IV SEMINÁRIO DE ELETROTÉCNICA

APLICADA À SUSTENTABILIDADE

CAMPINA GRANDE, PARAÍBA 10 DE NOVEMBRO DE 2012.

Produção de energia a partir de resíduos

sólidos

Aluno: Anderson dos Santos Formiga

Professor: Luis Reyes Rosales Montero

A intensificação das atividades humanas nas últimas décadas

gerou um acelerado aumento na produção de resíduos, tornando-se

um grave problema para as administrações públicas. O meio mais

utilizado para a disposição de resíduos são os lixões que são a

forma mais inadequada de disposição de resíduos sólidos urbanos,

pois não contemplam cuidados que evitam danos ambientais e à

saúde.

O aproveitamento dos resíduos descartados para gerar energia é

igualmente um meio de reduzir a quantidade de lixo acumulado

em depósitos ou, pelo menos, reduzir a emissão de gases nocivos

produzidos naturalmente nesses locais. O metano, um desses

gases, produz efeito estufa cerca de 20 vezes mais que o gás

carbônico.

A Tabela 1 apresenta as unidades de destinação final de

resíduos coletados, por região.

Tabela 1 - Unidades de destinação final de resíduos, por região brasileira. Fonte: ICLEI.

A figura 1 sintetiza a composição da matriz energética brasileira,

publicado em 2009, referente ao ano de 2008.

Figura 1 – Composição da matriz energética brasileira, Fonte: Cella.

A figura 2 apresenta a evolução do consumo de energias renováveis e

não renováveis no país, desde 1970, ficando evidente que a participação

das energias renováveis na matriz energética nacional não aumentou nos

últimos anos.

Figura 2 - Participação das fontes de energia renováveis na matriz energética nacional Fonte: ICLEI.

A Figura 3 faz uma correlação entre a evolução da oferta e

demanda de energia elétrica no país, em TWh.

Figura 3 - Oferta e demanda de energia elétrica no país, de 2002 a 2008 (em TWh), Fontes: ICLEI.

As hidrelétricas, que são importantíssimas para a geração de energiaelétrica no país, também serão afetadas pelas mudanças globais do clima,tendo em vista que os ciclos hidrológicos no planeta já começaram a seralterados. Isso já foi constatado em 2001, quando ocorreu o chamado“apagão”, em função do menor índice de chuvas naquele ano.

Assim, para que o Brasil não sofra falta de energia elétrica, nem fiquemais dependente do petróleo e seus derivados, é importantíssimodiversificar sua matriz energética e ampliar o uso de outras fontes deenergia renovável abundantes no país, tais como:

Energia solar;

Energia eólica;

Energia das marés;

Biomassa, como resíduos de madeira, cascas de arroz, entre outras;

Biogás, gerado em aterros sanitários, estações de tratamento de efluentese dejetos de animais; entre outros.

A geração pode ocorrer por vários processos, como a queima do biogás

recuperado dos depósitos de lixo, a incineração ou a gaseificação (todos

utilizados como combustível). E há ainda a celulignina catalítica, um

combustível sólido capaz de substituir petróleo e carvão. Este

combustível é obtido com o beneficiamento do lixo após o processo de

reciclagem.

Figura 4 – Esquema de produção de energia a partir do lixo, Fonte: Secretaria de energia-SP.

Para o biogás ser aproveitado, os resíduos sólidos devem

ser depositados em aterros sanitários, e não em lixões,

como ainda acontece com grande parte do lixo produzido

no Brasil.

Para coletá-lo, há no interior do aterro uma rede de drenos

verticais. O gás é succionado por bombas movidas a

motores elétricos. Após passar por um sistema para retirar

o excesso de umidade e outros contaminantes, o biogás é

levado ao queimador (flare) ou ao sistema de geração de

energia, ou ainda para ser usado como combustível

diretamente no transporte ou em máquinas de indústrias.

Como o biogás é convertido em eletricidade pela sua queima,

os sistemas que realizam esse processo são classificados

como usinas termelétricas. A energia potencial química do

biogás é convertida em calor. Parte dele, por sua vez, é

convertida em energia mecânica (de movimento) por meio de

turbinas a gás, motores de combustão interna (semelhantes

aos dos automóveis) ou caldeiras de vapor d’água. A energia

mecânica é finalmente convertida em energia elétrica por

meio de um gerador. Esquematicamente:

Energia potencial química → Calor → Energia mecânica

+ calor → Energia elétrica + calor

Motores Ciclo Otto

Os motores ciclo Otto aspiram à mistura ar-combustível antes de ser

comprimida no interior dos cilindros e a combustão da mistura é dada por

centelha produzida na vela de ignição. Esses motores são chamados de

quatro tempos, pois seu funcionamento ocorre sequencialmente em

quatro etapas.

Admissão

Exaustão

Combustão

Compressão

Figura 5 - Motores Ciclo Otto importados, Fonte: ICLEI.

Microturbinas a gás

Nas microturbinas o ar é aspirado e forçado para seu interior à alta

velocidade e pressão, misturado ao combustível para, então, ser

queimado na câmara de combustão. Os gases quentes resultantes da

combustão são expandidos na turbina e o calor remanescente dos gases

de exaustão pode ser aproveitado para aquecimento do ar de combustão.

Figura 6 - Desenho esquemático de uma microturbina a gás, Fonte: ICLEI.

Ciclo a vapor Rankine

Os sistemas de ciclo a vapor funcionam de acordo com o ciclo Rankine,

que consiste basicamente em caldeira, turbina, condensador e bomba, é

utilizado calor proveniente da combustão de biogás, em uma caldeira,

para geração de vapor, que poderá ser utilizado para processos

industriais, aquecimento direto ou geração de energia elétrica, por meio

do acionamento de uma turbina a vapor acoplada a um gerador.

Figura 7. Esquema do Ciclo Rankine Fonte: ICLEI.

Evaporador de chorume

O processo de aquecimento é realizado a partir da utilização do biogás como

combustível. A fração líquida é evaporada, concentrando o teor de sólidos do

chorume. O vapor quente passa por sistema de purificação para que possa ser

lançado à atmosfera ou, então, para ser utilizado na geração de energia térmica de

processo, como aquecimento ou refrigeração. O lodo adensado pode retornar para

o aterro.

Figura 8 - Esquema de um evaporador de chorume Fonte: ICLEI.

Apesar de o biogás poder ser utilizado em qualquer aplicação destinada aogás natural, para seu uso veicular existe a necessidade de remoção de algunsde seus componentes, tais como: umidade, ácido sulfídrico (H2S), dióxido decarbono (CO2) e partículas.

No processo de purificação do biogás é importante retirar o CO2 até que aporcentagem de metano fique próxima à do gás natural, para que possa serutilizado para os mesmos fins. Segundo a ANP (Agência Nacional dePetróleo) na Portaria 128, de 28 de agosto de 2001, a porcentagem mínima demetano no gás natural para uso veicular deve ser de 86% e máxima de CO2de 5%.

A remoção de CO2 do biogás é uma operação unitária em que umcomponente da mistura é dissolvido em um líquido e em carbonato depotássio, hidróxido de cálcio, hidróxido de sódio, entre outros. Dentre osmétodos físicos, destacam-se os crivos moleculares, separação pormembranas e colunas de absorção. Os métodos físicos são os maisconhecidos e utilizados devido à fácil regeneração dos reagentes utilizados naabsorção.

Existem diversos solventes que podem ser utilizados para a remoção do CO2.Em se tratando da solubilidade, o polietileno glicol é uma das opções e,atualmente, é a mais utilizada devido à alta solubilidade do CO2 e H2S.Considerando o custo, a melhor opção a ser utilizada é a água, pois o CO2 eH2S também são solúveis em água.

O biogás seria uma alternativa interessante para diminuição do uso

de energia gerada em hidroelétricas aqui em Campina grande. O

fato de Campina Grande ser uma região com uma grande demanda

de resíduos sólidos, possuir uma boa produção agrícola e ter uma

localização que da a ela um potencial centro de distribuição, torna

viável a produção de biogás.

As operações com biogás geram renda, pois fazendas e fábricas

pagam para eliminar seus dejetos, e as usinas podem vender além

de eletricidade, ela podem vender calor e combustível para

veículos.

A construção de um aterro sanitário em Campina Grande traria a

cidade mais uma forma de geração de renda e uma forma de

diminuir os impactos ambientais causados pelo lixo.

O primeiro passo é o planejamento de aterros sanitários, que possam receber

toda a demanda de resíduos orgânicos, hoje Campina Grande conta com um

enorme lixão que não possui nenhuma medida de proteção e que

economicamente não traz nenhum beneficio a cidade, depois é de extrema

importância o monitoramento para que na coleta não ocorra vazamentos, a

coleta é feita através de tubos centrais que são conectados a tubos laterais que

transportam o biogás para um coletor principal, a sucção do gás é feita por

compressores, o biogás produzido preciso ainda de um tratamento para que

sejam eliminados alguns resíduos indesejados, para o transporte do biogás

será necessário à construção de um pequeno gasoduto e por fim, dependendo

da produção pode-se determinar a melhor tecnologia a serem empregadas,

para Campina há duas tecnologias interessantes, que seriam o Ciclo a vapor

Rankine e principalmente os Motores Ciclo Otto.

Construção de Aterros Sanitários;

Coleta do biogás nos aterros;

Tratamento;

Construção de um pequeno gasoduto;

Definição da forma de transformação do Biogás em energia.

ICLEI, Manual para Aproveitamento de Biogás, v. 1, Disponível em: <http://www.iclei.org.br/residuos/?page_id=413>, acessado dia 22/10;

SESP, Disponível em: <http://www.energia.sp.gov.br/portal.php/residuos-solidos>, acessado dia 21/10;

Arcadis Tetraplan, Estudo sobre o Potencial de Geração de Energia a partir de Resíduos de Saneamento (lixo, esgoto), visando incrementar o uso de biogás como fonte alternativa de energia renovável, Disponível em: <https://docs.google.com/viewer?a=v&q=cache:okdkROyklZEJ:www.mma.gov.br/publicacoes/clima/category/109-energia?download%3D60:estudo-sobre-o-potencial-de-geracao-de-energia-a-partir-de-residuos-de-saneamento-lixo-esgoto--visando-incrementar-o-uso-de-biogas-como-fonte-alternativa-de-energia-renovavel+Produ%C3%A7%C3%A3o+Energ%C3%A9tica+a+partir+de+Res%C3%ADduos+S%C3%B3lidos&hl=en&gl=br&pid=bl&srcid=ADGEEShHd4-biuQ8Eq6W-j0CXjej2CdHjPt8qqhnM5Fzt7_-SaXXGWAe9jaIwPtv5SjFlCw81jj5g5T1fEz0S2X0IhZUTVd8jmnBv5efWAWtu6jT6WiL90Wz_nIhczjVPpH9mTDyxqBW&sig=AHIEtbSBSf6Hg12A8ORGNlyFLV7HeQjjpg>, acessado dia 21/10;

Webresol, Disponível em: <http://www.resol.com.br/curiosidades/curiosidades2.php?id=1512>, acessado dia 21/10;

Univesp, Disponível em: <http://www.univesp.ensinosuperior.sp.gov.br/preunivesp/2473/use-jogue-fora-ae-e-gere-energia.html>, acessado dia 21/10.