Captao de Biogs para Gerao de Energia Captao de Biogs para Gerao de Energia a partir de Aterros de Resduos Slidosa partir de Aterros de Resduos Slidos

Jos Fernando Thom JucJos Fernando Thom JucJos Fernando Thom JucJos Fernando Thom Juc

Grupo de Grupo de Resduos Slidos da Resduos Slidos da

Universidade Federal de PernambucoUniversidade Federal de PernambucoUniversidade Federal de PernambucoUniversidade Federal de Pernambuco

II Seminrio Nacional de Gesto de RSUII Seminrio Nacional de Gesto de RSU

29 e 30 de novembro de 200729 e 30 de novembro de 2007

Natal/RNNatal/RN

No ltimo sculo o Homem tem lanado grandes quantidades de CO na atmosferaquantidades de CO2 na atmosfera

Estima-se em 7 bilhes de toneladas de CO2 por anoEstima se em 7 bilhes de toneladas de CO2 por ano

Radiao Solar RadiaoS l

EFEITO ESTUFA

Solar

A di A di

R di

A radiao A radiao solar retida solar retida aquece a aquece a

TerraTerraRadiao

Calor

TerraTerra

Aumento na concentrao

Concentrao natural

natural de gases na

atmosfera

Concentrao naturalde gases na atmosfera

A t d 0 5C lti 25 (H t l 2001)- Aumento de 0,5C nos ltimos 25 anos (Hansen et. al. 2001)

- ONU previu incremento de 1,4C 5,8C at 2100

Estas mudanas climticas tem provocado graves conseqncias

F d il li i iFenmenos de oscilao climtica tornaram-se mais frequentes, mais durveis e mais intensos

QueimadasContinente AfricanoContinente Africano

CatarinaCatarina

BrasilBrasil

2050 DJF-Temperatura 2050 JJA-Temperatura

2050 MAM-Precipitao 2050 SON-Precipitao

PROTOCOLO DE KYOTOPROTOCOLO DE KYOTO

- Acordo internacional (Lei), firmado por 150 pases em Acordo internacional (Lei), firmado por 150 pases em 1997, objetivando a reduo das emisses na atmosfera.

) A I i d t i li da) Anexo I: pases industrializadosb) Anexo II: pases industrializados comprar poluioc) Pases em desenvolvimento

- Meta: reduzir em 5,2% as emisses globais de CO2 at 2012

- Condies para entrar em vigor: 1) ratificao de 55 pases, e2) pelo menos 55% das emisses de CO2

- Entrada em vigor: Rssia ratificou em 02/2005- Entrada em vigor: Rssia ratificou em 02/2005,EUA e Austrlia ainda no ratificaram

GASES DE EFEITO ESTUFA (GEE)GASES DE EFEITO ESTUFA (GEE)

Gases GWP Principais GEE e potencial de aquecimento global

Dixido de carbono (CO2) 1 Metano (CH4) 21 xido nitroso (N2O) 310

Hidrofluorcarbonos (HFC`s) 100 3.000 Perfluorcarbonos (PFC`s) 5.000 10.000 Hexafluor de enxofre (SF ) 23 900

Composio da atmosfera:

Hexafluor de enxofre (SF6) 23.900

Gases Concentrao (% em volume)Gases Concentrao (% em volume)

Nitrognio (N2) 78,1% Oxignio (O2) 21,0% Vapor dgua (H O) varia at 4 0%Vapor d gua (H2O) varia at 4,0%Argnio (Ar) 0,93% Dixido de carbono (CO2) aprox. 0,3% N i (N ) b i d 0 002%Nenio (Ne) abaixo de 0,002%Hlio (He) 0,0005% Metano (CH4) 0,0002%

PROTOCOLO DE KYOTO E O MDLPROTOCOLO DE KYOTO E O MDL

M i d D l i t Li (MDL)- Mecanismo de Desenvolvimento Limpo (MDL)

Instrumento inserido no Protocolo para facilitar que os pases p q pdesenvolvidos (Anexo II) cumprissem as metas de reduo de emisses.

- Pases desenvolvidos financiam projetos (reduo da poluio) em pases em desenvolvimento.

Desta forma o Brasil pode atuar no mbito de Kyoto.

Cria as Redues Certificadas de Emisses (RCEs) Crditos - Cria as Redues Certificadas de Emisses (RCEs) = Crditos de carbono

P it i d dit U$5 30/t CO2- Permitem negociao dos crditos = U$5-30/tonCO2edepende da bolsa/mercado

PROTOCOLO DE KYOTO E O MDLPROTOCOLO DE KYOTO E O MDL

- O no cumprimento da reduo das emisses implica penalidades financeiras:

P i i f (2005 2007) 40 0 /t CO2Primeira fase(2005-2007): 40,0 euros/ton CO2eSegunda fase: 100,0 euros/ton CO2e.

- Mercado/Bolsas para comrcio de CO2:

- Chicago Climate Exchange (CCX)- Europe Unions Emissions Trading Scheme (EU ETS)- Europe Union s Emissions Trading Scheme (EU ETS)- Europe Energy Exchange (EEX)- Energy Exchange Austria (EXAA)

N di P E h- Nordic Power Exchange- Powernext Carbon - Frana- Mercado Brasileiro de Reduo de emisses MBRE (iniciativa brasileira)- outros.....

Bolsa EuropiaBolsa Europia

Ministrio das Cidades

Ministrio do Meio Ambiente

Ranking dos pases p/ investidoresRanking dos pases p/ investidores

Country Rating Last (20 December 2005) 1 I di A (1 A )

Fevereiro/2006

1.India A- (1,A-) 2.China BBB+ (2,BBB) 3.Brazil BBB (5,BB+) Ranking de

qualificao dos 4.Chile BBB (3,BBB) 5.Mexico BB+ (4,BB+) 6.Korea BB- (6,B+)

qualificao dos pases vendedores

de crditos ( , )7.Morocco B+ (8,B) 8.South Africa B (9,B)

Serve para mostrar a

9.Peru B (7,B+) 10.Argentina B (10,B) 11 Malaysia B (11 B )

capacidade do pas em receber/gerir

projetos MDL 11.Malaysia B (11,B-) 12.Indonesia CCC+ (14,CCC) 13.Vietnam CCC+ (12,CCC+) 14 Th il d CCC (15 CCC)

p j

Fonte: www.pointcarbon.com

14.Thailand CCC (15,CCC) 15.Egypt CCC (13,CCC)

MDL: empresas atuando no BrasilMDL: empresas atuando no Brasil

F t

Setores de atividades / tipo de gases Setores de atividades / tipo de gases -- MDLMDL

SituaoSituao das das AtividadesAtividades de de ProjetosProjetos jjMDL (MDL (versoverso 19/09/2007)19/09/2007)

(460)( )

(193)(140)

(175)(193)

(620 milhes)( )

(434 milhes)(187 milhes) (434 milhes)(187 milhes)

Projetos Desenvolvidos no BrasilProjetos Desenvolvidos no Brasil

0105/2006 - Projeto de Gs de Aterro Sanitrio de Manaus 0093/2006 - Projeto de Gs de Aterro SIL (PROGAS) 0080/2006 - Projeto de Gs do Aterro Sanitrio do Aur

0027/2005 - Projeto USINAVERDE - Incinerao de resduos slidos urbanos, com carga de composio similar ao RDF, evitando emisso de metano e promovendo gerao deevitando emisso de metano e promovendo gerao de eletricidade para autoconsumo

0021/2005 - Projeto So Joo de Gs de Aterro e Gerao de0021/2005 - Projeto So Joo de Gs de Aterro e Gerao de Energia no Brasil

0016/2005 - Projeto de Gs do Aterro Sanitrio Anaconda j

0013/2005 - Projeto Bandeirantes de gs de Aterro e Gerao de Energia em So Paulo, Brasil

Aterros SanitriosAterros Sanitrios0011/2005 - Projeto de Reduo de Emisses de Biogs, Caieiras - Brasil

0010/2005 - Projeto de Recuperao de Gs de Aterro ESTRE - Paulnea(PROGAE)

0006/2005 - Projeto ONYX de Recuperao de Gs de Aterro Trememb -Brasil

0005/2005 - Projeto de Converso de Gs de Aterro em Energia no Aterro Lara Mau - Brasil

0004/2004 - Projeto de Energia de Gases de Aterro Sanitrio da Empresa MARCA

0002/2004 - Projeto Vega Bahia - Projeto de Gs de Aterro de Salvador da Bahia

0001/2004 - Projeto NovaGerar - Projeto de Energia a partir de Gases de Aterro Sanitrio

CONTEXTO MDL NO BRASIL (RSUCONTEXTO MDL NO BRASIL (RSU))

Projetos MDL Resduos submetidos ao MCTProjetos MDL Resduos submetidos ao MCT

Cidade Estado Incio OperaoQuant.

resduos (Ton/ano)

Durao Operao

Capacidade Instalada

(MW)RCEs Estimadas

Ton CO2e

Caieiras So Paulo 2005730.000 a 1.460.000

7 anos (1 etapa) N.I 14.698.336

Mau So 2005 547 500 7 anos 2005- 1 MW 4.500.000 em 7

anos e Mau Paulo 2005 547.500 7 anos 2006- 10MW 10.500.000 em 21 anos

Trememb So Paulo 2003 180.000 10 anos 700.625

Paulnia So Paulo 2006 912.5001 fase - 7

anos Total -2 anos

N.I1.487.775 (1

fase) 2.745.055 (total - 20 anos)

N Ri d Nova Iguau

Rio de Janeiro 2003 20 anos 12 MW 14.070.000

Cariacica Esprito Santo 1995 365.000 21 anos 11 MW 4.859.503

Salvador -Aterro

Metropolitano Centro

Bahia 2000 850.000 2004-2020 2004- 8MW 2019-40MW 13.958.155

Aterros de Resduos SlidosAterros de Resduos Slidos

BiodegradaoBiodegradaoBiodegradaoBiodegradao

Aproveitamento EnergticoAproveitamento EnergticoAproveitamento EnergticoAproveitamento EnergticoGerao de Gerao de

chorumechorume e gse gs

Aproveitamento EnergticoAproveitamento EnergticoAproveitamento EnergticoAproveitamento Energtico

Captao e Drenagem Captao e Drenagem Captao e Drenagem Captao e Drenagem Atividade BacterianaAtividade BacterianaAtividade BacterianaAtividade Bacteriana

dos Gasesdos Gasesdos Gasesdos GasesAtividade BacterianaAtividade BacterianaAtividade BacterianaAtividade Bacteriana

APROVEITAMENTO ENERGTICO DO BIOGS

APROVEITAMENTO ENERGTICO DO BIOGS

Aterro como um Bioreator, d j t d t bili

Produo de Metano

e

BIOGSBIOGS

sendo projetado para estabilizar a frao orgnica de forma rpida, mediante o controle e otimizao dos processos microbiolgicos P r

o

d

u

o

d

e

m

3

/

a

n

o

)

dos processos microbiolgicos.

T

a

x

a

d

e

P

M

e

t

a

n

o

(

m

TRATAMENTO E APROVEITAMENTO DE GASES TRATAMENTO E APROVEITAMENTO DE GASES TRATAMENTO E APROVEITAMENTO DE GASES TRATAMENTO E APROVEITAMENTO DE GASES

Q i d GQ i d G Implantao de Implantao de Implantao de Implantao de Queima de Gases (Transformao de CH4 em CO2)

Queima de Gases (Transformao de CH4 em CO2)

p a tao dep a tao deplantas para plantas para aproveitamento aproveitamento energtico em aterrosenergtico em aterros

p a tao dep a tao deplantas para plantas para aproveitamento aproveitamento energtico em aterrosenergtico em aterrosenergtico em aterros energtico em aterros de grande portede grande porte. . energtico em aterros energtico em aterros de grande portede grande porte. . TENDNCIATENDNCIA

ProjetosProjetos de de FinanciamentoFinanciamento de de CarbonoCarbono

BancosI tid BancosInvestidor

EmprstimosCapital EmprstimosCapital

Contratos (municpios, PPA)Promover Desenvolvimento PPA)

$$Sustentvel

$$ $$ Produtos prinicipais: $$

Carbon Fund

Carbon Fund Emission Reduction

Produtos prinicipais: Taxa de administrao para depsito Ev. Eletricidade,

CarbonCredits

22 22Purchase Agreement

,reciclagem, lixo hospitalar

Ambiental

Social

Sustentabilidade

Definio do Projeto ValidaoEstudo de Viabilidade

Registro

Emisso de RCEs

Comit Executivo

Implementao

Monitoramento

Emisso RelatrioCertificao Verificao

Base de clculo para a reduo de emisses-Linha de Base

CO2 Emisses

Real, monitorvel e ,longo prazoReduo adicional

de emisses deCO2

anosanos

Aterro Canabrava Aterro Canabrava -- BABA

Aterro Sanitrio BandeirantesAterro Sanitrio Bandeirantes

Recebe: 6500 tf/dia. rea: 1.400.000 m.

Disposto: 35 milhes de toneladas. Altura mxima: 105 m.

Aterro Sanitrio Stio de So Joo

ESTUDO DE CASOESTUDO DE CASO

VIABILIDADE DO APROVEITAMENTO VIABILIDADE DO APROVEITAMENTO DO BIOGS NO ATERRO DA DO BIOGS NO ATERRO DA DO BIOGS NO ATERRO DA DO BIOGS NO ATERRO DA

MURIBECA/PEMURIBECA/PE

Localizao do AterroLocalizao do Aterro

- Municpio de Jaboato cerca de 15 km do Centro Recife;

- Raio de 3 5 km presena de vrios ncleos habitacionais;Raio de 3,5 km presena de vrios ncleos habitacionais;

1998

OBJETIVOS DO ESTUDO

- Monitorar a concentrao e presso do biogs sob cobertura.- Determinar as emisses superficiais de CH ;- Determinar as emisses superficiais de CH4;- Avaliar a reteno do CH4 na cobertura;- Estimar a gerao de CH4 e o potencial energtico do aterro

CARACTERSTICAS DO ATERRO DA MURIBECA:

- Aterro: 9 clulas;C-8C-7C-6Layout - Aterro da Muribeca

Aterro: 9 clulas;C-6

C-4 C-5 - 2.700 ton/dia de resduos;- Clula: 4 ha e h=25-40 m;

C-2 C-3C-4

C 1C-9

Administrao e balana

Clulas de lixo

;- Composio: 60% de M.O;- Gases: drenagem superficial*

C-1

100 m

Estao meteorolgica e mirante

Vias de acesso - No existe tratamento* ouaproveitamento energtico;

Caractersticas especficas Caractersticas especficas -- recuperaorecuperaodo biogsdo biogsdo biogsdo biogs

Inventrio dos resduos Composio do lixo

annual accumulated1994 767,37 767,371995 831 23 1 598 600

Year Amount of waste (ton)Mat.orgnica 60,0%Papeis 15,0%Plsticos 8 0%1995 831,23 1,598,600

1996 939,961 2,538,5611997 1,007,519 3,546,080

Plsticos 8,0%Vidros 2,0%Metais 2,0%Outros 13 0%1998 928,967 4,475,047

1999 892,491 5,367,5382000 959,626 6,327,1642001 924 34 7 251 504

Outros 13,0%

2001 924,34 7,251,5042002 1,006,421 8,257,9252003 985,661 9,243,5862004 948 3 10 192 321

Drenagem dos gases: inexistente

Sistema de cobertura: 2004 948,735 10,192,321

Projees futuras (vida til):

Sistema de cobertura:

- 50% lixo descoberto - 50% cobrimento de argila

Taxa de recebimento de lixo(atual 2.700 ton/dia)

50% cobrimento de argila

Mal compactada e elevada permeabilidade

Aterro Controlado da Muribeca Aterro Controlado da Muribeca (2006)(2006)

Aterro Sanitrio da MuribecaAterro Sanitrio da Muribeca

Aterro da Muribeca erro da Muribeca Clula 8 Clula 8 Lixo novo 1 ano h = 10 m

Lixo antigo, idade > 15 anos

Lixo de idade < 5 anos h = 20 m

h = 10 m

- Espessura da camada de cobertura: 25-90 cm solo argiloso;

- Fortes eroses/surgncia de chorume nos taludes;

- Inexistncia de sistema de drenagem dos gases;

/ g ;

Coleta de AmostrasColeta de Amostras

LixoLixo -ensaios

anaerbios

Lixo - ensaios aerbios Solo de cobertura

Amostras pH Eh Teor Teor Slidos Tabela 1 - Ensaios na massa de Lixo

de Lixo Umidade (%) Volteis (%)Furo 01 ( 0-4m ) 8,36 -127,0 41,64 14,38 Furo 01 ( 4-6m ) 8,01 -304,0 34,16 12,33Furo 02 ( 0-5m ) 8,75 -186,2 35,92 12,92

Furo 02 ( 5- 10m) 8,90 -274,2 42,44 10,60 Furo 03 ( 5-10m ) 8,61 -234,9 30,66 9,24, , , ,

Furo 03 ( 11-13m ) 8,59 -612,3 35,77 12,91 Furo 04 ( 0-6m ) 8,69 -254,6 42,15 15,01

Furo 04 ( 6-11m ) 8,61 -264,0 28,44 10,05( ) , , , ,Furo 04 ( 11-16m ) 8,44 - 299,9 44,10 9,41

O teor de umidade, variando entre 20 e 40%, pode servir de indicador que o meio est com condies favorveis para aindicador que o meio est com condies favorveis para a degradao da matria orgnica;

O valor negativo de Eh em todas as amostras indica que oO valor negativo de Eh em todas as amostras indica que olixo encontra-se em decomposio anaerbia.

Microorganismos Anaerbios

1,00E+05

1,00E+06

1,00E+07r

i

a

s

(

N

P

M

/

g

)

Microorganismos Aerbios

1,00E+06

1,00E+07

1,00E+08

i

a

s

Coliformes Totais (NMP/g)Coliformes Termotolerantes (NMP/g)

No foi detectada a

1,00E+01

1,00E+02

1,00E+03

1,00E+04

1,00E 05

n

t

a

g

e

m

d

e

B

a

c

t

r

1 00E+02

1,00E+03

1,00E+04

1,00E+05

C

o

n

t

a

g

e

m

d

e

B

a

c

t

r

i Pseudomonas Aeruginosas (NMP/g)Heterotrficos aergbios (UFC/g)

No foi detectada a presena de fungos

1,00E+00

,

FURO 2 FURO 4

C

o

n

Anaerbiso Totais (NMP/g) Celuloliticos (NMP/g)

Aminolticos (NMP/g) Proteolticos (NMP/g)

1,00E+00

1,00E+01

1,00E+02

FURO 1 FURO 2 FURO 3 FURO 4

Grficos Ensaios Microbiolgicos no ChorumeOs ensaios de microorganismos aerbios, cujo valor mximo foi daordem de 104, mostram que o aterro encontra-se na fase anaerbia,sendo os maiores valores encontrados no contato solo-lixo;

Na amostra de chorume observa se um baixo teor das bactriasNa amostra de chorume observa-se um baixo teor das bactriasanaerbias totais, possivelmente em funo do carter inibitrio dealguns metais (Mn e Fe) que se encontram com elevadas

t concentraes.

Instrumentao - Clula 8

Detalhamento da Instrumentao da Clula 8

Sondagens

Sondagem Amostra de Solo e Lixo

Instrumentao Termopar

Medio de Vazo Dreno de Gs

Equipamento para medio de vazoEquipamento para medio de vazo de gs em campo acoplamento ao DRENO DE GS

INSTRUMENTAO

1) Equipamentos de leitura:

Parmetro Faixa de medio Faixa de erro do equipamento

CO2 0 100% 2,0%

Equipamentos

CH4 0 100% 5,0%

Drager X-am 7000 H2S concentrao 0 500 ppm 5,0%

O 0 25% 1 0%O2 0 25% 1,0%

CO 0 500 ppm 1,0%

vazo 0,016 3,0 m3/h 3,0%

0 10 0 kP 1 0%

Gallus 1000 G1.6

D 477 2 presso 0 10,0 kPa 1,0%

Velocidade do ar 0 7 m/s 3,0%

temperatura -50 a 1.300C 0,5%Termometer Appa Mt-520

Dwyer 477-2

Dwyer

Medio Direta do Gs

Flexible tubeCover layer

Compacted soil

PVC (d 20 )ab

l

e

PVC cap (d=20cm)

Galvanized metal screenGravel (d=2cm)

c

m

7

c

m

v

a

r

i

a

5

LFG production

Cap PVC (200mm), tela e tubo flexvelflexvel

ObservaoObservao: procedimento de leitura: procedimento de leitura

a) Medies na placa simultneas com medio no DMPC

b) Medies na placa: concentrao e temperatura interna dos gases e temperatura ambiente (externa);

c) Medies no DMPC: concentrao e presso do biogsc) Medies no DMPC: concentrao e presso do biogs.

Medida da concentrao e presso

Composio biogsConcentrao tpica da fase metanognica coerncia

com a idade do lixo aterrado (

Resultados Clula 8 FURO 4

Furo 4Concentrao dos Gases (%) 0

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

Concentrao dos Gases (%) - Camada de Cobertura FURO 4

0

1

2

3

0 10 20 30 40 50 60 70 0,15

0,3

0,45

0,6

CO2 (%)

CH4 (%)3

4

5

6

7

0,6

0,75

0,9

1,05

1 2nd

i

d

a

d

e

(

m

)

O2 (%)

7

8

9

10

11

a

d

e

(

m

)

CO2 (%)

1,2

1,35

1,5

1,65

P

r

o

f

u

12

13

14

15

P

r

o

f

u

n

d

i

d

( )

CH4 (%)

O2 (%)

Temperatura (C)

1,8

1,95

2,1

16

17

18

19

-Medio do Gs em profundidade;

-- Medio do gs a cada 15 cm na camada de cobertura at contato com o

20

21

22

23

Camada impenetrvel - restos de construo civil lixo (75 cm)

- Medio de temperatura em profundidade (linha vermelha)

Emisses superficiais ou fugitivas:

- Extrapolao dos resultados (pontuais) da placa de fluxo S f 7 K i iSurfer 7 e Kriggiana;

P-7

Emisses de CH4 (g/dia.m2)

- Estimativa de emisso de 570 kg de CH4 por dia (913 m3/dia) ou 208

P-3

P-44 p ( / )

ton anuais;

P 3

P-5 - Alta emisso de CH4 oriunda das pssimas condies geotcnicas da camada e da inexistncia da

P-6P-8

da camada e da inexistncia da drenagem interna dos gases.

Previso terica x medio de campo

Variao na estimativa pode estar relacionada: - Condies de degradao dos resduos (antigo lixo). - Modelos tericos foram desenvolvidos e calibrados para aterros de

clima temperado e de pases desenvolvidos.

Table 2. LFG utilization for energy production.

Year

LFG generation

LFG heating value*

Installed capacityYear generation

potential (m3/h)value(MJ/m3

capacity (MW)

2006 10,924 20.5 13.0 2008 9 728 20 5 11 62008 9,728 20.5 11.6 2010 7,392 20.5 8.8 2012 5,181 20.5 6.2 2015 3,128 20.5 3.7 ,2019 1,970 20.5 2.4 2026 1,337 20.5 1.6

Obs: *based on CH4 average concentration in LFG (55.6%).

Table 3. Carbon credits - LFG project. Period CERs

(ton)Carbon

credit* (U$)(ton) credit* (U$)

2006-2012 2,677,340 13,386,7022013 2019 932 245 4 661 2232013-2019 932,245 4,661,2232020-2026 489,701 2,448,506

Obs: * considering U$5,0/ton CO2e

A simples investigao conduzida foi bastante til para pr-p g p pavaliar o potencial de recuperao do biogs, estudos

complementares de viabilidade so necessrios para definir os parmetros econmico-financeiros;

As dificuldades existentes para implantao de projetos de

parmetros econmico financeiros;

As dificuldades existentes para implantao de projetos de recuperao de biogs na Muribeca so naturais de um aterro

originado de um antigo lixo;

Os aspectos qualitativos e quantitativos da gerao do biogs indicam potencial energtico de 10 -13 MW;indicam potencial energtico de 10 13 MW;

E ti ti d d d d U$ 13 ilh i i Estimativa de recursos da ordem de U$ 13 milhes nos primeiros 7 anos do projeto (2007-2012).

Grupo de Resduos Slidos GRSUniversidade Federal de PernambucoUniversidade Federal de Pernambuco

http://www.grs-ufpe.com.brjucah@ufpe.brjucah@ufpe.br