada de material
seco)
Bovino 360-270
Bubalino 360-270
Sumo 560-460
Eqüino 380-260
Ovino 350-250
Avícola 620-520
Palha de arroz 300
Palha de trigo 300
Palha de feijão 380
Palha de soja 300
Haste de linho 359
Resto de girassol 300
Folhas de parreira 270
Folhas de batateira 270
Folhas de árvore 245
Tabela 4. Potencial biogás
Fonte: Dagannuti, Roberto; Palhaci, M. do.C. J. Palácido; et al
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5. Relação entre dieta animal e GEE.
Dentro do rúmen, a primeira parte do estômago dos animais ruminantes como os
bovinos, bubalinos, ovinos e caprinos, o capim é fermentado por bactérias, fungos e
protozoários. Nessa reação, os carboidratos das plantas são convertidos em ácidos
graxos e há liberação de gás carbônico e metano – que vão para a atmosfera pela
eructação e pela flatulência.
As emissões gasosas estão diretamente relacionadas à alimentação que o gado recebe. O
maior vilão é o capim muito fibroso, passado, de difícil digestão e pouco nutritivo.
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Fig.5.Produção anual de dejetos por animal
Fonte: Lucas Júnior 1984
6.Efluentes O biofertilizante e o substrato são os insumos efluentes, resultado da fermentação
anaeróbica dos dejetos contidos no biodigestor.
6.1.Biofertilizante
No biofertilizante, está contida a parte liquida provenientes da separação,por meio de
decantação do efluente .
O biofertilizante é um adubo orgânico produzido a partir de uma mistura de materiais
orgânicos (esterco, frutas, leite), minerais (macro e micronutrientes) e água. A partir dos
princípios de produção de todos os tipos de biofertilizantes, existem várias maneiras de
se aumentar à concentração de nutrientes, originando assim os biofertilizantes
enriquecidos. O processo de enriquecimento pode se dar com a adição de cinza de
madeira ou cinza de casca de arroz, urina de vaca, plantas trituradas, frutas, farinha de
rochas naturais, leite, esterco bovino e de aves ou macro e micronutrientes
concentrados[10]
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6.2.Substrato(substrato organomineral)
A parte sólida chamada substrato adubo organomineral, após seca ao sol e misturada
com areia grossa (em geral na proporção 1:1), certas vezes o substrato é ainda misturado
a cascas como as de amendoim triturado e arroz, se torna importante para o sistema de o
cultivo aberto, que torna o sistema radicular mais aerado. [7] [8].
7. A fermentação anaeróbica
A fermentação anaeróbia pode ser considerada como um processo de três estágios, no
primeiro, compostos orgânicos insolúveis são transformados, por meio de hidrólise
enzimática, em compostos orgânicos solúveis de cadeia de carbono mais curta, devido à
ação de microorganismos. Os compostos solúveis formados constituem-se em
substratos para os microorganismos do segundo estágio, quando são transformados em
ácidos orgânicos, principalmente o acético, de cadeias com até 6 átomos de carbono. No
terceiro estágio ocorre a formação de metano. As bactérias metanogênicas utilizam o
ácido acético do estágio anterior para produção desse gás [8]
8. Custo X Benefício.
A construção de biodigestor tem custos relativamente elevados e concentrados num
único período, sendo rateados ao longo da vida útil dos biodigestores. Além dos custos
de construção de biodigestores, têm de ser levados em conta também os custo
operacionais necessários para manter o equipamento em funcionamento; estes custos
compõem-se predominantemente de mão-de-obra necessária para a coleta, manipulação
e transporte de dejetos, e custos de manutenção do biodigestor ( estes não têm valor
realmente significativo)[6]
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Tabela 5.custos de materiais para a construção de um biodigestor em alvenaria(modelo indiano) em
2005.
Fonte: Maura S. T. Esperancini; Fernando Colen; et al-2007
Tabela 6.Benefícios decorrentes da economia de gastos pela substituição de energia elétrica e gás
GLP, por biogás, em assentamento rural em São Paulo, em 2005.
Fonte: Maura S. T. Esperancini; Fernando Colen; et al.2007
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9.Conclusão Neste projeto, conseguimos listar as características comuns aos biodigestores, sua forma
de funcionamento, e seus benefícios, tanto na redução da emissão de GEE, quanto na
diminuição de dejetos sem tratamento e não aproveitados.
Ficou evidente que o número crescente de biodigestores, só vem a beneficiar a
sociedade como um todo. A geração do biogás, biofertilizantes, e substrato
organomineral transformam o que antes era resíduo inútil e poluente em formas de
redução de gastos e até mesmo lucro em grandes propriedades e assentamentos.
Uma outra alternativa que ajudaria a reduzir a emissão de GEE provenientes da
atividade pecuarista , em associação à adoção do sistema de biodigestores, seria:
• melhorar as condições de criação de gado nacionais, através do sistema de
confinamento para pecuaristas com rebanhos superiores a 50 cabeças, juntamente com a
avaliação e controle dos gases emitidos;
• aumentar o recurso financeiro dos produtores a fim de que os mesmos cuidem melhor
do solo utilizado para pastagem;
• alterar geneticamente os rebanhos a fim de diminuir a emissão de metano – redução de
30%;
• criação de rebanhos juntamente com árvores cultivadas – fazendas neutras na emissão
de GEE.
Desta forma, seria possível diminuir de forma significativa a emissão de GEE
provenientes das atividades pecuaristas.
10.Referências Bibliográficas
[1]Zen, S. de; Barioni, L, Gustavo; et al.Pecuária de corte brasileira:impactos
ambientais e gases do efeito estufa (GEE)Piracicaba-SP.Universidade de São
Paulo(USP)-Departamento de Economia, Administração e Sociologia-Escola superior
de agricultura “Luiz de Queiros”-CEPEA.2p.2008
[2]Gaspar,R.M.B leme. Utilização de biodigestores em pequenas e médias
propriedades rurais com ênfase na agregação de valor: um estudo de caso na região
de Toledo- PR. Florianópolis- SC. Universidade federal de Santa Catarina(UFSC).12,
13p. 2003.
[3]Portes, Z. Aparecida; Florentino, H de Oliveira. Aplicativo computacional para
projetos e construção de biodigestores rurais. Botucatu- SP.Universidade estadual
paulista(UNESP)- Departamento de bioestatística- Energia da agricultura.121p.2006
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[4] Engenharia & projetos - projetos e consultoria de engenharia civil e ambiental.
Disponível em: <http://enge.com.br/biodigestor_indiano.htm>. Último acesso em:
14/11/2010.
[5]Dagannuti, Roberto; Palhaci, M. do.C. J. Palácido; et al. Biodigestores rurais:
modelo indiano, chinês e batelada.Bauru-SP.Universidade estadual paulista (UNESP)-
Departamento de Artes e Representação Gráfica, FAAC - Faculdade de Arquitetura,
Artes e Comunicação.
[6] Maura S. T. Esperancini; Fernando Colen; et al. Viabilidade técnica e econômica da
substituição de fontes convencionais de energia por biogás em assentamento rural do
Estado de São Paulo. .Jaboticabal-SP. Universidade estadual paulista. Departamento
de gestão e tecnologia agroindustrial.2007.
[7] Luiz V. E. Villela Jr., Jairo A. C. de Araújo; et al. Substrato e solução nutritiva
desenvolvidos a partir de efluente de biodigestor para cultivo do meloeiro. Revista
Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental. v.11, n.2, p.152-158, 2007.
[8] Luiz Vitor E. Villela Junior; Jairo Augusto C. Araújo; et al . Comportamento do
meloeiro em cultivo sem solo com a utilização de biofertilizante.jaboticabal-
SP.Universidade estadual paulista.Departamento de engenharia rural.2003.
[9] Darolt, M. Roberto; et al. BIOFERTILIZANTES: Caracterização Química, Qualidade
Sanitária e Eficiência em Diferentes Concentrações na Cultura da Alface. Curitiba-
PR.Universidade federal do Paraná. Departamento de Solos e Engenharia Agrícola,
Setor de Ciências Agrárias. 2006
[10] Jairo A. C. de Araújo; Thiago L. Factor; et al. Utilização do efluente de biodigestor
na produção de pimentão em substratos.Jaboticabal-SP.Universidade estadual
paulista. Faculdade de Ciências Agrárias e Veterinárias. Ano não citado.