Palestra no III workshop de bioenergia UFV 26_08_2016

1. Biodigestores como
oportunidade no manejo de
dejetos
III Workshop de Bioenergia
Perspectivas do Setor de Biogás

2. Apresentação
» Introdução;
» Indicadores da viabilidade para montagem e operação de
biodigestores;
» Processo de biodigestão;
» Entradas (água e dejetos);
» Biodigestor;
» Biofertilizante;
» Biogás;
» Conjunto moto-gerador;
» Conjunto motor bomba;
» Aspectos bioquímicos;
» Variáveis envolvidas no processo de biodigestão;
» Viabilidade econômica;

3. Introdução
Transformações

4. Consequências
» Dejetos;
» Mau cheiro;
» Ambiente;
» Emissão de GEE;

5. Biodigestor é um equipamento utilizado para o processamento de
matéria orgânica, como, por exemplo, fezes, urina e sobras da
suinocultura. O biodigestor proporciona as condições necessárias
para que as bactérias atuem sobre a biomassa para a produção de
biogás e biofertilizante.
Biogás: É uma mistura de gases contendo, aproximadamente,
75%de CH4 e 25% de CO2.
Biofertilizante: Matéria orgânica rica em elementos minerais,
possuindo grande capacidade de recuperação de solos degradados.

7. Indicadores da viabilidade da montagem
e operação de biodigestores
» Disponibilidade de dejetos e espaço físico a fim de viabilizar a
construção do biodigestor;
» Tempo e mão de obra disponível para manejo diário;
» Conhecimento técnico de como utilizar os insumos adquiridos pela
biodigestão;
» Disponibilidade de equipamentos para utilização do biogás produzido;

8. Processo de biodigestão
Esquema do funcionamento de biodigestores
Fonte. Hubner (2005)

9. Água Residuária
Entende-se por água residuária, a água descartada após utilização em
diversas atividades ou processos. A produção pecuária gera grande
quantidade de água residuária nas diversas etapas do processo.

10. Quantidade de
dejetos produzido
pelos animais
ENSMINGER, M. E., OLDFIELD, J.E. , HEINEMANN, W.W. Feeds & Nutr. 2 ed., California: The
Ensminger Publishing Company, 1990. p.1544.

11. Biodigestores
Há dois tipos de biodigestores.
• Descontínuo
• Contínuo

12. Biodigestores descontínuos
» Específico para biomassas de decomposição lenta;
» Recebe carga total, retendo-a até terminar o processo de
biodigestão ;
» Ao término do processo, o biodigestor é totalmente esvaziado;
» Para um novo processo, o biodigestor deve ser novamente
carregado;

13. Biodigestores contínuos
» Mais difundido;
» Se adapta a maioria das biomassas;
» Cargas diárias ou periódicas;
» Descarrega o biofertilizante de forma contínua;
» São os sistemas mais difundidos, sendo os modelos chinês e
indiano são os mais conhecidos;

14. Biodigestor modelo chinês

15. Biodigestor modelo indiano

16. Biodigestor modelo canadense
» Modelo horizontal;
» Caixa de carga em alvenaria e com a largura maior que a
profundidade;
» Área maior de exposição do sol Grande produção de biogás;
» Amplamente difundido: é a tecnologia mais utilizada;
» O biogás pode ser enviado para um gasômetro separado;
» A localização do biodigestor é de grande importância, ima vez que
afeta o sucesso ou a falha do sistema;
» Deve estar pelo menos entre 30 e 50 metros de distância de
qualquer fonte de água para evitar contaminações;
» Deve estar localizado, preferencialmente, em área protegida
de ventos frios e onde a temperatura permanece
relativamente estável, tentando receber o máximo de
energia solar;

18. Biofertilizante
Possui grande capacidade de recuperar os solos degradados!
Matéria orgânica rica em elementos
minerais.

19. Composição básica do biofertilizante
Macro e Micronutrientes
Nitrogênio Enxofre Molibdênio
Fósforo Sódio Boro
Potássio Ferro Cobre
Cálcio Cloro Zinco
Magnésio Sílica Manganês
A composição varia de acordo com a matéria-prima fermentada.

20. Corretor de acidez (pH = 7,5)
Ação do Biofertilizante no solo
» Mantém
» Melhora a estrutura e a textura,

21. » Dá firmeza ao solo, de modo que resistam à ação desagregadora da água;
» Deixa a terra com estrutura mais porosa, permitindo maior penetração do ar;
» Favorece a multiplicação das bactérias, fixando o nitrogênio atmosférico;
» Aumenta a produtividade e reduz o perigo de infestações nas lavouras;

22. Biogás
O biogás gerado é canalizado e direcionado a um motor/gerador de
energia a partir de biogás. A energia elétrica gerada é usada para o
funcionamento dos equipamentos utilizados no sistema de produção. A
concentração de gás metano produzida pela biodigestão anaeróbia
atingiu um pico de 70% no verão a uma temperatura média de 30ºC,
sendo a menor concentração de 56%, a aproximadamente, 24ºC.

23. Características do Biogás
Composição do Biogás:
» O metano
chama azul-clara e queimando em CO2 e H2O;
» Possui alto poder calorífico;
» Sua qualidade depende do metano presente na mistura, ou seja,
quanto maior for a quantidade de metano, melhor será o biogás
em termos energéticos;
Fonte: LA FARGE (1979), APPUD COLDEBELLA (2006)

24. Capacidade de Geração de Biogás
» A geração de biogás depende da característica do resíduo, que é o
substrato para o crescimento dos micro-organismos;
» A dieta dos animais e sistema digestório, interferem na distinção dos
resíduos quanto à potencialidade de produção de biogás;

25. Conjunto moto-gerador
Equipado com um quadro de comando para monitorar o seu
funcionamento.
Motor originalmente a gasolina/diesel
adaptado para o biogás
Gerador de energia elétrica
acoplado

26. Motor-gerador

27. Conjunto motor-bomba
(biofertilizante)
Motor originalmente a gasolina/diesel, convertido para o
biogás
Bomba d’água acionada
por um motor elétrico
acoplado

28. Motor-bomba

29. Fundamentos bioquímicos para a
produção de biogás
Hidrólise
As enzimas produzidas pelas bactérias transformam polímeros,
como amido e proteínas, em monômeros, como açúcares e
aminoácidos.

30. Acidogênese
Na acidogênese, esses monômeros são transformados em ácidos
graxos voláteis (AGV), como ácido butírico e ácido propiônico.
Material
orgânico
simples
Ácidos
orgânicos simples

31. Acetogênese
Na acetogênese, esses ácidos graxos voláteis são
transformados em ácido acético, gás carbônico e hidrogênio
gasoso.
Ácidos graxos
voláteis
CO2
H2
Ácido acético

32. Metanogênese
O Ácido acético é transformado em metano e gás carbônico
pelas bactérias metanogênicas acetoclásticas e o gás
carbônico e o hidrogênio são combinados, formando metano,
pelas bactérias metanogênicas hidrogenotróficas.
Acetato
CO2
H2
METANO

34. Variáveis envolvidas no processo de
biodigestão
» Temperatura;
» Tempo de retenção hidráulica
» Teor de sólidos
» Concentração de nutrientes
» Concentração de sólidos voláteis
» Substâncias tóxicas
» pH

35. Temperatura
» A temperatura de operação do digestor, é considerado um
dos principais parâmetros, devido à grande influência
deste fator na taxa de digestão anaeróbia;
» A velocidade da reação depende da velocidade de
crescimento dos micro-organismos envolvidos, que por
sua vez dependem da temperatura;
Aumento da
temperatura
Velocidade de crescimento
de micro-organismos é
acelerada
Aumento da
produção de
biogás

36. » As variações bruscas de temperatura no digestor pode
desencadear a desestabilização do processo;
» Existem três intervalos de temperatura em que se pode trabalhar
com micro-organismos anaeróbicos:
» Psicrófilos (abaixo de 25 o
C);
» Mesófilos (25 a 45 o
C);
» Termófilos (entre 45 e 65 o
C);

37. Tempo de retenção hidráulica
» É o tempo necessário para a mistura ser digerida no digestor;
» Ocorre quando a produção de gás é máxima, definindo o ponto
de melhor qualidade do biogás no processo de biodigestão
anaeróbia;
» O tempo de retenção é determinado, num processo contínuo,
pela relação entre volume do biodigestor e o volume diário de
carga introduzida;
» Usualmente, o TRH é de 30 a 45 dias;
» Em algumas situações é possível a existência do biogás logo na
primeira semana;

38. Teor de sólidos
» Material residual que fica em uma cápsula após secagem até
peso constante em estufa em temperatura elevada (105o
C);
» Falta de água: pode provocar entupimento na tubulação;
» Excesso de água: pode atrapalhar o processo da hidrólise, pois é
exigida uma elevada carga de biomassa para que a mesma se
processe adequadamente;

39. Concentração de nutrientes
» São necessários macro e micronutrientes do processo anaeróbio
para a síntese de nova de biomassa;
» Deve existir uma relação carbono/nitrogênio mantida entre 20:1 e
30:1;
» EXCESSO DE NITROGÊNIO: pode levar a redução da produção
de biogás, podendo ter como produto final compostos
nitrogenados como a amônia ( NH3);

40. Concentração de sólidos voláteis
» É a porção de sólidos totais que é liberada de uma amostra,
volatilizando-se quando aquecida até peso constante a 600o
C;
» Os SV contêm componentes
orgânicos, que, teoricamente,
deveriam ser convertidos em
metano;

41. Substâncias tóxicas
Podem “contaminar” o esterco, afetando as bactérias
envolvidas no processo.
Uso de desinfetantes,
antibióticos e bactericidas.

42. Viabilidade Econômica segundo
COLDEBELLA, 2006
» Propriedade 1:
» 130 bovinos;
» Biodigestor com 7 x 40 x 3 m de largura, comprimento e
profundidade, respectivamente;
» O sistema
» O biofertilizante é utilizado para fertirrigação;
» O
por meio de um conjunto motor-gerador instalado na
propriedade;

43. » Propriedade 2
» 1000 matrizes;
» Biodigestor com 10,5 x 55 x 4,5m de largura,
comprimento e profundidade, respectivamente;
» Bioofertilizante é utilizado para fertirrigação;
» O biogas é utilizado para produção de energia elétrica.

44. Produção de biogás
SV – sólidos voláteis; 1 – chorume diluído com águas de lavagem; 2 –
chorume não diluído e sem material constituinte das camas dos animais,
diluições podem variar entre 1:0,5 e 1:7, palha para cama entre 1 a 3
kg/animal/dia. (Fonte: Coldebella, 2006)

45. O sistema de manejo e a quantidade de animais determinam
a capacidade de produção de biogás.
» Propriedade 1:
» Propriedade 2:
127,4 m3
/biogás/dia.
130
Vacas.
0,980 m3
/animal/dia
de biogás.
933 m3
/biogás/dia.
1000
Porcas.
0,933 m3
/animal/dia
de biogás.

46. Eficiência (%) = (energia produzida kWh/m3
/ 6,5 kWh/m3
) * 100
1 m3
de biogás equivale a 6,5 kWh
A energia produzida kWh/m3
é obtida convertendo-se a potência
gerada em HP para kWh. Com essa conversão calcula-se a
produção de energia em kWh/m3
.
1HP equivale a 0,746 kW

48. O gasômetro é conectado ao motor-gerador ou motor-bomba, que
permanece em funcionamento até que o biogás seja totalmente
consumido.
A implantação do biodigestor equivale a, aproximadamente, R$
200,00/suíno e do conjunto motor-gerador cerca de R$ 440,00/kW.

49. Tempo de retorno de investimento
O tempo de retorno do investimento está em função do tempo
de operação do equipamento, quanto menor for o tempo de
operação, maior será o custo da energia elétrica.
» Propriedade 1:
» Tempo de operação: 2,5h/dia;
» Implantação do biodigestor: R$ 50.000,00;
» Motor-gerador: R$ 20.000,00;
» Produção de 44 kWh de energia elétrica;
» Propriedade 2:
» Tempo de operação: 10h/dia;
» Implantação do biodigestor: R$ 100.000,00;
» Motor-gerador: R$ 20.000,00;
» Produção de 36 kWh de energia elétrica;

50. Custo da eletricidade (MWh) para as propriedades, de
acordo com o tempo de amortização e tempo de operação do
gerador:
Propriedade 1:
Propriedade 2:

51. O tempo de retorno deste investimento está relacionado com
o valor pago pelo produtor por kWh à concessionária de
energia elétrica.
Q
Para propriedades rurais o custo cobrado gira em torno de
R$ 300,00/MWh.

52. Tempo de retorno do investimento para a propriedade 1.

53. Tempo de retorno do investimento para a propriedade 2.

54. Somando-se a produção de energia elétrica à economia gerada
pelo uso do biogás com o sistema de bombeamento para
irrigação, reduz o tempo de retorno do investimento.

56. 100 vacas 2500 kg de estrume por dia100 vacas 2500 kg de estrume por dia
ProduProduçãção dio diáária de biogria de biogááss  (0,0409 m(0,0409 m33/kg/kg
estrume) = 100 mestrume) = 100 m33 (3,33 botij(3,33 botijõões de GLP por diaes de GLP por dia
ou 1215 botijou 1215 botijõões por ano, ou seja, R$ 26.730,00)es por ano, ou seja, R$ 26.730,00)
FertilizanteFertilizante R$ 40.000,00R$ 40.000,00
POTENCIAL PARA 100 VACASPOTENCIAL PARA 100 VACAS
2500 kg de leite por dia2500 kg de leite por dia

57. Produtividade
Meio
Ambiente
Saúde
• Aumento de forragem
• Redução de custos
energéticos
• Preservação da
vegetação local
• Melhoria da
qualidade do solo
• Melhoria da
qualidade do ar no
ambiente doméstico
• Melhoria das
condições sanitárias
Fonte: adaptado de Instituto WINROCK, (2008)

58. Obrigado
marcelo.otenio@embrapa.br