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Guia Prático do Biogás - Geração e Utilização - Web

1. n o h inocula o do material fresco ou ela deve ser realizada pela recircula o de biofertilizantes a constru o rent vel somente em dimens es menores trabalhos de manuten o no agitador exigem o esvaziamento completo do biorreator Formas construtivas reator de fluxo pistonado com se o transversal circular ou retangular e podem ser fabricados na horizontal ou na vertical comumente utilizada a variante horizontal e na arquitetura em p a t cnica do fluxo pistonado implementada normalmente com constru es verticais raramente horizontais podem ser operados com ou sem agitadores Particularidades equipados com aberturas para todos os tubos e equipamentos e deve ser instalada uma v lvula de sobrepress o no gas metro por quest es de seguran a Manuten o e deve haver no m nimo uma porta de inspe o para permitir o acesso ao reator em caso de avaria e observar as normas de seguran a durante trabalhos no biodigestor Processo com mistura completa A gera o de biog s na agricultura utiliza principal mente reatores de mistura completa cilindricos em posi o vertical perfazendo atualmente 2009 cerca de 90 do total de usinas Os biodigestores se com p em de um reservat rio com fundo de concreto e pa redes de a o ou concreto armado O reservat rio pode ser parcial ou totalmente enterrado ou ser posicio nado completamente sobre o solo Sobre o reservat rio
2. 2 1 Origem do biog s Como j indica o nome o bio g s tem origem em um processo biol gico A mat ria org nica quando de composta em meio anaer bio aus ncia de oxig nio origina uma mistura gasosa chamada de biog s Esse processo muito comum na natureza e ocorre por exemplo em p ntanos fundos de lagos esterqueiras e no r men de animais ruminantes Por meio de diver sos microrganismos a mat ria org nica convertida em biog s quase por completo Al m disso s o pro duzidas certas quantidades de energia calor e nova biomassa A mistura gasosa formada composta principal mente de metano 50 75 em volume e di xido de carbono 25 50 em volume O biog s cont m ainda pequenas quantidades de hidrog nio sulfeto de hidrog nio am nia e outros gases tra o A sua com posi o influenciada principalmente pelos substra tos utilizados pela t cnica de fermenta o e pelas di ferentes tecnologias de constru o de usinas 2 1 2 2 2 3 2 4 O processo de forma o do biog s se di vide em v rias etapas ver figura 2 1 Os est gios de decomposi o t m de estar perfeitamente coordena dos entre si para que todo o processo se realize ade quadamente O primeiro est gio a hidr lise em que compos tos org nicos complexos tais como carboidratos pro te nas e lip dios s o decompostos em subst ncias me nos complexas como amino cidos a cares e cidos graxos No
3. muito barato n o exige o uso de produtos qu micos tecnologia de baixa manuten o e pouco sujeita a falhas o enxofre volta para os biofertilizantes e pode ser aplicado como adubo n o se orienta pela quantidade de sulfeto de hidrog nio efetivamente liberada n o possibilita a otimiza o da remo o do sulfeto de hidrog nio a inje o de oxig nio pode prejudicar o processo e oxidar o metano oscila es de temperatura no gas metro entre o dia e a noite e ao longo do ano podem ter efeito negativo sobre a efic cia da dessulfuriza o n o poss vel reagir a oscila es na quantidade de g s liberada corros o no biodigestor e risco de forma o de misturas gasosas explosivas n o adequado para o tratamento visando qualidade equivalente do g s natural redu o do poder calor fico inferior poder calor fico superior e superf cies de crescimento para bact rias redutoras de enxofre devem existir ou ser adicionalmente criadas pois a superf cie existente geralmente n o suficiente para a dessulfuriza o otimiza o pelo controle do fornecimento de oxig nio no reator e medi o cont nua do sulfeto de hidrog nio e minicompressor ou bomba de aqu rio com v lvula de controle a jusante e indicador de vaz o para o controle manual do fluxo de g s e quase desnecess ria que se utilizem equipamentos de dessulfuriza o su perdimensionados ou que se combinem diferentes t cnicas vaz es moment
4. 11 274 2 576 7 805 9 91 10 37 a Raz o pot ncia calor da usina de 150 kW 0 857 raz o pot ncia calor da usina de 500 kW 0 884 Tabela 8 20 Economia de leo de aquecimento em processos de secagem de cereais com calor residual do biog s Substitui o de vetores energ ticos f sseis Custos economizados de leo de a 10 290 aquecimento 24 290 35 987 8 232 23 965 a Economia de leo de aquecimento que seria utilizado como fonte de calor f ssil na secagem Efici ncia do gerador de ar quente com leo de aquecimento 85 b Pre o do leo de aquecimento 0 7 1 Se forem necess rias grandes quantidades de calor para fins de secagem p ex pelo oferecimento de servi os de secagem confirma se a viabilidade econ mica como mostrado pelos exemplos de c lculo de 8 8 Assume se que 9 da quantidade de calor dispo n vel das usinas de biog s pode ser utilizada em cerca de 50 dias em julho e agosto durante o ver o euro peu Tamb m se assume que os custos adicionais do fornecimento de calor s o de no m nimo 100 por quilowatt de pot ncia t rmica de forma que pode se incluir o recebimento do b nus de cogera o como item de receita A tabela 8 18 e a tabela 8 19 mostram que nessas condi es mesmo em pequenas usinas de biog s 150 kW poss vel atingir um lucro consider vel as sumindo um aumento de valor do cereal de 10 t MF devido melhor durabilidade e s melhores ch
5. 80 80 80 75 75 95 95 90 97 90 90 90 90 91 91 88 Substratos da ind stria de transforma o Baga o do malte Gr os destilados de cereais Res duo do destilado de batata Res duo do destilado de frutas Glicerol brutos Torta prensada de canola Polpa de batata gua residual da batata Torta de filtro prensada de beterraba Mela o Baga o de ma Baga o de uva Res duos verdes e grama Res duos verdes 23 6 6 2 5 N E 92 13 3 7 24 85 35 45 12 75 94 85 95 N E 87 90 73 9 88 88 85 87 5 3 5 3 6 5 6 18 4 N E 2 8 4 4 12 5 4 0 18 N E N E N E N E N E 4 5 8 0 9 0 N E N E 52 4 0 8 4 5 N E 1 5 1 1 2 3 2 5 P 0 MS 17 2 5 8 2 14 3 N E 18 2 8 7 2 2 0 8 N E N E N E N E N E 15 4 8 0 7 0 7 N E 24 8 0 2 2 8 N E 0 3 14 5 8 4 0 6 3 2 4 8 8 13 5 N E 4 3 6 9 5 7 8 9 2 2 N E N E N E N E N E 0 3 0 6 4 0 N E N E N E a Teores de nitrog nio em biofertilizantes sem considerar perdas durante armazenamento b Submetido ao murchamento c Resultados extremamente vari veis na pr tica dependendo da t cnica de fabrica o do biodiesel 84 Produ o de biog s Nm3 t MF 25 28 80 140 63 200 190 150 620 180 130 90 120 128 108 130 118 39 34 15 250 660 80 53 68 315 148 260
6. espa o dispon vel ao lado do biodigestor e a altura e o volume de enchimento devem ser compat veis com o equipamento de enchimento em opera o Formas construtivas rosca de press o conecta o reservat rio de alimenta o e o biodigestor na vertical horizontal ou diagonal e transportador helicoidal inclinado para vencer a altura do biodigestor transporte vertical e flexibilidade na combina o com diferentes sistemas de alimenta o tais como tremonha de alimenta o container com piso m vel vag o forrageiro etc Manuten o manuten o peri dica em fun o das pe as m veis do equipamento obstru es e material estranho emperrado devem ser eliminados manualmente a manuten o do transportador helicoidal que leva o substrato para o biodigestor pode significar severas interrup es do processo Transforma o da biomassa em pasta Os cossubstratos tais como a beterraba s o prepara dos com equipamentos de fragmenta o de uso co mum no processamento de beterrabas conferindo lhes uma consist ncia bombe vel O teor de mat ria seca restante monta at a 18 Os substratos liquefei tos s o armazenados em reservat rios adequados e sem passar pelo tanque de carga s o bombeados dire tamente para o biodigestor como descrito na se o Transporte e carregamento Se o substrato base utili zado for o esterco l quido esse procedimento permite manter o conte do de massa seca no
7. etapa 4 s o descritas separadamente no cap tulo 6 e a prepara o e o tratamento dos biofertilizantes s o ex plicados no cap tulo 10 A seguir ser o discutidas as t cnicas e tecnologias aplicadas nas etapas 1 2 e 3 A escolha do equipamento t cnico a ser utilizado na usina depende principalmente do substrato dispo n vel A quantidade de substrato determina o dimen sionamento de todos os equipamentos e volumes de reservat rios A qualidade dos substratos teor de mat ria seca estrutura origem etc determina qual tecnologia ser adotada no projeto Dependendo da composi o do substrato pode ser necess rio separar materiais estranhos ou mistur lo com adi o de gua a fim de torn lo bombe vel necess rio tam b m planejar uma higieniza o caso sejam utiliza das subst ncias que o exijam Ap s o pr tratamento 33 o Ki ai Guia Pr tico do Biog s Gera o e Utiliza o Entrega e armazenamento Tratamento e pr tratamento opcional Separa o fragmenta o mistura homogeneiza o L 1 Etapa do processo Carregamento Transporte dosagem Gera o de biog s 2 Etapa do Digest o no biodigestor processo Armazenamento de biofertilizantes e ou p s digest o Tratamento de biofertilizante Separa o de s lidos e l quidos opcional Deposi o E ou compos tagem sem separa o Adubo Deposig o a re Nee compos e l quidos l quido tagem q 3 Etapa
8. 08 GO Guia Pr tico do Biog s Gera o e Utiliza o Tabela 3 15 Valores caracter sticos e par metros operacionais de transportadores helicoidais de alimenta o e v lvula autom tica e manual necess ria para o caso de o n vel do biodigestor exceder a borda superior e todos os cossubstratos empilh veis comuns com pedras de dimens es inferiores espiral da rosca e transporte de substratos triturados eventual dificuldade em processar substratos de fibras longas cada reservat rio tem capacidade de alimentar v rios biodigestores p ex por meio de transportador sens vel a pedras maiores e outros materiais estranhos conforme as dimens es da espiral da rosca Valores geralmente confeccionados em a o inoxid vel alojados em carca a fechada caracter sticos e introdu o no biodigestor horizontal vertical ou obl qua por cima alimenta o ligeiramente abaixo do n vel do l quido do reservat rio de alimenta o Aplica o Vantagens a dire o de transporte irrelevante automatiz vel helicoidal inclinado com distribui o por duas roscas de press o Desvantagens atrito com as carca as do transportador e com as roscas Particularidades e possibilita o transporte de substratos misturados e evita o escapamento de g s dos transportadores e possibilidade de dosagem pelos transportadores em fun o do peso mediante a instala o de equipamento de pesagem no reservat rio de alimenta o
9. Manuten o por vezes com retrolavagem de emuls o de microrganismos filtro percolador em alguns casos as emuls es biol gicas de microrganismos t m de ser renovadas em intervalos regulares o que exige a troca do meio filtrante no longo prazo Figura 6 2 Coluna de biodessulfuriza o externa direita ao lado de um gas metro S amp H GmbH amp Co Umweltengineering KG 6 1 1 5 Adsorc o em carv o ativado A adsor o em carv o ativado utilizada como m todo de dessulfuriza o fina se baseia na oxida o catal tica do sulfeto de hidrog nio na superf cie do carv o ati vado poss vel impregnar ou dopar o carv o ativado para aumentar a velocidade da rea o e melhorar a ca pacidade de carga O iodeto de pot ssio e o carbonato de pot ssio s o compostos que podem ser usados como meio de impregna o A dessulfuriza o adequada exige a presen a de vapor e oxig nio O carv o ativado impregnado portanto n o indicado para a utiliza o 118 com gases isentos de ar No entanto o carv o ativado dopado com permanganato de pot ssio lancado recen temente no mercado pode ser utilizado tambem para biog s isento de ar Nesse caso tambem melhorado o grau de dessulfuriza o uma vez que ocorre o bloqueio dos microporos 6 35 6 1 2 Secagem O vapor d gua deve ser removido do biog s a fim de proteger os componentes de processamento de g s contra desgaste e danos e para atender
10. o da Lei Alem de Energias Reno v veis constitui a base das vantagens econ micas de se utilizar o calor 8 1 No mbito do concurso nacional Solu es exem plares de usinas de biog s do futuro promovido pela Ag ncia T cnica de Biomassas Dedicadas FNR Fa chagentur Nachwachsende Rohstoffe em 2008 a KTBL analisou os dados de 62 usinas de biog s O re sultado mostra que a quantidade do calor utilizado fora do processo de biog s representa em m dia ape nas 39 da eletricidade gerada Das usinas avaliadas 26 utilizam o calor em edifica es pr prias oficinas escrit rios 17 realizam o aquecimento de est bulos 16 abastecem instala es p blicas como hospitais pis cinas e escolas e 13 utilizam o calor em processos de secagem cf figura 8 1 Resid ncias microrredes de g s aquecimento dis trital ou cultivo de plantas em estufas s o consumido res de calor de import ncia secund ria pois tais apli ca es s o muito dependentes da localiza o da usina de biog s 173 8 Ev Q Guia Pr tico do Biog s Gera o e Utiliza o Tabela 8 15 An lise de sensibilidade das usinas modelo I a V An lise de sensibilidade Varia o do lucro em a 75 kW Altera o dos custos de investimento em 10 6 965 Altera o dos custos do substrato em 10 5 176 Altera o da produ o de g s teor de metano 6 784 efici ncia el trica em 5 Altera o da demanda de tempo de trabalho 1 078
11. o de sobrenadante e sedimenta o conforme o tipo de substrato e no caso do carregamento direto da mat ria s lida no biodigestor p ex por meio de dosadores pode se utilizar equipamentos de fragmenta o tamb m no biodigestor e geralmente na forma de p s do agitador com facas ou montagem adicional de facas no eixo do agitador conforme o tipo do agitador pode se realizar a manuten o fora do tanque de carga ou do biodigestor sem interrup o do processo Tecnologia de Usinas para a Produ o de Biog s Tabela 3 6 Valores caracter sticos e par metros operacionais de equipamentos de fragmenta o na linha de transporte e triturador de eixo duplo em linha baseado em bombas de l bulos capacidade de fragmenta o de at os dados caracter sticos dos equipamentos dependem muito do teor de mat ria seca a capacidade de e triturador de eixo duplo em linha apropriado tamb m para substratos bombe veis com teores mais em caso de obstru es pode se abrir e realizar a manuten o dos equipamentos com facilidade separa o de materiais estranhos por meio de recipiente de separa o triturador de prato perfurado poss vel elevar o teor de mat ria seca no biodigestor at o ponto em que sua bombeabilidade n o seja desgaste elevado por substrato com alto teor de materiais estranhos triturador de eixo duplo em linha Valores e triturador de prato perfurado capaz de transportar 600 m h pot ncia do
12. o do biog s forem usadas principal mente culturas energ ticas os processos biol gicos com substratos ou ra es semelhantes s o compar veis queles do trato digestivo de animais de interesse comercial Por isso obrigatoriamente deve se originar biofertilizantes com propriedades equivalentes s de adubos org nicos Essa tese confirmada por estudos do LTZ Augustenberg Centro Tecnol gico Agricola que analisou biofertilizantes de usinas no Estado de Baden W rttemberg quanto ao teor e qualidade de nutrientes subst ncias de enriquecimento e efeito da aduba o A tabela 10 1 mostra os valores caracteristi cos dos biofertilizantes 10 2 Foram analisados bio fertilizantes do esterco l quido bovino culturas ener g ticas esterco l quido su no culturas energ ticas culturas energ ticas em predomin ncia e de res duos em parte misturados com culturas energ ticas Para apoiar os resultados foram analisadas amostras de es terco n o tratado As conclus es mais importantes do estudo s o Os teores de mat ria seca dos biofertilizantes em m dia 7 da MF s o aproximadamente 2 inferio res aos do esterco l quido bruto Os teores totais de nitrog nio dos biofertilizantes de 4 6 a 4 8 kg t MF s o um pouco superiores aos do esterco l quido bovino A rela o C N dos biofertilizantes de 5 a 6 sendo portanto significativamente inferior ao do esterco l quido bruto C N 10 A degrada o d
13. Figura 10 5 Cultivador de distribui o de esterco A tabela 10 9 cont m uma vis o geral das t cnicas de deposi o de adubos org nicos l quidos e bioferti lizantes Vale ressaltar que h in meras t cnicas dis pon veis que podem ser utilizadas conforme o tipo de cultura seu est gio de desenvolvimento e condi es do local As limita es t cnicas e condicionadas ao lo cal de deposi o fazem com que uma parte do am nio sempre seja liberada para a atmosfera na forma de am nia 10 4 Tratamento de biofertilizantes O n mero e o porte das usinas de biog s v m aumen tando na Alemanha Ao mesmo tempo est havendo a intensifica o da cria o de gado que em algumas regi es j conta com rebanhos de elevada densidade Em fun o disso h uma elevada oferta de adubos or g nicos em algumas regi es e muitas vezes j n o mais poss vel aproveitar os biofertilizantes no pr prio local Embora esses adubos tenham grande potencial nutritivo podem sobrecarregar os ciclos de nutrientes quando n o utilizados corretamente Para aproveitar esse potencial da melhor forma pode ser necess rio e oportuno elevar a concentra o dos nutrientes do adubo a fim de que ele possa ser transportado para re gi es com car ncia de nutrientes A seguir descrito o estado da t cnica e os proces sos de separa o de nutrientes dos biofertilizantes A concentra o de nutrientes poss vel e os custos e a funcionalidade
14. bre o solo em condi es desfavor veis pode ter im pacto negativo sobre a estrutura do solo principalmente no caso da colheita do milho como se gunda safra A pr tica consagrou uma ampla mescla de substra tos em usinas de biog s tanto do ponto de vista agri cola como da biologia da fermenta o O cultivo de SPI de cereal permite a limpeza precoce das reas e possibilita p ex que o plantio da colza se d no tempo certo Por ser um cultivo de alta produtividade o milho pode aproveitar muito bem os biofertilizantes na primavera Recomenda se o uso p ex de gr os de cereais como meio de controlar a produ o de g s Al m disso a compra de gr os de cereais permite compensar oscila es da produ o de substratos de cultivo pr prio evitando maiores dist ncias e quanti dades de transporte 9 1 3 Demanda de terra e tempo de trabalho Na integra o do ramo de biog s al m das quest es da administra o da m o de obra condicionadas pe las altera es da estrutura de cultivo p ex pelo cul tivo de milho em vez de cereal e pela administra o da usina de biog s deve se considerar tamb m a ele vada demanda de capital e a aloca o de rea A cons tru o de uma usina de biog s provoca uma imobili za o de capital t o elevada quanto a da produ o 185 og O o Ve Guia Pr tico do Biog s Gera o e Utiliza o leiteira A terra e a aloca o de rea de que necessita o agri
15. crescimento meia flo ra o tabela 2 4 28 Tabela 2 4 Valores caracter sticos para silagem de gram neas 35 102 112 62 37 6 296 75 453 73 O c lculo resulta em Teor de MOS 1000 102 10 89 8 MS Prote na digest vel 112 62 1000 0 0694 kg kg MS Gordura digest vel 37 69 1000 0 0255 kg kg MS Carboidratos digest veis 296 75 453 73 1000 0 5527 kg kg MS Com isso poss vel calcular as massas de cada um dos grupos de subst ncias por kg de MOS Multipli cando os resultados pelos valores da tabela 2 3 obt m se os rendimentos de biog s e metano exibidos na tabela 2 5 Tabela 2 5 Rendimento de biog s e metano da silagem de gram neas Prote na digestivel PB 48 6 34 5 Gordura digest vel EE 310 0 277 Carboidratos digestiveis FB ENN 436 6 218 3 Total por kg MOS 517 1 2745 Cada kg de mat ria fresca rende 162 5 litros de biog s com um teor de metano de aprox 53 Com base nisso podemos afirmar que na pr tica os rendimen tos de metano obtidos s o significativamente maiores que os calculados Segundo o atual n vel de conheci mento n o existe m todo que do ponto de vista esta t stico seja suficientemente confi vel a ponto de per mitir o c lculo exato do rendimento de g s O m todo aqui apresentado permite unicamente comparar os substratos entre si No entanto o rendimento de biog s que se pode atingir depende de outros fatores como
16. estreita e se situa entre cerca de 7 e 7 5 embora a forma o de g s tamb m seja poss vel acima e abaixo dessa faixa Em sistemas de um est gio normalmente o pH se estabiliza em uma faixa tima pois os grupos de bact rias constituem um sis tema autorregulado O valor do pH na fase de hidr lise do sistema de dois est gios nitidamente inferior estando normalmente entre 5 e 6 5 faixa essa ideal para as bact rias fermentativas acidog nicas Gra as capacidade de tamponamento do meio e da atividade de degrada o na fase metanog nica o valor do pH retorna faixa neutra O valor do pH controla o equil brio de dissocia o de importantes produtos metab licos como a am nia cidos org nicos e sulfeto de hidrog nio A capaci dade de tamponamento do meio geralmente por bi carbonato e am nio normalmente garante a estabili dade do valor do pH Se no entanto o pH sofrer varia es dr sticas e se deslocar da faixa ideal isso geralmente um indicativo de dist rbios graves que exigem medidas de corre o urgentes 5 1 8 Concentra o de micronutrientes Os micronutrientes s o minerais que ocorrem em con centra es muito baixas Usinas que operam exclusi vamente com biomassa e aquelas utilizando gr os destilados est o sujeitas a dist rbios no processo os quais podem ser corrigidos pela adi o de micronu trientes Os dist rbios se manifestam pela queda na produ o de g s e pelo aumento da
17. necess rio o pagamento de um valor fixo ou cal culado com base nos quilowatts hora fornecidos 7 6 Literatura recomendada Altrock M Oschmann V Theobald C Hrsg EEG Kom mentar 2 ed Munique 2008 Battis U Krautzberger M L hr R P Baugesetzbuch 11 ed Munique 2009 Frenz W M ggenborg H J Hrsg EEG Kommentar Berlim 2009 Loibl H Maslaton M v Bredow H Hrsg Biogasanlagen im EEG Berlim 2009 2 ed Resh ft J Hrsg EEG Kommentar 3 ed Baden Baden 2009 Salje P EEG Gesetz f r den Vorrang Erneuerbarer Energien 5 ed Col nia Munique 2009 Jarass H D Bundesimmissionsschutzgesetz 8 ed Munique 2009 Landmann Rohmer Umweltrecht Volume I IL Munique 2009 Condi es Legais e Administrativas 7 7 Fontes bibliogr ficas AGFW Arbeitsblatt FW 308 Zertifizierung von KWK Anlagen Ermittlung des KWK Stromes AVBFernw rmeV Verordnung ber Allgemeine Bedingungen f r die Versorgung mit Fernw rme de 20 de junho de 1980 BGBl I p 742 ltima altera o pelo Artigo 20 da Lei de 9 de dezembro de 2004 BGBl I p 3214 BauGB Baugesetzbuch na vers o da publica o de 23 de se tembro de 2004 BGBI I p 2414 ltima altera o pelo Artigo 4 da Lei de 31 de julho de 2009 BGBl I p 2585 BauNVO Baunutzungsverordnung na vers o publicada em 23 de janeiro de 1990 BGBl I p 132 alterado pelo Ar tigo 3 da Lei de 22 de abril de 199
18. o A solu o absorve o fluido refri gerante que em seguida novamente separado Po dem se utilizar como fluidos de trabalho a gua fluido refrigerante e o brometo de l tio agente ab sorvente para a faixa de temperatura 6 12 C ou amo niaco refrigerante e gua absorvente para a faixa de temperatura at 60 C O fluido refrigerante e o absorvente s o separados no gerador Para tal necess rio aquecer a solu o o que realizado com o calor disponibilizado pela usina de cogera o Primeiro o fluido refrigerante se vaporiza em virtude do seu baixo ponto de ebuli o e atinge o condensador A mistura agora dilu da atinge o absorvedor No condensador o fluido refri gerante resfriado e passa para o estado l quido Na fase seguinte uma v lvula de expans o alivia a pres s o at a press o de vaporiza o correspondente temperatura desejada A seguir no evaporador o fluido refrigerante vaporizado pela absor o de ca lor aqui que ocorre o resfriamento do circuito de refrigera o propriamente dito ao qual o consumidor se encontra conectado O vapor do fluido refrigerante originado flui para o absorvedor No absorvedor o fluido refrigerante absorvido pelo absorvente e o ci clo se conclui 6 13 6 38 Esse equipamento tem como nica pe a mec nica m vel a bomba do absorvente e portanto exige muito pouca manuten o Os refrigeradores de absor o tamb m t m a vantagem de
19. o Esterco l quido su no 6 80 400 60 12 0 Esterco bovino 25 80 450 55 50 0 Silagem de milho pastoso 35 96 650 52 114 31 rico em gr os Gr os de cereais mo do 87 98 700 53 316 120 Silagem de gram neas 25 88 560 54 67 34 SPI de cereal conte do 40 94 520 52 102 30 m dio de gr os Glicerol 100 99 850 50 421 80 Torta de canola 15 91 93 680 63 363 175 Teor residual de leo Cereal res duos 89 94 656 54 295 30 Restos de alimentos teor 16 87 680 60 57 5 medio de lipidios Gordura do raspador de 5 90 1000 68 31 0 gordura Res duos org nicos 40 50 615 60 74 0 a Substratos fornecidos higienizados usina higienizados e o custo desse tratamento j as usinas I III e V recebam o b nus de esterco l quido est inclu do no pre o pelo uso de mais de 30 de adubos org nicos A tabela 8 3 apresenta um resumo dos tipos e Como utiliza subprodutos vegetais conforme o quantidades de substratos utilizados nas usinas mo Anexo 2 EEG de 2009 cf cap tulo 7 3 3 2 a usina V delo Os substratos foram selecionados de modo que recebe um b nus reduzido pela biomassa dedicada 162 Tabela 8 3 Substratos utilizados em usinas modelo t MF a Usinas modelo l Il II IV 100 H 30 esterco Steg 70 culturas energeticas Substrato energeticas 75kW 150kW 350kW 350 kW Esterco liquido 750 1 500 3 000 bovino Esterco liquido suino Esterco bovino Milho silagem 1 250 2 500 5 750 5 500 pastoso rico
20. o de acidentes Arbeitsst t ten bauliche Anlagen und Einrichtungen locais de trabalho constru es e equipamentos VSG 2 1 5 9 das Cooperativas Profissionais Agr colas Adicional mente a publica o cont m refer ncias a outras nor mas e recomenda es t cnicas a serem observadas Este cap tulo objetiva dar um panorama dos riscos potenciais durante a opera o de uma usina de biog s e sensibilizar o leitor sobre esse tema A base da ava lia o do risco e os aspectos t cnicos de seguran a as sociados opera o de uma usina refletem as atuais vers es das normas citadas 5 6 5 8 5 9 5 10 5 5 1 1 Risco de explos o e inc ndio Foi mencionado na se o anterior que o biog s pode se combinar com o ar formando uma mistura de gases explosiva em determinadas condi es Os limites ex plosivos do biog s e de seus componentes s o listados nas tabelas 5 7 e 5 8 Embora acima dos limites n o haja o risco de explos o inc ndios podem ser provo cados por chama aberta fagulhas da liga o de apare lhos el tricos ou at mesmo por rel mpagos Na opera o de usinas de biog s portanto deve se considerar a hip tese da forma o de misturas de g s e ar e do aumento do risco de inc ndio principal mente nas imedia es dos biodigestores e gas metros As v rias reas da usina s o classificadas nas denomi nadas reas sujeitas ao risco de explos o zonas ex 5 10 conforme a probabil
21. o e Utiliza o Tabela 3 2 Armazenamento do substrato antes da fermenta o Dimensionamento e depende de volume de substrato capacidade do biodigestor compensa o da irregularidade das entregas caracter sticas do uso da terra e produ o de cossubstratos contratos de fornecimento de substratos externos poss veis quedas operacionais Particularidades e evitar o congelamento de equipamentos de armazenamento por exemplo colocando os tanques de armazenamento em galp es aquecendo os reservat rios de armazenamento ou posicionando fossas abaixo do n vel do terreno e evitar processos de decomposi o que possam diminuir a produ o de g s e evitar a mistura de substratos in cuos com substratos cr ticos do ponto de vista higi nico e implementar medidas construtivas para reduzir os odores e evitar vazamentos no solo e nas guas Formas construtivas e dep sitos para substratos s lidos de uso comum na agricultura como silos trincheira verticais estufas recobertas por lona de PVC silagem em bolsas de pl stico reas de armazenamento abertas ou com telhado p ex armaz ns de esterco e fossas covas e dep sitos para substratos l quidos de uso comum na agricultura tais como fossas e tanques de carga Custos e geralmente a possibilidade de armazenamento est dispon vel em edifica es novas o pre o tem de ser calculado caso a caso com base nas diversas vari veis citadas anteriormente Figura 3 5
22. sas dedicadas seria economicamente invi vel sem in centivos Um exame mais detido mostra que o b nus Na waRo na realidade constitu do de v rios b nus em parte estruturados conforme a pot ncia da usina que dependem do substrato utilizado e do tipo de gera o de eletricidade As biomassas dedicadas s o definidas pelo n II 1 do Anexo 2 da EEG como plantas ou partes de plantas originadas em atividades agr colas silviculturais horticulturais ou de conserva o da paisagem que n o foram submetidas a tratamento e altera o que n o aqueles visando a colheita conserva o ou utiliza o em usinas de biomassa O esterco l quido tem o mesmo status que as biomas sas dedicadas A compila o incompleta de substratos conside rados biomassas dedicadas se encontra em uma lista positiva Al m disso a EEG tamb m cont m uma lista negativa completa de substratos n o considerados Tabela 7 2 Produ o de biog s padr o de subprodutos de origem vegetal conforme a lista positiva da EEG sele o Baga o do malte fresco ou prensado Ez Res duos de hortali as 100 27 Glicerol do processamento 1 346 364 de leos vegetais Cascas de batata 251l 68 Baga o de frutas fresco 187 51 n o tratado Farelo de canola 1 038 281 Torta de canola teor residual de leo aprox 1 160 314 15 a O resumo completo se encontra na tabela 4 5 no cap tulo 4 como biomassa dedicada e cujo us
23. 01 2009 http www ag energiebilan zen de viewpage php idpage 118 data 04 08 2009 Thr n D et al Monitoring zur Wirkung des Erneuer bare Energien Gesetztes EEG auf die Entwicklung der Stromerzeugung aus Biomasse Relat rio parcial Entwicklung der Stromerzeugung aus Biomasse 2008 mar o de 2009 Deutsches Biomasseforschungszentrum gemeinn tzige GmbH em coopera o com o Th rin ger Landesanstalt f r Landwirtschaft f r das Bundes ministerium f r Umwelt Naturschutz und Reaktorsi cherheit FKZ 03MAP138 http www erneuerbare energien de inhalt 36204 4593 data 4 8 2009 BIOGAS BAROMETER julho de 2008 http www eurobserv er org downloads asp data 20 08 2009 Majer S Daniel J Einfluss des G lleanteils der W r meauskopplung und der G rrestlagerabdeckung auf die Treibhausgasbilanz von Biogasanlagen Confer n cia da KTBL kologische und konomische Bewer tung nachwachsender Energietr ger 8 e 9 de setembro de 2008 Aschaffenburg Statistisches Bundesamt Bodenfl che tats chliche Nutzung Deutschland und Bundesl nder GENESIS ONLINE Datenbank www genesis destatis de genesis online 227 SN Gloss rio Am nia NH G s contendo nitrog nio originado da degrada o de compostos nitrogenados tais como prote nas ureia e cido rico reas sujeitas a explos es l Areas em que pode ocorrer atmosfera explosiva em fun o da sua localiza o ou condi es operacionais A
24. 181 ee 181 Organiza o Operacional ssssssssssssesssnssnnessnnnssnsssnssssnnssnssssssssnsssssssseeseee 182 G REINHOLD S HARTMANN A NIEBAUM R STEPHANY P J GER M SCHWAB 9 1 9 2 Reestrutura o da empresa perspectivas e abordagens para a otimiza o 184 9 1 1 Defini o de um local adequado para a ustna EE 184 9 1 2 Impacto da usina de biog s na rota o de culturas EE 185 9 1 3 Demanda de terra e tempo de trabalho EEN 185 9 14 Ofatortempona tecnol gia eegene E Eed 191 Fontes bibliogr ficas eigenen 192 Qualidade e Aproveitamento dos Biofertilizantes cccccecesccessecosee 193 H D HLER S WULF S GREBE U ROTH S KLAGES T AMON 10 1 10 2 Propriedades dos biofertilizantes EEN 193 10 1 1 Propriedades nutrientes e subst ncias de eniouechmento 193 10 1 2 Poluentes o een edd ee 194 10 1 3 Propriedades sanit rias ias sigam secscteseconsesimdaros ciron asa padia radio seta dagedias asi inata otras ron dentes 194 Armazenamento dos biotertltzantes 196 10 2 1 Emiss es de am mia ete 196 10 2 2 Emiss es relevantes ao clima ir ceeerererecerarenerecerarenereneneranarenaserenereneraranaress 197 11 12 Conte do 10 3 Utiliza o dos biofertilizantes em reas agrteolas EE 199 10 3 1 Disponibilidade e efeito nutritivo do nitrog nio En 199 10 3 2 Medidas para reduzir as perdas de am nia ap s a deposi o de biofertilizantes 200 104 Trat
25. 185 052 10 999 5 000 584 696 13 93 5 999 4 9 Custos trabalhistas Como as atividades na usina de biog s geralmente s o realizadas por empregados fixos e se a disponibili za o de substrato for considerada como atividade agr cola n o existem picos de atividade o trabalho considerado como custo fixo O tempo de trabalho ne cess rio calculado principalmente pelo tempo de acompanhamento supervis o controle e manuten o e pela introdu o de substrato O tempo de acompanhamento assumido se d em fun o da po t ncia instalada conforme a figura 9 5 no cap tulo Organiza o Operacional cap tulo 9 1 3 2 J o tempo necess rio para carregar o substrato foi calculado com base nos dados da KTBL em fun o do tipo de substrato e do equipamento utilizado Para a remunera o da m o de obra adotou se uma tarifa de 15 h Custos da terra A opera o das usinas modelo n o considerou os cus tos de uso da terra Sendo a usina operada comercial mente ou em regime de cons rcio deve se considerar custos adicionais como arrendamento taxa de arren damento 8 2 3 An lise custo benef cio O objetivo m nimo de uma usina de biog s remune rar o capital aplicado e o trabalho realizado Qualquer lucro al m desse objetivo justifica o risco empresarial envolvido A seguir explica se o lucro esperado da opera o das usinas modelo O modelo I n o tem condi es de atingir um resul tad
26. 5 2 Tabela 5 3 Concentra es inibit rias de am nia citadas na literatura 5 33 gt 3000 mg HNH efeito inibit rio 5 32 gt 150mg I NH 5 31 500 mg kg NH 1200 mg F NH efeito inibit rio opera o est vel concentra es elevadas de cidos efeito inibit rio 5 30 lt 200 mg I NH 5 21 Grau de degra opera o est vel em da o todos os casos mas 106 mg 1 NH 71 capacidade de 155 mg 1 NH 62 degrada o reduzida 207 mg H NH 61 e concentra o de 257 mg 11 NH 56 cidos elevada 5 34 gt 700mg I NH opera o est vel efeito inibit rio As concentra es de am nia am nio podem ser medidas por meio de sondas sens veis a ons ensaio com cubeta ou pelo m todo tradicional via destila o e titula o DIN 38406 E5 O uso de sondas n o disse minado sendo a an lise de amostras em laborat rio a forma mais usual Como os limites de concentra o s o espec ficos do processo a concentra o da am nia 92 um par metro fraco para a avalia o do estado do processo A determina o do teor de am nio deve ser acompanhada da medi o do valor do pH a fim de permitir estimar o teor de am nia Ele pode ser um bom aux lio para identificar a causa de poss veis dis t rbios 5 1 10 Sobrenadante A forma o de sobrenadante pode ser problem tica em usinas com substrato fibroso O sobrenadante se origina quando o material fib
27. Agitadores de eixo longo com dois dispositivos de agita o com e sem apoio no fundo do biodigestor WELtec BioPower GmbH desenho Armatec FTS Armaturen GmbH amp Co KG Tabela 3 24 Valores caracter sticos e par metros operacionais de agitadores axiais para usinas de biog s Valores caracter sticos e agitadores de opera o lenta em funcionamento cont nuo e faixa de pot ncia dispon vel at 25 kW e velocidade do funcionamento varia conforme o substrato e deve ser determinada na fase de partida e material resistente corros o geralmente de a o inoxid vel consumo de pot ncia p ex 5 5 kW a 3 000 m geralmente acima Vantagens proporcionam boa agita o no biodigestor praticamente sem partes m veis no biodigestor f cil manuten o do acionamento fora do biodigestor sobrenadantes finos podem ser aspirados para baixo processos cont nuos de sedimenta o e flutua o s o em grande parte evitados Particularidades e o eixo do agitador deve ser imperme vel a gases e admitem instala o de mecanismo de controle das rota es com conversores de frequ ncia Manuten o Entre as subst ncias inibidoras de escuma podem ser utilizados os leos preferencialmente os leos vegetais Em caso de emerg ncia pode se lan ar m o da pulveriza o da fase l quida com gua Retirada do sedimentado do biodigestor As camadas de sedimentos se originam pela decanta o de areia o
28. ELB ELS Gastroenterite transmissivel TGE Vermes dos pulm es Micobacterias ELB ELS EG Infec es por rotav rus Vermes gastrointestinais Erisipela su na ELS Doen a de Teschen Clostr dios EG Doen a de Aujeszky Estreptococos Doen a de Newcastle Enterobacter L ngua azul Retro parvo echo enterov rus ELB esterco l quido bovino ELS esterco l quido su no EG esterco de galinha Tabela 10 4 Ocorr ncia de salmonelas em substratos e biofertilizantes de usinas de biog s Esterco l quido bruto Biofertilizantes Esterco l quido bovino esterco l quido su no Predom nio Estercos l quidose Res duos org nicos e clinicamente saud veis Esterco l quido bovino Culturas energ ticas Culturas energ ticas N mero de amostras 280 132 51 190 18 das quais salmonelas 7 5 0 6 2 positivas em 2 5 3 8 0 3 2 111 Ano da amostragem 1989 1990 2005 a 2008 Fonte 10 5 10 5 10 2 10 2 10 2 195 Guia Pr tico do Biog s Gera o e Utiliza o 10 3 5 O resultado da an lise de res duos org nicos 10 2 Armazenamento dos utilizado em usinas como substrato mostra que nem biofertilizantes sempre s o cumpridas as r gidas normas de higieniza o para os outros cossubstratos de origem animal e O pr requisito para a utiliza o dos nutrientes e os res duos de latas de lixo org nico subst ncias de valor contidas nos biofertilizantes Na rea fitossanit ria importante prevenir princi que sejam armaze
29. H O 2 7 em vol 20 40 C Sulfeto de hidrog nio H S 20 20 000 ppm Nitrog nio N lt 2 em vol Oxig nio O lt 2 em vol Hidrog nio H lt 1 em vol 29 ogo N oQ N Guia Pr tico do Biog s Gera o e Utiliza o 2 4 Fontes bibliogr ficas 2 1 2 2 2 3 2 4 2 5 2 6 2 7 2 8 2 9 2 10 2 11 2 12 30 Kaltschmitt M Hartmann H Energie aus Biomasse Grundlagen Techniken und Verfahren Springer Verlag Berlim Heidelberg Nova Iorque 2001 Braun R Biogas Methang rung organischer Abfall stoffe Springer Verlag Viena Nova Iorque 1982 Kloss R Planung von Biogasanlagen Oldenbourg Verlag Munique Viena 1986 Schattner S Gronauer A Methang rung verschiede ner Substrate Kenntnisstand und offene Fragen G l zower Fachgespr che volume 15 Energetische Nut Stand der Technik und Optimierungspotenzial pp 28 38 Weimar 2000 Wandrey C Aivasidis A Zur Reaktionskinetik der anaeroben Fermentation Chemie Ingenieur Technik 55 n 7 pp 516 524 Weinheim 1983 Weiland P Grundlagen der Methang rung Biologie und Substrate VDI Berichte n 1620 Biogas als rege nerative Energie Stand und Perspektiven pp 19 32 VDI Verlag 2001 Bauer C Korthals M Gronauer A Lebuhn M Methanogens in biogas production from renewable re zung von Biogas sources a novel molecular populati
30. O mesmo vale para a medi o da eletricidade injetada Via de regra o operador da usina quem arca com os custos envolvidos na conex o rede el trica consultar tamb m o cap tulo sobre custos 7 2 1 3 O direito do operador da usina a se conectar rede de distribui o diretamente derivado da EEG Por essa raz o um contrato de conex o rede n o estri tamente necess rio embora possa ser oportuno prin cipalmente para esclarecer quest es t cnicas entre o operador e a distribuidora Antes de firmar o contrato o operador da usina deve submet lo avalia o jur dica 721 1 Determina o do ponto de entrega A lei denomina de ponto de entrega o local em que se d a conex o da usina rede de distribui o Segundo a EEG de modo geral a conex o deve ser feita no ponto em que o n vel de voltagem da rede seja ade quado para receber a energia e situado menor dis t ncia em linha reta at a usina Se no entanto for constatado que a conex o a um ponto mais distante de outra rede custar menos a liga o tem de ser feita a esse ponto A altera o da EEG de 1 de janeiro de 2009 por m n o deixa claro se isso vale tamb m para um ponto mais distante da mesma rede que envolva custos inferiores A compara o dos valores deve levar em conta o panorama geral sendo que a princ pio irrelevante se os custos das alternativas consideradas s o arcados pela distribuidora ou pelo operador da usi
31. Separador de materiais pesados em tubula o DBFZ lita explorar ao m ximo o potencial energetico dos substratos utilizados Classifica o e remo o de materiais estranhos A necessidade de classificar e remover materiais estra nhos vincula se origem e composi o do substrato Os materiais estranhos mais comuns s o as pedras que na maioria dos casos s o removidas regularmente do fundo do tanque de carga S o tamb m utilizados sepa radores de materiais pesados acoplados diretamente ao condutor do substrato frente do transportador ver figura 3 5 Outros materiais estranhos s o separa dos manualmente na entrega do substrato ou durante o enchimento do equipamento de alimenta o Outra im portante fonte de materiais estranhos s o os res duos org nicos Quando utilizados como cossubstrato ob servar se os res duos est o livres de materiais estra 36 nhos A maioria das empresas agr colas n o disp e dos recursos exigidos pela onerosa separa o por meio de c maras de classifica o ou vias mec nicas de prepara o utilizadas em usinas dedicadas ao processamento de res duos org nicos Biodigestores do tipo garagem por outro lado s o praticamente insens veis a materiais estranhos uma vez que o transporte do substrato rea lizado principalmente por carregadeiras e garras Isso exclui a possibilidade de contato com componentes sens veis a materiais estranhos tais como bombas guarni es
32. Suas pro priedades f sico qu micas e a escolha adequada do lo cal de cultivo possibilitam que elas sejam especial mente aptas para a produ o de biog s bom observar por m que essas subst ncias possuem carac ter sticas de res duos ou se encontram listadas no Anexo 1 do Regulamento Alem o de Res duos Org ni cos BioAbfV ver cap tulo 7 3 3 1 Por conseguinte a usina de biog s deve receber a respectiva licen a e sa tisfazer os requisitos da BioAbfV no que tange ao pr tratamento e aproveitamento dos biofertilizantes Como se pode notar nas tabelas na pr tica ocorre grande varia o das caracter sticas dos substratos po dendo extrapolar os limites aqui mencionados Isso se deve principalmente aos processos de produ o dos produtos prim rios tais como diferentes t cnicas ajustes do equipamento qualidade de produto exi gida pr tratamento entre outros fatores e varia o na qualidade das mat rias primas Tamb m as concentra es de metais pesados podem variar em grande medida 4 11 4 2 1 Fabrica o de cerveja Diversos subprodutos s o originados na produ o da cerveja sendo o mais importante o baga o do malte que responde por 75 do total Por hectolitro de cer veja s o produzidos aprox 19 2 kg de baga o de ce vada 2 4 kg de levedura e sedimenta o 1 8 kg de trub quente 0 6 kg de trub frio 0 5 kg de terra diato m cea e 0 1 kg de p de malte 4 12 Este cap t
33. a um monitoramento da atividade biol gica durante o per odo de transi o Primeiro os microrganismos t m de se adaptar ao pa tamar mais elevado de temperatura ou novos micror ganismos t m de se multiplicar Nesse per odo o pro cesso fica extremamente inst vel e em hip tese alguma pode ser interrompido pela adi o excessiva de substrato 5 4 2 4 Medidas corretivas da inibi o por am nia S o necess rias interven es profundas na opera o da usina para reduzir a inibi o por am nia Normal mente a inibi o pela am nia ocorre no uso de subs tratos ricos em prote na Se comprovado o efeito inibi t rio deve se reduzir a temperatura ou modificar a composi o do substrato A altera o da composi o do substrato objetiva a redu o da carga de nitrog Tabela 5 7 Propriedades dos gases 5 6 nio Com isso poss vel reduzir de forma duradoura a concentra o da am nia respons vel pela inibi o Se o processo de acidifica o estiver em est gio muito avan ado recomenda se a permuta o de biofertili zantes de um digestor a jusante a fim de reduzir tem porariamente a concentra o de cidos Ambas as medidas devem ocorrer sob monitora o intensiva A redu o do pH visando diminui o da fra o de am nia dif cil de sustentar a longo prazo e portanto n o recomend vel 5 4 2 5 Medidas contra a inibi o por sulfeto de hidrog nio A ocorr ncia de inibi o por su
34. d ncia de raios solares permitir armazenar o g s em caso de falhas na 9 1 Cole o de dados da KTBL Planejamento operacional Betriebsplanung 2008 2009 9 2 Weiland P Gemmeke B Rieger C Schr der J Plo gsties V Kissel R Bachmaier H Vogtherr J Schu macher B FNR Fachagentur Nachwachsende Roh stoffe e V Hrsg Biogas Messprogramm II G lzow 2006 9 3 KTBL 2009 Schwachstellen an Biogasanlagen ver stehen und vermeiden 9 4 G bel A e Z rner W 2006 Feldstudie Biogasanlagen in Bayern 9 5 Mitterleitner Hans LfL Institut f r Landtechnik und Tierhaltung 2003 complementada Depoimento pes usina de cogerac o ou paradas ocasionadas pela rede soal 9 6 Melchinger T Ermittlung von Kalkulationsdaten im landwirtschaftlichen G terumschlag f r Front und Te leskoplader TCC FH N rtingen 2003 9 7 Mayer M Integration von Radladern in alternative Mechanisierungskonzepte f r den Futterbaubetrieb TCC FH N rtingen 1998 9 8 Handke B Vergleichende Untersuchungen an Hofla dern TCC FH N rtingen 2002 192 Qualidade e Aproveitamento dos Biofertilizantes 10 1 Propriedades dos biofertilizantes 10 1 1 Propriedades nutrientes e subst ncias de enriquecimento As propriedades dos biofertilizantes e suas subst n cias s o determinadas essencialmente pela materia submetida fermenta o anaer bia e pelo processo de fermenta o em si
35. da cria o de gado leiteiro com um rebanho de cerca Organiza o Operacional Demanda de m o de obra E E g be T E E DO I Cereais Milho Vaca leiteira UBG 150 VL UBG Figura 9 3 Trabalho espec fico exigido em diferentes atividades com integra o da gera o de biog s UBG usina de biog s Vaca cria o de gado com vacas leiteiras VL PV produ o de vegetais de 150 UGM S o utilizadas 5 750 t de silagem de mi lho e 200 t de gr os de cereais como culturas energ ti cas Assumindo se produ es de 44 t ha de silagem de milho 50 t ha de milho ensilado menos 12 de per das na ensilagem e 8 t ha de gr os de cereais neces s ria uma rea de aprox 156 ha para o cultivo de plantas energ ticas 131 ha de milho 25 ha de cereais secund rio o fato de essas reas serem da pr pria empresa ou arrendadas ou disponibilizadas por permuta de reas ou por coopera o em cons rcio Es sas reas n o est o mais dispon veis para o forneci mento de ra o b sica necess rio examinar se no todo a rota o de culturas permanece equilibrada Para a usina modelo III assumiu se que um tama nho m dio de parcela de 5 ha e uma dist ncia de 2 km entre a lavoura e a usina sejam um ponto de partida adequado para uma boa produ o O maquin rio pr prio de colheita de silagem de milho bastante res trito pois na agricultura de pequena escala preferi vel contratar uma em
36. dade da melhor forma poss vel sem que haja a neces sidade p ex de queimar o biog s excedente por meio de um flare Isso significa principalmente que o motor da usina de cogera o deve estar operando a carga elevada de modo que deve funcionar o m ximo n mero de horas por ano em carga plena ou seja na faixa de m xima efici ncia A pot ncia instalada do motor portanto deve ser compat vel com uma expectativa de produ o de biog s realista No planejamento preliminar tipicamente calcu lam se 8 000 horas de funcionamento do motor a uma carga de 100 Ocasionalmente planejamentos com uma faixa de seguran a mais folgada contra riscos econ micos fixam esse valor em 7 000 horas por ano margem de seguran a Uma carga de trabalho de 7 000 horas por ano po r m significa que para ser capaz de converter em energia o biog s gerado no processo de digest o o motor tem de ser no m nimo 13 maior que aquele di mensionado para operar 8 000 horas por ano Essa ca pacidade adicional que deve estar presente nos de mais equipamentos para transporte armazenamento e tratamento de g s tem um custo extra de 1 000 kW Al m do mais precisa se considerar que o mo tor n o deve ser sobrecarregado em demasia com al terna es de partida e parada no mesmo dia Por essa raz o e visando a um fornecimento de calor uniforme ao processo aquecimento somente por um motor em funcionamento o trabalho do motor que de
37. do de MS da mistura de substratos incl material recirculado Tempo m dio de reten o hidr ulica Carga org nica volum trica Produ o de biog s Teor de metano Eletricidade injetada Calor gerado Unidade kW m m kg MOS m d m a kWh a kWh a 30 esterco l quido 70 culturas energ ticas 75 kW 150 kW 350 kW 75 350 Igni o a Igni o a Ciclo Otto compress o compress o 34 37 44 44 620 2800 1 100 4 100 24 9 27 1 93 103 2 5 2 5 315 400 606 160 1 446 204 52 3 52 2 601 114 1 203 542 2 794 798 777 045 1 405 332 3 364 804 Tabela 8 7 Dados caracter sticos t cnicos e de processos das usinas modelo VI a IX Dados t cnicos ede processos Pot el trica Tipo do motor Efici ncia el trica Efici ncia t rmica Volume bruto do biodigestor Volume do dep sito de biofertilizantes Conte do de MS da mistura de substratos incl material recirculado Tempo m dio de reten o hidr ulica Carga org nica volum trica Produ o de biog s Teor de metano Eletricidade injetada Calor gerado Unidade kW m3 m kg MOS m d m a kWh a kWh a VI 100 culturas energ ticas 500 kW 500 Ciclo Otto 38 43 4 000 3 800 30 7 113 2 5 2 028 804 52 1 4 013 453 4 572 051 VU Residuos org nicos 500 kW 500 Ciclo Otto 38 43 3 400 11 400 18 2 51 2 4 1 735 468 60 7 4 001 798 4 572 912 a entre p
38. eletricidade frio e calor ver 6 2 5 2 129 ooe oQ O Guia Pr tico do Biog s Gera o e Utiliza o 6 2 1 7 Linha de g s O uso eficiente do biog s em motores a g s pressup e que ele cumpra determinados requisitos quanto s pro priedades f sicas As principais propriedades s o a press o com que o biog s introduzido no motor ge ralmente 100 mbar e um fluxo volum trico definido Os motores operam a meia carga ou sofrem at mesmo a parada se esses par metros n o corresponderem aos padr es por exemplo se n o for liberado g s suficiente no biodigestor Para manter os valores constantes e cumprir os requisitos de seguran a uma linha de g s instalada diretamente a montante da usina de cogera o A linha de g s e toda a sua tubula o devem ser li cenciadas conforme as Diretrizes da Associa o T c nico Cient fica Alem para G s e gua DVGW Toda a tubula o de g s deve ser identificada em cor amarela ou com setas amarelas A linha de g s deve ser dotada de duas v lvulas de autofechamento v l vulas magn ticas uma v lvula de fechamento fora do local de instala o um corta chamas e um disposi tivo de monitoramento de subpress o Recomenda se tamb m que na linha sejam instalados um medidor de g s para a determina o da quantidade de g s e um filtro fino para a separa o de part culas do biog s Se necess rio instalar um compressor na linha A figura 6 8 mo
39. em volume O rendimento de metano pode ser elevado com custo adicional pela introdu o de mais ciclos de aplica o de g s tratado bruto e pela recircula o parcial do g s de exaust o do compressor Se o sistema for utilizado adequadamente os intervalos de manuten o dos ad sorventes s o praticamente infinitos desde que o g s 121 ooe 08 ON Guia Pr tico do Biog s Gera o e Utiliza o bruto n o contenha enxofre e seja seco Caso contr rio gua sulfeto de hidrog nio e eventualmente ou tros componentes secund rios seriam adsorvidos nas peneiras moleculares de carbono reduzindo perma nentemente a capacidade de separa o da PSA ou at mesmo causando a sua parada Em compara o com os demais processos a energia total consumida rela tivamente baixa embora a demanda de eletricidade seja relativamente alta em fun o da alterna o da press o Outra vantagem a voca o desse processo para aplica es da pequena escala A desvantagem da PSA s o as perdas de metano relativamente altas no fluxo de exaust o aprox 1 5 Em vista de o me tano ser um importante g s do efeito estufa tem de ser submetido p s combust o 6 1 3 2 Lavagem com gua sob press o A lavagem com gua sob press o o processo mais utilizado para o tratamento de biog s na Europa es tando presente em cerca de metade das usinas Ela tira proveito das diferentes solubilidades em gua do CH e do
40. energia el trica de at 5 MW 8 09 biomassa at 20 MW 7 63 B nus de controle at 500 kW 0 98 da polui o atmosf rica B nus de at 500 kW 6 86 biomassa at 5 MW 3 92 dedicada B nus de esterco at 150 kW 3 92 l quido at 500 kW 0 98 B nus de conserva o da at 500 kW 1 96 paisagem B nus de at 20 MW 2 94 cogera o B nus tecnol gico at 5 MW 1 96 0 98b a Conforme a nota explicativa da EEG as taxas de remunera o nela citadas s o primeiro somadas depois reduzidas pelo fator de 1 anual e por fim arredondadas para duas casas ap s a v rgula Caso a caso a remunera o correspondente pode divergir do total das taxas de remunera o citadas b Para uma capacidade m xima de equipamentos de tratamento de g s de mais de 350 Nm e no m ximo 700 Nm de biog s n o tratado por hora biog s biodigestor dep sito de biofertilizantes etc ao contr rio da recomenda o 2009 12 da Ag ncia de Esclarecimento EEG n o constituem usi nas independentes mas sim partes de uma usina co mum em fun o do conceito abrangente de usina Conforme essa opini o irrelevante se os pr requi sitos adicionais do 819 1 da EEG s o ou n o satis feitos Assim a capacidade m dia da usina decisiva na defini o do valor da remunera o deve ser de terminada com base na quantidade total de energia injetada em um exerc cio Em outras palavras na de termina o da remunera o s o somad
41. energia geot rmica Vetor energ tico secund rio 7 Vetor energ tico originado de um vetor prim rio ou de outro vetor secund rio por meio de convers o em equipamentos p ex gasolina leo de aquecimento energia el trica Ao ser convertida a energia ocorrem perdas de convers o e distribui o Fontes bibliogr ficas 1 2 3 4 5 6 7 8 9 230 Diretriz VDI 2006 Verg rung organischer Stoffe Substratcharakterisierung Probenahme Stoffdatenerhebung G rversu che VDI 4630 abril de 2006 Beuth Verlag GmbH Gesetz zur F rderung der Kreislaufwirtschaft und Sicherung der umweltvertr glichen Beseitigung von Abf llen Kreislau fwirtschafts und Abfallgesetz KrW AbfG 1994 2009 83 Begriffsbestimmung http bundesrecht juris de bundesre cht krw abfg gesamt pdf ltimo acesso 09 08 2010 Madigan Michael T Martinko John M Parker Jack Biology of microorganisms Edi o 9 Publica o Upper Saddle Ri ver NJ etc Prentice Hall 2000 ISBN 0 13 085264 3 Bundesverband der Landwirtschaftlichen Berufsgenossenschaften Hrsg Technische Information 4 Sicherheitsregeln fiir Biogasanlagen http www Isv de fob 66dokumente info0095 pdf outubro de 2008 Bayerisches Staatsministerium f r Umwelt und Gesundheit Hrsg Umweltlexikon http www stmug bayern de service lexikon index n htm ltimo acesso 09 08 2010 Schulz H e Eder B 2006 Biogas Praxis Grun
42. m concedido para uma pot ncia m xima de 500 kW Usinas com maior capacidade t m direito a receber o b nus proporcionalmente As atividades de conserva o geram restos que n o podem ser utilizados diretamente de outra forma e portanto n o podem ser exploradas comercial mente constituindo um subproduto indesej vel da conserva o Com o b nus de conserva o da paisa gem a lei cria uma alternativa para aproveitar esses restos e ao mesmo tempo contribuir para a redu o da concorr ncia pelo uso da terra na rea de produ o da biomassa Determinados requisitos desse novo b nus de con serva o da paisagem ainda s o controversos cf 4 5 Em setembro de 2009 a Ag ncia de Esclarecimento EEG concluiu o processo de recomenda o 2008 48 so bre o b nus de conserva o da paisagem A ag ncia defende uma interpreta o abrangente do conceito de atividade de poda desbaste e corte Para avaliar se o crit rio da predomin ncia se aplica ou seja mais que 50 do material de origem em atividades de conserva o toma se o peso da mat ria fresca como crit rio determinante Diferentemente do b nus de esterco l quido a EEG n o exige explicitamente que os requisitos sejam cum pridos o tempo todo para que a usina esteja apta a re ceber o b nus de conserva o da paisagem Assim basta que o balan o no fim do ano seja suficiente para cobrir a propor o m nima 7 3 3 3 B nus de controle da polui o
43. maiores informa es se encontram em 6 31 As c lu las de combust vel s o designadas de acordo com o eletr lito que utilizam dividindo se em c lulas de baixa temperatura AFC PEMFC PAFC DMFC e de alta temparatura MCFC SOFC O tipo de c lula que melhor atende aplica o na usina depende do tipo de processamento do calor e das classes de pot ncia dispon veis A c lula de combust vel de membrana eletrol tica polim rica PEM uma op o promissora para apli ca es em pequenas usinas de biog s A temperatura de opera o 80 C permite injetar o calor direta mente em uma rede de gua quente existente O tipo de eletr lito utilizado proporciona PEM uma vida til nominal muito longa embora seja muito sens vel a impurezas no g s combust vel Principalmente a re mo o do mon xido de carbono originado no pro cesso de reforma ainda vista como um obst culo cr tico A PAFC phosphoric acid fuel cell c lula de com bust vel de cido fosf rico o tipo de c lula de com bust vel mais evolu do atualmente Sendo a l der no mercado mundial de aplica es com g s natural ela a nica c lula de combust vel dispon vel no mercado que superou o limite de 80 000 horas de opera o em testes na pr tica 6 31 Hoje existem c lulas PAFC com pot ncia na faixa de 100 200 kW e efici ncias el tricas de at 40 A PAFC menos suscet vel ao di xido e mon xido de carbono A MCFC
44. montada uma cobertura imper me vel a g s que pode ser constru da de diferentes formas conforme as exig ncias S o utilizados nor malmente tetos de lona e concreto A mistura com pleta realizada por agitadores posicionados no inte rior do reator ou ao lado dele As caracter sticas espec ficas s o mostradas na tabela 3 18 A se o transversal do biodigestor mostrada na figura 3 22 O cap tulo 3 2 2 3 descreve detalhadamente os dife rentes tipos de agitadores T cnica do fluxo pistonado Usinas de biog s que operam com fluxo em pist o ou pistonado na digest o mida denominada tamb m usina de fluxo em tanque tiram proveito do efeito de recalque do substrato fresco introduzido para produ zir um fluxo em forma de pist o atrav s de um biodi gestor com se o transversal circular ou retangular De forma geral a agita o no sentido do fluxo reali zada por eixos com palhetas ou por uma canaliza o de fluxo especialmente constru da para tal A tabela 3 19 cont m as caracter sticas desse tipo de usina Os biodigestores de fluxo pistonado se dividem fundamentalmente em horizontais e verticais A agroind stria utiliza quase que exclusivamente a va riante horizontal Biodigestores verticais que operam sob o princ pio do fluxo pistonado s o atualmente de ocorr ncia isolada e n o ser o discutidos neste ma nual As figuras 3 23 a 3 25 mostram o esquema de constru o com exemplos das diges
45. ncia dos substratos depende do seu teor de mat ria seca o que justifica a classifica o b sica da tecnologia de biog s em t cnicas de digest o seca e t cnicas de digest o mida A digest o mida se rea liza com substratos bombe veis A fermenta o a seco faz uso de substratos empilh veis 31 08 GO Guia Pr tico do Biog s Gera o e Utiliza o N o existe um limite r gido entre a digest o mida e a seca A digest o seca foi vinculada a determinadas condi es conforme defini es estipuladas em publi ca o de apoio do Minist rio do Meio Ambiente da Alemanha baseadas na Lei Alem de Energias Reno v veis EEG de 2004 A publica o prev na entrada um teor de mat ria seca de no m nimo 30 base em massa e uma carga org nica volum trica de no mi nimo 3 5 kg yos m d no biodigestor Na digest o mida o substrato l quido pode ter um teor de mat ria seca de at 12 em massa Como re gra emp rica v lido o limite de 15 em massa para a bombeabilidade do meio Esse valor por m qualita tivo e n o deve ser aplicado para todos os substratos utilizados Alguns substratos com distribui o de par t culas finamente dispersas e elevado teor de subst n cias sol veis s o bombe veis tamb m para teores de MS de at 20 em massa tais como restos de alimentos dispersos por ve culos tanque Em contrapartida ou tros substratos s o pass veis de empilhamento com ap
46. necessitam estar em contato direto com a gua em seu ambiente Apesar de n o haver uma defini o exata do limite entre a digest o mida e a digest o seca na pr tica considera se que no caso de cultivos energ ticos se o teor de mat ria seca no biodigestor for igual ou inferior a 12 a digest o classificada como mida pois tal teor de umidade permite o bombeamento do conte do do biodigestor Via de regra o aumento de mat ria seca acima de 15 a 16 no biodigestor inviabiliza o bombeamento do material sendo o processo ent o denominado digest o seca 21 ogo N og N Guia Pr tico do Biog s Gera o e Utiliza o 2 2 1 Oxig nio As arqueas metanog nicas est o entre os seres vivos mais antigos da Terra tendo se originado entre 3 a 4 bilh es de anos atr s uma poca em que a atmosfera era muito diferente da que hoje conhecemos Por isso esses microrganismos precisam de um ambiente livre de oxig nio Para a maioria das esp cies de arqueas uma quantidade pequena de oxig nio j suficiente para impedir que sobrevivam No entanto impossi vel evitar completamente que o oxig nio penetre no biodigestor Mesmo sob essas condi es as arqueas metanog nicas n o s o inibidas nem cessam a sua ati vidade imediatamente Isso se explica pelo fato de elas coexistirem com bact rias aer bias oriundas das etapas de degrada o precedentes 2 1 2 2 Algu mas das esp cies de bact rias as d
47. nico como par metro de avalia o do processo At o momento por m n o foi pos s vel estabelecer um padr o amplamente v lido Existem diferentes t cnicas para determinar a con centra o de cidos org nicos atualmente essas an li ses exigem que se retire uma amostra para ser encami nhada ao laborat rio tais como par metro composto p ex destila o a vapor con forme a DIN 38414 19 espectro p ex cromatografia gasosa ou 89 gt 09 Q oT Guia Pr tico do Biog s Gera o e Utiliza o com base em par metros emp ricos resultantes da titula o AOV cidos org nicos vol teis Dado o uso crescente do valor AOV a determina o do par metro composto conforme a DIN 38414 19 praticamente n o mais realizada Embora seja mais precisa que a determina o do valor AOV mais tra balhosa por exigir a destila o dos cidos vol teis a vapor A determina o do espectro de cidos mediante cromatografia gasosa opcionalmente tamb m por cromatografia l quida exige tecnologias de medi o caras e experi ncia com o substrato Essa t cnica per mite obter n o apenas a concentra o total de cidos mas tamb m as concentra es das fra es de cidos graxos de cadeias curtas Esse o mais preciso entre os m todos mencionados Nos ltimos anos o AOV tem se destacado pela fa cilidade com que pode ser medido 5 24 Esse valor geralmente utilizado em combina
48. o Se Ch oQ O Guia Pr tico do Biog s Gera o e Utiliza o q o O E Q C OD e Lu 1 000 1 200 Pot ncia el trica em kW Figura 6 6 Efici ncia el trica de usinas de biog s para a cogera o 6 41 6 2 1 5 Efici ncia el trica e pot ncia A efici ncia de uma usina de cogera o mede o grau de aproveitamento da energia que a alimenta A efici ncia total se comp e das efici ncias el trica e t rmica e se situa normalmente entre 80 e 90 Em uma situ a o ideal portanto 90 da pot ncia t rmica nominal aproveitada energeticamente A pot ncia t rmica nominal calculada da se guinte forma Or vp H Equa o 6 1 Q pot ncia t rmica nominal kW vp fluxo volum trico de biog s m h H poder calor fico inferior do biog s kWh m 3 Para motores do ciclo Otto e motores com igni o a compress o assume se empiricamente que a efici n cia t rmica e el trica sejam respectivamente de 50 da efici ncia total A efici ncia el trica o resultado da efici ncia mec nica do motor multiplicada pela efici ncia do gerador A figura 6 6 mostra os valores de efi ci ncia que podem ser atingidos A efici ncia el trica de usinas de cogera o opera das com motores com igni o a compress o de 30 a 44 Pelo menos na faixa inferior de pot ncia essa 128 efici ncia maior que a de usinas com motores do ci clo Otto com
49. o bombear volumes sem necessidade e Utilizar t cnicas econ micas de carregamento e preparo do substrato Conceito de aproveitamento do calor A ideia principal a ser considerada que uma usina de biog s um sistema composto de um grande n mero de componentes que devem operar em harmo nia entre si Por isso j durante a fase de planeja 112 mento considerar que o circuito deve funcionar como um todo sendo que a compra de componentes sepa rados que funcionam n o significa necessariamente que a usina funcionar bem Na pr tica observa se frequentemente que a ca deia de processos possui um gargalo que limita o aproveitamento total dos elementos a jusante e seu uso econ mico Em muitas usinas por exemplo a ca pacidade de gera o de g s n o esgota a capacidade da usina de cogera o Por m seria poss vel atingir a produ o de g s necess ria por exemplo pela modi fica o da mistura do substrato ou pelo melhor apro veitamento da capacidade do 2 est gio de digest o Assim al m do balan o de fluxos de energia o ba lan o de fluxo de material tamb m uma forma apro priada de evidenciar d ficits na opera o da usina 5 6 3 Otimiza o econ mica A otimiza o econ mica tem como meta a redu o dos custos e o aumento da receita A exemplo da oti miza o t cnica a otimiza o econ mica tamb m pode ser aplicada em cada um dos subprocessos Aqui tamb m s o identificadas as
50. o com o valor TAC AOV TAC A rela o AOV TAC obtida por titula o A ori gem da abreviatura TAC incerta Nenhuma das dife rentes denomina es mencionadas na literatura per feitamente correta e corresponde s letras da abreviatura O TAC o consumo A de 0 1 N de cido sulf rico na titula o de uma amostra com pH at 5 A quantidade consumida de cido convertida na res pectiva concentra o de carbonato de c lcio mg CaCO 1 Se a titula o prosseguir at o pH 4 4 poss vel deduzir a concentra o de cidos org nicos do consumo de cidos B As f rmulas para calcular a concentra o dos cidos s o emp ricas Quantidade de amostra 20 ml centrifugado TAC Consumo A x 250 mg l CaCO AOV consumo B x 1 66 0 15 x 500 mg l HAc Com frequ ncia a rela o AOV TAC usada para avaliar o processo Vale ressaltar que dada a natureza emp rica das f rmulas os resultados das an lises de diferentes processos n o podem ser comparados entre si A experi ncia mostra que a rela o AOV TAC n o pode ser superior a 0 8 Aqui tamb m h exce es e no caso dos cidos poss vel detectar problemas pela observa o da varia o do valor Ao avaliar os resulta dos deve se considerar o m todo utilizado para os c lculos 5 1 7 Valor do pH Os processos biol gicos s o em grande parte governa dos pelo valor do pH A faixa de pH tima para a for 90 ma o de metano
51. o e Utiliza o Tabela 10 6 Potencial de g s residual de biofertilizantes de usinas de biog s agr colas com base n o rendimento de metano por t de substrato carregado valores m dios m nimos e m ximos obtidos de 64 usinas de biog s Programa de Medi o de Biog s I a Tabela 10 7 Pontos de equil brio econ mico de reservat rios circulares de biofertilizantes modernizados com cobertura imperme vel Pot ncia el trica m nima instalada em que para investimentos em moderniza o diferentes atinge se no m nimo uma cobertura dos custos Tabela 10 8 Perdas cumulativas de am nia ap s a deposi o de adubos org nicos com espalhadores sem incorpora o ao solo em diferentes temperaturas dentro de 48 horas Tabela 10 9 Redu o das perdas de am nia ap s a deposi o de biofertilizantes l quidos en Tabela 10 10 Teores de nutrientes das fra es calculados para os processos de tratamento por meio de modelos matem ticos snns rininis i Tabela 10 11 Avalia o dos processos para o tratamento de biofertilizantes ee Checklists 1 etapa 2 etapa 3 etapa 4 etapa 5 etapa 6 etapa 7 etapa 8 etapa Elabora o do esbo o do Projeto asia linea ea Elabora o do estudo de viabilidade uunnnensesssnenses esse Disponibilidade de substrato risoria tiina SE doca EERE do caga dad sad i do poa aaa Ban sele o doJocal zsiaussssesssasastras
52. o importa se a co leta de dados ocorre na linha ou manualmente O im portante que os dados sejam preparados para uma an lise adequada Cen rio 1 usina normal alimentada por esterco l quido baixa carga org nica volum trica menos de 2 kg MOS m d sem subst ncias inibidoras concen tra es de cidos em opera o normal inferiores a 2 g l Cen rio 2 usinas com elevada carga org nica volu m trica composi o e qualidade do substrato vari veis e possivelmente subst ncias inibidoras p ex am nio com teor maior que 3 g l concentra es de cido no modo de opera o normal superiores a 2 g l e na troca do regime de carregamento Usinas com dist rbios ou seja com par metros de processo vari veis devem ser testadas no m nimo com a densidade de medi o indicada no cen rio 2 Estados din micos de processo sempre t m o risco latente de que o processo saia da faixa em que a autoestabiliza o poss vel Portanto as trocas de regime operacional de substrato o aumento da quantidade de carga e quejan dos devem sempre ser acompanhados de uma densi dade de medi o maior Se for conhecido que a opera o do processo est sujeita a subst ncias potencialmente inibidoras p ex am nia conv m tamb m monitor las Isso permite identificar mais rapidamente a causa de um dist rbio Se o balan o do processo resultar na redu o da capacidade de degrada o procede se etapa se guinte
53. rio a fim de inocular a carga seguinte Para o r pido enchimento e esvaziamento do reservat rio de batelada s o necess rios tamb m reservat rios de ar mazenamento e dep sito A taxa de produ o de g s no processamento intermitente varia ao longo do tempo Ap s o enchimento a produ o de g s se ini cia lentamente Conforme o substrato ela atinge o seu pico ap s alguns dias e come a a decrescer grada tivamente Com isso n o poss vel atingir produ o e qualidade do g s constantes com apenas um biodi gestor o que pode ser compensado pelo enchimento de v rios biodigestores com intervalos de tempo en tre si bateria de reservat rios Isso permite a opera o respeitando com precis o o tempo m nimo que o material deve ficar retido 3 2 Na pr tica o proces samento em batelada com biodigestor simples tem pouca relev ncia tendo o processamento em bateria aplica o em biodigestores do tipo garagem fermen ta o a seco 3 1 3 N mero de fases e est gios do processo Entende se por fase do processo o meio biol gico fase de hidr lise ou fase de metaniza o com as res pectivas condi es espec ficas de processo tais como valor do pH e temperatura O processamento em um nico reservat rio denominado sistema monof sico Quando as fases de hidr lise e metaniza o s o reali Tecnologia de Usinas para a Produ o de Biog s zadas em reservat rios diferentes o sistema de
54. s principalmente na agricultura Esse avan o foi promovido pelo Programa de Incentivo ao Mer cado MAP mantido pelo governo alem o e por di versos programas de fomento ao investimento em n vel estadual A altera o da EEG em 2004 teve um papel fundamental na acelera o da constru o de no vas usinas Desde ent o o uso de culturas energ ticas para a produ o de biog s tem sido atraente do ponto de vista econ mico A consequ ncia que hoje em dia o potencial de gera o e utiliza o do biog s j vem sendo muito explorado Apesar disso ainda h um grande potencial oferecido por fluxos de materiais or g nicos para a gera o de biog s Com isso est o es tabelecidas as bases que apontam para um r pido au mento na gera o e utiliza o do biog s 12 1 Gera o de biog s como op o de aproveitamento energ tico da biomassa A biomassa a mat ria de origem org nica que pode ser utilizada para gerar energia A biomassa por tanto a massa de origem animal ou vegetal e os res pectivos res duos p ex dejetos Tamb m fazem parte 218 do grupo das biomassas os restos e res duos org nicos tais como palha res duos de abatedouros etc Em linhas gerais as fontes de biomassa se dividem em cultivos energ ticos res duos de colheitas subpro dutos e res duos org nicos Mais detalhes se encon tram no cap tulo 4 Descri o de substratos seleciona D dos Antes de serem de
55. s bruto tem impor t ncia para a inje o do biometano na rede de g s na tural Al m das normas e recomenda es t cnicas da DVWG respeitar tamb m os tratados internacionais Os processos de tratamento que melhor se estabelece ram foram a separa o por catalisadores de platina e 123 08 ON Guia Pr tico do Biog s Gera o e Utiliza o pal dio e a sor o qu mica em contatos de cobre Maiores informa es se encontram em 6 35 6 1 5 Separa o de outros gases tra o Entre os gases tra o do biog s contam se a am nia os siloxanos e o BTX benzeno tolueno e xileno entre outros Em usinas de biog s agr colas no entanto es sas subst ncias comumente n o ocorrem De forma geral as suas concentra es se situam abaixo dos re quisitos das normas e recomenda es t cnicas da DVGW 6 35 sendo essas subst ncias raramente de tectadas Al m disso essas subst ncias tamb m s o eliminadas nos citados processos de dessulfuriza o secagem e purifica o do metano 6 1 6 Tratamento visando qualidade de g s natural Ap s passar por todos os est gios de purifica o o biog s produzido com o objetivo de ser injetado na rede de distribui o tem de ser submetido a um ajuste final para que se atinja o padr o de qualidade do g s natural Ainda que esse padr o seja dependente do g s natural existente para o produtor de biog s o nico fator relevante o cumprimento das folhas de proce
56. sob as condi es encontradas na pr tica a forma o de metano conclu da nesse per odo 198 Qualidade e Aproveitamento dos Biofertilizantes Tabela 10 7 Pontos de equil brio econ mico de reservat rios circulares de biofertilizantes modernizados com cobertura imperme vel Pot ncia el trica m nima instalada em que para investimentos em moderniza o diferentes atinge se no m nimo uma cobertura dos custos 10 10 ajust 33 000 p ex 1 lt 25 m 53 000 p ex 1 gt 25 m 66 000 p ex 2 lt 25m 106 000 p ex 2 gt 25m 159 000 p ex 3 gt 25 m 138 83 109 66 234 133 181 105 298 167 241 131 y 287 Ap 231 869 446 751 378 a Determina o do ponto de equil brio econ mico com base na diferen a entre os custos unit rios custo anual do quilowatt hora adicional e a taxa efetiva de remunera o por quilowatt hora injetado b Base de c lculo usina de cogera o 8 000 horas em plena carga custos proporcionais para a amplia o da usina de cogera o conforme pot ncia adicional pela utiliza o do g s residual efici ncia conforme a ASUE 2005 10 13 remunera o conforme a calculadora de remunera o online da KTBL 2009 Investimentos e custos anuais da cobertura calculados com base na vida til de 10 anos cobertura imperme vel a gases nos primeiros 60 dias de dura o do reservat rio de biofertilizantes conforme observado na pr tica den
57. sungen zukunftsorientierter Biogasanlagen Atas do Congresso Anual da Fachver band Biogas e V Gaderer M Lautenbach M Fischer T Ebertsch G 2007 W rmenutzung bei kleinen landwirtschaftli chen Biogasanlagen Bayerisches Zentrum f r an gewandte Energieforschung e V ZAE Bayern Augs burg alterada KTBL 2009 Faustzahlen Biogas Kuratorium f r Tech nik und Bauwesen in der Landwirtschaft e V Hrsg Darmstadt D hler H et al 2009 Kommunen sollten rechnen Joule 01 2009 181 Fonte Tannh user Ingenieure o Ki Oo O estabelecimento do biog s como ramo em uma em presa agr cola ou em um cons rcio de empresas ou a convers o de uma empresa para a produ o de bio g s se justifica principalmente pelos seguintes argu mentos Estabelecimento de um novo ramo de atividade para ampliar o leque de produtos Obten o de uma renda est vel pela garantia de pre o proporcionada pela eletricidade do biog s Disponibiliza o de liquidez ao longo do ano fiscal Utiliza o da terra independente do mercado Aproveitamento de produtos principais e subpro dutos para fins energ ticos Redu o de emiss es e odores do armazenamento e deposi o de adubos org nicos Melhoramento da disponibilidade dos nutrientes de adubos org nicos para as plantas Fornecimento aut nomo de energia Melhoria da imagem da empresa Antes de optar pela gera o de biog s deve se pesar as s
58. tratado e injetado para fins de abastecimento t rmico no entanto tem de atender a determinadas exig ncias conforme o n II 1 do Anexo da EEW rmeG Alterna tivamente a obriga o de uso considerada cum prida se a demanda de calor de um edif cio for coberta por uma rede de aquecimento cujo abastecimento seja realizado em parte significativa por energias renov veis por exemplo o calor residual de uma usina de co gera o movida a biog s Al m de estabelecer a qualifica o ao b nus de co gera o o fornecimento de calor a terceiros representa tamb m para muitos projetos um importante aspecto econ mico 7 5 2 Fornecimento de calor O operador da usina fornece o calor para uma em presa distribuidora de calor ou diretamente para o consumidor de calor No segundo caso existem basi camente dois conceitos de fornecimento no primeiro a usina de cogera o operada no local da usina de biog s e o calor gerado fornecido ao consumidor mediante tubula es de calor ou uma rede de calor No segundo conceito mais eficiente o biog s trans portado at o local da demanda por uma tubula o de g s bruto ou ap s o devido tratamento por meio da rede p blica de g s natural No local de demanda ele ent o convertido em eletricidade Dessa forma evi tam se perdas de calor durante o transporte Se o operador da usina vender a energia t rmica a uma distribuidora de calor intermedi ria n o existi r
59. tulo 6 A checklist a seguir cont m pontos sobre a uti liza o do g s em um projeto de biog s 7 etapa Tipo de utiliza o do g s Que possibilidades h de aproveitar eficientemente o vetor energ tico gerado no local Gera o de energia el trica e calor no processo de cogera o p ex usina de cogera o microturbina a g s etc Gera o de frio por processo de energia calor e frio Tratamento do biog s desumidifica o e dessulfuriza o visando qualidade de g s natural para a inje o na rede de g s natural p blica ou microrredes de g s Tratamento para obter combust vel para ve culos motorizados Biog s como fonte de energia t rmica 215 Guia Pr tico do Biog s Gera o e Utiliza o 11 2 6 Avalia o e tomada de decis o A avalia o e tomada de decis o de um projeto de bio g s se d conforme a viabilidade econ mica e o tipo de financiamento cf cap tulo 8 2 A respectiva che cklist se encontra na 8 etapa Avalia o e tomada de decis o Cria o de um plano de custos detalhado Com base na estipula o dos processos poss vel tra ar um planejamento detalhado dos custos O plano de custos deve ser elaborado de forma que permita um controle dos custos a qualquer tempo Os itens de custos devem ser divididos nos seguintes blocos Custos dos componentes separados Custos do substrato entregue no biodigestor Amortiza o Conse
60. 1 Carga org nica volum trica COV m quantidade introduzida de substrato por unidade de tempo kg d c concentra o da mat ria org nica Yo MOS Vr volume do reator m A carga org nica volum trica pode ser indicada para cada est gio reservat rio imperme vel a gases isolado e aquecido para todo o sistema total dos vo lumes de trabalho de todos os est gios e incluindo ou n o a recircula o de material A altera o dos valores de refer ncia pode resultar em COVs bastante diver sas para uma usina Para que a compara o entre as COVs de diferentes usinas seja o mais representativa poss vel esse par metro deve ser calculado preferen cialmente para o sistema como um todo sem levar em conta a recircula o de material ou seja somente para o substrato fresco Outro par metro do dimensionamento do reserva t rio o tempo de reten o hidr ulica TRH que re presenta o tempo m dio calculado que um substrato permanece no biodigestor at a sua sa da 2 1 Para obt lo divide se o volume do reator Vg pela quanti dade de substrato introduzida diariamente V 2 2 O tempo de reten o hidr ulica expresso em dias Vr TRH d V Equa o 2 2 Tempo de reten o hidr ulica Vg volume do reator m V volume de substrato introduzido m d O tempo de reten o efetivo diferente do resultado dessa f rmula pois os diferentes componentes saem do biodigestor em moment
61. 12 180 390 destilado de frutas 15 9 285 Glicerol bruto A 240 260 140 155 170 200 250 147 185 Torta de canola CO 660 317 396 Polpa de batata A 70 90 44 50 358 413 80 47 336 gua residualda A 50 56 28 31 825 1100 batata 53 30 963 Torta de filtrode A 60 75 44 54 181 254 beterraba sacarina 68 49 218 Mela o A 290 340 210 247 261 355 315 229 308 Baga o de ma A 145 150 98 101 446 459 148 100 453 Baga o de uva A 250 270 169 182 432 466 260 176 448 A Faixa dos valores medidos M dia tes como o rendimento de biog s e o teor de metano Geralmente res duos verdes como podas e cortes de gramas s o destinados compostagem em vez de se rem aproveitados para a gera o de biog s Excetuando se os desafios log sticos j menciona dos a ensilagem processada sem dificuldades Con forme o tipo do res duo deve ser separado de mate riais estranhos como galhos ou pedras antes de ser carregado no biodigestor 81 og A 06 A Guia Pr tico do Biog s Gera o e Utiliza o Tabela 4 8 Propriedades dos res duos verdes 4 12 4 19 Res duos verdes 12 87 2 5 4 6 Material proveniente de ativida des de conserva o da paisagem O conceito de material proveniente das atividades de conserva o da paisagem abrange o produto das ativi dades agr colas e horticulturais que sirvam primaria mente conserva o da paisagem 4 20 As reas que produzem esse tipo de mat
62. 16 e se acumular nas reas agr colas e portanto devem ser aplicados em quantidades mini mas 5 17 Se poss vel adicionar somente aqueles mi cronutrientes cuja defici ncia seja efetivamente cons 105 og Of og Guia Pr tico do Biog s Gera o e Utiliza o tatada A an lise de micronutrientes do material no biodigestor e dos materiais a serem carregados pode fornecer informa es de grande aux lio embora seja cara e trabalhosa Para aumentar a efici ncia da adi o de micronu trientes pode se antes aplicar sais de ferro objeti vando a dessulfuriza o qu mica ver cap tulo 2 2 4 Isso permite precipitar uma grande parte do sulfeto de hidrog nio dilu do melhorando a biodisponibili dade dos micronutrientes importante sempre ob servar as recomenda es e instru es do fabricante 5 4 2 3 Medidas contra a inibi o por temperatura H duas formas de combater a inibi o causada pelo aumento da temperatura do processo em fun o do autoaquecimento resfriamento do processo ou migra o da temperatura do processo Em alguns casos o resfriamento poss vel por meio do sistema de aque cimento o que geralmente de dif cil concretiza o A introdu o de gua fria no sistema tamb m uma forma de resfri lo o que por m deve ser feito com extrema cautela Caso se opte pela migra o da tem peratura do processo da faixa mesof lica para a termo f lica importante que se fa
63. 175 Produ o CH Nm t MF 14 17 44 90 35 106 105 79 329 98 72 50 68 70 58 70 70 22 18 147 317 47 30 49 229 100 176 105 Rendimento CH Nm t de MOS 210 250 250 280 165 340 329 324 389 310 350 350 298 286 291 319 313 385 362 285 185 396 336 963 218 308 453 448 369 Opera o de Usinas de Biogas A lucratividade de uma usina de biog s corretamente planejada determinada pela disponibilidade e utiliza o da capacidade do processo como um todo Como fatores condicionantes a tecnologia utilizada tem de oferecer seguran a operacional e funcionalidade e o processo biol gico deve proporcionar uma capacidade de degrada o elevada e constante Em vista do fato de que os equipamentos sempre es t o sujeitos a falhas devem estar dispon veis instru mentos que detectem tais falhas identifiquem os erros e permitam o seu reparo O controle do processo sempre ocorre em intera o com os operadores sendo que o grau de automa o pode variar muito A automa o de algoritmos de monitora o e controle tem a vantagem de tornar essas opera es cont nuas e dar uma certa li berdade ao pessoal t cnico A transmiss o remota de dados permite que o processo seja monitorado sem a presen a da equipe na usina A automa o extensiva tem como desvantagem o custo elevado Como essas vantagens e desvantagens devem ser avaliadas con forme as especifi
64. 2 5 5 3 145 296 3 464 594 2 392 900 655 594 796 294 656 896 8 32 9 56 11 61 9 57 3 17 a Inclui edifica es para equipamentos e estruturas de aquecimento componentes da usina para cobrir picos de demanda caldeira e dep sito de leo componentes compartilhados dep sito de emerg ncia instala es el tricas sistemas de medi o e controle instala es sanit rias equipamentos de ventila o e climatiza o rede de aquecimento distrital custos extras de constru o planejamento e licenciamento No caso de uso de cavacos considerou se o investimento adicional para o armazenamento e queima da biomassa b A usina de biog s n o faz parte do investimento O calor transferido da usina de cogera o para a rede aqui considerada Tabela 8 25 Classifica o qualitativa dos diferentes canais de utiliza o do calor Quantidade de calor transferido Canal de utiliza o do calor S Investimentos consumidor de calor Secagem Cereais 0 Biofertilizantes 0 Cavaco 0 E Aquecimento Cultivo de plantas 0 estufas Resid ncias Ind strias 0 RAE Est bulos 0 0 Resfriamento Ind strias de laticinios f Pr resfriamento do 0 leite muito bom no caso de investimentos muito baixo bom no caso de investimentos baixo O m dio no caso de investimentos neutro ruim no caso de investimentos elevado a muito elevado Fornecimento de calor
65. 206 Secagem Processo de separa o GE Esgotamento por membranas stripping o o 5 a 5 o o 5 o o o e e y Jar o m 10 4 3 Compara o dos processos de tratamento de biofertilizantes Os processos de tratamento de biofertilizantes aqui apresentados s o bastante distintos quanto sua po pularidade e confiabilidade operacional tabela 10 17 Esses processos j s o amplamente utilizados e corres pondem ao estado da t cnica O tratamento parcial todavia normalmente n o propicia a redu o de vo lume e o custo de deposi o do biofertilizante au menta Os processos de secagem da fase s lida j se en contram estabelecidos em outras reas de aplica o e s o adaptados secagem de biofertilizante Apenas alguns detalhes t cnicos t m de ser resolvidos Entre tanto a secagem de biofertilizantes s interessante do ponto de vista econ mico se ap s a secagem o fer tilizante for destinado a finalidades lucrativas ou se n o houver alternativa para utilizar o calor residual da usina de biog s Os processos de tratamento da fase l quida n o correspondem ao estado da t cnica e o consenso que h ainda muito espa o para aperfei oamento De todas as t cnicas a que se encontra em est gio mais avan ado o processo de separa o por membranas Ela oferecida no mercado por diversos fabricantes e h v rias usinas de refer ncia operando com esse processo em sua maioria com bo
66. 33 Figura 3 34 Figura 3 35 Figura 3 36 Figura 3 37 Figura 3 38 Figura 3 39 Figura 3 40 Figura 3 41 Figura 5 1 Figura 5 2 Figura 5 3 Figura 5 4 Figura 5 5 Figura 5 6 Figura 5 7 Figura 5 8 Figura 6 1 Figura 6 2 Figura 6 3 Figura 6 4 Figura 6 5 Figura 6 6 Figura 6 7 Figura 6 8 Figura 6 9 Figura 6 10 Figura 6 11 Figura 6 12 Figura 6 13 Figura 6 14 Figura 8 1 Figura 9 1 Figura 9 2 Figura 9 3 Figura 9 4 Figura 9 5 Figura 9 6 Lista de Figuras AMS com h lice esquerda tubula o guia centro grande p direita ueeennnnneeenennn 61 Agitadores de eixo longo com dois dispositivos de agita o com e sem apoio nofundo do biodigestor Eed shots zellen Ehre LEHRE 62 Agitador axial nseesernsssenk nishinskhiNBiniinenhlSRHRSEmeinsnnesnhmeneninnkenensiininien 63 As tador de Pas EE 63 Separador deirosca uia in a Ca NENNEN NEN a e 64 Dispositivos para transportar o g s sem dist rbios tubo de admiss o de g s com abertura voltada para cima alimenta o de substrato esquerda E 65 Tubos de aquecimento de a o inoxid vel instalados em biodigestor no lado interno esquerda montagem de mangueiras de aquecimento no biodigestor direita ementas 68 Gas metroside loNA usu0 uessasnnaniigseeinnngsesinunnsuskalihiitseuenpunnsisnte 70 Base de suporte de cobertura infl vel esquerda usina de biog s com coberturas infl veis 71 Gasome
67. 35 5 37 A princ pio pode se realizar o controle com todos os m todos citados o que foi comprovado em ensaios em escala laboratorial No entanto controles desen volvidos com base em modelos f sicos e orientados a processos em sistemas baseados em conhecimento ou redes neurais foram at o momento pouco utilizados em opera es de maior escala 5 2 5 2 Outras abordagens Muitos construtores de usinas oferecem tamb m con sultoria e pacotes anal ticos com o objetivo de propor cionar a otimiza o do processo biol gico Esses servi os s o oferecidos tamb m por empresas independentes na forma de pacotes de consultoria e aux lio imediato Tamb m oferecida como op o a an lise direta do processo com base na sua din mica comunica o com o processo Nesse caso o desem penho do processo avaliado com base na sua res posta din mica a um dist rbio Na Internet h diversos f runs em que os operado res trocam ideias sobre as dificuldades e os desafios Al m disso algumas organiza es oferecem cursos de treinamento para administradores e pessoal operador 5 3 Controle do processo na partida e opera o regular 5 3 1 Opera o regular A seguir s o descritos os par metros de processo a se rem levantados para que se avalie a biologia do pro cesso Ser o distintos dois diferentes cen rios de usi 98 nas uma vez que o nus associado depende do tipo e do modo de opera o da usina N
68. 3905 GasNEV Gasnetzentgeltverordnung de 25 de julho de 2005 BGBl I p 2197 ltima altera o pelo Artigo 2 4 do Regulamento de 17 de outubro de 2008 BGBl I p 2006 GasNZV Gasnetzzugangsverordnung de 25 de julho de 2005 BGBl I p 2210 ltima altera o pelo Artigo 2 3 do Regulamento de 17 de outubro de 2008 BGBl I p 2006 KrW AbfG Kreislaufwirtschafts und Abfallgesetz de 27 de setembro de 1994 BGBl I p 2705 ltima alterac o pelo Artigo 3 da Lei de 11 de agosto de 2009 BGBl Ip 2723 KWKG 2002 Kraft W rme Kopplungsgesetz de 19 de mar o de 2002 BGBl I p 1092 ltima altera o pelo Artigo 5 da Lei de 21 de agosto de 2009 BGBl I p 2870 TA L rm Technische Anleitung zum Schutz gegen L rm de 26 de agosto de 1998 GMBI 1998 p 503 159 SS J og J Guia Pr tico do Biog s Gera o e Utiliza o TA Luft Technische Anleitung zur Reinhaltung der Luft de 24 de julho de 2002 GMBI 2002 p 511 TierNebG Tierische Nebenprodukte Beseitigungsgesetz de 25 de janeiro de 2004 BGBl I p 82 ltima altera o pelo Artigo 2 do Regulamento de 7 de maio de 2009 BGBl I p 1044 TierNebV Tierische Nebenprodukte Beseitigungsverordnung de 27 de julho de 2006 BGBl I p 1735 ltima altera c o pelo Artigo 19 da Lei de 31 de julho de 2009 BGBl Ip 2585 UVPG Gesetz ber die Umweltvertr glichkeitspr fung in der 160 Fassung der Bekanntmac
69. 8 gestor por ano cada uma com o custo de 120 Custos dependentes de investimento Esses custos s o compostos por deprecia o juros e se guros A deprecia o espec fica do componente Rea 170 150 kW 1 203 542 23 09 P7922 8 457 286 379 95 795 29 387 17 664 720 143 566 142 813 78 443 15 020 3 755 3 25 1 188 17 813 115 031 27 782 1 500 260 097 20 91 26 282 11 0 liza se uma deprecia o linear ao longo de 20 anos para constru es e de 4 a 10 anos para os equipamentos ins talados O capital imobilizado remunerado a uma taxa de juros de 4 Para efeito dos c lculos econ mi cos aqui realizados n o se distingue o capital pr prio do capital de terceiros Estipulou se uma taxa geral de 0 5 do total do capital investido referente aos custos 350 kW 2 794 798 20 25 565 856 20 151 586 007 226 557 36 043 57 369 1 440 321 408 264 599 110 378 26 999 6 750 6 11 2 230 33 455 177 582 87 016 3 500 502 491 17 26 83 516 16 4 de seguros IV 100 culturas energ ticas 350 kW 2 800 143 17 88 500 730 20 187 520 918 238 068 42 900 58 174 1 440 340 582 180 335 113 768 27 220 6 805 6 20 2 264 33 957 181 750 1 415 3 500 525 833 18 06 4 915 3 3 Subprodutos 500 kW 3 999 803 14 08 563 258 27 437 590 695 273 600 45 942 73 662 1 440 394 643 196 052 117 195 27 786 6 947 6 05 2 208 33 125
70. Ellner J Effiziente Aufberei tung von Biogas zur Verstromung in PEM Brennstoff zellen 2008 Solarenergief rderverein Bayern e V Biogasaufberei tungssysteme zur Einspeisung in das Erdgasnetz Ein Praxisvergleich Munique 2008 Termath S Z ndstrahlmotoren zur Energieerzeugung Emissionen beim Betrieb mit Biogas Elftes Symposium Energie aus Biomasse Biogas Pflanze l Festbrennsto ffe Ostbayrisches Technologie Transfer Institut e V OTTI Regensburg Atas do Simp sio 11 2002 Thomas B Stirlingmotoren zur direkten Verwertung von Biobrennstoffen in dezentralen KWK Anlagen pa lestra na confer ncia BWPLUS Forschungszentrum Karlsruhe 7 de mar o de 2007 Urban W Girod K Lohmann H Technologien und Kosten der Biogasaufbereitung und Einspeisung in das Erdgasnetz Resultados do estudo de mercado 2007 2008 Weiland P Neue Trends machen Biogas noch interes santer Biogas Strom aus G lle und Biomasse top agrar Fachbuch Landwirtschaftsverlag GmbH M nster Hiltrup 2002 6 37 6 38 6 39 6 40 6 41 6 42 Tratamento do Biog s e Op es de Utiliza o Weiland P Notwendigkeit der Biogasaufbereitung Anspriiche einzelner Nutzungsrouten und Stand der Technik Palestra no workshop Aufbereitung von Bio gas da FNR em 17 18 06 2003 em Braunschweig Wie funktioniert eine Absorptionsk ltemaschine http www bhkw info de kwkk funktion html Acesso em 05 08 2009 Willenbrink B Ei
71. Fachbuch Landwirtschaftsverlag GmbH M nster Hiltrup 2002 Zement Merkblatt Landwirtschaft LB 14 Beton f r Beh lter in Biogasanlagen Bauberatung Zement Kretzschmar F Markert H 2002 Qualit tssicherung bei Stahlbeton Fermentern in Biogasjournal n 1 2002 Kaltschmitt M Hartmann H Hofbauer H Energie aus Biomasse Grundlagen Techniken und Verfahren Springer Verlag Berlim Heidelberg Nova Iorque 2 edi o revista e ampliada 2009 Gespr chsnotiz Dr Balssen ITT Flygt Water Wastewa ter Treatment Setembro de 2009 3 17 3 18 3 19 Tecnologia de Usinas para a Produ o de Biog s Postel J Jung U Fischer E Scholwin F Stand der Technik beim Bau und Betrieb von Biogasanlagen Bestandsaufnahme 2008 Umweltbundesamt Hrsg dispon vel online em http www umweltbundesamt de uba info medien mysql medien php anfrage Kennummer amp Suchwort 3873 Bundesverband der landwirtschaftlichen Berufsgenos senschaften Hrgb Technische Information 4 Si cherheitsregeln f r Biogasanlagen Kassel 10 2008 dis pon vel online em http www praevention Isv de lbg fachinfo info ges ti_4 titel htm Oechsner H Lemmer A Was kann die Hydrolyse bei der Biogasverg rung leisten VDI Gesellschaft Ener gietechnik BIOGAS 2009 Energietr ger der Zukunft VDI Berichte volume 2057 VDI Verlag D sseldorf 2009 73 3 Ev Q Este capitulo abordar em detalhe os principais tipos d
72. Fontes DibliOgT fICAS seissen eisses serae isa Es RAEE TETE FFIFSRURTERFLEIFELFIETEEITETEFELEIFETFEIFERTEIRTELEIFETFPEFR 159 ECONO EEN E S HARTMANN B WIRTH A NIEBAUM H D HLER U KEYMER G REINHOLD 81 8 2 8 3 8 4 8 5 8 6 Representa o das usinas modelo Hip teses e dados caracter sticos meneame 161 8 1 1 Potenciadas usinas nesesnennneinsennensernsnnsennenen then Lada E sas iina ana Ena SS ES aaa ass E 161 te Ee 161 8 1 3 Projeto t chico btel eee eenzege EENS 163 8 1 4 Valores caracter sticos t cnicos e de Drocessog ENEE 165 8 1 5 Investimentos para as unidades funcionais das usinas modelo 165 Economia d s usinas m delo u nennen nein sinn engen 168 82 1 Receitas sense en dadidicanada dica derpedaginidada da dada diegestandaca cagada cuaniian aes 168 82 2 E EE 169 8 2 3 An lise custoibeneficio iss sssisrsssiississerensisisieisatnnesinesanisa ioiaren naa akadai a eaaa aaia ai eirinn 171 Analisede sensibilidade as Lusa aa n ERRE AAEE Rn 172 Efici ncia econ mica dos canais de utiliza o de calor selechonados 173 8 4 1 Canal de utiliza o do calor para secagem EE 174 8 4 2 Canal de utiliza o do aquecimento de estufas emeneeneeeeeerereerereerereremererermerentanenes 178 8 4 3 Canal de utiliza o do calor rede municipal de calor see eeereeeeeerereererenese 178 Classifica o qualitativa de diferentes canais de utiliza o de calor
73. Pot ncia das usinas A pot ncia das usinas vem aumentando continua mente nos ltimos anos Com a inclus o do b nus de esterco l quido na EEG de 2009 8 1 o n mero de pe quenas usinas com pot ncia em torno de 150 KW vem crescendo novamente Para cobrir o espectro das usinas constru das na pr tica foram criados nove mo delos com pot ncia el trica de 75kW a 1 MW bem como uma usina com tratamento de biog s cf tabela 8 1 A escolha das dimens es das usinas considerou n o s a situa o legal da remunera o com limiares de pot ncia da EEG de 150 e 500 kW mas tamb m os limiares legais de licenciamento da BImSchG a Lei Alem de Prote o contra Emiss es Como a BImSchG estipula uma pot ncia m xima de combust o permi tida constru do um grande n mero de usinas com pot ncia el trica de 350 kW Al m disso uma das usi nas usada para demonstrar os custos da gera o de g s e sua inje o na rede de g s natural 8 1 2 Substratos Mat rias primas de uso comum na agricultura e apro priadas para a utiliza o em usinas de biog s s o sele cionadas como substrato Entre esses substratos desta cam se os adubos org nicos e as silagens original mente usados na agricultura bem como subprodutos do beneficiamento de mat rias primas vegetais Tam b m foi considerado o grupo de res duos org nicos O b nus relativo a biomassas dedicadas tem o seu valor reduzido proporcionalmente se forem utiliza
74. Ran A Se Per odos de deposi o para biofertilizantes Classifica o dos processos de tratamento conforme o seu princ pio u uunenssnesenensenensenensenenenensenenennene 203 Etapas de realiza o de um projeto para a gera o e aproveitamento de biog s 209 Diagrama sint tico do planejamento de uma usina de biog s ENEE 210 Crit rios do estudo de viabilidade de usinas de biog s EEN 211 Crit rios de elei o do local da usina nessesesenennsnnennnonnenensnentnnonnnnnnenensnennnnnonnnsosnenenennensonnnsonnenen 212 Op es de uso da biomassa para disponibilizar energia Dnalion E 219 Emiss es de gases do efeito estufa kg CO eg kWhoy de usinas modelo de biog s em compara o com a matriz el trica alem EEN 220 Evolu o das usinas de biog s na Alemanha at 2009 ENEE 222 Pot ncia el trica instalada relativa rea cultivada kW 1 000 ha de rea cultivada nos Estados alem es un ENEE Eege 223 Uso de substrato em usinas de biog s valores baseados em massa pesquisa entre operadores de usinas em 2009 ee 224 Uso de substrato de culturas energ ticas em usinas de biog s valores baseados em massa pesquisa entre operadores de usinas em 2009 ee 224 Potencial t cnico de energia prim ria para biog s na Alemanha 2007 e 2020 226 Lista de Tabelas Tabela 2 1 Tabela 2 2 Tabela 2 3 Tabela 2 4 Tabela 2 5 Tabela 2 6 Tabela 3 1 Tabela 3 2 Tabela 3 3 Tabela 3 4
75. Usinas de biog s agr colas pro cessam principalmente esterco s lido e l quido de ori gem bovina e su na e esterco oriundo da engorda de aves Em fun o do seu alto teor de am nio e res duos da adi o de c lcio os adubos org nicos da cria o de galinhas poedeiras t m utiliza o mais restrita Gra as s regras de remunera o da EEG h poucos opera dores de usinas que continuam utilizando exclusiva mente culturas energ ticas Apesar disso s o dignos de men o os conhecidos e apreciados efeitos da di gest o de adubos org nicos sobre as propriedades do biofertilizante Redu o da emiss o de maus odores por decompo si o de compostos org nicos vol teis Degrada o profunda de cidos org nicos de ca deia curta minimizando os riscos de queima de fo lhas Melhoramento das propriedades de escoamento com consequente redu o de impurezas nas folhas de forrageiras e menor esfor o de homogeneiza o Melhoramento do efeito breve do nitrog nio pelo aumento do teor de nitrog nio de r pida a o Exterm nio ou neutraliza o de sementes de ervas daninhas e germes patog nicos humanos zoopat genos e fitopat genos Como a digest o provoca a altera o principalmente da fra o de carbono do substrato os nutrientes conti dos s o preservados integralmente O processo de di gest o anaer bia torna os mais sol veis e portanto au menta a sua fitodisponibilidade 10 1 Se na gera
76. aborda o amplo espectro de tecnologias de usinas para a produ o de biog s O n mero de combina es entre componentes e equipamentos praticamente infinito Por isso o cap tulo apresentar cada um dos equipamentos com exemplos t cnicos No entanto o sistema e os equipamentos t m de ser submetidos caso a caso an lise de especialistas para verificar a sua capacidade de adapta o pr tica comum que a constru o de usinas de biog s envolva um nico fornecedor denominado fornecedor principal FP o que significa pr s e con tras para o propriet rio do projeto A vantagem de um nico fornecedor que as tecnologias utilizadas geral mente s o bem integradas e a garantia v lida para a usina completa incluindo os seus componentes Com isso assegura se tamb m a funcionalidade do pro cesso de gera o de biog s Geralmente a entrega do equipamento pronto realizada somente ap s a con clus o de testes de desempenho ou seja ap s o equi pamento ter atingido a sua carga nominal Isso de suma import ncia uma vez que em primeiro lugar a responsabilidade pela partida do equipamento recai sobre o fabricante Em segundo lugar a futura opera dora da usina n o est sujeita ao risco financeiro oca sionado por atrasos no caso de n o cumprimento do cronograma de entrega A desvantagem que o pro priet rio tem relativamente pouca influ ncia sobre os detalhes t cnicos do projeto visto que muitos f
77. acidez Esses fe n menos n o se observam em usinas alimentadas por esterco l quido A concentra o de micronutrientes nas biomassas dedicadas significativamente inferior aquela encontrada em adubos org nicos Os mecanis mos precisos por tr s desse fato e as subst ncias efeti vamente limitantes no entanto n o puderam ser identificados 5 26 Diversos fornecedores oferecem misturas de mi cronutrientes para otimizar os processos H ind cios de que a adi o de ons de ferro na forma de cloreto de ferro ou hidr xido de ferro frequentemente utili zado para a dessulfuriza o pode proporcionar um efeito estabilizador Isso se explica pelo fato de o sul feto formar sulfeto met lico de baixa solubilidade restringindo a disponibilidade de micronutrientes Se a maior parte do sulfeto se ligar ao ferro a disponibili dade dos demais metais aumenta A tabela 5 2 cont m valores de refer ncia de cada um dos elementos Um m todo que fornece valores de refer ncia e descreve a adi o se encontra em processo de patente amento 5 28 Tabela 5 2 Valores de refer ncia de micronutrientes Cobalto 0 4 10 ideal 1 8 0 06 Molibd nio 0 05 16 ideal 4 0 05 N quel 4 30 ideal 16 0 006 Sel nio 0 05 4 ideal 0 5 0 008 Tungst nio 0 1 30 ideal 0 6 Zinco 30 400 ideal 200 Mangan s 100 1500 ideal 300 0 005 50 Cobre 10 80 ideal 40 Ferro 750 5000 ideal 2400 1 10 5 29 Ao adicionar micronu
78. acidog nicas o pH ideal de 5 2 a 6 3 2 6 Estas bact rias por m n o depen dem estritamente dessa faixa e s o capazes de trans formar o substrato mesmo na presen a de valores de pH levemente elevados sendo a sua atividade apenas ligeiramente diminu da J as bact rias acetog nicas e as arqueas metanog nicas por outro lado dependem inteiramente de um pH neutro entre 6 5 e 8 2 8 Por tanto processos de fermenta o realizados em ape nas um biodigestor devem respeitar essa faixa de pH Independentemente de o processo se realizar em um ou v rios est gios o valor do pH no sistema de terminado automaticamente pelos metab litos cidos e alcalinos produzidos na decomposi o anaer bia 2 1 A estabilidade de tal equil brio demonstrada pela se guinte rea o em cadeia Se o processo for alimentado com uma quantidade muito grande de mat ria org nica em um breve per odo de tempo ou se a metanog nese por alguma raz o for inibida eleva se a concentra o dos metab litos cidos da acidog nese Em situa es normais o valor do pH se neutraliza pelo efeito tamp o do carbonato e da am nia O valor do pH se reduz quando a capaci dade de tamponamento do sistema se esgota ou seja quando ocorre um ac mulo muito grande de cidos org nicos Isso por sua vez aumenta o efeito inibit rio do sulfeto de hidrog nio e do cido propi nico o que em pouco tempo pode acarretar a parada do bio digesto
79. adsor o com modula o de press o dessulfu riza o adsortiva podem auxiliar na secagem 6 35 A secagem por condensa o indicada para qualquer fluxo volum trico 120 6 1 2 2 Secagem por adsor o Os processos de secagem por adsor o os quais utili zam ze litos gel de s lica ou xido de alum nio d o resultados significativamente melhores Nesses pro cessos poss vel atingir pontos de orvalho de at 90 C 6 22 Instalados em um leito fixo os adsorve dores s o operados alternadamente a uma press o ambiente de 6 10 bar e se destinam a fluxos volum tricos pequenos a m dios 6 35 Os materiais de ad sor o podem ser regenerados a quente ou a frio Maiores informa es sobre as medidas de regenera o se encontram em 6 22 ou 6 35 Gra as aos ti mos resultados proporcionados esse processo se des tina a qualquer tipo de uso do biog s 6 1 2 3 Secagem por absor o A desidrata o por glicol utilizada originalmente no tratamento de g s natural um processo f sico de ab sor o em que o biog s flui em uma torre absorvedora em contracorrente a uma solu o de glicol ou trietile noglicol S o removidos do biog s bruto tanto o vapor como os hidrocarbonetos superiores Na desidrata o por glicol a regenera o se d pelo aquecimento da solu o de lavagem a 200 C que provoca a vaporiza o dos materiais estranhos 6 37 Segundo a litera tura poss vel
80. am nia ap s a deposi o de adubos org nicos com espalhadores sem incorpora o ao solo em diferentes temperaturas dentro de 48 horas 10 7 ajustados Esterco l quido 30 40 50 90 bovino biofer tilizantes viscosos Esterco l quido 10 20 25 70 su no biofer tilizantes n o viscosos Adubo l quido 20 Cama sobreposta e 90 esterco amontoado Esterco seco de 90 aves a Emiss o de NH N remanescente ap s armazenamento b Valores de biofertilizantes estimados como esterco l quido bovino e su no pois n o h estudos emp ricos dispon veis 200 10 3 2 Medidas para reduzir as perdas de am nia ap s a deposi o de biofertilizantes 10 3 2 1 Emiss es de am nia A tabela 10 8 apresenta um resumo das perdas de am nia ap s a deposi o de adubos org nicos em di ferentes condi es de temperatura Pode se ver clara mente a rela o inversa entre a temperatura e o teor de am nia S o esperadas perdas especialmente gran des quando biofertilizantes s o depositados sobre plantas ou res duos de plantas a elevadas temperatu ras As perdas s o menores no caso da deposi o a baixas temperaturas de biofertilizantes pouco visco sos que percolam rapidamente atrav s do solo Uma significativa redu o das perdas de am nia pode ser conseguida apenas pela escolha do momento ideal do lan amento do biofertilizante 10 3 2 2 T cnicas e equipamentos de deposi o A deposi o de biofertiliz
81. arcar com 75 dos custos adicionais at uma dist ncia de 10 km A conex o rede de propriedade da distribui dora que tamb m deve arcar completamente com os cursos de manuten o e operacionais De acordo com a altera o do GasNZV a distribuidora tem de garan tir a disponibilidade m nima de 96 7 4 3 3 Balan o do biometano injetado Al m da atribui o de um determinado volume de g s a uma determinada usina de cogera o decisiva para a remunera o da EEG o g s injetado tamb m 1 No encerramento da edi o original em alem o a altera o de julho de 2010 ainda n o havia sido conclu da e anunciada 157 og N og Guia Pr tico do Biog s Gera o e Utiliza o deve ser contabilizado e transportado conforme as re gras do com rcio de g s Tamb m nesse aspecto a alte ra o da GasNZV prev vantagens para o fornecedor Determinados pools de contabiliza o de biog s t m condi es muito flex veis de 25 e um per odo de contabiliza o de 12 meses O uso de um pool de con tabiliza o de biog s como esse permite p ex utili zar o biog s injetado tamb m em uma usina de coge ra o com prioridade para a produ o de energia t rmica sem a necessidade de reduzir o volume inje tado durante o ver o conforme o modo de opera o da usina de cogera o 7 5 Utiliza o do calor e fornecimento Se uma usina de cogera o com biog s for operada com calor e energia
82. as res pectivas quantidades de biog s e energia produzidas permitam a cada usina operar por 8 000 horas por ano em carga total Com base nos tipos e quantidades de substrato foram determinados os par metros de di mensionamento para as opera es de armazenamento e carregamento e do biodigestor e dep sito de biofer tilizantes Foram adotados os par metros da tabela 8 4 para garantir a estabilidade biol gica e tecnica da opera o e ao mesmo tempo assegurar a rentabilidade 163 080 00 Guia Pr tico do Biog s Gera o e Utiliza o Tabela 8 4 Dados t cnicos caracter sticos assumidos para processos e dimensionamento das usinas Carga org nica volum trica No m ximo 2 5 kg MOS m de volume til do biodigestor total por dia Tipo de sistema Processo de est gio nico lt 350 kW Processo de dois est gios gt 350 kW Carga org nica volum trica No m ximo 5 0 kg MOS m do volume til do biodigestor por dia 1 biodigestor em sistemas de dois ou mais est gios Teor de MS na mistura No m ximo 30 MS do contr rio separa o e recircula o com exce o da fermenta o a seco Equipamentos de transporte Trator com carregador frontal ou carregadeira conforme a quantidade de substrato a ser movimentado fonte banco de dados da KTBL Volume do biodigestor Volume do biodigestor necess rio para uma carga org nica volum trica de 2 5 kg MOS por dia mais 10 de margem de seguran a t
83. assume que as duas fa ses l quidas ricas em nutrientes s o misturadas em uma nica solu o para serem lan adas no campo Para evitar o entupimento precoce das membra nas importante que o teor de MS da fase l quida n o ultrapasse 3 Na maior parte dos casos isso atin gido pela separa o das fra es s lida e l quida com um decantador Evapora o A evapora o de biofertilizantes interessante para as usinas de biog s que disp em de excedentes de calor uma vez que o processo exige 300 kWhy m de gua evaporada A aplica o desse processo restrita em usinas que operam com uma quantidade maior de es terco e portanto geram um grande volume de biofer tilizante em vista da energia gerada Na usina modelo aqui calculada para uma propor o de 50 de esterco em massa no substrato carregado somente 70 do ca lor necess rio disponibilizado pela usina de biog s A experi ncia com equipamentos de evapora o de biofertilizantes ainda restrita O processo se d normalmente em v rios est gios Ap s o aquecimento do material a temperatura au mentada gradativamente em ambiente de subpres s o at atingir o ponto de ebuli o Na fase l quida a adi o de cido serve para reduzir o pH a fim de evi tar perdas de am nia Problemas t cnicos operacio nais podem ocorrer pelo entupimento e corros o dos trocadores de calor utilizados Em um equipamento de evapora o a v cuo a qu
84. bact rias acetog nicas produtoras de hidrog nio t m de estar estreitamente associadas a arqueas metanog ni cas Durante a forma o do metano as arqueas conso mem hidrog nio e di xido de carbono transfer ncia interespec fica de hidrog nio garantindo o meio pro p cio para as bact rias acetog nicas 2 5 No ltimo est gio da forma o do biog s a meta nog nese as arqueas metanog nicas estritamente anaer bias convertem principalmente o cido ac tico o hidrog nio e o di xido de carbono em metano Os metan genos hidrogenotr ficos produzem metano a partir de hidrog nio e di xido de carbono e os meta n genos acetocl sticos a partir da redu o de cido ac tico Conforme as condi es predominantes em usinas de biog s agr colas a forma o de metano para cargas org nicas volumetricas mais elevadas se d pela via bioqu mica que utiliza o hidrog nio sendo que a metanog nese pela redu o do cido ac tico ocorre apenas para cargas org nicas volum tricas re lativamente baixas 2 7 2 8 Conforme a experi ncia com digest o de lodo 70 do metano produzido se deve redu o do cido ac tico e apenas 30 ao apro veitamento do hidrog nio No caso de usinas de bio g s agr colas por m esses valores se aplicam so mente a fermentadores de elevada carga com tempos de reten o breves 2 7 2 9 Recentes estudos apre sentaram evid ncias de que a transfer ncia interespeci fi
85. biog s 2 A t tulo de simplifica o o c lculo do potencial de biog s com culturas energ ticas pressup e o cultivo das reas com milho Na pr tica as usinas de biog s utilizam um mix de culturas energ ticas cf cap tulo 12 3 3 a propor o do milho de 80 do total de culturas energ ticas em usinas de biog s com base na MF a gera o de biog s estariam dispon veis no m ximo 1 15 mi ha esse potencial aumenta para 102 PJ a em 2007 Supondo que em 2020 cerca de 1 6 mi ha de reas cultiv veis estar o dispon veis para produzir biog s e se considere um aumento anual da produ o de 2 estima se que o potencial t cnico de energia prim ria de culturas energ ticas para o biog s ser de ao todo 338 PJ a Com rela o ao potencial de biog s explorado as sume se que em 2007 aproximadamente 108 PJ sejam utilizados para a produ o do g s Isso corresponde a aproximadamente 42 do potencial de biog s prog nosticado no caso de uso m nimo de culturas energ ti cas 0 55 mi ha ou de cerca de 30 no caso do uso m ximo 1 15 mi ha 12 4 2 Potencial t cnico de energia final O potencial de gera o mencionado pode ser conver tido em calor e ou eletricidade Os potenciais de gera o a seguir descrevem a quantidade de calor que pode ser fornecida e a eletricidade que pode ser pro duzida sem considerar restri es condicionadas de manda e os potenciais de energia final considerando tais r
86. cadeia longa em cido ac tico um processo end geno que acontece somente a baixas concentra es de hidrog Opera o de Usinas de Biog s Tabela 5 1 Limites m ximos permitidos da concentra o de cidos 5 20 200 Reator perfeitamente cidos n o agitado termof lico com dissociados reator hidrol tico a montante 5 20 300 Reator perfeitamente biocenose agitado termof lico com adaptada cidos reator hidrol tico a n o dissociados montante 5 21 30 60 Reator continuo de mistura cidos n o completa mesofilico dissociados CSTR 5 2 80 aumento da N E inibic o a partir de 20 cidos n o dissociados 5 22 100 300 cidos totais 5 22 1 000 1 500 Acidos totais 5 22 1 500 2 000 Acidos totais Digest o de lodo em estado normal de processo Digest o normal de lodo durante fase de partida Digest o de lodo risco de parada reduzir alimentac o ou adic o de lcalis 5 22 4 000 Acidos totais Digest o de lodo chances reduzidas de correc o em curto prazo 5 23 lt 1 000 Acidos totais digest o est vel nio Alem do mais pequena a taxa de crescimento desses microrganismos Em fun o dessas condi es desfavor veis esse subprocesso pode significar um gargalo no processo como um todo Assim elevadas concentra es de cido propi nico s o degradadas apenas lentamente Algumas publica es citam a rela o entre cido ac tico e cido propi
87. cap tulo 7 3 3 2 Para per mitir a compara o com os substratos citados neste cap tulo a produ o padr o de biog s estipulada por lei em kWh t MF foi convertida em produ o de metano tabela 4 5 A convers o presume uma efici ncia el trica da usina de cogera o de 37 e um po der calorifico inferior do metano de 9 97 kWh Nm ver tabela 4 5 O problema fundamental que a legisla o fornece valores apenas muito aproximados das propriedades dos subprodutos Como na pr tica as propriedades dos subprodutos que condicionam o rendimento do biog s variam extremamente sobretudo o teor de ma t ria seca e o teor residual de leo ver cap tulo 4 2 h a possibilidade de grandes discrep ncias entre os ren dimentos previstos na lei e aqueles efetivamente atin gidos Isso resulta inevitavelmente em uma superesti mativa ou subestimativa dos rendimentos de biog s de subprodutos vegetais permitidos 4 4 Propriedades e produ o de subprodutos vegetais As tabelas a seguir cont m as propriedades e produ es de g s de substratos selecionados do cap tulo 4 2 Desde que dispon veis s o apresentados tanto as am plitudes dos diferentes par metros quanto o respec tivo valor m dio A varia o das propriedades e das produ es em alguns casos substancial evidencia o fato de que na pr tica a qualidade do substrato bastante heterog nea e depende de diversos fatores li gados ao modo como ele pro
88. casos em que a instala o posterior de um equipamento de cobertura desse tipo ocasionar custos dificilmente refinanci veis pelo operador da usina antiga tal medida pode ser vista como despro porcional e il cita cf outros aspectos t cnicos do ar mazenamento de biofertilizantes cap tulo 3 2 3 B nus de esterco l quido Al m do b nus NawaRo geral a convers o de biog s em eletricidade tamb m est qualificada a receber um b nus pelo uso de esterco l quido como mat ria prima O b nus de esterco l quido visa permitir que empresas agr colas explorem melhor o potencial do esterco existente contribuindo para que se reduza nos campos a deposi o do esterco l quido n o tratado o qual emite metano Esse b nus destinado somente a usinas com capacidade de at 500 EW Essa restri o pretende inibir o transporte de grandes quantidades de esterco por grandes dist ncias turismo do es terco Nesse sentido conforme a acep o do regula mento CE n 1774 2002 CE EU HygieneV estercos l quidos s o Excrementos e ou urina de animais de interesse econ mico com ou sem cama bem como guano n o processa dos ou processados em conformidade com o cap tulo II 151 SS Sy oQ Guia Pr tico do Biog s Gera o e Utiliza o do anexo VIII ou convertidos de alguma forma em usi nas de biog s ou compostagem O b nus de esterco l quido estruturado em uma es cala m vel para usi
89. cereais servem muito bem como comple mento ao substrato em usinas de biog s Seu elevado rendimento e sua r pida degradabilidade permitem que sejam utilizados para o ajuste fino da gera o de biog s qualquer que seja o tipo do cereal Para garan tir a r pida decomposi o importante que os gr os do cereal sejam fragmentados antes da dosagem p ex por esmagamento ou tritura o 4 1 2 5 Beterraba A elevada taxa de crescimento da beterraba sacarina e forrageira explica a sua aptid o como cultivo de biomassa dedicada Especialmente a beterraba saca rina tem tradicionalmente um papel muito importante na agricultura de algumas regi es Em virtude de me didas de regulamenta o do mercado cada vez mais as quantidades de beterraba para a produ o de a car t m sido reduzidas O foco vem se voltando para a utiliza o da beterraba sacarina como fonte de biog s uma vez que a sua t cnica de cultivo dominada e a esp cie oferece in meras vantagens do ponto de vista agron mico A beterraba tem exig ncias muito espec ficas quanto ao solo e ao clima Para atingir produtividades elevadas ela prefere climas mais amenos e solos pro fundos e ricos em h mus Nos plantios em solos leves a irriga o uma forma de aumentar a produtividade significativamente A produtividade varia conforme as condi es locais e clim ticas A beterraba sacarina pro duz em media 50 60 t MF ha Al m desses fatores o tipo ta
90. ciclo da infec o por tanto recomend vel a higieniza o tamb m de bio fertilizantes produzidos exclusivamente de adubos org nicos de origem animal principalmente se forem distribu dos no mercado Em muitos casos por m a lei permite que a parte de adubos org nicos de uma usina de biog s n o seja higienizada cf cap tulo Qualidade e Aproveitamento dos Biofertilizantes Tabela 10 2 Compara o das concentra es de metais pesados de biofertilizantes e adubos org nicos Biofertilizantes FLMP FLMP Porcentagem dos Esterco l quido bovino Esterco l quido su no dos valores declarados dos valores limite valores limite conforme a DON conforme a D MV conforme o BioAbfV mg kg MS mg kg MS mg kg MS Pb 2 9 2 9 1 9 lt 5 3 2 4 8 Cd 0 26 26 17 3 17 0 3 0 5 Cr 9 0 3 a 9 5 3 6 9 Ni 70 18 8 9 4 15 6 1 81 Cu 69 14 35 70 37 184 Zn 316 31 158 80 161 647 Hg 0 03 6 3 0 lt 5 Fonte 10 2 10 19 10 19 10 23 10 3 10 3 a valor limite s para Cr V b D MV n o cont m nenhum valor limite c Valor declarado para adubos org nicos MS Mat ria seca Tabela 10 3 Pat genos nos dejetos l quidos e res duos org nicos 10 4 Bact rias V rus Parasitas salmonela ELB ELS EG Pat geno da febre aftosa Ascaridia sp Escherichia coli ELB Febre su na Estr ngilo B anthracis carb nculo ELB Estomatite vesicular suina Trem todes Brucellas ELB ELS Gripe suina Fasciola hepatica Leptospirose
91. com exce o da usina modelo VII todas as outras requerem um sistema de introdu o de s lidos em fun o do tipo e da quantidade de substrato utilizado No modelo VII os substratos hi gienizados s o fornecidos em estado bombe vel e ho mogeneizados em um tanque intermedi rio Armazenamento dos biofertilizantes todas as usi nas modelo consideram uma capacidade de armaze namento coberto e imperme vel a gases suficiente para seis meses de biofertilizantes acumulados A ra z o disso corresponder exig ncia da EEG de que 164 De 34 75 kW a 40 1 000 kW fonte Dados Caracter sticos de Usinas de Cogera o 2005 da os dep sitos de biofertilizantes tenham uma cobertura imperme vel para que a usina tenha direito ao b nus NawaRo no caso de usinas de biog s sujeitas Lei Alem de Prote o contra Emiss es BImSchG Com frequ ncia n o tecnicamente poss vel reformar tan ques de esterco existentes Higieniza o na usina modelo VII s o processados substratos cuja higieniza o obrigat ria Pressup e se que eles s o fornecidos higienizados e portanto n o necessitam de recursos t cnicos para a higieniza o Os custos de higieniza o j est o embutidos no pre o do substrato Inje o de biog s para o equipamento de inje o de g s considerou se a cadeia completa de processos at a inje o na tubula o de g s natural No entanto s o apresentados tamb m os custos de
92. com restri es na fase de partida se presta muito bem como par metro de controle para a avalia o da estabilidade do pro cesso uma vez que poss vel medi la com alto grau de detalhamento de forma simples e barata Para ob ter conclus es mais confi veis sobre a estabilidade do processo o espectro de cidos pode ser obtido ocasio nalmente e de forma complementar permitindo iden tificar os tipos de cidos presentes Normalmente ap s um acr scimo de carga regis tra se uma breve eleva o da rela o AOV TAC Em alguns casos a produ o de g s at decresce ligeira 100 Regime de carregamento na partida Estado estacion rio ap s aprox o triplo do tempo de reten o ZS 8 D q o o o S Figura 5 3 Regime de carregamento na partida mente Esse efeito pode se manifestar mais ou menos acentuadamente conforme a magnitude do acrescimo de carga Com a alimenta o constante a rela o AOV TAC deve se estabilizar e a produ o de g s pender para um n vel compat vel com o volume de entrada S depois que deve continuar o acr scimo na carga Se a alimenta o for constante e a rela o AOV TAC aumentar mas a produ o de g s dimi nuir isso indica que ocorreu um dist rbio no pro cesso Nesse caso deve se interromper o acr scimo de carga Conforme a situa o e a rela o AOV TAC a quantidade de entrada deve at mesmo ser reduzida Em resumo conclui se que
93. combinados a qualifica o para o b nus de cogera o cf pr requisitos detalhados do b nus de cogera o exige que o calor residual seja utilizado por meio de uma tecnologia aprovada para o aproveitamento do calor Para exercer o direito de re ceber o b nus de cogera o todas as usinas que entra ram em opera o ap s o 1 de janeiro de 2009 devem comprovar a utiliza o do calor como previsto na lista positiva conforme o n III do Anexo 3 da EEG Cum pridos os demais pr requisitos o direito a receber o b nus de cogera o existe independentemente de o calor ser utilizado por terceiros ou pelo pr prio opera dor da usina 7 5 1 Condi es legais No aproveitamento da energia t rmica na acep o do n III 2 do Anexo 3 da EEG inje o na rede de distri bui o t rmica s o concedidos incentivos para a cons tru o de determinados tipos de redes de energia t r mica tanto pelo Programa de Incentivo ao Mercado ver 7 1 quanto pela Lei de Gera o Combinada de Energia e Calor O incentivo contempla as redes de energia t rmica alimentadas at uma determinada pro por o por calor oriundo da cogera o ou de energias renov veis Com isso foram firmadas as bases para que no futuro surjam cada vez mais redes de energia t rmica baseadas em cogera o e redes em conformi dade com a EEG A import ncia crescente das redes de aquecimento locais e distritais refor ada na medida em que con fo
94. conex o Conforme a altera o do GasNZV a distribuidora de g s tem obriga o de conectar sua rede preferencial mente usinas de tratamento e esta es de inje o de biog s A conex o s poder ser negada se for invi vel t cnica ou economicamente Desde que a rede esteja em condi es t cnicas e f sicas de receber os volumes de g s injetados a distribuidora n o tem o direito de negar a recep o do g s mesmo se houver o risco de gargalos na capacidade em fun o de contratos de transporte existentes A distribuidora tem a obriga o de tomar todas as medidas necess rias desde que economicamente razo veis para possibilitar a inje o de g s em sua rede durante o ano inteiro Entre as medidas figura a instala o de um compressor para a reinje o do g s a press es mais elevadas durante os meses de ver o em que o volume injetado excede o volume de sa da do respectivo trecho da rede 7 4 3 2 Propriedade e custos de conex o rede No que tange responsabilidade pelos custos de co nex o rede a altera o do GasNZV prev diversos privil gios para o fornecedor Conforme a altera o do regulamento os custos de investimento do forne cedor para a conex o inclusive do primeiro quil me tro da linha de conex o at a rede p blica de g s natu ral n o podem ultrapassar 250 000 Se o compri mento da linha de conex o for superior a 1 km a partir deste ponto a distribuidora dever
95. da pot ncia p ex usina de cogera o com motor a g s do ciclo Otto 1 5 centavo de euro kWh An lises laboratoriais O controle de processos em n vel comercial exige an lises laboratoriais do conte do do biodigestor Os c l 169 Guia Pr tico do Biog s Gera o e Utiliza o Tabela 8 12 An lise do custo benef cio das usinas modelo I a V An lise custo benef cio Receitas Eletricidade injetada Tarifa m dia ct kWh Venda de energia el trica Venda de calor Total de receitas Custos vari veis Custos do substrato Insumos indiretos Manuten o e reparo An lises laboratoriais Total de custos vari veis Margem de contribui o Custos fixos Deprecia o Juros Seguros M o de obra M o de obra M o de obra Total dos custos fixos Receita s custos diretos Custos gerais Custos totais Custos de gera o de energia el trica Lucro preju zo Retorno sobre o ativo culos das usinas consideraram 6 an lises por biodi Unidade kWh a ct kWh a a a a a a a a a a a a homem hora dia homem hora ano a a a a a ct kWh a 30 esterco l quido 70 culturas energ ticas 75 kW 601 114 23 09 138 809 4 662 143 472 51 761 17 574 12 900 720 82 956 60 516 56 328 10 655 2 664 1 97 719 10 778 80 424 19 908 750 164 130 26 53 20 658 3
96. da empresa pode ser rent vel Em vista dos crescentes pre os das biomas sas dedicadas utilizadas como substrato a venda de calor pode ser decisiva na lucratividade da usina Isso favorecido pelo b nus de gera o distribuida de energia previsto na Lei Alem de Energias Renov veis EEG Usinas j em funcionamento recebem 2 centavos de euro por kWh de energia el trica produ zido desde que o aproveitamento do calor corres ponda aos padr es da EEG de 2004 Para usinas no vas esse b nus de 3 centavos de euro por kWh se o aproveitamento t rmico se enquadrar na lista positiva da EEG de 2009 O mesmo se aplica a usinas existentes em conformidade com a EEG de 2009 Caso o mercado ofere a boas oportunidades para a comercializa o do calor ele pode ser poupado pela melhoria do isolamento do biodigestor ou pela intro du o otimizada do calor no digestor Observar po r m que a venda da energia t rmica exige que o seu fornecimento seja cont nuo sem interrup es devidas a intervalos de manuten o e paradas na usina Poten ciais compradores da energia s o empresas e institui es municipais localizadas nas proximidades da usina empresas de horticultura criadores de peixes etc ou resid ncias Os processos de beneficiamento e secagem que exigem muita energia s o uma oportuni dade particularmente importante de aplica o da energia t rmica Outra op o o uso em processos de trigera o de energia
97. de biog s n o disponha de um acesso se parado para o carregamento de cossubstratos os substratos empilh veis s o misturados fragmentados e homogeneizados no tanque de carga e se necess rio submetidos mistura para a obten o de consis t ncia bombe vel Por essa raz o os tanques de carga s o equipados com agitadores e nos casos em que a fragmenta o do substrato se fizer necess ria ferra mentas de corte e dilaceramento No processamento de substratos contendo material estranho o tanque de 46 carga assume tamb m a fun o de separar pedras e camadas de sedimentos Por meio de esteiras rolantes e transportadores helicoidais esses materiais podem ser concentrados e retirados 3 3 Caso o tanque de carga tenha de ser coberto para evitar a emiss o de maus odores a cobertura deve ser realizada de tal forma a n o impedir a abertura do tanque para a reti rada de subst ncias sedimentadas O enchimento se realiza por exemplo por meio de carregadeiras ou outros equipamentos m veis bem como por sistemas automatizados de carregamento de mat ria s lida A alimenta o do biodigestor com a mistura de mat ria l quida e s lida se d por meio de bombas adequadas O resumo dos dados caracter sti cos de tanques de carga se encontra na tabela 3 12 e um exemplo ilustrado pela figura 3 14 Introdu o indireta no fluxo de l quido Al m da introdu o pelo tanque de carga existe a op o de inserir no f
98. de combust vel pro porciona uma elevada efici ncia el trica de at 50 a n vel de emiss es quase nulo A opera o a cargas parciais tamb m se caracteriza por bons graus de efi ci ncia O princ pio de funcionamento da c lula de com bust vel equivale ao inverso da eletr lise da gua A eletr lise faz uso de cargas el tricas para realizar a quebra de mol culas de gua em hidrog nio H e o oxig nio O Inversamente em uma c lula de com bust vel o H e o O s o submetidos a cargas el tricas e calor para formar a gua H O Dessa forma o com bustivel para que a c lula realize a rea o eletroqui mica constitu do pelo hidrog nio e pelo oxig nio 6 17 sendo que a c lula essencialmente sempre tem a mesma estrutura A c lula propriamente dita com posta de duas placas que conduzem o g s nodo e c todo separadas por um eletr lito Diversos materiais 134 s o utilizados para confeccionar o eletr lito conforme o tipo de c lula de combust vel O princ pio de funcio namento exemplificado na figura 6 12 Geralmente exige se que o biog s seja tratado an tes de ser utilizado em c lulas de combust vel Em es pecial deve se remover o enxofre com as t cnicas ex postas no cap tulo 6 1 1 Com o aux lio do processo de reforma do biog s o metano convertido em hidrog nio Conforme o tipo de c lula de combust vel dife rentes est gios do processo t m de ser realizados
99. de computador n o poss vel realizar a an lise e documenta o completa dos dados e a otimiza o dos processos dificultada Conforme os requisitos da aplica o est o dispo si o diferentes solu es de automa o O termo au toma o abrange as opera es de controle controle realimentado e visualiza o A automa o pressup e que os processos sejam monitorados ou seja que os dados do processo sejam continuamente medidos e gravados 94 Para o controle de processos em usinas de biog s geralmente s o usados controladores l gicos progra m veis CLP Os CLPs assumem diversas tarefas da automa o intimamente ligadas ao processo Em usi nas de biog s essas tarefas incluem o controle de pro cessos unicamente t cnicos tais como a monitora o da temporiza o das bombas intervalos de alimenta o per odos de agita o mas tamb m dos processos biol gicos Al m disso o CLP deve garantir a medi o de todos os par metros necess rios p ex estados de liga o de motores pot ncia de entrada rota es par metros de processos como o pH temperaturas taxas de produ o de g s sua composi o etc bem como acionar atuadores como v lvulas agitadores e motores de bombas Para registrar os par metros me didos os valores obtidos nos sensores s o convertidos em sinais padr o interpret veis pelo CLP A comuta o de atuadores se d por rel s embora o controle poss
100. de energia o que assegura o abastecimento e diminui os custos Essa forma de comercializa o de calor foi implementada em v rias das chamadas Vilas Bioenerg ticas p ex J hnde Freiamt e Wolpertshau sen Alemanha O comprimento da canaliza o varia entre 4e 8 km E efici ncia econ mica das redes locais de calor abordada detalhadamente no cap tulo 8 4 3 6 2 5 2 Gera o de frio A convers o de calor em frio significa outra oportuni dade de aproveitamento do calor residual originado no processo de combust o do biog s Isso se d pelo chamado processo de sor o que se distingue em pro cesso de resfriamento por adsor o e processo de res friamento por absor o Em virtude da sua maior im port ncia ser descrito o processo de absor o e um refrigerador de absor o que funciona sob o mesmo princ pio que as antigas geladeiras O princ pio do processo apresentado na figura 6 13 Circuito de Keredeie Absorvedor retroalimentado Evaporador Circuito de gua fria para 8 i Circuito de aquecimento Figura 6 13 Esquema de funcionamento de um refrigerador de absor o 136 Figura 6 14 Exemplo de refrigerador de absor o em uma usina de biog s DBFZ Um exemplo de aplica o pr tica em uma usina de biog s se encontra na figura 6 14 A gera o de frio utiliza uma mistura bin ria de fluidos de trabalho composta de fluido refrigerante e absorvente solu
101. de inspe o S o necess rias amplia es de estruturas de arma zenamento para comportar o aumento de biofertili zantes de cossubstratos Equipamentos do canteiro de obras ilumina o ex terna cercas placas caminhos canaliza o de gua plantios de compensa o Aquecimento da usina e elimina o de falhas na fase de partida com supervis o no primeiro ano de opera o 9 1 1 Defini o de um local adequado para a usina A figura 9 2 a seguir aborda todos os par metros rele vantes para a escolha do local Quanto maior for o porte da usina mais importante ser a escolha do lo cal ideal Especialmente importantes s o as op es de distribui o e utiliza o da energia gerada cf cap tulo 11 2 2 Deve se considerar tamb m que o transporte de calor s economicamente vi vel a curtas dist ncias e o transporte de eletricidade em faixas de baixa tens o implica perdas consider veis de pot ncia o que tem impacto negativo sobre o retorno econ mico Outro ponto a considerar na escolha do local a viabilidade do transporte de substratos e biofertilizan tes em vista das dimens es da usina cf cap tulo 11 2 2 Igualmente importante checar a disponibili dade a longo prazo da quantidade e da qualidade de substrato de que a usina necessita Al m disso a regu lamenta o de licenciamento exige que se observem determinadas dist ncias entre as reas de cria o de gado de res
102. de mat ria seca da fase l quida sepa rada tornam o seu armazenamento e deposi o mais f cil que no caso do biofertilizante n o tratado Fre quentemente por m desejada mais uma redu o do volume e o enriquecimento de nutrientes o que pode ser atingido pelos seguintes processos Processo de separa o por membranas O tratamento de gua com elevado conte do org nico por meio da separa o por membranas um processo muito difundido na rea de tratamento de esgotos Com isso foi relativamente f cil adaptar essa t cnica de tratamento completo aos biofertilizantes e aplic la em usinas de biog s Diferentemente da maioria dos processos de tratamento de biofertilizantes esse pro cesso n o necessita de calor Assim o processo de se para o por membranas tamb m pode ser aplicado em usinas conectadas a uma microrrede de g s ou a uma esta o de tratamento de biog s as quais n o disp em de excedente de calor O processo de separa o por membranas uma combina o do processo de filtra o com porosidade decrescente seguido da osmose inversa da qual se ori gina um permeado descart vel e um concentrado en riquecido com alto teor de nutrientes O concentrado rico em am nio e pot ssio sendo que o f sforo se con centra principalmente no material retido na ultrafil tra o O permeado da osmose inversa em grande parte isento de nutrientes e sua qualidade adequada para o descarte A estimativa
103. de planejamento a fim de evitar surpresas desagrad veis Afinal existem tamb m solu es alter nativas testadas e comprovadas na pr tica Por exem plo atividades de cultivo de plantas como colheita transporte e deposi o de biofertilizantes tamb m podem ser encarregados a terceiros At mesmo as ati vidades de manuten o e monitoramento remoto na opera o da usina podem ser terceirizadas a espe cialistas S poss vel determinar a solu o econ mica e adequada para a empresa se for conduzido um cuidadoso planejamento de cada unidade produtiva 9 1 3 1 Gera o colheita e armazenamento da mat ria prima Se a produ o de mat ria prima se realizar em reas pr prias de cultivo por exemplo com o plantio de milho para silagem a colheita de cereais para silagem de planta inteira ou a colheita de pasto est o dispo si o dados de planejamento abrangentes sobre as t c nicas de produ o convencionais Geralmente eles podem ser utilizados para a obten o de mat ria prima sem a necessidade de grandes ajustes Por isso o seguinte c lculo se baseia nos conhecidos materiais de c lculo da cole o de dados da KTBL Planeja mento operacional 9 1 Tempo de trabalho necess rio para a gera o de substratos para a usina modelo III Tomemos o modelo III para ilustrar e calcular os efei tos sobre a administra o da m o de obra ver tam b m o cap tulo 8 Essa usina modelo processa esterco
104. do processo Tratamento e armazenamento de biog s Secagem dessulfuriza o u Utilizag o do biog s Gerag o de energia eletrica e calor CHP 4 Etapa do processo Figura 3 3 Diagrama gen rico do processo de gera o de biog s conforme 3 3 o substrato chega ao biodigestor onde ser fermen tado Na digest o mida geralmente s o utilizados equi pamentos de um ou dois est gios que operam com a t cnica de fluxo cont nuo No sistema de dois est gios a montante do biodigestor principal instalado um p s digestor O substrato encaminhado do biodiges tor ao p s digestor no qual se d a decomposi o das subst ncias de dif cil degrada o Os biofertilizantes s o armazenados em reservat rios fechados com cap ta o de biog s ou em reservat rios abertos e normal mente aplicados em reas agr colas como na forma de adubo l quido O biog s produzido durante a fermenta o arma zenado e purificado e sua utiliza o se d principal mente em usinas de cogera o para a produ o combi nada de calor e eletricidade A figura 3 4 mostra os componentes m dulos e equipamentos essenciais de uma usina de biog s agr cola de um est gio para co substratos com higieniza o As etapas do processo podem ser vistas a seguir da primeira etapa armazenamento prepara o trans porte e carregamento dos substratos fazem parte o tan que de carga ou de esterco 2 o de coleta 3
105. e aumento da produ o 2 la E min culturas energ ticas 2007 0 55 mi ha o Res duos de colheitas e dejetos animais E Res duos industriais E Res duos urbanos fra o atualmente aproveitada Figura 12 7 Potencial t cnico de energia prim ria para biog s na Alemanha 2007 e 2020 12 5 Conclus es Os potenciais t cnicos da gera o de biog s na Ale manha relativos sobretudo ao setor agr cola conti nuam a ter um papel preponderante do ponto de vista da economia energ tica Embora o forte cresci mento do setor de gera o e utiliza o de biog s te nha ocasionado uma not vel redu o dos potenciais dispon veis dificultando a busca por locais para a implanta o de novas usinas no panorama geral o setor agr cola ainda continua oferecendo espa o para a expans o da utiliza o do biog s Em fun o dos incentivos que a EEG vem proporcionando para o aproveitamento do calor residual a utiliza o do bio g s como vetor energ tico tem se intensificado subs tancialmente nos ltimos anos hoje al m da energia el trica mais de um ter o da energia t rmica produ zida contribui para substituir vetores energ ticos f s seis Esse o caso sobretudo em novas usinas que quase sem exce o s o constru das incluindo um abrangente conceito de aproveitamento da energia t rmica As usinas antigas por m ainda oferecem um importante potencial de aproveitamento futuro do calor residual ainda n o e
106. e comprovada por um especialista ambiental Condi es Legais e Administrativas O Anexo 2 da EEG cont m a vis o geral com todas as listas de mat rias primas para a gera o de energia el trica a partir de fontes renov veis lista positiva de biomassas dedicadas lista negativa de biomassas de dicadas e lista positiva de subprodutos puramente ve getais Caso a usina precise de uma licen a de controle de emiss es para produzir eletricidade a partir do bio g s a concess o do b nus NawaRo exigir tamb m que o dep sito de biofertilizantes tenha uma cober tura imperme vel a g s e que existam dispositivos adicionais de queima de g s para o caso de falhas ou superprodu o De acordo com o texto do Anexo 2 n mero 1 4 da EEG no entanto somente os dep sitos de biofertilizantes j constru dos devem receber a co bertura A exist ncia de um dep sito de biofertilizan tes por m n o um pr requisito para o b nus Na waRo N o h um consenso sobre se devem ser cobertos com impermeabilidade a gases aqueles dep sitos de biofertilizantes utilizados pelo operador da usina de biog s mas que dela n o fazem parte ou dos quais n o s o esperadas emiss es de metano em fun o do tempo de reten o precedente em outros reser vat rios Devido falta de uma regulamenta o de transi o os requisitos adicionais tamb m se aplicam a usinas que entraram em opera o antes de 1 de ja neiro de 2009 Nos
107. e na Europa Diferen temente das turbinas a g s normais microturbinas a g s s o dotadas de um recuperador que realiza o pr aquecimento do ar de combust o o que aumenta a efici ncia A estrutura de uma microturbina a g s mostrada na figura 6 11 Em turbinas a g s o ar sugado do ambiente e comprimido por um compressor O ar atinge a c mara de combust o que recebe o biog s e onde ocorre a queima A queima provoca o aumento da temperatura e por conseguinte a expans o do volume Os gases quentes atingem uma turbina onde ent o se dilatam Isso libera consideravelmente mais energia que o ne cess rio para movimentar o compressor Esse exce dente de energia n o utilizado pelo compressor diri gido a um gerador de energia el trica Uma rota o de aprox 96 000 RPM gera uma cor rente el trica alternada de alta frequ ncia a qual processada por um m dulo eletr nico de forma ser in jetada na rede de energia el trica O uso de biog s em microturbinas a g s exige certas adapta es da c mara de combust o e dos bicos de inje o de combus t vel em compara o com a opera o com g s natural 6 8 As emiss es de ru dos da microturbina a g s se situam em uma faixa de alta frequ ncia e podem ser facilmente isoladas Como o biog s tem de ser inserido na c mara de combust o da microturbina a g s a qual se encontra a uma sobrepress o de v rios bar necess rio um au mento da press o do
108. e sem liga o de nenhum tipo entre si se encontram dis tribu das em uma rea parcelada e a uma dist ncia de 20 m entre si Todas as usinas de biog s iniciaram a ope ra o no ano de 2009 Nesse caso cada uma das usinas de biog s constitui uma usina completa e independente conforme o 83 n 1 da EEG A t tulo de c lculo da remunera o no entanto as usinas de biog s s o agrupadas conforme o 819 1 da EEG uma vez que se encontram em proximidade geogr fica imediata entre si e entraram em opera o em um espa o de 12 meses consecuti vos De forma geral o 8 19 1 da EEG tamb m se aplica a usinas que entraram em funcionamento antes de 2009 Com isso desde ent o sobretudo os agrupamen tos de usinas de biog s tiveram de enfrentar fortes Condi es Legais e Administrativas quedas em sua remunera o Em fun o do 8 66 la inclu do em 1 de janeiro na EEG as usinas que j ope ravam como usinas modulares antes de 1 janeiro de 2009 s o consideradas como usinas independentes apesar do 8 19 1 da EEG Conforme a nota explica tiva da lei os operadores de tais usinas podem exigir o montante total da remunera o retroativamente at 1 de janeiro de 2009 Anteriormente v rios operado res de usina entraram com recurso constitucional con tra a aplica o do 19 1 da EEG sobre usinas antigas e n o tendo obtido xito pediram liminar junto ao Tribunal Constitucional Federal da Alemanha 73 2 4 Mo
109. e su na Trigo triticale centeio Cevada de inverno Aveia ra o de cevada Canola de inverno Silagem milho gr o Beterraba forrageira a ucareira Batatas Rota o lavoura pastagem Campos pastagens para gado e silagem Culturas intermedi rias Palha decomposta EEE bom grau de utiliza o Periodo de suspens o D V Regulamento de Adubos conf grau inferior de utilizag o 1 Somente se houver demanda de nitrog nio incorpora o imediata 2 No m ximo 40 kg de nitrog nio amoniacal ou 80 kg de nitrog nio total ha 3 Em mar o com inibidor de nitrifica o incorpora o imediata 4 No m ximo 40 kg de nitrog nio amoniacal ou 80 kg de nitrog nio total ha incorpora o imediata KTBL 2008 Planejamento operacional na agricultura 2000 2009 752 S Figura 10 6 Per odos de deposi o para biofertilizantes 10 4 1 T cnicas de tratamento A forma mais simples de utilizar os biofertilizantes deposit los diretamente como adubo nas reas agri colas sem tratamento pr vio Cada vez em mais regi es essa forma de aproveitamento pr xima usina invi vel ou restrita Os altos pre os de arrendamentos 202 de reas prop cias e o alto custo do transporte devido s longas dist ncias s o obst culos para que o seu uso seja econ mico Para viabilizar o transporte dos bio fertilizantes s o desenvolvidos e empregados dife rentes m todos baseados em processos f sicos quimi c
110. em 10 Altera o das despesas de manuten o e 1 290 reparo em 10 Altera o da remunera o da energia el trica 6 011 em 1 ct kWh Altera o da venda de calor em 10 1 166 30 esterco l quido 70 culturas energ ticas H HH IV Vv 100 culturas Tabela 8 16 An lise de sensibilidade para as usinas modelo VI a IX VI An lise de sensibilidade 100 culturas Varia o do lucro em a SE energ ticas 500 kW Altera o dos custos de investimento em 10 17 628 Altera o dos custos do substrato em 10 33 582 Altera o da produ o de g s teor de metano 31 465 efici ncia el trica em 5 Altera o da demanda de tempo de trabalho em 3 961 10 Altera o das despesas de manuten o e 7 898 reparo em 10 Altera o da remunera o da energia el trica 40 135 em 1 ct kWh Altera o da venda de calor em 10 6 881 Os subcap tulos seguintes analisam e apresentam a rentabilidade dos canais de utiliza o do calor O c l culo das receitas da cogera o conforme a EEG de 2009 tomou por base 2011 como ano de entrada em opera o assim como no caso das usinas modelo Como os b nus previstos na EEG tamb m est o sujei tos a uma redu o anual de 1 o valor do b nus de cogera o em 2011 consideradas as restri es mencio nadas nas listas positiva e negativa montou a 0 0294 por kWh de eletricidade gerada 174 e Subprodutos energ ticas 150 kW 350 kW 350 kW 500 kW 9 722 14 413
111. em equipamentos estacion rios como usinas de cogera o sendo um fator restritivo por exemplo em ve culos Ciclo de aquecimento 1 Regenerador Radiador FE N AS O Cilindro de AN Cilindro de trabalho compress o A Ciclo de resfriamento 3 Ciclo de expans o 2 Figura 6 10 Modo de opera o de um motor Stirling conforme refer ncias bibliogr ficas 6 14 e 6 21 Motores Stirling movidos a g s natural s o ofereci dos no mercado em classes de pot ncia bastante redu zidas No entanto para que possa ser utilizado com mais competitividade em aplica es de biog s carece de diversos aprimoramentos t cnicos O motor Stir ling pode ser usado em usinas de cogera o da mesma forma que motores a g s do ciclo Otto e do ci clo Diesel Por m na Alemanha ainda existem poucos projetos piloto Sa da do g s Aletas de de exaust o refrigera o Recuperador do gerador C mara de combus m permanente Compressor centrifugo Mancal aerost tico Turbina radial Figura 6 11 Estrutura de uma microturbina a g s Energietechnologie GmbH 6 2 3 Microturbinas a g s Microturbinas a g s ou microturbinas s o pequenas turbinas a gas de alta rotac o e baixa temperatura e press o de combust o com pot ncia el trica pequena at 200 kW Atualmente existem v rios fabricantes Tratamento do Biog s e Op es de Utiliza o de microturbinas a g s nos EUA
112. em gr os Gr os de cereais 200 mo do Silagem de 200 200 gram neas SPI de cereal 1 300 conte do m dio de gr os Glicerol Torta de canola 15 teor residual de leo Cereais res duos Restos de alimentos teor m dio de lip dios Gordura do raspador de gordura Res duos org nicos a FS Fermenta o a seco b Vaz o de g s bruto por hora culturas energ ticas A usina VII utiliza res duos or g nicos e portanto n o recebe o b nus NawaRo A totalidade dos substratos utilizados pelas usinas IV VL VIII e X s o biomassas dedicadas na acep o da EEG Uma parte do biofertilizante separada a fim de que o substrato utilizado possa ser bombeado e a fase l quida recirculada As usinas VIII e X distinguem se apenas quanto utiliza o do g s Enquanto a usina VIII produz eletri cidade e calor a X realiza o tratamento do g s produ zido para que possa ser injetado na rede de g s natu ral A usina IX um biodigestor de fermenta o a seco FS do tipo garagem Nela s o utilizados esterco bo vino s lido e silagem Economia V VI VII VIII D X 100 S 100 E Subprodutos Culturas A9 Culturas S Tratamento SC org nicos SS de g s energ ticas energ ticas 500kW 500kW 500kW 1 000kW 500kW 500 m3 hb 3 500 4 000 3 500 2 000 7 400 14 000 5 000 14 000 200 500 500 2 600 1 500 2 500 2 100 2 500 1 000 1 000 620 8 000 4 600 5 500 Os substratos foram selecionados de modo que
113. ex O n o cumprimento dos requisitos citados resulta em emiss es de metano acima dos valores m dios indica dos na tabela 10 6 Nesse caso recomenda se que o s dep sito s de biofertilizantes receba m posterior mente uma cobertura imperme vel a gases no mi nimo pelos primeiros 60 dias do tempo necess rio do dep sito de res duos Conforme a EEG 2009 a cobertura do dep sito de biofertilizantes um pr requisito para o pagamento do b nus NawaRo nos casos em que a usina esteja su jeita a uma licen a conforme a Lei Alem de Energias Renov veis Essas s o as usinas com pot ncia total de combust o de 1 MW cerca de 380 kW ou cuja capa cidade do tanque de esterco ultrapasse 2 500 m Em novas usinas isso v lido sem restri es Para usinas antigas ainda se discute a interpreta o da lei pois em muitos casos a moderniza o do reservat rio de biofertilizantes restrita ou at mesmo imposs vel ver explica o anterior Para usinas novas a serem licenciadas conforme a legisla o de constru o uma cobertura imperme vel n o positiva apenas do ponto de vista ecol gico mas tamb m do econ mico Afinal o potencial de bio massa n o aproveitado representa uma fonte de re ceita n o explorada particularmente no caso de gran des potenciais de g s residual O g s residual obtido adicionalmente pode ser utilizado tamb m para a convers o em energia el trica aumento do trabalho
114. faixas s o poss veis para usinas de biog s e substratos de baixa viscosidade com baixa forma o de sobrenadante proporcionam boa agita o no biodigestor posi o dos compressores de g s fora do digestor o que facilita a manuten o evita camada de sedimentos a manuten o dos equipamentos de inje o de biog s exige o esvaziamento do digestor o equipamento de compress o deve ser apropriado para a composi o do biog s e distribui o uniforme de bicos por todo o fundo do biodigestor ou pelo princ pio do elevador pneum tico de compress o do biog s em um tubo guia vertical e combina o com agita o mec nica ou hidr ulica e por estar montado na parte externa do digestor o compressor de g s permite f cil manuten o sem interrup o do processo e o reparo de componentes da inje o de biog s dif cil pois exige o esvaziamento do digestor e observar as normas de seguran a durante trabalhos no biodigestor Tabela 3 27 Valores caracter sticos e par metros operacionais da agita o hidr ulica do biodigestor Valores caracter sticos Aplica o Vantagens Desvantagens Particularidades Formas construtivas Manuten o e utiliza o de bombas de elevada vaz o e pot ncia corresponde s pot ncias usuais de bombas como mencionado no cap tulo 3 2 1 4 e material como em bombas e todos os substratos bombe veis na digest o mida boa mistura do substrato no biodigest
115. figura 5 1 representa o equil brio de dissocia o e uma situa o de inibi o segundo 5 2 certo que os valores absolutos da inibi o n o podem ser aplica Opera o de Usinas de Biog s 1077 CNH Can eu H e P T 10 Equa o 5 3 C lculo da concentra o da am nia segundo 5 30 Cyg concentra o de am nia g 17 Can concentra o de am nio g 11 T temperatura C dos em todos os processos ver a seguir mas o princi pio da progress o do efeito inibidor vale para qual quer processo A tabela 5 3 agrega valores de diferentes publica es sobre o tema da inibi o por am nia am nio Ela evidencia a grande disparidade dos valores o que re for a a tese de que n o poss vel chegar a posi es absolutas quanto inibi o por am nia am nio O estudo 5 21 conclui que o aumento das concen tra es de am nio acompanhado do aumento das concentra es de cidos corre o que tamb m pode ser observada na pr tica A eleva o das concentra es de cidos um indicativo de que a taxa de crescimento das popula es acidof licas se encontra pr xima do seu auge A opera o est vel poss vel mesmo sob essas condi es desfavor veis ainda que exija cuidado redo brado em caso de oscila es de carga uma vez que o processo perde a sua capacidade de elevar a sua ativi dade metab lica para se adequar a maiores quantida des de substrato Sob determinadas c
116. fontes dos custos em um primeiro momento para em seguida reduzir esses custos Como base para uma avalia o inicial do desempe nho da usina como um todo podem ser usados par metros espec ficos como o custo da convers o em ele tricidade p ex em R kWh ou custos espec ficos de investimento em R kW el trico instalado Para isso existem estudos comparativos p ex o programa ale m o de levantamento 5 38 que permitem a classifi ca o da economia global da usina Para uma investi ga o detalhada s o teis a an lise e compara o das seguintes vari veis econ micas Custos operacionais e Custos com pessoal e Custos de manuten o e Custos de reparos e Custos de energia e Custos de conserva o Custos de investimento deprecia o amortiza o juros Custos do substrato associados qualidade e quantidades do substrato Receitas da eletricidade e calor produzidos Receitas dos substratos Receitas dos biofertilizantes adubos 5 6 4 Mitigac o dos impactos ambientais A mitiga o dos impactos ambientais objetiva a redu o dos efeitos sobre o meio ambiente Ela considera a libera o de poluentes no ar gua e solo gua de percola o capta o e aproveitamento de percolados de silagem drenagem de reas de arma zenamento Emiss es de metano da usina de biog s cobertura de biofertilizantes com impermeabilidade a g s identifica o de vazamentos escape do
117. forma a base dos controles de processo em atividade Esse programa desenvolvido e personalizado durante a fase de configura o por meio de um ambiente de programa o o software de configura o Conforme os objetivos do CLP esse programa pode conter sim ples tarefas de controle at complexos mecanismos de regula o Para permitir a interven o manual pos s vel configurar op es de opera o autom tica e ma nual Caso ocorram estados operacionais n o previstos pelo programa do controle deve haver a possibili dade de opera o manual Um estado extremo do processo ou avaria pode ser a parada de uma bomba por exemplo O sistema tamb m deve prever o desli gamento autom tico para o caso de grandes avarias ou acidentes Nessa situa o a usina inteira ou o com ponente afetado colocado em um estado de opera o seguro pelo acionamento de determinados senso res ou por um bot o de desligamento de emerg ncia Da mesma forma medidas preventivas devem ser to madas contra a interrup o da alimenta o de tens o Opera o de Usinas de Biog s do sistema de controle Como medida preventiva os fabricantes dos CLPs oferecem fontes de alimenta o ininterrupta no break para o abastecimento continu ado de energia Elas permitem o desligamento contro lado do CLP no tempo adicional em que o equipa mento fica ligado Isso assegura que a usina n o entre em um estado indefinido 5 2 3 Aplica es vis
118. gasolina de emerg ncia Os motores bi fuel funcionam tanto a g s como a gasolina Em fun o do elevado volume ocupado pelo biog s n o compri mido o seu uso n o permite autonomias significati vas Por isso o biog s armazenado em cilindros de g s comprimido a cerca de 200 bar na traseira ou no piso do ve culo Desde 2002 os biocombust veis s o isentos de im postos o que viabiliza a constru o de postos de abas tecimento de biog s O custo do tratamento do biog s compar vel quele envolvido na inje o do biog s em redes de distribui o Al m dele incidem custos adicionais devidos compress o do biometano para que atinja a press o exigida 6 5 Biog s como fonte de energia t rmica A combust o do biog s tratado para a disponibiliza o de calor pode ser facilmente realizada Os queima dores utilizados para tal s o normalmente equipa mentos universais que podem ser ajustados a qualquer tipo de g s No caso do biog s n o refinado em qualidade de g s natural os equipamentos devem ser ajustados correspondentemente Equipamentos com pe as de metal colorido e a os de baixa liga s o suscet veis corros o pelo sulfeto de hidrog nio o que exige que tais pe as sejam substitu das ou o g s seja tratado Os queimadores se dividem em atmosf ricos e a ar for ado Os atmosf ricos obt m o ar de combust o do ambiente por auto suc o A press o necess ria do g s de aproximadamente 8
119. inovadoras e a utiliza o eficiente do calor Para calcular o valor da remunera o deve se pri meiro observar o tamanho da usina de biog s quanto maior for a pot ncia el trica de uma usina menor ser a remunera o para a energia el trica gerada Com isso a lei visa contemplar o fato de que o custo do qui lowatt hora gerado diminui com o aumento do porte da usina Como compensa o as pequenas usinas consideradas pela EEG especialmente merecedoras de incentivo recebem uma remunera o maior que as de maior porte Essa diferencia o conforme o tamanho da usina realizada pela EEG por uma escala m vel de remu nera o em fun o de limiares de pot ncia determina dos por lei Sendo a pot ncia el trica da usina supe rior a um determinado limiar de pot ncia a remunera o se determina pela quantidade de ener gia gerada em propor o aos respectivos limiares de pot ncia A taxa m dia de remunera o prevista pela EEG para eletricidade de usinas de biog s se comp e da m dia da remunera o concedida para cada uma das fra es de capacidade Dessa forma garante se que a remunera o m dia sofra apenas uma pequena redu o quando um valor limiar for ligeiramente ex cedido e a opera o de uma usina adaptada s condi es locais seja economicamente vi vel Na atribui o da inje o de energia el trica aos di ferentes limiares de pot ncia n o a pot ncia el trica instalada da usina o
120. licen a de cons tru o mas n o licen a conforme a Lei Alem de Prote o contra Emiss es o operador n o ter direito ao b nus do formalde do O b nus tamb m exig vel por operadores cuja usina entrou em funcionamento antes de 1 de janeiro de 2009 O texto do regulamento de transi o de EEG inequ voco e deixa clara a validade do b nus tam b m para aquelas usinas antigas que necessitam da autoriza o referente BImSchG O que n o claro s o os valores de emiss es que qualificam uma usina a receber o b nus Segundo a lei devem ser respeitados os valores limite de for malde do correspondentes ao preceito da mitiga o de emiss es da Diretriz T cnica Alem para o Con trole da Polui o Atmosf rica TA Luft Os valores limite determinantes s o estipulados pela autoridade que emite a notifica o da licen a exigida pela legis la o de prote o contra emiss es Ela se orienta pe los valores de emiss es da TA Luft segundo os quais a propor o de formalde do no g s de combust o n o pode ultrapassar a concentra o em massa de 60 mg m mas tamb m deve observar o preceito da mitiga o de emiss es Em virtude desse preceito a autoridade pode caso a caso estipular valores de emiss es menores e ou impor ao operador medidas adicionais concretas para a redu o de emiss es Es sas considera es sugerem que os valores limite esti pulados na notifica o da licen a tamb
121. mbar normalmente pro porcionada pela pr pria usina de biog s Nos queima dores de ar for ado o ar de combust o fornecido por um soprador e a press o m nima exigida de 15 mbar Conforme o caso para que a press o do g s inicial exigida seja atingida necess rio o uso de com pressores de g s 6 13 Tratamento do Biog s e Op es de Utiliza o Com a altera o da Lei Alem de Energias e Calor Renov veis EEW rmeG as aplica es de biog s para a gera o de calor ganharam em import ncia Essa lei determina que a gera o de calor em im veis constru dos ap s 01 01 2009 seja realizada por meio de energias renov veis No entanto al m de se restringir a novos edif cios com exce o do Estado de Ba den Wiirttemberg a lei se limita ao calor oriundo de usinas de cogera o com biog s 139 Fonte Paterson FNR on Ch oQ O Guia Pr tico do Biog s Gera o e Utiliza o 6 6 6 1 6 2 6 3 6 4 6 5 6 6 6 7 6 8 6 9 6 10 6 11 6 12 6 13 6 14 140 Fontes bibliogr ficas Arbeitsgemeinschaft f r sparsamen und umwelt freundlichen Energieverbrauch e V ASUE Energie referat der Stadt Frankfurt Referat 79A 2 BHKW Kenn daten 2001 Arbeitsgemeinschaft f r sparsamen und umwelt freundlichen Energieverbrauch e V ASUE Energie referat der Stadt Frankfurt Referat 79A 2 BHKW Kenn daten 2005 Bio Erdgas a
122. meios gasosos e controle de intervalo p ex por meio de temporizador ou outro mecanismo de controle de processos e as carca as dos motores exigem total impermeabilidade a l quidos alguns modelos de carca a s o dotados de detec o autom tica de vazamentos e manter o motor resfriado mesmo com o digestor operando em elevadas temperaturas e possibilidade de partida suave e ajuste da velocidade de rota o por meio de conversores de frequ ncia Formas construtivas Helice e motores el tricos submergiveis com engrenagem redutora e h lice e di metro da h lice de at aprox 2 m e material resistente corros o a o inoxid vel ou ferro fundido revestido H lice grande e motores el tricos submergiveis com engrenagem redutora e um par de p s e di metro das p s de 1 4 a 2 5 m e material resistente corros o a o inoxid vel ou ferro fundido revestido p s em pl stico ou resina ep xi refor ada com fibra de vidro Manuten o em parte dif cil pois o motor tem de ser retirado do biodigestor e as aberturas para a manuten o e retirada do motor t m de ser integradas no digestor observar as normas de seguran a durante trabalhos no biodigestor dicado proporcionam maior economia Em vez de um motor dedicado acoplado um motor de trator para permitir a retirada da biomassa fermentada e a reali za o da tarefa mais prontamente Em digestores horizontais o material fermentado sai por um ladr
123. motor entre 1 1 e 15 kW caracter sticos 350 m h transporte inversamente proporcional ao teor de materia seca Aplica o e triturador de prato perfurado apropriado para substratos fibrosos elevados de s lidos Vantagens acesso f cil ao equipamento se ocorrerem avarias Desvantagens comprometida Particularidades os equipamentos devem ser separados do condutor do substrato por meio de v lvula guilhotina e no caso de avaria pode ser til realizar um bypass por meio de uma v lvula guilhotina a escolha do m todo de corte ou dilaceramento condiciona o tamanho das part culas que se pode atingir Formas construtivas e triturador de prato perfurado faca rotativa posicionada frente de uma peneira de corte e triturador de eixo duplo em linha com eixos dotados de ferramentas de corte ou dilaceramento Manuten o equipamentos separados podem ser mantidos sem necessitar de longas paradas e aberturas para limpeza de f cil acesso agilizam substancialmente os trabalhos Figura 3 8 fragmenta o de substrato na linha de transporte triturador de prato perfurado Hugo Vogelsang Maschinenbau GmbH No uso de gua de processos de limpeza para a mis tura considerar que desinfetantes podem prejudicar o processo de fermenta o uma vez que esse tipo de subst ncia tem efeito negativo sobre a microbiota no biodigestor A tecnologia de bombeamento utilizada na mistura explicada na se o Transporte e carrega mento de s
124. na opera o de usinas de biog s Como se pode ver na Figura 12 3 desde ent o regis trou se uma grande amplia o do parque de usinas acompanhada do aumento da pot ncia el trica insta lada O aumento do uso de culturas energ ticas per mitiu o aumento da pot ncia m dia das usinas No fim de 2008 a pot ncia m dia de uma usina de biog s era de aproximadamente 350 kW cf ano 2004 123 kW 12 3 At o fim de 2009 a pot ncia m dia das usinas alem s havia aumentado para 379 kW 12 7 Em contraponto s novas usinas constru das antes da nova vers o da EEG de 2009 a constru o de novas usinas nesse ano se deslocou para a faixa de pot ncia lt 500 kW Novas usinas situam se preferencialmente na faixa de pot ncia entre 190 e 380 kW Em fins de 2009 o parque contava com cerca de 4 900 usinas de biog s com pot ncia el trica instalada de aproximadamente 1 850 MW Em compara o com o modesto n mero de novas usinas constru das em 2008 o ano de 2009 registrou 900 novas usinas cuja pot ncia instalada totalizou cerca de 415 MW o que representa um aumento consider vel de novas unida des Isso se deve particularmente nova edi o da EEG em 2009 e ao significativo aumento das taxas de remunera o da eletricidade gerada a partir do bio g s Observa se assim uma evolu o muito parecida com aquela ocorrida ap s a altera o da EEG em 2004 Para o ano de 2009 a gera o de eletricidade potencial a partir
125. neas de 50 acima da m dia Para garantir a efici ncia da dessulfuriza o comum 116 6 1 1 1 Biodessulfurizag o no biodigestor A biodessulfurizag o frequentemente realizada no biodigestor embora tamb m existam t cnicas em que o processo localizado a jusante Na presen a de oxi g nio a bact ria Sulfobacter oxydans converte o sulfeto de hidrog nio em enxofre elementar que em seguida descarregado do reator pelos biofertilizantes A con vers o exige nutrientes que existem no biodigestor em quantidades suficientes Como as bact rias s o onipresentes n o precisam ser adicionadas O oxig nio necess rio disponibilizado pelo sopramento de ar por exemplo por meio de uma bomba de aqu rio ou outro tipo de minicompressor e introduzido no biodigestor A qualidade obtida em geral suficiente para a queima do g s dessulfurizado em usinas de co gera o Somente no caso de varia es de concentra o no g s bruto que podem ocorrer rupturas na concentra o de enxofre podendo levar a efeitos ne gativos sobre a usina de cogera o Por outro lado este tipo de tratamento n o adequado quando se visa obter qualidade de g s natural uma vez que as altas concentra es de nitrog nio e oxig nio dificil mente podem ser eliminadas o que piora as proprie dades comburentes do g s As propriedades de bio dessulfuriza o no biodigestor s o mostradas na tabela 6 2 e um exemplo exibido na f
126. novo na rea de tratamento de biog s e ainda se encontra em desenvolvimento Ele j vem sendo utilizado por algumas usinas munic pio alem o de Ki legg Rahmhaus e na ustria O processo de mem brana realiza a separa o do metano e demais compo nentes do g s com base nas diferentes velocidades de difus o que as diferentes mol culas de g s apresen tam em fun o do seu tamanho Por causa do seu ta manho reduzido a mol cula de metano se difunde mais rapidamente pela maioria das membranas que o di xido de carbono e o sulfeto de hidrog nio A pu reza do g s pode ser ajustada pelo tipo de membrana a superf cie da membrana a velocidade do fluxo e o n mero de est gios de separa o 6 1 3 6 Separa o criog nica O tratamento criog nio de g s separa o do CH e do CO a temperaturas muito baixas abrange a retifica o liquefa o de gases que origina o CO l quido e a separa o a temperaturas baixas que ocasiona o congelamento do CO 6 5 Ambos os processos s o bastante complexos e exigem a pr via dessulfuriza o e secagem do g s Especialmente em aplica es de biog s esses processos n o foram testados na pr tica O maior problema o elevado consumo de energia A alta qualidade do g s que se pode obter gt 99 e as pequenas perdas de metano lt 0 1 por m justifi cam o aprimoramento futuro dessa tecnologia 6 1 4 Separa o do oxig nio A separa o do oxig nio do biog
127. o Por isso para o potencial de biog s a partir de culturas energ ticas s o indicados valores m nimo e m ximo Em 2007 na Alemanha as mat rias primas cultiva das com a finalidade nica de gerar energia respon diam por um potencial t cnico de energia prim ria de 86 PJ a ocupando uma rea plantada de 0 55 mi ha so mente para a gera o de biog s Assumindo que para 1 O potencial t cnico de energias renov veis representa a parte do potencial te rico til considerando as restri es t cnicas existentes S o consideradas tamb m as restri es estruturais e ecol gicas p ex reservas naturais e reas para a integra o de bi topos planejada na Alemanha e disposi es legais p ex a legalidade do uso de res duos org nicos cr ticos do ponto de vista sanit rio uma vez que elas a exemplo das limita es unicamente t cnicas frequentemente s o intranspon veis Em rela o ao seu valor de refer ncia a energia pode ser classificada em potencial t cnico de energia prim ria p ex para a gera o de biog s a partir de biomassas dispon veis potencial t cnico de gera o de energia p ex biog s na sa da de uma usina de biog s potencial t cnico de energia final p ex energia el trica de usinas de biog s que chega ao consumidor final e potencial t cnico de energia til p ex energia do ar quente de um secador de cabelos alimentado com energia el trica proveniente de uma usina de
128. o atual da gera o e aproveitamento do biog s na Alemanba 221 12 3 1 Parque de usinas e Got ncas ENEE 221 12 3 2 Aplica es do biog s e tend ncias ueensessesesenensenenennenennenenenennnennnnennenenenensenenennenennenenennennnn 223 12 3 3 Substratos utilizados Ee EI 12 4 1 Potencial t cnico de energia Grtm rta REENEN 224 124 2 Potencial t cnico de energia final saciar sniesesisassaperetiesaies dessertiemeasseses ema srepicarteosestiesene u nece 225 125 tele eegent 226 12 6 Hee 227 VE BR ERERSeSeEREbRRS EIER bee 228 eelere nee 231 Endereeos dasinsutiicoes nae rn E A E A E AE A 233 Figura 2 1 Figura 2 2 Figura 3 1 Figura 3 2 Figura 3 3 Figura 3 4 Figura 3 5 Figura 3 6 Figura 3 7 Figura 3 8 Figura 3 9 Figura 3 10 Figura 3 11 Figura 3 12 Figura 3 13 Figura 3 14 Figura 3 15 Figura 3 16 Figura 3 17 Figura 3 18 Figura 3 19 Figura 3 20 Figura 3 21 Figura 3 22 Figura 3 23 Figura 3 24 Figura 3 25 Figura 3 26 Figura 3 27 Figura 3 28 Figura 3 29 Figura 3 30 Lista de Figuras Esquema da decomposi o anaer bia eneseenensnsesenensenenenennensnnenennenenenennnnennnnensonenenensnnensnnenensenensnsnnnnnnnnnenn 20 Rela o entre a carga org nica volum trica e o tempo de reten o hidr ulica para diferentes concentra es de substrato ENEE 26 Esquema da t cnica de fluxo CONT NUO sis sesicaserrisatedsiisasicandadodseasaas fis erdasa dantas Saca dentada d
129. o de usinas de biog s em escala comercial A maioria dos microrganismos metanog nicos apresenta picos de crescimento em faixas mesofili 22 cas de temperatura entre 37 e 42 C Usinas ope rando nessa faixa s o o tipo mais comum pois tal faixa de temperatura permite rendimentos relativa mente elevados de g s e proporciona uma boa esta bilidade do processo 2 6 A fermenta o com culturas termof licas adequada em processos que requerem o exterm nio de germes nocivos pela higieniza o do substrato ou que utili zam como mat ria prima substratos com temperatu ras intrinsecamente elevadas p ex guas residu rias A faixa de temperatura ideal de tais culturas de 50 a 60 C A temperatura mais elevada propor ciona maior taxa de decomposi o e torna o subs trato menos viscoso Em contrapartida a manuten o dessa faixa de temperatura significa um gasto maior de energia no processo de digest o Al m disso o processo de digest o nessa faixa de tempera tura mais suscet vel a dist rbios e a varia es do fluxo de alimenta o de substrato ou do modo de opera o do biodigestor uma vez que existe um n mero menor de esp cies de microrganismos metano g nicos em condi es termof licas 2 6 Nesse contexto a experi ncia mostra que n o h limi tes r gidos entre as diferentes faixas de temperatura e varia es bruscas de temperatura podem prejudicar os microrganismos Por outro lad
130. o de energia na rede se inicie mais cedo Nesse caso o operador obrigado a arcar com a diferen a dos custos Quem tem a ltima palavra sobre essa decis o por m a distribuidora que tem o direito a atribuir o ponto de entrega definitivo Caso fa a uso desse di reito a distribuidora obrigada a arcar com os cus tos adicionais incorridos pela n o conex o com o ponto definido pelos crit rios legais ou seja o ponto de entrega mais barato e pr ximo 7 2 1 2 Amplia o da capacidade Se n o for poss vel receber a energia el trica no ponto de entrega previsto na lei em virtude da baixa capaci dade da rede o operador da usina pode exigir que a distribuidora otimize amplie ou torne a rede mais ro busta conforme o estado da t cnica Esse direito pode ser exercido antes mesmo da obten o da licen a para a constru o ou do parecer de emiss es ou de uma decis o oficial preliminar necess rio por m que o planejamento da usina j esteja em est gio avan ado Um exemplo quando j foram encomendados plane jamentos detalhados ou j existem os contratos de constru o A distribuidora deve iniciar a amplia o somente ap s a solicita o expl cita do operador da usina 144 7 2 1 3 Divis o de custos na conex o rede e amplia o A legisla o distingue entre custos de conex o e cus tos de amplia o no que se refere aos custos envolvi dos na liga o de uma usina de biog s red
131. o de fossas VDE 0170 0171 Componentes el tricos para reas com risco de explos o VDE 0185 305 1 Prote o contra raios G 600 Normas t cnicas para instala es de g s DVGW TRGI 2008 G 262 Utiliza o de gases de fontes renov veis na rede p blica de abastecimento de g s G 469 Procedimentos de inspe o de press o para tu bula es e equipamentos do abastecimento de g s VP 265 ff Equipamentos para o tratamento e inje o de biog s em redes de g s natural No cap tulo 5 4 Seguran a operacional s o forneci das informa es detalhadas sobre outros requisitos t cnicos de seguran a para a opera o de usinas de biog s Em particular esse cap tulo aborda as regras de seguran a relativas aos riscos reais de intoxica o asfixia inc ndio e explos o 3 4 Fontes bibliogr ficas 3 1 Schulz H Eder B Biogas Praxis Grundlagen Pla nung Anlagenbau Beispiel 2 edi o revista e am pliada Editora kobuch Staufen bei Freiburg 1996 2001 2006 3 2 Weiland P Rieger Ch Wissenschaftliches Messpro gramm zur Bewertung von Biogasanlagen im Land wirtschaftlichen Bereich FNR FKZ O00NR179 3 Zwischenbericht Institut f r Technologie und System technik Bundesforschungsanstalt f r Landwirtschaft FAL Braunschweig 2001 3 3 J kel K Managementunterlage Landwirtschaftliche Biogaserzeugung und verwertung S chsische Lan desanstalt f r Landwirtschaft 1998 2002 3 4 Ne
132. o hidr ulico com transportador helicoidal com tra o hidr ulica ou el trica e flexibilidade na combina o com diferentes sistemas de alimenta o tais como tremonha de alimenta o container com piso m vel vag o forrageiro etc Manuten o e manuten o peri dica em fun o das pe as m veis do equipamento e a manuten o do pist o implica interrup es consider veis do processo eventualmente exigindo o esvaziamento do biodigestor Figura 3 19 Carregamento de biomassa empilh vel com transportador helicoidal DBFZ Alimenta o direta por meio de transportador helicoidal Na alimenta o com transportadores helicoidais e ros cas de alimenta o o substrato pressionado por meio de roscas de press o sob o n vel do l quido no biodiges tor Isso garante que nenhum g s escape pela sa da do transportador Na variante mais simples a dosadora se encontra sobre o biodigestor sendo necess rio apenas um transportador vertical para a alimenta o Em caso contr rio a altura do biodigestor tem de ser vencida por meio de transportadores helicoidais inclinados A alimenta o pelo transportador helicoidal pode ser rea lizada com qualquer reservat rio de alimenta o po dendo esse ser dotado de mecanismos de fragmenta o 3 8 Os valores caracter sticos de sistemas de alimen ta o com transportadores helicoidais se encontram na tabela 3 15 A figura 3 19 ilustra o equipamento 49 3 Ss Q
133. o indicado para biofertilizantes viscosos Pressupostos taxa de juros 6 reparos 1 s com lona flutuante teto de lona e teto de concreto granulado 10 perdas anuais com granulado custos da palha 8 dt de palha compress o carregamento transporte picagem espalhamento quantidade utilizada 6 kg m 196 Qualidade e Aproveitamento dos Biofertilizantes 4 est gio nico 4 multiest gio A descont nua a O S N y bi SES o N oc ZG g E SE DTD o E ou o 23 m Ss p S T O 2 O Qa Tempo de reten o d Figura 10 1 Correla o entre o potencial relativo de g s residual a 20 22 C e o tempo de reten o hidr ulica 10 8 10 2 2 Emiss es relevantes ao clima A metanog nese do esterco fermentado pelo processo anaer bio dramaticamente reduzida em compara o ao esterco n o tratado uma vez que no biodiges tor uma parte da mat ria org nica j foi metabolizada no substrato reduzindo sensivelmente a disponibili dade do carbono de f cil degrada o O grau de redu o das emiss es de metano depende sobretudo da taxa de degrada o da mat ria org nica e simultanea mente do tempo de reten o do substrato no biodi gestor Assim diversos estudos mostraram que biofer tilizantes com fase de fermenta o curta ou seja menor tempo de reten o no digestor emitem mais CH que res duos com longo tem
134. o preaquecimento de outros substratos ou pode ser introduzido direta mente no biodigestor para aquec lo Se o uso do calor do substrato higienizado for tecnicamente invi vel necess rio o arrefecimento adequado at o n vel de temperatura do biodigestor A figura 3 10 ilustra os tan ques de higieniza o j a tabela 3 8 cont m um resumo das caracter sticas espec ficas dos tanques Decomposi o preliminar aer bica Na digest o seca pela t cnica de garagem poss vel aerar o substrato antecipadamente antes do in cio do processo fermentativo propriamente dito ver 3 2 2 1 Tipos de biodigestor Os processos de composta gem ativados pela adi o de ar s o acompanhados do aquecimento do substrato para 40 a 50 C Com dura o de dois a quatro dias a decomposi o preliminar tem a vantagem de iniciar a quebra celular e permitir o autoaquecimento do material poupando o biodiges tor da necessidade de ter componentes adicionais de aquecimento Sua desvantagem no entanto que a mat ria org nica j decomposta n o est mais dispo n vel para a produ o de biog s Hidr lise No processamento monof sico com cargas elevadas existe o risco de que o sistema biol gico no reator entre Tecnologia de Usinas para a Produ o de Biog s Tabela 3 8 Valores caracter sticos e par metros operacionais de tanques de higieniza o Valores e Capacidade espec fica do sistema tanques de higieniza o com
135. o rela es contratuais entre o operador da usina e o consumidor final O contrato estabelecido entre a distribuidora de calor e o consumidor final Se no en tanto o operador da usina tiver tamb m o papel de fornecedor do calor fechar o contrato de forneci mento de energia t rmica diretamente com o consu midor do calor Caso o operador da usina n o assumir as obriga es associadas ao fornecimento de calor po der transferi las a terceiros denominado contrac ting 7 5 3 Redes de aquecimento De forma geral a constru o de uma rede de aqueci mento n o exige autoriza o especial A distribuidora de calor por m deve considerar os direitos de uso re ferentes ao assentamento de tubula es de calor em propriedades de terceiros Al m de fechar com o pro priet rio da rea um contrato de uso em que estipu lado principalmente o pagamento pelo uso da terra tamb m se recomenda a garantia real do uso da rea por exemplo pela institui o de regime de servid o no registro de im veis Isso assegura que caso o im vel seja vendido o fornecedor de calor mantenha o seu direito perante o propriet rio seguinte de utilizar a rea para o transporte do calor O assentamento de tubula es de calor ao longo de vias de circula o p blicas exige que a distribuidora de calor estabele a um contrato de uso das vias com o rg o respons vel pela constru o de ruas e estradas Para isso em certos ca sos
136. o tratamento vi sando a qualidade de g s natural O sistema de dois est gios composto de uma coluna de lavagem reche ada absor o do HS por meio de solu o de soda c ustica dilu da um biodigestor regenera o da so lu o de lavagem com oxig nio do ar e um separador de enxofre remo o do enxofre elementar Por meio da regenera o separada evita se a inje o de ar no biog s Embora essa tecnologia permita a elimina o de grandes cargas de enxofre at 30 000 mg m com resultados semelhantes aos do filtro percolador ela s indicada para usinas com grandes vaz es de g s ou elevadas cargas de HS em fun o da alta complexi dade do equipamento exigido As propriedades s o mostradas na tabela 6 4 6 1 1 4 Precipita o de sulfeto Esta forma de dessulfuriza o qu mica realizada no biodigestor Assim como o processo de biodessulfuri za o ela permite a dessulfuriza o grossa propicia valores de H S entre 100 e 150 ppm 6 35 Pela adi o ao biodigestor dos compostos de ferro citados na tabela 6 5 o enxofre ligado quimicamente ao subs trato de fermenta o o que permite suprimir a libera o de sulfeto de hidrog nio Em fun o das proprie dades mostradas na tabela 6 5 esse m todo indicado principalmente para usinas de menor porte ou usinas com baixa carga de H S lt 500 ppm 6 35 117 05 O oQ O Guia Pr tico do Biog s Gera o e Utiliza o Tab
137. objetiva e imparcial de terceiros para que se chegue a uma decis o caso a caso A utiliza o eficiente de calor por exemplo um ind cio de que a usina sat lite de cogera o independente do ponto de vista legal Antes da constru o de uma usina sat lite de coge ra o deve se esclarecer o seu status legal junto dis tribuidora 73 2 2 Agrupamento de usinas Conforme o caso para fins da determina o da remu nera o consideram se v rias usinas de biog s como sendo uma s embora sejam usinas independentes de acordo com o conceito de usina acima explicado O objetivo dessa regra coibir abusos no projeto das usinas evitando que movidos unicamente pelo intuito de aumentar a remunera o investidores construam duas ou mais usinas pequenas em vez de uma usina potencialmente maior e economicamente mais eficiente A raz o disso que em fun o das ta xas de remunera o m veis v rias usinas pequenas t m direito a receber uma remunera o significativa mente maior que uma usina grande cf 7 3 1 1 O agrupamento em uma nica usina se realiza conforme pr requisitos claros previstos na EEG Pre enchidos esses pr requisitos concretizado o agru pamento de v rias usinas Ao ser determinada a remunera o v rias usinas de biog s independentes s o agrupadas em uma usina conforme o 8 19 1 da EEG independentemente da situa o de propriedade se elas foram constru das no mesmo te
138. os seguintes aspectos t m efeito positivo sobre a opera o de partida uso de esterco l quido bovino fresco ou lodo ativo como in culo proveniente de usinas de biog s em bom funcionamento programa de medi o dos par metros biol gicos denso e bem ajustado ver tabela 5 6 uniformidade na alimenta o e qualidade do subs trato opera o da usina sem dist rbios Ao ser atingida a carga plena o estado estacion rio ainda n o foi alcan ado O sistema entra nesse estado ap s cerca de tr s vezes o tempo de reten o Elevadas concentra es de am nia exigem a to mada de medidas especiais Nessa situa o o pro cesso precisa de longas fases de adapta o que podem durar de v rios meses at um ano Isso tem um papel importante no planejamento e no financiamento do projeto Nesse caso recomenda se tamb m o uso de biomassa fermentada de uma usina que utiliza subs tratos semelhantes Uma das estrat gias aumentar a concentra o do am nio at a concentra o final t o r pido quanto poss vel permitindo que as bact rias j comecem a se adaptar ao estado final Caso contr rio cada aumento exigiria uma nova fase de adapta o A concentra o final pode ser atingida rapidamente se desde o princ pio o biodigestor for alimentado com a mistura de substrato a ser utilizada tamb m no estado final Em usinas que processam exclusivamente biomas sas dedicadas e cuja partida realizada com esterc
139. p ex silagens podem ocorrer grandes desvios na es timativa do potencial de g s Por isso Weissbach de senvolveu um fator de corre o que considera as subst ncias vol teis Esse procedimento no entanto bem mais trabalhoso 5 18 Na calcina o da amostra sobra o res duo da calci na o que representa a fra o de componentes inertes do substrato Em substratos arenosos o res duo da calcina o permite estimar a porcentagem de areia em combina o com a peneira o e classifica o dos gr os 5 19 A relev ncia do conte do de areia se ex plica pelas suas caracter sticas abrasivas e pela sedi menta o no biodigestor de alguns substratos p ex esterco de aves Um maior detalhamento da caracteriza o do substrato proporcionado pela classifica o dos seus componentes fibra bruta prote na bruta gordura bruta e extrativos n o nitrogenados que combinados com fatores de digestibilidade descrevem a aptid o de subst ncias org nicas como ra o ver tamb m 2 3 4 1 ou pelo m todo de Van Soest hemicelulose celulose e lignina Os componentes determinam os tipos dos compostos intermedi rios formados As sim a mudan a brusca do substrato pode rapida mente elevar a concentra o de compostos intermedi rios n o degrad veis pela falta ou crescimento lento da respectiva popula o de bact rias Com o aux lio da an lise bromatol gica de ra es poss vel com base no teor de mat
140. pacidade de neutraliza o o leo lubrificante deve ser trocado em intervalos regulares conforme o tipo de motor do leo e o n mero de horas de opera o Al m de trocar o leo em intervalos regulares deve se retirar uma amostra de leo visando a an lise em um labora t rio especializado Os resultados do laborat rio per mitem determinar os intervalos de troca necess rios e conhecer o desgaste do motor 6 12 Em muitos casos essas tarefas s o cobertas por contratos de manuten o Frequentemente s o utilizados c rteres de maior capa cidade de leo oferecidos por diversos fabricantes a fim de prolongar os intervalos da troca de leo Manuten o A opera o de uma usina de cogera o com biog s pressup e que sejam cumpridos os intervalos de ma nuten o previstos Parte desses servi os s o as medi das de manuten o preventiva tais como a troca de leo e a substitui o de pe as de desgaste A conserva o e manuten o insuficientes podem ocasionar danos usina de cogera o e acarretar elevados custos 6 12 6 23 Cada fabricante de usina de cogera o disponibi liza um plano de inspe o e manuten o Com base nesse plano poss vel identificar que atividades s o necess rias para a conserva o dos m dulos e em que intervalos de tempo elas devem ser realizadas O peri odo entre as diferentes medidas depende de fatores como o tipo de motor por exemplo Por meio de cur sos de
141. para a avalia o do empreendimento O esbo o do projeto serve como base para estudar a viabilidade t cnica es pec fica do local avaliar a possibilidade inicial de fi nanciamento e fomento e estabelecer o primeiro con tato com potenciais escrit rios de engenharia recomend vel que se obtenham antecipadamente in forma es de operadores de usinas sobre os procedi mentos de planejamento e a respeito da opera o da usina especialmente daquelas que utilizam o mesmo substrato que se pretende adotar Em projetos de biog s importante que se analise o sistema completo desde a disponibilidade do subs trato passando pela usina de gera o de biog s pro priamente dita at a distribui o de energia para o comprador importante para isso que as tr s reas mostradas na figura 11 2 sejam consideradas com o mesmo grau de detalhamento desde o in cio do pro jeto o que permitir uma avalia o bem fundamen tada da ideia inicial Para evitar encargos adicionais em etapas de pla nejamento posteriores o esbo o do projeto deve ser criado conforme as etapas de trabalho a seguir e ava liado com o aux lio dos c lculos apresentados neste guia cf cap tulo 8 1 Determinar e verificar a quantidade de substrato dispon vel definir a cadeia de disponibiliza o de biomassa 2 Realizar um dimensionamento t cnico aproximado da usina Verificar as reas dispon veis para sua instala o Estimar custos sub
142. para 379 kW A previs o a de que esse tend ncia prossiga ainda que com menor intensidade Import ncia do Biog s como Fonte de Energia Renov vel na Alemanha N o obstante os desafios do aumento da efici ncia a gera o e aproveitamento do biog s representam uma tecnologia amadurecida e apta para ser utilizada em escala comercial Op o promissora de utiliza o de fontes renov veis de energia nos pr ximos anos o biog s contribuir ainda mais para a produ o susten t vel de energia e para a redu o de emiss es de gases do efeito estufa Este guia tem como objetivo contri buir para essa evolu o 12 6 Fontes bibliogr ficas 12 1 12 2 12 3 12 4 12 5 12 6 Vogt R et al Optimierung f r einen nachhaltigen Aus bau der Biogaserzeugung und nutzung in Deutschland IFEU Heidelberg coordena o e IE Leipzig ko Insti tut Darmstadt Institut f r Landschaftsarchitektur und Umweltplanung TU Berlin S Klinski Berlim bem como Peters Umweltplanung subcontrata o Berlim Projeto de pesquisa do Bundesministerium f r Umwelt Naturschutz und Reaktorsicherheit BMU Minist rio Federal do Meio Ambiente Prote o da Natureza e Se guranga de Reatores Nucleares Relat rio final com vo lumes de materiais vol A Q Heidelberg 2008 www ifeu de www erneuerbare energien de AGEB Arbeitsgemeinschaft Energiebilanzen e V Energieverbrauch in Deutschland im Jahr 2008 Berlim
143. pio todas as usinas de biog s aplica o comercial somente em usinas menores Vantagens uso de motores comuns a baixo custo efici ncia el trica maior em compara o com motores a g s do ciclo Otto em faixas inferiores de pot ncia Desvantagens a carboniza o dos bicos injetores ocasiona a eleva o das emiss es de gases de exaust o NOx e manuten o mais frequente n o existem motores desenvolvidos especificamente para o biog s efici ncia total menor que a de motores a g s do ciclo Otto exige o uso de um combust vel adicional leo de igni o a emiss o de poluentes frequentemente excede os valores limite da TA Luft vida til curta Particularidades e exige um radiador de emerg ncia para evitar superaquecimento em situa es de pouca demanda de calor Controle de pot ncia em depend ncia da qualidade do g s poss vel e recomend vel Formas como equipamento separado e independente instalado em edif cio ou em constru o compacta em construtivas container Manuten o e ver cap tulo Manuten o carboniza o e obstru o precoce dos bicos injetores 6 12 uma vez que eles n o s o refrigerados Os mo tores com igni o a compress o tamb m s o operados com mistura pobre A regula o da carga se d pela quantidade de leo de igni o ou de g s Em caso de indisponibilidade do biog s os moto res com igni o a compress o podem ser operados com leo de igni o puro o
144. podendo tamb m ser em a o inoxid vel Aplica o e todos os substratos na digest o mida principalmente para substratos com alto teor de mat ria seca Vantagens proporcionam boa agita o no biodigestor f cil manuten o do acionamento fora do biodigestor tamb m permite conex o tomada de for a evita processos de sedimenta o e flutua o Desvantagens a manuten o das p s exige o esvaziamento do biodigestor avarias na fermenta o a seco exigem o esvaziamento manual do biodigestor inteiro conforme o caso possibilidade de agita o agitador secund rio e esvaziamento com bomba possibilidade de mistura incompleta em fun o da instala o estacion ria o fluxo no digestor deve ser assegurado por equipamentos secund rios normalmente rosca de press o em digestores horizontais agitadores de impulso em digestores verticais Particularidades e o eixo do agitador deve ser imperme vel a gases e admitem instala o de mecanismo de controle das rota es com conversores de frequ ncia Formas construtivas e motores el tricos externos com redutores agitador interno com v rias p s permitem a montagem de trocadores de calor de tubos como componente adicional misto no eixo ou como unidade juntamente com as p s em biodigestores horizontais Manuten o interrup o do processo em fun o da montagem do motor fora do digestor permitem a manuten o de forma simples e
145. processo atuam bact rias hidrol ticas cujas enzimas liberadas decomp em o material por meio de rea es bioqu micas Por meio de bact rias fermentativas acidog nicas os compostos intermedi rios formados s o ent o de compostos em cidos graxos de cadeia curta cidos ac tico propi nico e but rico di xido de carbono e hidrog nio na chamada fase acidog nica acidog nese Adicionalmente formam se tamb m pequenas 20 Fundamentos da Fer menta o Anaer bia Compostos org nicos complexos prote nas carboidratos lip dios Compostos org nicos simples amino cidos cidos graxos a cares Figura 2 1 Esquema da decomposi o anaer bia quantidades de cido l tico e lcoois Os tipos de com postos formados nesse est gio dependem da concen tra o do hidrog nio intermedi rio Na acetog nese o processo de forma o de cido ac tico esses compostos s o convertidos por bact rias acetog nicas em precursores do biog s cido ac tico hidrog nio e di xido de carbono Nesse ponto a pres s o parcial do hidrog nio decisiva Por raz es de cunho energ tico uma concentra o de hidrog nio muito elevada impede a convers o dos compostos in termedi rios da acidog nese A consequ ncia o ac mulo de cidos org nicos que inibem a metanog nese tais como o cido propi nico cido isobut rico cido isoval rico e cido capr ico Por essa raz o as
146. processo de secagem s podem ser atin gidos se houver conceitos de aproveitamento e comer cializa o do produto da secagem 8 4 2 Canal de utiliza o do aquecimento de estufas Estufas s o capazes de absorver grandes quantidades de energia t rmica por um longo per odo o que por um lado permite receitas cont nuas e por outro lado proporciona ao operador da estufa menores custos de obten o do calor O exemplo a seguir apresenta o for necimento de calor a diferentes regimes de cultivo e estufas com duas dimens es diferentes O cultivo de plantas ornamentais distingue tr s faixas de temperatura a fria lt 12 C a temperada 12 18 C e a quente gt 18 C Para o c lculo da economicidade ser considerada uma usina de biog s com pot ncia el trica instalada de 500 kW O pressuposto de que ao todo 30 do ca lor produzido pela usina de cogera o utilizado no aquecimento do biodigestor Assim est dispon vel para fins de aquecimento cerca de 70 do calor ge rado o que equivale a aproximadamente 3 200 MWh t rmicos por ano A tabela 8 21 compara a demanda de calor dos di ferentes regimes de cultivo em estufas com rea de 4 000 m e 16 000 m com o aproveitamento do calor residual de uma usina de cogera o de 500 kW em fun o do regime de cultivo e tamanho da estufa No exemplo de c lculo em vez do fornecimento de calor por leo de aquecimento presumido o forneci mento de calo
147. produ o de g s em rela o quantidade de substrato introduzida 2 8 O rendi mento pode se referir tanto produ o de biog s A piog s quanto produ o de metano A CH Ele determinado pelo cociente entre o volume de g s pro duzido e a quantidade de mat ria org nica introdu zida sendo expressa em Nm t MOS O valor do rendimento reflete a efici ncia da pro du o de biog s e metano a partir do substrato utili zado Como par metro isolado por m ele pouco _ VccH Aca 7 MMOS Nm t MOS Equa o 2 4 Rendimento de metano V cu produ o de metano Nm d M mos mat ria org nica seca introduzida t d significativa pois n o agrega a carga efetiva do biodi gestor Por essa raz o os rendimentos sempre devem ser analisados juntamente com a carga org nica volu m trica A taxa de degrada o Nuos traduz a efici ncia do aproveitamento do substrato A taxa de degrada o pode ser determinada com base na mat ria org nica seca MOS ou na demanda qu mica de oxig nio DQO Em virtude dos processos anal ticos predomi nantes na pr tica recomenda se a determina o da taxa de degrada o com base na MOS 2 20 MOS sup Min MOS 4 M a u n sa sa 100 wos MOS sub Min PS Equa o 2 5 Taxa de degrada o n os da biomassa MOS sur teor de mat ria org nica seca da mat ria fresca introduzida kg t MF m massa da mat ria fresca introduzid
148. produzem biog s tratado para a inje o na rede de g s natural Tanto na Alemanha como nos demais pa ses europeus os processos de tratamento mais uti lizados s o a lavagem com gua sob press o e os equi pamentos de adsor o com modula o de press o se guidos pela fatores determinantes na escolha do processo s o a composi o do g s a qualidade do produto que se pode obter as perdas de metano e os custos de tratamento vari lavagem qu mica Os veis conforme a situa o local A tabela 6 7 apresenta um resumo das principais propriedades dos proces sos de tratamento explicados mais detalhadamente nas se es seguintes gt 97 gt 98 gt 99 gt 96 gt 96 gt 98 Grande n mero de projetos realizados exige a dessulfuriza o e secagem pr vias equipamento permite baixo grau de regulagem elevado consumo de eletricidade n o exige calor escape de metano elevado n o utiliza produtos qu micos Grande n mero de projetos realizados exige dessulfuriza o e secagem a montante adapta se ao fluxo volum trico de g s elevado consumo de eletricidade n o exige calor escape de metano elevado n o utiliza produtos qu micos Alguns projetos realizados indicado para pequenos fluxos de g s baixo consumo de eletricidade processo despressurizado exige muito calor escape de metano m nimo utiliza grande quantidade de solu o de lavagem Poucos projetos realizados propor
149. reduzir o teor de gua e aumentar a concentra o dos nutrientes 10 4 1 2 Separa o de s lidos A separa o de s lidos o principal processo no trata mento de biofertilizantes A separa o de s lidos tem as vantagens de reduzir o volume de armazenamento de biofertilizantes l quidos e reduzir o sobrenadante e a camada de sedimentos No entanto ocorre princi palmente a separa o de nutrientes pois a maior parte do nitrog nio livre mineral permanece na fase l quida enquanto o nitrog nio org nico fixado e o f s foro s o segregados junto com a fase s lida A fase l quida separada pobre em mat ria seca pode ser de positada nas reas agr colas ou ser encaminhada ao est gio seguinte de tratamento A fase s lida pode ser seca ou compostada Dependendo do grau de separa o exigido s o utilizados principalmente separado res de rosca de compress o prensas de tambor com peneira prensas desaguadoras e decantadores A capacidade de separa o desses m todos de pende essencialmente das propriedades dos biofertili zantes e dos ajustes do separador Quanto maior o teor de mat ria seca do biofertilizante maior a redu o de volume que se pode atingir e a quantidade de f sforo e nitrog nio org nico na fase s lida Separado res de compress o por rosca permitem at 30 em mat ria seca na fase s lida Embora geralmente n o permitam um valor t o elevado de MS os decantado res s o a nic
150. ria org nica seca MOS Para substratos l quidos pode se usar tamb m a de manda qu mica de oxig nio DQO embora n o raro seja adotado o carbono org nico total COT Para fins pr ticos somente os dois primeiros s o relevan tes O primeiro passo para conhecer a fra o biode grad vel do substrato se d pela determina o do teor de umidade ou teor de mat ria seca Para isso uma amostra seca a 105 C em laborat rio at atin gir um peso constante Atualmente j existem mo dernos sensores que por meio de micro ondas e in fravermelho pr ximo permitem determinar o teor de umidade na pr pria linha do processo A determina o da fra o de componentes org ni cos na mat ria seca um ponto de refer ncia para co nhecer a degradabilidade A mat ria org nica seca um par metro composto obtido pela calcina o da amostra seca a 550 C A perda de massa tamb m de nominada perda ao fogo representa a mat ria org nica seca Esse par metro composto no entanto nada diz a respeito da degradabilidade ou da produ o de 88 biog s esperada da mat ria analisada A literatura cita valores de refer ncia que permitem estimar a produ o de g s esperada dado um determinado substrato e seu teor de MOS Durante a secagem da amostra s o expulsas subst ncias vol teis como os cidos vol teis a vapor que n o entram no resultado da an lise Principalmente no caso de substratos acidificados
151. s e a digest o de animais ruminantes 2 3 Para isso os co eficientes das biomassas dedicadas podem ser obtidos na tabela de ra es da DLG Sociedade Alem de Agricultura Nela se encontram os teores de mat ria mineral MM fibra bruta FB extrato et reo EE proteina bruta PB e extratos n o nitrogenados ENN com base na mat ria seca MS da AN LISE DE ALIMENTOS WEENDER e respectivas digestibili dades DG A soma das fra es de FB e ENN equivale ao conte do de carboidratos Tabela 2 3 Produ o de biog s espec fica e teor de metano dos respectivos grupos de subst ncias 2 25 Prote na digest vel PB 700 71 Gordura digestivel EE 1250 68 Carboidratos digest veis EB ENN 2 a Cada um dos grupos de subst ncias se caracteriza por uma produ o de g s espec fica e teor de metano pr prio que resultam das diferentes fra es relativas de carbono tabela 2 3 2 6 2 25 Com base nessas especifica es poss vel calcular a mat ria org nica seca e a respectiva massa de gru pos de subst ncias diger veis por kg de mat ria seca 2 24 Teor de MOS 1000 mat ria mineral 10 MS Proteina digestivel prote na bruta DGzp 1000 kg kg MS Gordura digestivel gordura bruta DG 1000 kg kg MS Carboidratos digest veis fibra bruta DGys ENN DGz1n 1000 kg kg MS Dem g kg O c lculo seguinte toma como exemplo a silagem de gram neas pasto extensivo 1
152. s se caracteriza por uma demanda de m o de obra de uniformidade compar vel e com pequenas varia es Mais dif cil de planejar e prever a exig ncia de m o de obra durante os tempos de vegeta o em que a ocorr ncia e o processamento se d o somente em de 187 ogo O oe Ve Guia Pr tico do Biog s Gera o e Utiliza o Tabela 9 3 Sequ ncia de trabalho e tempo de trabalho exigido no processo de silagem do milho Cultivo 4 9 Colheita e transporte 0 servi o prestado por empreiteira Total homens hora milho 4 9 Tabela 9 4 Sequ ncia de trabalho e tempo de trabalho exigido no processo de cereais Cultivo 5 07 Colheita e transporte 11 Total homens hora cereais 6 17 terminados per odos Alguns exemplos s o o aprovei tamento de folhagem verde ou de res duos de hortali as que ocorrem somente em determinados per odos Do ponto de vista da administra o da m o de obra e dos processos sempre uma vantagem quando a uti liza o sazonal de substratos gerados pode recorrer a substratos de reserva armazenados para evitar sus pens es moment neas do fornecimento Tamb m n o se deve desprezar as influ ncias ne gativas que o processo de digest o sofre pela forte va ria o da composi o do substrato quando se utili zam principalmente substratos sazonais Essa quest o ainda mais importante quando os substratos n o s o gerados na pr pria empresa Nesse caso n o se
153. seguir s o apresentados os diferentes b nus e a re munera o b sica bem como os respectivos pr re quisitos A tabela 7 1 cont m uma vis o geral dos va lores de remunera o para usinas de biog s inauguradas em 2011 149 og SI oQ Guia Pr tico do Biog s Gera o e Utiliza o 7 3 3 1 Remunera o b sica Na convers o do biog s em eletricidade as usinas de biog s que entraram em funcionamento em 2011 t m direito remunera o b sica de 11 44 centavos de euro por quilowatt hora at uma pot ncia de 150 kW 9 00 centavos de euro por quilowatt hora at uma po t ncia de 500 kW 8 09 centavos de euro por quilowatt hora at uma pot ncia de 5 MW e 7 63 centavos de euro por quilowatt hora at uma pot ncia de 20 MW inclusive O c lculo da remunera o b sica ilustrado com o seguinte exemplo A unidade de cogera o de uma usina de biog s inaugurada em 2011 tem uma capaci dade el trica instalada de 210 kW No ano de 2011 a unidade de cogera o atinge 8 322 horas de opera o em carga m xima De acordo com a EEG a pot ncia m dia anual portanto igual a 200 kW Devido re munera o m vel da eletricidade 150 kW de 200 kW s o remunerados com 11 44 centavos de euro por quilowatt hora e 1 4 50 kW de 200 kW com 9 00 centa vos de euro por quilowatt hora A remunera o b sica m dia portanto resulta em aproximadamente 10 83 centavos de euro quilowatt hora O pr r
154. sem e reparo de p s e eixos dificultado pois o digestor tem de ser esvaziado e o biodigestor deve conter aberturas para manuten o e observar as normas de seguran a durante trabalhos no biodigestor A Figura 3 33 Agitador axial ENTEC Environmental Technology Umwelttechnik GmbH Certos substratos como esterco l quido su no ou esterco de galinha promovem a forma o dessas ca madas Com o tempo as camadas de sedimentos po dem se tornar substancialmente espessas reduzindo o volume til do biodigestor J se registraram casos de digestores com at metade do seu volume tomado por Figura 3 34 Agitador de p s PlanET GmbH areia Al m disso as camadas sedimentadas podem se tornar extremamente enrijecidas exigindo o uso de p s e escavadeiras para a sua remo o A retirada das camadas de sedimenta o do biodigestor se d por um dreno de fundo ou sistema de raspagem Se no en tanto a camada de sedimentos for muito espessa tais 63 3 Ss Q Aa w Guia Pr tico do Biog s Gera o e Utiliza o Tabela 3 26 Valores caracter sticos e par metros operacionais da mistura pneum tica do digestor Valores caracter sticos Aplica o Vantagens Desvantagens Particularidades Formas construtivas Manuten o e consumo de pot ncia p ex compressor de 15 kW para um digestor de 1 400 m opera o semicontinua e faixa de pot ncia dispon vel a partir de 0 5 kW todas as
155. sumo humano 5 11 Conforme autoriza o oficial usinas de biog s t m permiss o para utilizar material da categoria 2 ap s esteriliza o a vapor sob press o fragmenta o lt 55 mm 133 C a 3 bar de press o por no m nimo 20 minutos 5 12 esterco l quido mate rial oriundo do trato digestivo sem pr tratamento e material da categoria 3 p ex res duos de abatedou ros ap s higieniza o aquecimento a no m nimo 70 C por mais de 1 hora O citado regulamento po r m raramente aplicado em usinas de biog s agr co las O uso exclusivo de res duos de cozinha e de ali mentos como subprodutos animais n o se enquadra na aplica o do regulamento Se forem utilizadas subst ncias previstas no Regulamento Alem o de Re s duos Org nicos a sua higieniza o obrigat ria Nesse caso respeitar a temperatura m nima de 55 C e o tempo de reten o hidr ulica no biorreator de no m nimo 20 dias 5 5 2 2 Controle da polui o atmosf rica A opera o de usinas de biog s est sujeita a diversas exig ncias quanto ao controle da polui o atmosf rica com destaque para o controle de odores e emis s o de poluentes e poeira 5 12 A base jur dica maior a Lei Alem de Prote o contra Emiss es BImSchG e respectivos atos executivos bem como a Diretriz T cnica Alem para o Controle da Polui o Atmosf rica TA Luft O objetivo da lei proteger o ambiente contra a a o de efeitos noc
156. tanque de carga ou outro reserva t rio imediatamente antes do carregamento do subs trato no processo de fermenta o A mistura realizada com esterco l quido biofertilizantes prensados guas residu rias ou excepcionalmente com gua fresca con forme a disponibilidade desses recursos O uso de bio fertilizantes l quidos pode reduzir o consumo de gua fresca e oferece a vantagem de j inocular o substrato com bact rias do processo de digest o antes de sua che gada ao biodigestor Assim esse procedimento muito indicado ap s a higieniza o ou no fluxo em pist o tamb m denominado fluxo pistonado Se poss vel evi tar o uso de gua fresca em fun o do custo elevado 37 o Ki Go SS Guia Pr tico do Biog s Gera o e Utiliza o Tabela 3 4 Valores caracter sticos e par metros operacionais de equipamentos de fragmenta o externos Valores caracter sticos Aplica o Vantagens Desvantagens Particularidades Formas construtivas Manuten o e moinhos taxas pequenas a m dias p ex 1 5 t h a 30 kW picador tamb m pode ser utilizado para elevadas taxas e silagens comuns CCM cereais milho gr o moinho em geral suficiente e batata beterraba dejetos verdes moinho picador acesso f cil ao equipamento em caso de avarias uma reserva de substrato fragmentado pode ser preparada o enchimento automatizado e pode ser combinado com unidades de alimenta o gr
157. temperatura constante do biodigestor Altera o da composi o do substrato A altera o da composi o do substrato carregado pode estabilizar o processo de diversas formas A substitui o ou retirada de componentes energ ticos p ex cereais do substrato reduz a carga org nica vo lum trica o que contribui para aliviar o sistema Al m disso se o substrato for complementado com adubos org nicos l quidos ou s lidos p ex esterco l quido bovino a presen a dos micronutrientes e de outros grupos de bact rias pode provocar um efeito muito positivo Um efeito igualmente positivo pode ser pro porcionado pela adi o de substrato em fermenta o oriundo de outra usina No que tange digest o sim ples de biomassa vale ressaltar que a adi o de outro componente ao substrato normalmente tem efeitos positivos sobre a estabilidade do processo 5 4 2 2 Defici ncia de micronutrientes Via de regra uma defici ncia de micronutrientes pode ser corrigida pelo acr scimo de adubos org nicos es terco bovino ou su no seja na forma l quida ou s lida Se esses substratos n o estiverem dispon veis em quantidade suficiente ou por alguma raz o n o puderem ser utilizados pode se optar pelos aditivos de micronutrientes oferecidos no mercado Esse tipo de aditivo normalmente constitu do de uma mistura complexa Os micronutrientes por m s o metais pe sados que em doses muito elevadas podem inibir o processo 5
158. trabalho e na usina Biog s uma mistura gasosa composta de metano 50 75 em vol di xido de carbono 20 50 em vol sulfeto de hidrog nio 0 01 0 4 em vol e ou tros gases tra o 5 1 5 6 A tabela 5 7 mostra as pro priedades do biog s em compara o com outros gases Na tabela 5 8 se encontra um resumo das propriedades de cada um dos gases componentes do biog s Em determinadas concentra es o biog s se com bina com o oxig nio do ar para formar uma atmosfera explosiva Por essa raz o a constru o e a opera o de uma usina de biog s devem respeitar as normas de se guran a relativas prote o da usina Tamb m exis tem outros riscos tais como asfixia intoxica o e da 1 98 1 54 1 25 0 09 1 53 1 19 0 97 0 07 270 605 585 4 3 45 5 10 9 75 6 4 77 5000 10 30 N E nos provocados por agentes mec nicos p ex esmagamento por elementos m veis O empregador ou administrador tem a obriga o de identificar os riscos inerentes opera o da usina de biog s avali los e tomar as medidas necess rias Nesse contexto os Preceitos de Seguran a para Usi nas de Biog s da Associa o Alem de Cooperativas Profissionais Agr colas 5 6 fornecem um resumo compacto dos aspectos fundamentais relevantes se guran a em usinas de biog s Nessa publica o s o explicadas e substanciadas as normas de seguran a consoantes com a instru o de execu o do 81 da norma alem de preven
159. trica de biomassa eneneenenenenenennenenennenenennnnennnnenennenenenenneennenensenenenensensnnesensnnenen 142 7 1 1 Osistemade TEE EE 142 Conex o rede e inje o de energia l iren 143 7al Conexao E 143 72 2 Gerenciamento da inje o de energia EE 144 7 2 3 Inje o de energia el trica e comercializa o direta een 145 Remunera o pela EEG nannten nina 145 7 3 1 Fundamentos da determina o da remumnerac o een 145 7 3 2 Conceito de usina e in cio de opera o determina o correta do valor da remunera o 147 7 33 Potmenores da remunera o seuismemicesescasaabsonieneniiaso cepas rnini narsis ESES Einara Vaaa cansada ceia asilo EENS 149 Guia Pr tico do Biog s Gera o e Utiliza o 10 7 4 7 5 7 6 77 Tratamento de Inje o iii isrsdoioredoms assa etsdalorced oba adis a aaea raa camada dada a ant E a aae 155 741 Pr requisitos para a remunera o da EEG ENEE 156 7 4 2 Transporte do ponto de inje o at a usina de Cogerac o E 156 7 4 3 Condi es legais para a conex o rede de g s natural e utiliza o da rede ss 15111 157 Utiliza o do calor e fornecimento s s iiiaastansscorpelaiesssospst a broa deeg dEr 158 7 01 Condi es legais isssesitissiiaiaiatasosicorostasatatatasi coro cesininiadasaso siso OIE REAREA ENE EEN 158 7 0 2 Fomecimento de Calor ege 158 75 3 Redes de a0ouectmento eebe EENS 159 Literatura recomendada 2 242220 susanne ii iaieiiea i iii 159
160. usina Se p ex a demanda energ tica da usina tiver de ser reduzida h que se investigar que componentes contribuem para o consumo de energia e quanta energia consumida A determina o do es tado alvo pode se dar por dados de planejamento da dos equivalentes relativos ao desempenho da tecnolo gia adotada publica es sobre o estado da t cnica depoimentos de outros administradores tais como f runs reuni es com especialistas etc e pareceres Definidos os estados atual e alvo o passo seguinte a defini o de valores concretos a serem almejados a aplica o de medidas para atingir esses valores e a valida o das medidas quanto ao cumprimento das metas e poss veis efeitos sobre outras reas Em vista das defici ncias principalmente no campo da obten o e documenta o de dados de pro cesso relevantes observadas em muitas usinas nem sempre poss vel tra ar uma an lise qualificada da si tua o atual Por conseguinte observa se tamb m a escassez de dados para a gera o de valores compara tivos Uma compila o abrangente de dados relevan tes a processos foi realizada como parte dos progra mas alem es de levantamento 5 38 Al m disso a KTBL Curadoria Alem para a Tecnologia e Constru o na Agricultura publica dados caracter sticos da opera o de usinas de biog s A diretriz VDI 4631 Crit rios de qualidade para usi nas de biog s cont m os valores caracter sticos funda ment
161. ventos e possibilidade de isolamento t rmico por meio de lona dupla inflada cobertura infl vel e agitadores n o podem ser montados sobre o teto do biodigestor e lona na forma de telhado sobre o digestor e lona de membrana dupla e lona sob telhado fixo em digestor elevado e bal o de PVC fixo e separado e bal o de PVC abrigado em edif cio separado ou tanque e bal o de PVC em teto intermedi rio acima do biodigestor e bolsa de PVC pendente em edifica o p ex em paiol n o utilizado e armaz m com lona de membrana dupla e praticamente livre de manuten o em pilhas em pavimentos imperme veis de concreto ou asfalto e se assemelha ao armazenamento de es terco s lido Em alguns casos tamb m s o utilizados silos trincheira vazios como local de armazenamento Os l quidos drenados l quidos extra dos por press o ou gua de chuva devem ser coletados e reciclados na usina de biog s A entrada de precipita o pode ser minimizada por coberturas adicionais ou telhados fi xos Preferencialmente utilizam se containers de a o inoxid vel para a compress o da fra o s lida da bio massa fermentada l quida Eles s o posicionados p ex abaixo do separador ver figura 3 36 e removidos quando cheios Nesse caso tamb m utilizar a cober tura do reservat rio para proteger contra a entrada de precipita o Opcionalmente a separa o de l qui dos e s lidos e o armazenamento da fra o s lida tamb m pode
162. vista le gal esse g s natural usado na usina no entanto tido como biog s desde que cumpra os pr requisitos do 27 2 da EEG O primeiro pr requisito que a quantidade de g s retirado corresponda em equivalente mec nico de ca lor quantidade de g s da biomassa que foi injetada em outro ponto da rede de g s suficiente que as quantidades sejam correspondentes no fim do ano Outro pr requisito do direito remunera o que a quantidade injetada de fato possa ser atribu da a uma determinada usina de cogera o Na falta de um meio de transporte f sico a atribui o deve ocor rer obrigatoriamente por uma rela o contratual entre quem injeta e o operador da usina de cogera o Al m do contrato simples de fornecimento de biometano conforme o qual as quantidades de biometano injeta das s o fornecidas ao operador da usina tamb m h outras rela es contratuais poss veis por exemplo o fornecimento por intermedi rios ou o uso de certifica dos cambi veis ou de um registro central de biog s A empresa que realiza a inje o do g s fornecedor tem de garantir que o car ter biog nico do biometano inje tado n o seja comercializado duplamente mas sim atribu do somente usina de cogera o 7 4 2 1 Modelo de transporte O fornecedor do g s pode cumprir o seu compro misso contratual de fornecimento principalmente pelo seu papel de comerciante de g s que assume o supri mento do ponto
163. volumes variam entre 400 e 6 000 m e sua aplica o se d principalmente na fermenta o de esterco com reduzidas fra es de bio massa dedicada e na digest o de lodo Na figura 3 27 apresentada a estrutura de um biodigestor de c mara dupla Figura 3 27 Biodigestor de c mara dupla ENTEC Environment Technology Umwelttechnik GmbH No mbito da digest o seca o princ pio de proces samento em batelada evoluiu originando diferentes formas Sejam quais forem as varia es a t cnica tem 55 080 GO Guia Pr tico do Biog s Gera o e Utiliza o em comum o fato de processar em espa os fechados os substratos que podem ser despejados A fermenta o em bolsas de pl stico foi uma solu o simples herdada da tecnologia de silagem Nela uma bolsa de pl stico imperme vel a gases e com at 100 m de comprimento deitada sobre uma placa aquec vel de concreto alimentada com substrato por meio de um equipamento de enchimento O biog s capturado por uma tubula o de coleta e transpor tado para uma usina de cogera o O reator sequencial em batelada RSB denomina os sistemas com carregamento pelo topo A umidifica o do substrato se restringe percola o regular at que o material a fermentar se encontre submerso O processo de dois est gios com biodigestores de baia com agitadores representa uma evolu o da t c nica As roscas integradas aos digestores se encarre gam de homoge
164. 016 1 132 Total da m o de obra a 390 390 Total de custos gerais a 150 150 Total de custos a 1 780 3 345 Custos espec ficos Custo por tonelada de t 1 66 4 24 cereal comercializ vel o que permite aproveitar o calor residual no ver o poca em que outros tipos de uso tais como o aqueci mento de edif cios s o desnecess rios Os seguintes c lculos demonstram se a utiliza o do calor residual de cogera o mais vantajosa que op es baseadas em vetores energ ticos f sseis Pressupostos A secagem de cereais ocorre por meio de secadores de batelada 20 da safra colhida submetida a secagem de 20 para a umidade residual de 14 a quantidade colhida de 800 t a a quantidade submetida a secagem de 160 t a o equipamento de secagem opera 20 horas por dia durante 10 dias por ano Para secar 160 t a de cereais no per odo indicado calculada uma pot ncia de 95 kW para o trocador de calor Assim anualmente s o necess rios 18 984 kWh de energia t rmica Se por exemplo for considerado um trabalho t r mico de 3 364 804 kWh a para a usina modelo IIL utilizado somente aproximadamente 0 6 do calor gerado pela usina de biog s para a secagem de 160 t de cereais A energia utilizada na secagem equivale energia fornecida por aproximadamente 1 900 litros de leo de aquecimento A tabela 8 17 exibe a compara o das receitas e dos custos de secagem de cereais por meio
165. 130 270 70 140 200 360 aves A Faixa dos valores medidos M dia 4 1 2 Biomassas dedicadas A import ncia das biomassas dedicadas no contexto da gera o de energia el trica a partir do biog s cres ceu significativamente desde a primeira altera o da Lei Alem de Energias Renov veis EEG em 2004 Desde ent o a maioria das usinas inauguradas utiliza biomassas dedicadas Este cap tulo descreve com mais profundidade algumas biomassas dedicadas selecio nadas de uso disseminado e inclui dados sobre a sua composi o e respectivas produ es de biog s Ao decidir que esp cies ser o cultivadas n o se deve levar em conta apenas a maior produtividade de uma determinada cultura mas sim analisar a situa o 2 6 6 7 1 4 0 5 3 3 5 5 10 de forma hol stica abrangendo toda a rota o de cul turas A inclus o de aspectos diversos tais como os custos do trabalho e os crit rios de sustentabilidade de m todos de cultivo alternativos permite otimizar a cultura de biomassas dedicadas de forma integrada 4 1 2 1 Milho O milho o substrato mais utilizado em usinas de bio g s agr colas 4 4 Seu sucesso na produ o de biog s se deve sua elevada produtividade por hectare e boa aptid o para a fermenta o A produ o condicio nada pelo local de cultivo e pelas condi es ambien tais podendo variar entre 35 t ha de mat ria fresca ME em regi es arenosas e mais de 65 t MF ha em re gi es de e
166. 14 779 15 193 9 580 22 656 23 807 27 360 13 793 23 309 21 953 33 358 1 781 3 346 3 396 3 312 1 766 5 737 5 817 7 366 12 035 27 948 28 001 39 998 2 114 5 038 5 047 6 859 VU VIII D gt a 100 culturas E Res duos org nicos een Fermentag o a seco 500 kW 1 000 KW 500 kW 18 772 29 420 19 891 4 000 63 841 34 818 17 368 43 049 31 381 3 457 6 128 6 436 7 650 15 279 6 174 40 018 80 091 40 026 6 862 12 475 6 864 O uso do calor do biog s para a secagem de cereais uma op o restrita apenas a determinados per odos A secagem dos cereais visa aumentar a sua durabili dade Em m dia 20 da safra tem de ser seca de uma umidade inicial de 20 para uma umidade residual de 14 Isso se d normalmente pelo aux lio de seca dores m veis ou de batelada A vantagem de se reali zar a secagem de cereais utilizando o calor da cogera Cultivo de plantas estufas em 3 Aquecimento distrital um A Microrredes de g s m 7 Outros Ha 7 Resid ncias vilas DD 8 Economia Secagem HDD 13 Edif cios p blicos DDD 16 Est bulos HDD 17 Edif cios da pr pria empresa HDD 26 0 5 10 15 20 25 Figura 8 1 Canais de utiliza o do calor para usinas de biog s com processo de cogera o 8 7 Tabela 8 17 An lise custo benef cio da secagem de cereais pelas fontes de calor biog s ou leo de aquecimento Receitas B nus de cogera o a 470 0 Custos Total de custos vari veis a 224 1 673 Total dos custos fixos a 1
167. 15 bliZo Seca anuais aa aan atadas A T E 118 6 1 3 Remo o do di xido de carbono ENEE 121 6 1 4 Separa o do OXIG NIO a ssesesitesaseniintasesiasiragtiarmadedb soidneaiaaninca unii an eee 123 6 1 5 Separa o de outros gases rad naueuueunnennenunuenann neunten 124 6 1 6 Tratamento visando qualidade de g s natural en 124 Uso em usinas de Cogerac o ts irirercererererererererereeeerererererererereerererenererererereecesenenererererercenenesa 124 6 2 1 Usinas de cogera o com motores de combust o ee 125 622 Motores DEE iaaa seier Eelere 132 6 2 3 Micr turbinas a DAS esnie ishe aanne esere EET EEEn E E EEE AAE O E EE ESEA AGEE 133 6 24 C lulas de comb stivel z 0s00s03 5 540H20n000H00sagspsensnennnnntengnstnsnnhnennnuneinnssugsrtnn neennnetngengehtpeeneenee 134 6 2 5 Uso do calor residual em sistemas de cogera o priorit ria de eletricidade 135 Inje o de Bige esegeeeerecgeergeeeetetuaeeg ere 137 6 3 1 Inje o narede deg snatral eegeeeeseeeetegeeE gece 137 63 2 Inje oem microrredes de HaS ieisseocasarssisesussc iseuscnennintsnsnsssnsutenelauntadii tsniunnenaneintunsdnsuntanenehsikenien 138 Combustivel par vetouleng 2 eegtetegedirteeregeege dee egen 138 Biog s como fonte de energia I rmteca REENEN 139 FemteeIablteerteae eegener eeleren Eeer 140 Condi es Legais e Administrativas ssssssssssnensnnnssnsnnnnsssnnsunnssnnssencnene 142 H VON BREDOW 7 1 7 2 7 3 Subs dio de energia el
168. 2009 permitirem o uso de res duos agr colas selecionados cf EEG 2009 Anexo 2 V em usinas de biog s sem que isso signifique a perda do b nus NawaRo Do ponto de vista do conte do energ tico as cul turas energ ticas s o atualmente o tipo de substrato dominante na Alemanha Com isso a Alemanha um dos poucos pa ses europeus a obter o biog s primaria mente de fontes que n o os aterros e esta es de trata mento de efluentes tais como usinas agr colas descen tralizadas 12 4 ano de refer ncia 2007 As culturas energ ticas s o utilizadas em 91 de todas as usina de biog s agr colas 12 3 Embora a si lagem de milho seja a biomassa predominante no mercado ver tamb m figura 12 6 quase todas as usi nas de biog s utilizam simultaneamente v rias cultu ras energ ticas p ex silagem de planta inteira de ce real silagem de gram neas ou gr os de cereais Desde 2004 cada vez mais usinas t m usado unica mente culturas energ ticas sem dejetos animais ou qualquer tipo de cossubstrato Gra as ao uso de subs t ncias que auxiliam na fermenta o como p ex mis turas de micronutrientes agora poss vel operar uma usina com estabilidade do ponto de vista microbiol gico Os detalhes dos diversos substratos se encontram no cap tulo 4 Descri o de substratos selecionados 12 4 Potencialidades A identifica o do potencial presente e do progn stico da gera o de biog s depende de d
169. 250 000 na participa o dos custos pelo fornecedor Os custos fixos s o de res ponsabilidade da empresa distribuidora O modelo X assume que o fornecedor arca com 250 000 dos cus tos de conex o 8 1 4 Valores caracter sticos t cnicos e de pro cessos As tabelas 8 6 8 7 e 8 8 d o uma vis o geral dos valo res caracter sticos t cnicos e de processos das usinas modelo 8 1 5 Investimentos para as unidades funcio nais das usinas modelo As tabelas 8 9 e 8 10 cont m uma vis o geral dos in vestimentos necess rios para cada usina modelo Os itens listados abrangem os seguintes componentes cf tabela 8 5 Dep sito de substrato e carregamento e Dep sito de substrato e Reservat rio de alimenta o e Introdu o de s lidos Biodigestor Utiliza o do g s e controle e Dessulfuriza o externa e Usina de cogera o incl perif ricos e Conforme o caso inje o de g s com tratamento e conex o rede esta o de inje o e canaliza o de conex o rede de g s natural e Tocha de g s Armazenamento de biofertilizantes se necess rio com separa o 165 Guia Pr tico do Biog s Gera o e Utiliza o Tabela 8 6 Valores caracter sticos t cnicos e de processos das usinas modelo Ta V Dados t cnicos e de processos Pot el trica Tipo do motor Efici ncia el trica Efici ncia t rmica Volume bruto do biodigestor Volume do dep sito de biofertilizantes Conte
170. 3 BGBl I p 466 BImSchG Bundes Immissionsschutzgesetz na vers o publi cada em 26 de setembro de 2002 BGBl I p 3830 l tima altera o pelo Artigo 2 da Lei de 11 de agosto de 2009 BGBl I p 2723 4 BImSchV Verordnung ber genehmigungsbediirftige Anla gen na vers o publicada em 14 de mar o de 1997 BGBl I p 504 ltima altera o pelo Artigo 13 da Lei de 11 agosto de 2009 BGBl I p 2723 BioAbfV Bioabfallverordnung vers o publicada em 21 de se tembro de 1998 BGBl I p 2955 ltima altera o pelo Artigo 5 do Regulamento de 20 de outubro de 2006 BGBI I p 2298 BiomasseV Biomasseverordnung de 21 de junho de 2001 BGBI I p 1234 alterado pelo Regulamento de 9 de agosto de 2005 BGBl I p 2419 EEG Erneuerbare Energien Gesetz Lei Alem de Energias Re nov veis de 25 de outubro de 2008 BGBl I p 2074 l tima altera o pelo Artigo 12 da Lei de 22 de dezembro de 2009 BGBl I p 3950 EEW rmeG Erneuerbare Energien W rmegesetz de 7 de agosto de 2008 BGBl I p 1658 alterada pelo Artigo 3 da Lei de 15 de julho de 2009 BGBl I p 1804 D V D ngeverordnung na vers o publicada em 27 de feve reiro de 2007 BGBl I p 221 ltima altera o pelo Ar tigo 18 da Lei de 31 de julho de 2009 BGBl I p 2585 D MV D ngemittelverordnung de 16 de dezembro de 2008 BGBI I p 2524 ltima altera o pelo Artigo 1 do Re gulamento de 14 de dezembro de 2009 BGBl I p
171. 3 n 11 1981 Europ ische Patentanmeldung Patentblatt 2008 49 An meldenummer 08004314 4 Oechsner Hans et al 2008 Mudrack und Kunst Biologie der Abwasserreinigung Spektrum Verlag 2003 Dornak C 2000 M glichkeiten der Optimierung be stehender Biogasanlagen am Beispiel Plauen Zobes in Anaerobe biologischen Abfallbehandlung Atas do Congresso Fachtagung 21 22 2 2000 Beitr ge zur 5 31 5 32 5 33 5 34 5 35 5 36 5 37 5 38 Abfallwirtschaft Band 12 Schriftenreihe des Institutes f r Abfallwirtschaft und Altlasten der TU Dresden Resch C Kirchmayer R Grasmug M Smeets W Braun R 2005 Optimised anaerobic treatment of hou shold sorted biodegradable waste and slaugtherhous waste under high organic load and nitrogen concentra tion in half technical scale In conference proceedings of 4 th International symposium of anaerobic digestion of solid waste 31 8 05 2 9 05 Copenhague Mc Carty P L McKinney 1961 Salt toxiticy in anaero bic digestion Journal water pollution control Federa tion Washington D C 33 399 Mc Carty P L 1964 Anaerobic waste treatment Fun damentals Part 3 Toxic material and their controls Pub Works Nov 91 Angelidaki I Ahring B K 1994 Anaerobic thermo philic digestion of manure at different ammonia loads effect of temperature Wat Res 28 727 731 Liebetrau J Regelungsverfahren f r die anaerobe Behandlung von organischen Abf lle
172. 500 500 500 Total de custos a 46 625 36 055 144 348 65 874 Diferen a aquecimento leo biog s a 10 570 78 473 Economia aquecimento com biog s x leo 22 54 4 Tabela 8 23 Valores hipot ticos e caracter sticos para o fornecimento de calor em uma rede local municipal de calor com cobertura b sica pelo calor de usinas de biog s cogera o e forno de queima de cavacos conforme 8 10 Calor de usina de leie biog s cogera o N mero de resid ncias N mero Escola Escolares Edif cios de escrit rios municipais Empregados Demanda de pot ncia t rmica total MW Demanda de pot ncia t rmica biog s cavacos MW a Demanda de pot ncia t rmica caldeira de leo MW a Quantidade total de calor MWh a da qual calor residual de biog s calor da queima MWh a 5 600 de cavacos Comprimento da rede m Demanda anual de calor kWh a Cavaco 200 100 20 3 6 11 2 6 8 000 5 200 4 000 6 861 000 179 Guia Pr tico do Biog s Gera o e Utiliza o Tabela 8 24 Demanda de investimentos e custos de fornecimento de calor para a rede municipal de calor em depend ncia do pre o de venda do calor da usina de biog s cogera o 8 10 Unidade Pre o de venda dE kWh Demanda de investimentos Demanda de investimentos p distribui o de calor Custos a Custos de fornecimento de calor ct kWh Dos quais custos de distribui o de calor ct kWh 571 174 Calor residual da usina de cogera o Cavaco
173. CO O biog s pr tratado separa o das goticu las de gua e n voa eventualmente transportadas do digestor com o g s por um filtro de cascalho pri meiro comprimido a cerca de 3 bar e subsequente mente a cerca de 9 bar antes de passar em contracor rente pela torre absorvedora carregada de H O reator com filtro percolador 6 5 Na torre o sulfeto de hi drog nio o di xido de carbono e a am nia se dissol vem na gua bem como as part culas e microrganis mos eventualmente presentes no g s bruto Ap s a redu o da press o d gua essas subst ncias s o re movidas do sistema Esse processo que prescinde da dessulfuriza o e secagem a montante tem tamb m a vantagem de ser muito flex vel A press o a tempera tura e tamb m a capacidade do equipamento ajust vel entre 40 e 100 da capacidade prevista podem ser reguladas conforme o teor de CO do g s bruto 6 5 Outros aspectos positivos s o a opera o conti nua e autom tica a f cil manuten o a possibilidade de tratar gases saturados de vapor d gua desde que com secagem subsequente a confiabilidade compro vada na pr tica a coabsor o de H S e NH e o uso da gua um absorvente amplamente dispon vel seguro e barato 6 5 O processo tem como desvantagens o elevado consumo de eletricidade e uma taxa de escape de metano relativamente alta aprox 1 exigindo a combust o posterior 122 6 1 3 3 Lavagem qu mica aminas O trata
174. Heinze U Rockmann G Sichting J Energetische Verwertung von Biogasen Bauen f r die Landwirt schaft fasciculo 3 2000 J kel K Managementunterlage Landwirtschaftliche Biogaserzeugung und verwertung S chsische Lan desanstalt f r Landwirtschaft 1998 2002 Kaltschmitt M Hartmann H Energie aus Biomasse Grundlagen Techniken und Verfahren Springer Ver lag 2009 6 15 6 16 6 17 6 18 6 19 6 20 6 21 6 22 6 23 6 24 6 25 6 26 6 27 6 28 6 29 6 30 Neumann T Hofmann U Studie zu Ma nahmen zur Minderung von Formaldehydemissionen an mit Biogas betriebenen BHKW publicado na Schriftenreihe des Landesamtes f r Umwelt Landwirtschaft und Geolo gie fasciculo 8 2009 Dresden Altera o da TA Luft Biogas Journal n 1 2002 Fach verband Biogas e V 2002 Mikro KWK Motoren Turbinen und Brennstoffzellen ASUE Arbeitsgemeinschaft f r sparsamen und um weltfreundlichen Energieverbrauch e V Verlag Ratio neller Erdgaseinsatz Mitterleitner Hans depoimento pessoal de 2004 ORC Anlage nutzt Abw rme aus Biogasanlagen http www energynet de 2008 04 23 orc anlage nutzt abwarme aus biogasanlagen ltima visita 05 08 2009 Polster A Brummack J Mollekopf N Abschlussbe richt 2006 Verbesserung von Entschwefelungsverfah ren in landwirtschaftlichen Biogasanlagen TU Dresden Raggam A kologie Energie Skriptum zur Vorle sung In
175. Ja combust vel liquido biocombustivel biodiesel combust vel combust vel gasoso s lido biocombust vel p ex pellets p ex g s de sintese biometano p ex leo vegetal etanol combustiveis sint ticos Figura 12 1 Op es de uso da biomassa para disponibilizar energia final til 12 2 Import ncia ecol gica e sustentabilidade da gera o e aproveitamento do biog s V rios projetos de pesquisa e avalia o est o sendo conduzidos para investigar a import ncia ecol gica da gera o e utiliza o do biog s Os resultados de al guns desses trabalhos j foram publicados De forma geral pode se constatar que a sustentabilidade prin cipalmente condicionada pelos seguintes fatores es colha do substrato qualidade efici ncia e emiss es da tecnologia da usina e efici ncia do uso do biog s gerado Em rela o ao tipo de substrato s o considerados vantajosos ao meio ambiente aqueles que n o impli cam custos extras raz o pela qual o uso desses subs tratos deve ser incentivado Um exemplo o esterco l quido seu uso para gerar biog s n o apenas racionaliza o aproveitamento da biomassa dispon vel mas tamb m evita as emiss es que ocorreriam em seu armazenamento convencional Por isso em vez de uti lizar culturas energ ticas deve se privilegiar princi palmente as misturas de res duos e restos org nicos p ex dejetos animais res duos da ind stria alimenti cia Do ponto d
176. Opera o de Usinas de Biog s Tabela 5 8 Propriedades dos componentes do biog s 5 6 5 7 5 8 Densidade kg m 0 72 Densidade relativa ao ar 0 55 Ponto de igni o C 600 Limites explosivos em vol 4 4 16 5 LEO valor MAK alem o ppm N E Em se tratando de falhas e problemas t cnicos decisivo que sejam identificados e eliminados a tempo o que exige obrigatoriamente a ado o de um sistema de alarme automatizado O status operacional e os principais componentes da usina s o monitora dos no sistema de gerenciamento do processo Em caso de falha t cnica o sistema emite uma mensagem de erro que pode ser enviada por SMS ou telefone ao administrador e ao pessoal de opera o Esse procedi mento permite que se reaja rapidamente em caso de falha importante tamb m que o administrador mantenha um estoque selecionado de pe as de reposi o e sujeitas a desgaste a fim de evitar restri es mais prolongadas ao sistema Isso permite reduzir os tem pos de parada e reparos Al m disso o administrador deve ter sua disposi o uma equipe de manuten o confi vel que possa ser acionada em emerg ncias Co mumente essas equipes s o oferecidas diretamente pelo fabricante da usina ou por oficinas externas Para minimizar o risco de falhas t cnicas o administrador deve assegurar que se realizem controles regulares e se respeitem os intervalos de manuten o 5 5 Seguran a operacional 5 5 1 Prote o no
177. PS o mix de mi lho e espiga CCM e o milho gr o MDPS e CCM normalmente s o ensilados ap s a colheita O milho gr o pode ser ensilado ainda mido triturado e ensi lado ou seco e ensilado A densidade energ tica dos substratos mencionados bem superior da silagem de milho embora as produ es por unidade de rea sejam inferiores uma vez que os restos da planta s o deixados no campo 4 1 2 2 Silagem de planta inteira de cereal SPI A maioria dos cereais apropriada para a produ o de silagem de planta inteira bem como a combina o de diferentes cereais desde que eles amadure am ao mesmo tempo Em fun o das condi es f sicas da re gi o de plantio deve se favorecer o cultivo do tipo de cereal que forne a a maior produ o de massa seca Na maioria dos locais isso propiciado por centeio e triticale 4 5 De forma an loga colheita do milho na SPI de cereal o colmo inteiro picado e ensilado Conforme o sistema de uso o cereal deve ser colhido no ponto em que se verifica a m xima produ o de mat ria seca sistema de monocultura Para a maio ria dos cereais isso se d ao fim do est dio leitoso ini cio da fase de massa 4 7 Dependendo da regi o e safra a produ o de mat ria seca de SPI de cereal atinge 7 5 a quase 15 t ha Com teor de mat ria seca de 35 isso corresponde a uma produ o de 22 a 43t de mat ria org nica fresca por ha 4 6 A produ o de silagem de centeio ve
178. Particularidades press o e a vaz o fortemente influenciada pela viscosidade bombeamento est vel na presen a de oscila es de e aceita a instala o de dispositivo contra opera o a seco amplamente utilizada em esta es de tratamento de guas residuais em geral possibilita o ajuste do estator conforme a vaz o o substrato e o desgaste permite configura o especial com mudan a da dire o de transporte Formas construtivas e como bomba para instala o em local seco Manuten o e alta durabilidade e f cil manuten o em virtude de sua constru o o sistema de troca r pida de fuso permite curtas interrup es na opera o cionamento da bomba de l bulos se encontra ilustrado na figura 3 13 Os valores caracter sticos e os par me tros operacionais se encontram resumidos na tabela 3 11 Transporte de substratos empilh veis Na digest o mida substratos empilh veis devem ser transportados at o ponto de carregamento ou at a mistura A maior parte do percurso realizada com um carregador convencional Somente na alimenta o au tom tica que s o utilizadas esteiras rolantes barras de empurramento e transportadores helicoidais Estei ras rolantes e barras de empurramento s o capazes de transportar horizontalmente ou em leve aclive pratica mente qualquer tipo de substrato empilh vel N o po dem por m ser utilizadas para dosagem Elas permi 44 tem a utiliza o de
179. Tabela 3 5 Tabela 3 6 Tabela 3 7 Tabela 3 8 Tabela 3 9 Tabela 3 10 Tabela 3 11 Tabela 3 12 Tabela 3 13 Tabela 3 14 Tabela 3 15 Tabela 3 16 Tabela 3 17 Tabela 3 18 Tabela 3 19 Tabela 3 20 Tabela 3 21 Tabela 3 22 Tabela 3 23 Tabela 3 24 Concentra es adequadas de micronutrientes conforme diferentes fontes bibliogr ficas 24 Inibidores e sua concentra o t xica em processos de digest o anaer bia 25 Produ o de biog s espec fica e teor de metano dos respectivos grupos de subst ncias 28 Valores caracter sticos para silagem de gramineas ununenesnenensesesenensnensenensnnensnnenenennenenennnnensonenensenennnnnn 28 Rendimento de biog s e metano da silagem de gramineag EE 28 Composi o m dia do blog s usas aniimn a ninta dam anhnonnamahana EE 29 Classifica o das t cnicas de gera o de biog s conforme diferentes crit rios ss esseseessresresressrerese 31 Armazenamento do substrato antes da fermenta o NEEN 36 Valores caracter sticos e par metros operacionais de equipamentos de tritura o em unidades combinadas de dosagem e alimentac o een 37 Valores caracter sticos e par metros operacionais de equipamentos de fragmenta o externos 38 Valores caracter sticos e par metros operacionais de agitadores de fragmenta o le TE 38 Valores caracter sticos e par metros operacionais de equipamentos de fragmenta o na li
180. Technik und Bauwesen in der Landwirtschaft e V KTBL Os endere os das institui es se encontram na p gina 233 15 Finalidade deste Guia Em virtude da escalada cont nua de pre os da energia em n vel global a recupera o de energia de res duos org nicos e fluxos de res duos vem se tornando uma alternativa cada vez mais atraente Al m da gera o de energia renov vel pass vel de ser armazenada a produ o distribu da de biog s pode n o apenas fo mentar o desenvolvimento de regi es rurais mas tamb m fortalecer pequenas e m dias empresas A produ o e uso de biog s expandiu se rapidamente nos ltimos anos gra as legisla o em favor das energias renov veis em vigor na Alemanha desde o ano de 2000 Em 2010 o pa s j contava com mais de 5 900 usinas de biog s a maioria servindo a ativida des agr colas O per odo tamb m testemunhou a evo lu o e o aperfei oamento significativo das tecnolo gias utilizadas Agora a farta experi ncia da Alemanha em tecnologia de biog s vem sendo cada vez mais cobi ada internacionalmente A finalidade deste guia pr tico portanto contri buir no sentido de oferecer respostas detalhadas e em basadas na pr tica s perguntas relacionadas gera o de biog s para a agricultura no que toca tecnologia organiza o legisla o e aspectos econ micos Elaborada pela Fachagentur Nachwachsende Roh stoffe e V FNR entidade alem que fome
181. Usina para a gera o armazenamento e utiliza o de biog s incluindo elementos e equipamentos necess rios para a sua opera o a gera o de g s ocorre pela fermenta o de subst ncias org nicas Sistema destinado a converter a energia qu mica em energia el trica e t rmica por meio de um motor e um gerador a ele acoplado 229 Guia Pr tico do Biog s Gera o e Utiliza o Valor U 8 Transmit ncia t rmica que mede o fluxo de calor em um metro quadrado de um componente a uma diferen a de temperatura de 1 grau Kelvin Quanto menor o valor U menores s o as perdas de calor Vetor energ tico final 7 Forma de energia utilizada pelo consumidor final p ex leo de aquecimento no tanque do consumidor cavacos para o uso em caldeiras energia el trica dom stica aquecimento distrital no ponto de transfer ncia residencial Eles resultam de vetores energ ticos secund rio e prim rio dos quais s o subtra das as perdas de convers o e distribui o o consumo de energia das convers es at a energia final bem como o consumo n o energ tico A sua convers o resulta na energia til Vetor energ tico prim rio 7 Subst ncias ou campos energ ticos n o submetidos convers o por meios t cnicos e dos quais se pode obter diretamente energia ou vetores energ ticos secund rios por meio de uma ou v rias convers es p ex carv o betuminoso lignito petr leo biomassa energia e lica energia solar
182. a es indesejadas na carga org nica vo lumetrica 5 4 2 Manejo de dist rbios do processo Como j foi mencionado um dist rbio de processo s pode ser sanado definitivamente se a sua causa for identificada e eliminada H algumas medidas de con trole por m que podem aliviar temporariamente a si tua o A seguir s o descritas medidas b sicas que vi sam estabiliza o do sistema e seus efeitos O sucesso dessas medidas depende principalmente da gravidade do dist rbio e at que ponto os microrganismos foram afetados Al m disso o processo deve ser monitorado atentamente durante a execu o das medidas e a subse quente fase de recupera o permitindo que se avalie se a medida foi bem sucedida e se necess rio que se to mem outras medidas Tamb m s o descritas as formas de eliminar os dist rbios de processo conforme as cau sas expostas no cap tulo anterior 5 4 2 1 Medidas de estabiliza o do processo Redu o do volume carregado A carga org nica volum trica reduzida quando se diminui o volume carregado sendo a composi o do substrato constante Essa uma forma eficaz de ali viar o processo Conforme o grau da redu o da carga de substrato o teor de metano do biog s aumenta sen sivelmente Isso um indicativo da degrada o dos cidos graxos acumulados embora o cido ac tico seja degradado rapidamente e o cido propi nico len tamente Nos casos em que a concentra o de ci
183. a gua ter em mente que a capacidade de tamponamento do sistema decresce com o aumento da dilui o O acr s cimo da carga executado r pido demais pode ocasio nar instabilidades do processo aumentando o risco de parada do biodigestor O uso de esterco l quido de forma geral tem efeito positivo sobre o processo de partida Isso se explica normalmente pela abund ncia de micronutrientes e pelo grande n mero de popula es de bact rias dife rentes Principalmente o esterco l quido bovino con t m arqueas metanog nicas em quantidade suficiente a ponto de o processo rapidamente se estabilizar por si pr prio Embora a princ pio o esterco l quido su no tamb m possa ser utilizado esse substrato n o tem um conte do muito elevado de microrganismos meta nog nicos Ap s a estabiliza o da temperatura aguardar at que o pH se estabilize na faixa neutra o teor de me tano no g s formado ultrapasse 50 e a concentra o de cidos graxos de cadeia curta fique constante abaixo de 2 000 mg l A seguir pode ser iniciado o carregamento O carregamento deve ser crescente su cessivo e em etapas at que a carga m xima seja atin gida Ap s cada acr scimo aguardar at que a taxa de produ o de g s o teor de metano a rela o AOV TAC ou a concentra o de cidos e o valor do pH se estabilizem para ent o proceder ao acr scimo seguinte da carga org nica volum trica Embora a re la o AOV TAC seja um indicador
184. a calc rio e lodo Separa o de s lidos e l quidos Quanto maior a fra o de substrato empilh vel utili zada na gera o de biog s mais aten o se deve dar origem do l quido usado na mistura e capacidade do reservat rio de biofertilizantes O tanque de armaze namento normalmente destinado ao esterco produ zido n o podendo receber substratos adicionais ap s a fermenta o Nesse caso o uso de uma separa o de l quidos e s lidos pode ser vi vel economicamente O l quido extra do por press o da massa pode ser utili zado como l quido para a mistura ou tamb m como adubo l quido e a fra o s lida pode ser armazenada ocupando pouco volume ou sendo usada para com postagem Para separar a fase l quida da s lida podem ser utilizadas prensas desaguadoras de esteira centrifu gas ou separadores de rosca ou parafuso Em virtude da predomin ncia dos separadores de rosca seus va lores caracter sticos s o mostrados na tabela 3 29 O corte transversal do separador e um exemplo de apli ca o se encontram na figura 3 35 Tubo de admiss o de g s Alimenta o de substrato Figura 3 36 Dispositivos para transportar o g s sem dist rbios tubo de admiss o de g s com abertura voltada para cima alimenta o de substrato esquerda DBFZ 3 2 2 5 Aquecimento e isolamento t rmico Isolamento t rmico do biodigestor Os biodigestores t m tamb m de ser equipados com um material de i
185. a t MOS teor de mat ria org nica seca da sa da do biodigestor kg t MF m massa dos biofertilizantes t Fundamentos da Fermenta o Anaer bia 2 3 3 Agita o Um n vel de produ o elevado de biog s s poss vel atrav s do contato intenso entre as bact rias e o subs trato o que geralmente obtido pela agita o no bio digestor 2 1 Em biodigestores sem agitadores ap s um per odo observa se a separa o do conte do e a forma o de camadas em virtude da diferen a de den sidade entre as v rias subst ncias que comp em o substrato e tamb m pelo empuxo provocado pela for ma o de g s Por causa da sua densidade mais ele vada a maior parte da massa de bact rias se encontra embaixo sendo que o substrato em decomposi o fre quentemente se acumula na camada superior Em ca sos como esse a rea de contato entre essas duas ca madas est restrita ao ponto em que elas se tocam e a decomposi o muito baixa Al m disso forma se um sobrenadante de s lidos flutuantes que dificulta a sa da do g s 2 21 Por isso importante promover o contato entre os microrganismos e o substrato por meio da agita o no biodigestor Por m deve se evitar agita o intensa Principalmente as bact rias acetog nicas ativas na ace tog nese e as arqueas metanog nicas formam uma es treita comunidade a qual tem grande import ncia para que o processo de forma o do biog s ocorra normal me
186. a Lei Alem de Energias Re nov veis EEG a Alemanha oferece subs dios para usinas de biog s Visando a prote o do clima e do meio ambiente a altera o da EEG de 1 de janeiro de 2009 tem como meta aumentar em no m nimo 30 a participa o das energias renov veis no abastecimento de energia el trica at 2020 Especialmente a gera o descentrali zada de eletricidade a partir da biomassa pode contri buir significativamente para atingir essa meta Isso inclui o biog s gerado a partir de biomassa conforme o Regulamento Alem o de Biomassa BiomasseV A EEG d ao operador de uma usina de biog s o direito de conect la rede p blica de energia el trica e injetar a eletricidade gerada Mas esse n o o seu 142 Condi es Legais e Administrativas nico privil gio em rela o aos produtores convencio nais de energia pela eletricidade injetada o operador da usina recebe tamb m um pagamento ao longo de 20 anos regulamentado por lei O valor do pagamento definido por v rios crit rios tais como o tamanho da usina a data do in cio de opera es e os materiais uti lizados Os diferentes tipos de b nus estabelecidos pela EEG 2009 t m especial import ncia na determi na o da remunera o pela inje o de energia 7 1 1 O sistema de b nus na EEG Os b nus previstos na EEG constituem um sofisticado sistema de incentivos que visam proporcionar a gera o de eletricidade a partir da biomass
187. a confiabilidade Mesmo assim a t cnica ainda pode ser aperfei oada visando redu o do consumo de energia e do des gaste Alguns aspectos dessa tecnologia j est o sendo aperfei oados p ex a separa o dos s lidos que proporcionar maior vida til das membranas e menor consumo energ tico Os processos de evapora o e esgotamento ainda n o est o avan ados em processos cont nuos de grande porte Por essa raz o a avalia o econ mica e a qualidade esperada dos produtos ainda est o sujei tas a muita incerteza e os riscos t cnicos s o relativa mente altos Qualidade e Aproveitamento dos Biofertilizantes 10 5 Fontes bibliogr ficas 10 1 H D hler K Schie l M Schwab 1999 BMBF F r derschwerpunkt Umweltvertr gliche G lleaufberei tung und verwertung KTBL Folha de trabalho 272 KTBL Darmstadt 10 2 LTZ 2008 Inhaltsstoffe in G rprodukten und M g lichkeiten zu ihrer geordneten pflanzenbaulichen Verwertung Relat rio de projeto Landwirtschaftliches Technologiezentrum Augustenberg LTZ 10 3 KTBL 2005 Schwermetalle und Tierarzneimittel in Wirtschaftsd ngern KTBL Schrift 435 79 S 10 4 Klingler B 1996 Hygienisierung von G lle in Biogas anlagen In Biogas Praxis Grundlagen Planung Anla genbau Beispiele kobuch Staufen bei Freiburg 141 10 5 Philipp W Gresser R Michels E Strauch D 1990 Vorkommen von Salmonellen in G lle Jauche und Stallmist land
188. a de forma efi ciente e promovendo a prote o clim tica e ambiental A gera o de energia el trica a partir de biomassas de dicadas por exemplo especialmente incentivada O b nus NawaRo como referido na Alemanha Na waRo nachwachsende Rohstoffe mat rias primas renov veis foi introduzido em 2004 a fim de fomen tar as culturas energ ticas e o aproveitamento de deje tos animais visando a prote o clim tica V rias ou tras disposi es da EEG contribuem para a prote o do clima tais como o b nus KWK Kraft W rme Kop plung cogera o de calor e eletricidade para a ope ra o de usinas de cogera o Esse b nus concede uma remunera o superior queles operadores de usinas que fazem uso racional do calor residual pro duzido na gera o de eletricidade o qual contribui para reduzir as emiss es de CO provenientes da queima de combust veis f sseis O b nus de tecnolo gia apoia especificamente aquelas tecnologias de ponta para a produ o eficiente de eletricidade que t m grande potencial no m dio e longo prazo mas que atualmente n o s o competitivas 7 2 Conex o rede e inje o de energia el trica Os incentivos oferecidos pela EEG exigem que o ope rador da usina disponibilize a eletricidade produzida para a rede p blica de distribui o de energia el trica Para isso necess rio que a usina seja fisicamente li gada rede de distribui o de energia 7 2 1 Conex o re
189. a for inferior a 1 MW o equipa mento n o necessita de autoriza o conforme a Lei Alem de Prote o contra Emiss es Nesse caso a ins pe o do equipamento a fim de verificar se a empresa operadora est em conformidade com as exig ncias deve se basear nos limites prescritos pela TA Luft Portanto existe a obriga o de limitar ao m nimo o impacto sobre o meio ambiente conforme o estado da t cnica obriga o essa que tratada de forma dife rente pelas diversas autoridades 6 33 Os valores li mite indicados na TA Luft distinguem motores com igni o a compress o de motores a g s do ciclo Otto Na tabela 6 10 se encontram os valores limite exigidos pela TA Luft conforme publica o de 30 de julho de 2002 A disponibilidade de um g s combust vel bem pu rificado pode minimizar os teores de poluentes do g s de combust o Di xido de enxofre ocorre p ex na queima do sulfeto de hidrog nio H S contido no bio g s Se as concentra es de subst ncias tra o indeseja das no biog s forem pequenas tamb m ser o peque nas as concentra es dos produtos provenientes da sua combust o S o utilizados motores de mistura pobre para miti gar as emiss es de xido de nitrog nio A combust o mg m mg m mg m mg m mg m 1 000 650 2 000 650 500 500 1 000 500 350 350 350 350 20 20 20 20 60 20 60 60 com mistura pobre permite reduzir a temperatura de combust o e com isso a gera o de xi
190. a forma que permite atingir teores de MS inferiores a 3 na fase l quida um pr requisito para fases posteriores de tratamento do l quido Entretanto decantadores exigem que a composi o do material alimentado seja uniforme e sofrem mais desgaste e consomem mais energia que separadores 203 O O ll Guia Pr tico do Biog s Gera o e Utiliza o Para melhorar a capacidade de segrega o em cer tos casos s o utilizados floculantes no processo de se para o Nesses casos deve se se observar as disposi es legais sobre os adubos 10 4 1 3 Tratamento posterior da fase s lida poss vel realizar a deposi o da fase s lida imedia tamente ap s a separa o Como por m pode ocorrer a imobiliza o do nitrog nio a emiss o de odores ou a dispers o de sementes de ervas daninhas os s lidos separados normalmente s o submetidos a um se gundo tratamento Compostagem A compostagem um tratamento aer bio de res duos org nicos que visa estabiliza o dos componentes org nicos ao exterm nio de microrganismos patog nicos e sementes de ervas daninhas e elimina o de compostos de forte odor O processo exige que seja fornecido oxig nio suficiente ao biofertilizante a ser compostado Como o biofertilizante um material de estrutura pobre preciso adicionar material estrutu rado p ex cascas de rvores ou revolver o biofertili zante Em virtude da decomposi o anaer bia do
191. a mat ria org nica ocasiona a con vers o do nitrog nio fixado em org nico a anorg nico aumentando portanto a fra o de am nio aprox 60 a 70 no nitrog nio total da biomassa fermentada Os biofertilizantes misturados aos restos de resi duos org nicos e de esterco l quido su no tendem a ter altos teores de f sforo e nitrog nio amoniacal Por outro lado possuem teores mais baixos de MS e pot ssio e mat ria org nica que biofertilizantes de 193 Guia Pr tico do Biog s Gera o e Utiliza o Tabela 10 1 Compara o dos valores caracter sticos e propriedades de enriquecimento de biofertilizantes e adubo org nico 10 2 Mat ria seca MF Rela o carbono nitrog nio Nitrog nio amoniacal NH N Pot ssio C lcio Mat ria org nica MPF Mat ria fresca esterco l quido bovino ou culturas energ ticas e suas misturas Em rela o aos nutrientes magn sio c lcio e enxo fre n o s o constatadas diferen as significativas 10 1 2 Poluentes A concentra o de poluentes no biofertilizante de pende principalmente do substrato utilizado Os valo res de refer ncia para teores de metais pesados em biofertilizantes comparativamente a adubos org ni cos se encontram na tabela 10 2 O processo de forma o do biog s n o altera as quantidades absolutas de metais pesados Em rela o MS em virtude da de grada o da mat ria org nica os teores de metais p
192. a mesma pot ncia el trica A efici ncia de usinas de cogera o operadas com motores a g s do ciclo Otto de 34 a 422 Com o aumento da po t ncia el trica aumenta a efici ncia do motor seja ele com igni o a compress o ou do ciclo Otto Como as efici ncias indicadas pelos fabricantes de usinas s o calculadas em condi es controladas opera o conti nua com g s natural os valores obtidos na pr tica ge ralmente s o menores Observar principalmente que na pr tica apenas em casos excepcionais poss vel a opera o a plena carga a qual apresenta efici ncias maiores que aquelas em opera o com carga parcial Essa correla o especifica ao equipamento e pode ser obtida nas folhas de especifica es t cnicas Um grande n mero de fatores pode influenciar a efici ncia el trica a capacidade e as emiss es de gases poluentes de uma usina de cogera o Principalmente os componentes do motor tais como as velas o leo do motor as v lvulas e os pist es e os filtros de ar g s e leo est o sujeitos ao desgaste pelo uso A fim de au mentar a vida til da usina de cogera o esses compo nentes que sofrem desgaste devem ser substitu dos em ciclos regulares De modo geral s o indicados os ciclos de manuten o a cumprir fornecidos pelo fabricante da usina Al m disso o ajuste de par metros da usina como o fator lambda o momento da igni o e a folga da v lvula influenciam significativamen
193. a para a boa opera o de uma usina Como mencionado no cap tulo 5 1 3 o uso de de terminados substratos pode ocasionar o aumento da temperatura do processo A temperatura se desloca da faixa mesof lica para a termof lica sem que mais energia seja introduzida no sistema Se a usina n o for operada adequadamente durante a passagem para a faixa termof lica o processo pode ser suspenso com pletamente no pior dos casos As condi es operacionais de uma usina de biog s devem ser mantidas o mais constante poss vel Isso vale tanto para as condi es do meio no reator quanto para a constitui o e dosagem do substrato A alimen ta o de substrato pode causar problemas nos seguin tes casos uma quantidade muito grande de substrato intro duzida por um longo per odo o substrato introduzido de forma irregular troca muito brusca de substratos com diferentes composi es uma quantidade muito grande de substrato carre gada ap s uma pausa p ex devido a falhas t cni cas Os erros na alimenta o de substrato ocorrem geral mente na fase de partida e na troca de substrato du rante a opera o regular Por essa raz o essas fases exigem que o processo seja monitorado com mais in tensidade Al m disso recomenda se que os procedi mentos de an lise do processo sejam intensificados Alguns substratos apresentam varia es extremas em sua composi o entre um lote e outro o que pode acarretar oscil
194. a por um de terminado per odo a distribuidora tem a obriga o de ressarcir o operador da usina da remunera o pre vista na EEG e das perdas de receita pela venda de ca lor caso existam O operador da usina por sua vez deve descontar as despesas economizadas principal mente referentes ao combust vel n o gasto 7 2 3 Inje o de energia el trica e comerciali za o direta A pr condi o para o pagamento da remunera o e b nus da EEG que a eletricidade seja injetada na rede p blica e disponibilizada empresa distribui dora Caso a usina seja conectada a uma rede pr pria p ex a rede de uma f brica ou a uma rede de tercei ros a energia injetada na rede p blica pode ser regis trada em base cont bil e comercial Embora o operador tenha a op o de utilizar a energia no todo ou em parte para suprir a pr pria demanda ou para abastecer diretamente terceiros em ambos os casos n o ter direito remunera o da EEG O operador tamb m tem a op o de temporaria mente abrir m o da remunera o da EEG e vender a eletricidade injetada na rede el trica p blica direta mente a terceiros ou no mercado atacadista de energia el trica por exemplo na EEX a bolsa de energia el trica de Leipzig Casos e opte pela venda em uma bolsa de energia el trica a energia comercializada como gen rica independentemente da sua origem Al m disso o valor ecol gico agregado da gera o de eletricidad
195. a ser simplesmente temporizado ou definido como rea o a par metros de medi o de en trada Tamb m poss vel combinar essas op es de controle Em todos os tipos de CLP s o implementa dos o PID padr o Proportional Integral Differential e em certos casos controladores de l gica fuzzy simples embora outros algoritmos de controle tamb m pos sam ser programados manualmente Um CLP se comp e do m dulo central CPU Cen tral Processing Unit cujo n cleo constitu do por um microcontrolador Conforme a categoria do CLP a ca pacidade desses controladores muito vari vel As principais diferen as s o na velocidade de processa mento e na redund ncia de fun es O espectro vai de CPUs relativamente pequenas e baratas at sistemas de elevada disponibilidade redundantes e dotados de controladores potentes A escolha do CLP deve levar em conta restri es de tempo real Entende se por sistema de automa o em tempo real aquele com capacidade de reagir den tro do tempo previsto em um processo Cumprido esse requisito o sistema qualificado como em tempo real Como o processo de gera o de biog s n o tem elevada exig ncia quanto ao funcionamento em tempo real em usinas de biog s s o adotados prefe rencialmente os CLPs de pre o m dio a baixo Al m da CPU os fabricantes oferecem um grande n mero de m dulos para serem a ela conectados En tre esses opcionais destacam se os m dulos anal gi cos e
196. abela 3 36 A figura 3 41 cont m a foto de um flare 71 oL Guia Pr tico do Biog s Gera o e Utiliza o 3 3 Normas e recomenda es t cni cas relevantes Al m da legisla o de equipamentos seguran a no trabalho e prote o do ambiente uma s rie de normas e recomenda es t cnicas aborda os requisitos t cni cos de usinas de biog s Consta a seguir uma sele o de publica es de import ncia Figura 3 41 Flare de uma usina de biog s Haase Umwelttechnik AG Diretriz VDI 3475 folha 4 esbo o Redu o de emis s es Usinas de biog s na agricultura Fermen ta o de plantas energ ticas e adubos org nicos Diretriz VDI 4631 esbo o Crit rios de qualidade para usinas de biog s DIN 11622 2 Silos e tanques de esterco l quido DIN 1045 Estruturas de concreto concreto armado e concreto protendido DIN EN 14015 Dimensionamento e fabrica o no local de tanques de a o rasos acima do solo verticais cil ndricos soldados destinados ao armazena mento de l quidos na temperatura ambiente e temperaturas mais elevadas DIN 18800 Constru es de a o DIN 4102 Resist ncia de pe as e materiais de constru o ao fogo DIN 0100 parte 705 Instala o de equipamentos de baixa voltagem 72 VDE 0165 parte 1 EN 60 079 14 Componentes _ eletri cos para reas com risco de explos o de gases parte 14 Equipamentos el tricos em reas com risco de explos o exceto constru
197. abela 9 7 9 1 3 4 Tempo de trabalho necess rio para a deposi o de biofertilizantes Na usina modelo IH das cerca de 8 950 t anuais de substrato utilizado esterco l quido e culturas energ ticas aproximadamente 71 da mat ria org nica seca s o convertidos em biog s A convers o reduz a massa de biofertilizantes de forma que apenas apro ximadamente 7 038 t da massa de substrato original t m de ser depositadas O tempo de trabalho exigido para a deposi o das respectivas quantidades de esterco n o aqui consi derado pois a massa de esterco carregada na usina de biog s tamb m geraria custos de deposi o mesmo sem tratamento anaer bio Sob as mesmas condi es de deposi o e equipamento o tempo de trabalho ne cess rio igualmente elevado Com um caminh o de bombeamento de esterco com reboque de mangueiras com capacidade de 12 m em parcelas de 5 ha uma dist ncia de 2 km entre o campo e a usina e uma m dia de 20 m de bioferti lizantes depositados por hectare o tempo de traba lho de 1 01 homem hora ha ou 3 03 minutos de tra balho m A quantidade adicional de biofertilizantes de 4 038 t 7 038 t 3 000 t esterco resulta em uma carga de trabalho de 204 homens hora ano Ao todo deve se planejar 355 homens hora ano para a deposi o de biofertilizantes Organiza o Operacional Tabela 9 7 C lculo do tempo de trabalho necess rio ano para o preparo e carregamento do substrato com tempo d
198. abilidade do licenciamento Prin cipalmente os efeitos negativos tais como emiss es de odores e ru dos aumento do tr nsito nas vias p bli cas aspecto visual do entorno do local temidos pela popula o podem gerar resist ncia contra a constru o da usina portanto imprescind vel que se tomem medidas preventivas visando a melhoria da aceita o tais como informar e envolver os moradores e institui es afetados e realizar um trabalho dirigido de rela es p blicas com o objetivo final de garantir a aceita o do local escolhido para a constru o da usina Quais s o as caracter sticas do terreno O terreno se encontrar em uma rea industrial margem da cidade ou em um local de opera o agr cola na rea externa privilegiada Quais s o os custos do terreno Verificar a infraestrutura A conex o vi ria compat vel com o tr nsito de caminh es O terreno disp e de que conex es energia el trica gua gua residual telefonia g s natural Verificar se o local permitea Qual a dist ncia do ponto de inje o de eletricidade mais pr ximo inje o de energia el trica Verificar a possibilidade de H possibilidade de exportar calor para al m das instala es da usina aproveitar o calor E poss vel aproveitar o calor residual do processo de cogera o nas pr prias opera es Os custos trabalho de remodela o s o proporcionais ao aproveitamento Que quantidades de c
199. ada bem inferior o ponto de equil brio econ mico mais facilmente atingido que em usinas que utilizam uma percentagem menor de esterco No en tanto geralmente obtido um potencial de g s resi dual significativamente menor que em usinas basea das em culturas energ ticas Realizada pela KTBL em 2006 uma triagem de monstrou que somente aprox 25 dos reservat rios circulares na poca em opera o 95 dos dep sitos de biofertilizantes avaliados eram cobertos com es truturas imperme veis a gases 10 11 Isso coincide com os resultados do Programa de Medi o de Biog s II FNR 2009 Nem todos os dep sitos de biofertili zantes por m podem ser atualizados com uma co bertura imperme vel O grupo de especialistas que acompanhou a triagem chegou conclus o que a mo dernizac o poss vel sem contratempos apenas para 25 dos reservat rios circulares abertos Outros 25 poderiam ser modernizados apenas com muito custo em fun o da arquitetura ou das limita es est ticas A metade dos reservat rios circulares assim como as 2 Os dep sitos de biofertilizantes t m de satisfazer aos seguintes requisitos a n o permitido instalar um controle ativo de temperatura e b o reservat rio deve estar conectado a um sistema de condu o de gases Uma forma segura de evitar as emiss es de CH dos biofertilizantes cobri los nos primeiros 60dias do tempo necess rio para o dep sito da biomassa fermentada uma vez que
200. ada com a qual poss vel estabelecer a comunica o entre componentes de diversos fabrican tes Por meio desse servidor poss vel criar uma rede flex vel abrangendo os diferentes sistemas de controle e regula o bem como outros aplicativos sem que os participantes necessitem de informa es exatas das in terfaces de seus parceiros O aplicativo tamb m n o exige informa es sobre a rede de comunica o do sis tema de controle Isso viabiliza aplicativos de ampla compatibilidade tais como programas para o registro de dados ou para realizar uma visualiza o especial personalizada 95 og 6 Guia Pr tico do Biog s Gera o e Utiliza o O Firebird SQL Painel de controle visualiza o e armazenamento de dados TCP IP Sistema bus Biodigestor Conex o descentralizada Sensor de temperatura Tanque de alimenta o Visualiza o descentralizada Figura 5 2 Esquema de monitoramento da usina 5 2 4 Registro de dados O registro de dados em larga escala realizado em bancos de dados Embora os fabricantes de CLPs ofe re am seus pr prios sistemas de registro de dados re comenda se o uso de solu es independentes de com patibilidade ampla pois elas permitem maior flexibilidade nas op es de acesso poss vel selecionar os dados e armazen los a partir das in meras informa es registradas Com isso poss vel analisar o desempenho da usina em per odos mais longos Tam
201. adas na usina Defini o do armazenamento Qual a quantidade de biofertilizante produzido Que tipos de armazenamento de biofertilizantes s o poss veis do ponto de vista construtivo Que tipo de transporte e intervalos de deposi o dos biofertilizantes devem ser planejados de biofertilizantes Realiza o de um Projeto 11 2 4 Selecionar a tecnologia De acordo com o estado atual da tecnologia de biog s utilizada na pr tica a sele o da tecnologia em um projeto de biog s baseada principalmente nos subs tratos dispon veis cf cap tulo 3 infraestrutura exis tente atores envolvidos e a viabilidade do financia mento A seguir apresentada uma checklist para a sele o da tecnologia 6 etapa Sele o do processo de A usina dever operar com digest o mida a seco ou uma combina o de ambas digest o Com que est gios de processo e em quais temperaturas dever operar a usina Atores envolvidos Que agroempresas e firmas ser o parceiras na rede Que experi ncia t m os envolvidos Que empresas de instala o e manuten o se situam nas proximidades da usina Que know how t m os empregados e parceiros a respeito do preparo e carregamento de substrato e dos equipamentos de transporte e silagem 11 2 5 Utiliza o de g s Conforme as especifica es do local e a destina o fi nal do g s planejada deve se decidir sobre o tipo de aproveitamento energ tico do biog s gerado cf cap
202. adas subst ncias qu micas como sais de ferro cloreto f rrico cloreto ferroso sulfato ferroso na forma l quida ou s lida o ferro dos p ntanos tamb m adequado e valor de refer ncia conforme 6 20 adi o de 33 e Fe por m de substrato e todos os sistemas de digest o mida e dessulfuriza o grossa timas taxas de remo o n o exige equipamento adicional para dessulfuriza o n o requer manuten o extra permite a dosagem com base na massa de substrato introduzida a inje o de oxig nio n o prejudica o processo evita forte corros o dos componentes no gas metro do biodigestor em compara o com a biodessulfuriza o interna oscila es da taxa de libera o de g s n o provocam quedas na qualidade do biog s processo apropriado para a inje o de biog s com dessulfuriza o fina a jusante dif cil dimensionamento com base no teor de enxofre do substrato carregado superdosagem normalmente necess ria custos fixos mais elevados em fun o do consumo cont nuo de produtos qu micos maiores custos de investimento devido s abrangentes medidas de seguran a e a dessulfuriza o qu mica no biodigestor em certos casos utilizada quando a biodessulfuriza o no gas metro do biodigestor n o suficiente e o sulfeto de ferro originado pode causar a dr stica eleva o da concentra o de ferro no solo ap s a aplica o na lavoura e dosagem manual ou autom tica por eq
203. ade do equipamento a manuten o dispensa a interrup o completa do processo Tabela 3 30 Valores caracter sticos de isolantes 3 12 3 13 Valores caracter sticos Formas construtivas Particularidades e material no biodigestor ou abaixo do solo materiais de poros fechados como espuma r gida de poliuretano e vidro espuma impedem a entrada de umidade e material acima do n vel do solo l mineral mantas de fibras minerais mantas de espuma r gida espuma extrudida styrodur espumas sint ticas poliestireno e espessura do material 5 10 cm s o utilizados abaixo de 6 cm o efeito isolante reduzido os valores se baseiam mais na pr tica que em c lculos a literatura cita espessuras de isolamento de at 20 cm e transmit ncia t rmica U situada na faixa de 0 03 a 0 05 W m K e a capacidade de carga do isolante na rea do fundo deve ser suficiente para suportar o peso do biodigestor cheio e o isolamento t rmico pode ser instalado interna ou externamente n o h ind cios que mostrem que uma variante seja melhor que a outra e os materiais de isolamento t m de ser resistentes a roedores Aquecimento do biodigestor Para que o processo de digest o ocorra em condi es timas a temperatura no interior do digestor deve ser constante N o t o importante que a temperatura seja mantida com a precis o de d cimos de graus mas sim que suas oscila es sejam as menores poss veis Essa const nc
204. ades si cesipas pesada 32 Esquema da t cnica combinada de fluxo cont nuo e armazenamento ss sssessessesstesesrrssstesrerresresresrees 33 Diagrama gen rico do processo de gera o de biog e ENEE 34 Esquema de uma usina de biog s agr cola com utiliza o de cosubstrato 35 Separador de materiais pesados em tubula o enee 36 Reservat rio de alimenta o com desagregador uneseseneenssenennenenenensenennnnennnnenenensnneensenennenenensnnnnnnnnenn 37 moinho de martelo e de rolo para fragmenta o de substratos s lidos eennnneenenenenenenenenen 38 fragmenta o de substrato na linha de transporte triturador de prato perfurado sssssssssss1sss11sse 39 bomba submerg vel com arestas de corte no rotor da unidade de fragmenta o e transporte 41 Higieniza o com resfriatenbt eeneg 41 Bombas em uma usina de DiOg s saias cs trt pensastoeasras cacortacedsada ser aandade ade daa inn caetano estadia gear 42 Bomba de cavidade progressiva sssinseseerindtsi soro osderasarasaco seen serenas asa sd nennen nanasanektertene 44 Bomba de l bulos esquerda princ pio de bombeamento do pist o rotativo direita 45 Enchimento do tanque de carga e alimenta o een 46 Introdu o indireta de substrato s lido esquema EE 47 Introdu o direta de substrato s lido esquema EE 47 Bombas dotadas de tremonha com bomba de l bulos integrada esquerda e bomba de cavi
205. adubo a custo baixo e sem log stica complexa no pr prio local da usina ao mesmo tempo em que po dem aprimorar a qualidade do adubo org nico pelo processo de digest o cf cap tulo 4 1 Para proprieda des que produzem unicamente cultivos agr colas a disponibilidade de substrato depende apenas da dis ponibilidade de reas agr colas e dos custos de forne cimento associados 11 1 O tipo e disponibilidade de substrato determina o tipo de equipamento adotado na usina de biog s Abaixo se encontra uma checklist para determinar a disponibilidade de substrato Delimita o Que biomassas se encontram disposi o dos substra Res duos agr colas da agricultura p ex tos disponi esterco l quido bovino esterco de aves veis Res duos agroindustriais p ex baga o destilado de ma baga o de frutas Res duos da ind stria e com rcio p ex restos de raspagem de gordura Res duos dom sticos p ex lixo org nico Culturas energ ticas plantas energ ticas p ex silagem de milho silagem de gram neas Em que intervalos os substratos est o dispon veis Qual a qualidade dos substratos fornecidos Fornecedo Que fornecedores potenciais podem res de disponibilizar a biomassa em longo prazo biomassa Custos de Quanto custa o fornecimento dos fornecimento substratos reas de Qual o tamanho das reas de armazena armazenamento a reservar no local mento planejado Medidas de Que medida
206. agsesseseraima ros ccngaiscona da SEENEN EENS NEESS Logistica dote de materiais EES sele o da T nt aaia EEE EEEE gegierft HD eelere e EE Ee EE 22 ange Re Seade a ee Tabela 12 1 Distribui o regional das usinas de biog s em opera o no ano de 2009 e pot ncia el trica 14 instalada na Alemanha pesquisa das institui es dos Estados em 2010 s s ssssssssssssssesresrsesresressreseesee Nome Thomas Amon Hartwig von Bredow Jaqueline Daniel Gromke Helmut D hler Elmar Fischer Erik Fischer J rg Friehe Henrik Gattermann Sven Grebe Johan Grope Stefan Hartmann Peter J ger Uwe Jung Martin Kaltschmitt Ulrich Keymer Susanne Klages Jan Liebetrau Anke Niebaum Jan Postel Gerd Reinhold Ursula Roth Alexander Schattauer Anne Scheuermann Frank Scholwin Andre Schreiber Britt Schumacher Markus Schwab Ralf Stephany Thomas Weidele Peter Weiland Marco Weith user Ronny Wilfert Bernd Wirth Sebastian Wulf Institui o Universit t f r Bodenkultur Wien BOKU Escrit rio de advocacia Schnutenhaus amp Kollegen Deutsches Biomasseforschungszentrum gGmbH DBFZ Kuratorium f r Technik und Bauwesen in der Landwirtschaft e V KTBL Deutsches Biomasseforschungszentrum gGmbH DBFZ Deutsches Biomasseforschungszentrum gGmbH DBFZ Johann Heinrich von Th nen Institut vTI Anteriormente Institut f r Energetik und Umwelt gGmbH IE Kuratorium f r Technik und Bauwesen in der Landwirtschaft e V KTBL Deutsc
207. ais kW 3 264 3 524 644 810 452 065 644 810 593 714 810 000 593 714 858 090 722 142 1 815 317 371 503 0 371 503 2 468 116 1 984 207 3 425 343 246 812 198 421 342 534 2 714 928 2 182 628 3 767 878 2I 4 362 a utilizando 8 2 8 3 b utilizando 8 6 8 2 Economia das usinas modelo 8 2 1 Receitas As usinas de biog s proporcionam diversas fontes de receitas Venda de energia el trica Venda de calor Venda de g s Renda da elimina o de substratos de fermenta o Venda de biofertilizantes Com exce o dos casos de inje o de g s na rede de distribui o a maior fonte de renda das usinas de bio g s a venda de energia el trica Como o valor da re munera o e a vig ncia do direito a receb la ano de entrada em opera o mais 20 anos s o regulamenta dos por lei as receitas da venda de eletricidade po dem ser planejadas sem risco cf cap tulo 7 3 2 De pendendo do tipo e da quantidade do substrato utilizado pot ncia da usina e outros crit rios que con dicionam a qualifica o aos b nus o pre o pago pode variar muito entre aprox 8 e 30 ct kWh Os b nus s o concedidos pelo uso exclusivo de culturas energ ticas e esterco l quido pela utiliza o racional do calor residual pela ado o de tecnologias inovadoras e pelo cumprimento dos valores limite de formalde do pre vistos na TA Luft cf cap tulo 7 3 3 3 As regras de re munera o s o tratadas detalhadam
208. ais uma vez que elas geram tens es de v rias centenas de volts e amperagens na casa dos tr s d gitos O mesmo pe rigo representam os agitadores as bombas os disposi tivos de alimenta o etc pois esses equipamentos tamb m operam com pot ncia el trica elevada Al m disso existe o risco de queimaduras no caso de falhas dos sistemas de aquecimento resfriamento de uma usina de biog s radiador do motor aqueci mento do biodigestor trocador de calor etc Isso diz respeito tamb m a partes da usina de cogera o e de sistemas de emerg ncia eventualmente existentes p ex flares para a queima de g s Visando evitar acidentes desse g nero afixar avi sos bem vis veis nos respectivos componentes da usina e instruir o pessoal adequadamente Opera o de Usinas de Biog s 5 5 2 Prote o do meio ambiente 5 5 2 1 Requisitos de higieniza o O objetivo da higieniza o neutralizar germes e pa t genos possivelmente contidos no substrato tor nando o in cuo do ponto de vista epid mico e fitossa nit rio Ela necess ria se al m das mat rias primas e restos de origem agr cola forem utilizados tamb m re s duos biog nicos de outras proced ncias Nesse quadro o regulamento da CE n 1774 2003 e o Regulamento Alem o de Res duos Org nicos consti tuem a legisla o pertinente 5 13 O regulamento da CE cont m normas de higiene para o manuseio de subprodutos de origem animal n o destinados ao con
209. ais para a avalia o de processos Ela tamb m in clui extensas checklists teis para a obten o de dados A seguir s o listados alguns par metros teis para a avalia o e otimiza o de usinas de biog s Como regra geral as condi es operacionais de vem se manter constantes durante o funcionamento da usina S assim poss vel definir o estado atual com exatid o Se a usina for submetida a mudan as em seu conceito as metas do processo t m de ser ajus tadas correspondentemente Opera o de Usinas de Biog s Ge gt Disponibilidade Processo Grau de utiliza o Controle do processo Efici ncia Emiss es de GEE Custos de investimento Emiss o de maus odores Custos operacionais Emiss o de ru dos Receitas Figura 5 8 Possibilidades de otimiza o 5 6 1 Otimiza o t cnica A otimiza o dos processos t cnicos em uma usina de biog s se foca na alta disponibilidade dos equipamen tos ou seja na minimiza o das paradas e na realiza o do processo sem contratempos Evidentemente essa meta tem consequ ncias indi retas sobre a economia da usina uma vez que ela s pode cumprir suas metas de produ o se operar em capacidade elevada Por outro lado como a ado o de altas tecnologias implica custos elevados a respectiva an lise de custo benef cio deve se dar no escopo da otimiza o econ mica Para a estimativa da disponibilidade de toda a usina g
210. alimenta o de substrato pode ser cont nua ou em batelada Deve se observar que o g s de hidr lise cont m hidrog nio em grande parte No sistema anaer bio a emiss o dos gases de hidr lise na atmos fera pode significar perdas energ ticas com rela o ao volume de biog s gerado Al m do mais isso repre senta um problema de seguran a uma vez que a mis tura de hidrog nio com ar pode formar uma atmosfera explosiva 41 3 Ss Q FL Guia Pr tico do Biog s Gera o e Utiliza o Desintegra o A desintegra o a destrui o da estrutura da parede celular e libera o de todo o conte do celular o que au menta a disponibilidade do substrato para os microrga nismos elevando por conseguinte a taxa de decompo si o Para isso s o utilizados processos t rmicos qu micos bioqu micos e f sicos mec nicos para promo ver a quebra celular Processos poss veis s o a eleva o da temperatura at lt 100 C sob condi es normais de press o ou gt 100 C em ambiente pressurizado a hi dr lise anteriormente citada a adi o de enzimas ou na categoria de m todos mec nicos a aplica o de de sintegra o ultrass nica Os especialistas questionam a efici ncia desses processos Por um lado a efic cia de cada um dos processos depende em grande parte do substrato e da forma como foi preparado Por outro lado todos os processos exigem energia adicional seja ela el trica ou t rmi
211. alizado fora da Alemanha Omitiu se o conte do espec fico situa o da Alemanha e acrescentaram se formula es e abordagens de rele v ncia internacional Por conseguinte nem todos os t picos de import ncia para as economias emergentes e os pa ses em desenvolvimento foram abordados com profundidade Destarte foi dada nfase na apre senta o da tecnologia necess ria para a produ o efi ciente de biog s a qual pode ser comparada com as tecnologias existentes em cada pa s 18 1 5 1 Tecnologia Este guia enfoca exclusivamente a utiliza o da bio massa para a produ o e uso do biog s destacando particularmente as usinas no setor agr cola bem como as aplica es dedicadas utiliza o de res duos gera dos no processamento de produtos agr colas O guia n o aborda por exemplo a utiliza o de res duos ur banos e lodos de esta es de tratamento de efluentes Al m disso ele trata das tecnologias de biog s de efi c cia comprovada no mercado e utilizadas em escala comercial na Alemanha No que toca utiliza o do biog s deu se nfase cogera o de eletricidade e calor CHP Os sistemas dom sticos de menor porte para utiliza o de g s no local n o s o tratados nesta publica o uma vez que empregam uma tecnologia diferente que disponibiliza a energia com o menor capital poss vel A obra discute a purifica o do biog s aos n veis de qualidade do g s natural para a posterior i
212. alor podem ser fornecidas mensalmente poss vel instalar uma usina sat lite de cogera o usinas de cogera o fisicamente separadas da usina de biog s e ligadas ao gas metro por meio de uma longa tubula o de g s Verificar as possibilidades de O local oferece a possibilidade de injetar o biog s tratado em uma rede de g s natural pr xima inje o de biog s cf cap tulo 6 3 Promo o da aceita o Que residentes e empresas s o afetados Que residentes e empresas deve ser informados do projeto de antem o e envolvidos no processo Quem s o os potenciais consumidores do calor Que institui es p blicas devem ser inclu das precocemente em um trabalho de rela es p blicas transparente p ex envolvimento de prefeitos autoridades de licenciamento Que interesses da prote o da natureza devem ser considerados Objetivos da 4 etapa Elei o do local Sele o do tipo de uso do biog s usina de cogera o no local instala o de uma usina sat lite de cogera o ou tratamento de biog s e inje o na rede de g s natural Promo o da aceita o por trabalho transparente de rela es p blicas 213 Guia Pr tico do Biog s Gera o e Utiliza o 11 2 3 Log stica do fluxo de materiais No contexto da estrutura descentralizada de produ o de biomassa e no mbito da estrutura centrali zada e descentralizada de consumo a log stica da biomassa assume uma posi o relevante
213. alta capacidade adaptativa e portanto n o se pode consi derar os limites como absolutos e v lidos em qualquer situa o Principalmente a am nia livre NH n o i nica prejudica as bact rias mesmo em pequenas con centra es A am nia livre se encontra em equil brio com a concentra o de am nio NH a am nia re age com a gua formando o am nio e um on OH e vice versa Portanto se a concentra o dos ons OH se elevar e tornar o pH muito alcalino o equil brio se desloca e a concentra o da am nia aumenta A eleva o do pH de 6 5 para 8 por exemplo leva a um au mento de 30 x na concentra o de am nia livre O au mento da temperatura no biodigestor tamb m desloca o equil brio em dire o am nia de efeito inibidor O limiar de inibi o de um sistema de digest o n o adaptado a elevadas concentra es de nitrog nio se encontra na faixa de 80 a 250 mg l NH 2 2 Depen dendo do valor do pH e da temperatura de fermenta o isso corresponde a uma concentra o de am nio entre 1 7 e 4 g l A experi ncia mostra que na pre sen a de uma concentra o total de nitrog nio amo niacal entre 3 e 3 5 g l esperado que o processo de forma o do biog s seja inibido pelo nitrog nio 2 18 Do processo de fermenta o participa tamb m o sulfeto de hidrog nio H S que na forma n o disso ciada em solu o age como citotoxina sendo capaz de inibir o processo de digest o j a pa
214. amento de biofertilizantesi uu u usssesskeessnsskkestennstebsn epson 201 WAL Tecnicas de tr tamento 533 2 i a EEE I EEANN 202 10 4 2 Utiliza o do biofertilizante ratado rreeeaeenereraeeraraareneaneranaearanaana 205 10 4 3 Compara o dos processos de tratamento de bioter ltzantes 207 10 5 Fontes bibliogr ficas amami das otrese serias edd Eden 207 Realiza o de um Projeto sss0sssunesssnssnnnssnnsnnnnssnnssnsnsnnssssnsssnssssenssnenee 209 ER FISCHER F SCHOLWIN A NIEBAUM A SCHATTAUER 11 1 Ideia eesbogo do projeto D 209 11 2 Estudo E E 210 11 21 Disponibilidade de substrato qus es seseisisieeerertesetesaisisdedater eetesenagreniice desista caepsdadsindara coca esenrarin a 212 11 22 Sele o e E 212 11 23 L gistiea do fl xo de Materlaisz u nenieeseseseneesesensnnsnnnunsenenensenennsnennnserensnsegennnrknsnnnsanneenschenr geenee 214 11 2 4 Selecionar a fecnologia ee REENEN 215 11 25 WR EE 215 11 2 6 Avalia o e tomada de decis o eereeeeereeernararerrareeeararernarannaa 216 11 3 Fontes If ogr teageeeteeedeneeueertereegerteEr Eed 217 Import ncia do Biog s como Fonte de Energia Renov vel na Alemanha 218 M KALTSCHMITT F SCHOLWIN J DANIEL GROMKE B SCHUMACHER A SCHEUERMANN R WILFERT 12 1 Gera o de biog s como op o de aproveitamento energ tico da biomasea e 218 12 2 Import ncia ecol gica e sustentabilidade da gera o e aproveitamento do biog s en 219 12 3 Situa
215. ances de comercializa o A inclus o apenas do b nus de cogera o por m n o suficiente para cobrir os cus tos de secagem cf tabela 8 19 Se o leo de aquecimento for substitu do pelo bio g s como fonte de calor a economia de custo com leo de aquecimento sozinha capaz de cobrir os custos totais da secagem por calor residual da usina de coge ra o ver tabelas 8 18 e 8 20 Comparando as tecnologias a expectativa de lucro da secagem m vel equivalente da secagem em cas cata apesar de aquela exigir um investimento 55 infe rior a esta Isso se deve aos custos de m o de obra mais elevados da secagem m vel p ex pela troca do vag o que varia de 25 a 75 conforme o tamanho da usina 8 4 1 2 Secagem de biofertilizantes A secagem de biofertilizantes foi classificada como um processo de apoio otimiza o do uso do calor de processos de cogera o e com isso admitida na lista positiva da EEG 2009 Essa variante de utiliza o do calor d direito ao recebimento do b nus de cogera o se o produto tratado for um adubo Essa forma de 177 o2 00 Guia Pr tico do Biog s Gera o e Utiliza o uso do calor tem um efeito positivo sobre a economia da usina de biog s somente se n o houver outras op es lucrativas de utiliza o do calor uma vez que as receitas se restringem ao b nus de cogera o A redu o dos custos de deposi o do adubo ou o aumento de valor pelo
216. ando instalados em edif cios assegurar a boa ventila o do local para evitar misturas de g s explosivas e a pot ncia do motor da usina de cogera o pode ser ajustada conforme o n vel de enchimento Formas construtivas e bal o de PVC fixo e separado e bal o de PVC abrigado em edif cio separado ou tanque e bal o de PVC em teto intermedi rio acima do biodigestor e bolsa pl stica pendente em edifica o p ex em paiol n o utilizado e armaz m com lona de membrana dupla Manuten o e praticamente livre de manuten o Biog s Armazenamento com bal o pl stico Figura 3 38 Gas metros de lona ATB Potsdam 10 bar consomem at 0 22 kWh m e os de alta pres s o operando entre 200 e 300 bar exigem cerca de 0 31 kWh m 3 3 Por essa raz o raramente s o uti lizados em usinas de biog s agr colas 3 2 4 1 Armazenamento integrado As c pulas de lona s o usadas quando o pr prio biodi gestor o reservat rio de p s digest o ou o reservat rio de biofertilizantes assumem tamb m a fun o de gas metro A lona fixada na borda superior do reservat rio de forma a garantir a impermeabilidade a gases No reservat rio montada uma arma o de suporte sobre a qual a lona se apoia quando o gas metro se encontra vazio A lona se infla conforme o n vel de enchimento do gas metro Valores caracter sticos podem ser obti dos na tabela 3 34 e exemplos se encontram na figura 3 38 70 Ar
217. antes em reas agr colas serve se de diferentes t cnicas e equipamentos utili zados tamb m no aproveitamento de adubos org ni cos l quidos A deposi o se d por meio de tanques m veis de esterco l quido geralmente com equipa mentos que reduzem as emiss es p ex reboque de mangueiras e que permitem tamb m a aduba o de plantios em pocas de maior demanda de nutrientes O objetivo da deposi o de biofertilizantes apli car os nutrientes neles contidos com precis o compa r vel quela obtida na aplica o de adubos minerais fornecendo o m ximo de nutrientes s ra zes das plantas e evitando suas perdas Na deposi o de biofertilizantes s o utilizados os seguintes equipamentos Distribuidor de esterco Distinguem se dois tipos Distribuidor de esterco com compressor Distribuidor de esterco com bomba Os seguintes equipamentos permitem a distribui o dos biofertilizantes com precis o e poucas perdas Distribuidor com reboque de mangueiras Distribuidores com reboque de mangueiras possuem uma largura til de 6 a 24 m com alguns modelos mais modernos chegando a atingir 36 m As manguei ras de sa da se encontram alinhadas a uma dist ncia de 20 a 40 cm entre si O biofertilizante depositado sobre o solo em faixas de 5 a 10 cm de largura Figura 10 2 Distribuidor com reboque de mangueiras Distribuidor com reboque de sapatos Distribuidores com reboque de sapatos t m uma lar gura ti
218. antidade de biofertili zante pode ser reduzida em cerca de 70 O aqueci mento do biofertilizante na evapora o a 80 90 C possibilita tamb m a sua higieniza o Em compara o com o material de entrada a eva pora o permite uma concentra o de s lidos at 4 vezes maior o que reduz os custos de transporte e ar mazenamento No entanto n o poss vel lan ar o condensado purificado diretamente em cursos d gua uma vez que n o satisfazem os limites m nimos pres critos por lei Esgotamento stripping O esgotamento consiste de um processo capaz de eli minar subst ncias de um l quido pelo qual passam gases ar vapor d gua g s com fuligem etc que re tiram do l quido tais subst ncias O am nio conver tido para am nia A efici ncia do processo pode ser aumentada pela eleva o da temperatura e pelo au mento do pH recurso utilizado p ex pelo esgota mento a vapor pois com o aumento da temperatura reduz se o fluxo volum trico de g s necess rio Em uma etapa de dessor o a jusante a am nia da fase gasosa convertida em um produto que pode ser uti lizado ou descartado A dessor o do NH do fluxo gasoso pode ocorrer por condensa o lavagem com cidos ou por rea o com uma solu o aquosa de gesso Os produtos finais da dessor o s o normal mente o sulfato de am nio ou a gua amoniacal Assim como na evapora o nesse caso tamb m n o s o satisfeitos os limites prescrit
219. ar nteses tempo total de reten o por recircula o dos biofertilizantes como in culo 166 IV 100 culturas energ ticas 350 kW 350 Ciclo Otto 37 44 3 000 2 800 30 9 119 2 4 1 455 376 52 0 2 800 143 3 364 388 VIII 100 culturas energ ticas 1 000 kW 1000 Ciclo Otto 40 42 7 400 6 800 30 6 110 2 5 3 844 810 52 1 8 009 141 8 307 117 Subprodutos 500 kW 500 Ciclo Otto 38 43 3 400 4 100 30 7 116 2 5 1 906 639 55 2 3 999 803 4 573 059 D Fermentac o a seco 500 kW 500 Ciclo Otto 38 43 3 900 32 0 24 69 a 2 5 2 002 912 52 6 4 002 618 4 572 851 Tabela 8 8 Dados caracteristicos tecnicos e de processos da usina modelo X Dados t cnicos e de processos Unidade Pot ncia nominal m h Fluxo volum trico m dio m3 h Grau de utiliza o h a Consumo pr prio de biog s para o aquecimento do biodigestor Yo Perda de metano Poder calorifico inferior gas bruto kWh m Poder calorifico inferior g s tratado kWh m3 Poder calorifico inferior g s injetado kWh m Volume bruto do biodigestor m h Volume do dep sito de biofertilizantes m h Conte do de MS da mistura de substratos incl material recirculado Tempo medio de reteng o hidr ulica d Carga org nica volumetrica kg MOS m G s bruto m a kWh a G s tratado m3 a kWh a G s injetado m a kWh a Tabela 8 9 Investimentos para unidades funcionais das usinas modelo I a V Inv
220. ara a quantidade real liberada de sulfeto de hidrog nio permite a otimiza o automatizada e seletiva da separa o do sulfeto de hidrog nio pelo manejo da temperatura e da solu o a inje o de oxig nio n o prejudica o processo evita forte corros o dos componentes no gas metro do biodigestor em compara o com a dessulfuriza o biol gica interna componente adicional com custos associados solu o de soda c ustica gua fresca exige produtos qu micos exige a introdu o de gua fresca para dissolver a solu o desnecess rio no caso de hidr xido de ferro manuten o extra necess ria e exige que a solu o consumida seja eliminada em esta es de tratamento n o problem tico do ponto de vista qu mico somente no caso de solu o de soda c ustica e equipamento de dessulfuriza o externo e colunas ou caldeiras de pl stico separadas recheadas com meio filtrante com retrolavagem da solu o de soda c ustica e os produtos qu micos devem ser repostos em intervalos maiores e o hidr xido de ferro pode ser regenerado repetidas vezes com ar ambiente por m com risco de igni o pela forte libera o de calor OS Q Tabela 6 5 Valores caracter sticos da dessulfuriza o qu mica interna conforme 6 13 Valores caracter sticos Aplica o Vantagens Desvantagens Particularidades Formas construtivas Manuten o e para a separa o podem ser utiliz
221. arar os substratos ou biofertilizantes por meio de diferentes interven es tais como fragmenta o separa o de materiais estranhos homogeneiza o separa o da fase l quida da s lida Equipamento para a separa o f sica de gorduras e leos org nicos n o emulsificados que ocorrem por exemplo nos efluentes de restaurantes cozinhas de grande porte empresas de abate e processamento de carne ind strias de peixe f bricas de margarina e f bricas de leos cf DIN 4040 Rela o entre a massa total de carbono e a massa total de nitrog nio na mat ria org nica determinante no processo de degrada o biol gica Res duos da produ o e consumo que quem produz descartou deseja ou deve descartar Material vegetal conservado pela fermenta o l tica Compostos org nicos de sil cio combina es entre o sil cio Si oxig nio O carbono C e hidrog nio H Mat ria prima a fermenta o digest o G s muito t xico incolor com cheiro de ovo podre Mesmo em pequenas concentra es pode ser fatal A partir de uma determinada concentra o paralisa o olfato e o g s n o pode mais ser sentido Redu o da concentra o de mat ria org nica ocasionada pela digest o anaer bia com base na quantidade inicial do substrato Tempo m dio de perman ncia do substrato no biodigestor Processo biotecnol gico em ambiente sem oxig nio que visa a decomposi o de mat ria org nica para gerar biog s
222. armazenamento reser vat rios de estoque e de digest o bem como as tubu la es e bombas devem ser constru dos com imper meabilidade a l quidos e obedecendo s normas Aten o especial merecem os locais de silagem uma vez que em safras com condi es desfavor veis e ele vadas press es de compacta o pode ocorrer uma grande quantidade de efluentes obrigat rio que se coletem os efluentes de silagem e fermentados para que sejam processados Como eles geralmente con t m elevados teores de mat ria org nica oportuno que sejam encaminhados para o biodigestor Reco menda se a separa o estrita entre a gua n o conta minada e a contaminada a fim de que n o sejam in troduzidas no processo grandes quantidades de gua n o contaminada sem necessidade principalmente ap s fortes precipita es atmosf ricas Isso pode ser atingido por meio de sistemas de drenagem separa dos que utilizam duas vias condutoras e registro ma nual para desviar a gua n o contaminada para a descarga e a gua contaminada e percolados para o biodigestor 5 15 Al m disso tamb m merecem aten o especial as passagens entre os diferentes est gios especialmente a recep o do substrato s lidos e l quidos e a trans fer ncia dos biofertilizantes para os ve culos de trans porte e deposi o Deve se evitar a sa da indesejada de material p ex por transbordamento ou quantida des residuais ou assegurar a coleta das gua
223. as Inverkehr bringen von D ngemitteln Bodenhilfsstoffen Kultur substraten und Pflanzenhilfsmitteln D ngemittelve rordnung D MV 16 Dezembro de 2008 BGBl I 2524 D V 2007 Verordnung ber die Anwendung von D ngemitteln Bodenhilfsstoffen Kultursubstraten und Pflanzenhilfsmitteln nach den Grunds tzen der guten fachlichen Praxis beim D ngen Neufassung der D ngeverordnung 27 02 2007 BGBl I 221 10 21 10 22 10 23 10 24 10 25 10 26 1774 2002 2002 Regulamento CE n 1774 2002 do Parlamento Europeu e do Conselho de 3 de outubro de 2002 que estabelece regras sanit rias relativas aos sub produtos animais n o destinados ao consumo humano JO L 273 de 10 10 2002 TierNebV 2006 Verordnung zur Durchf hrung des Tierische Nebenprodukte Beseitigungsgesetzes Tieris che Nebenprodukte Beseitigungsverordnung Tier NebV de 27 de julho de 2006 BGBl 1 1735 BioAbfV 1998 Verordnung ber die Verwertung von Bioabf llen auf landwirtschaftlich forstwirtschaftlich und g rtnerisch genutzten B den Bioabfallverord nung BioAbfV de 21 de setembro de 1998 BGBl I 2955 E BioAbfV 2008 Esboco Verordnung zur nderung der Bioabfallverordnung und der Tierischen Neben produkte Beseitigungsverordnung 19 11 2007 Artigo 1 Altera o da Bioabfallverordnung BMU WA II 4 30117 3 Ebertseder T 2007 D ngewirkung von Kompost und von fl ssigen G rr ckst nden im Vergleich H
224. as as capaci dades das usinas de cogera o as quais invariavel mente utilizam a mesma linha para realizar a inje o na rede Consequentemente supondo um valor equi valente de horas de opera o uma usina de biog s com por exemplo um m dulo de cogera o de 300 kW recebe a mesma remunera o que uma usina de biog s com dois m dulos de 150 kW Caso especial o das chamadas usinas sat lites de cogera o usinas de cogera o adicionais conec tadas diretamente a uma usina de gera o de biog s por meio de uma tubula o de g s bruto Se locali 147 SS og J Guia Pr tico do Biog s Gera o e Utiliza o zada a uma dist ncia suficiente da usina de cogera o j existente na usina de gera o de biog s a usina sat lite de cogera o considerada uma usina independente A EEG no entanto n o menciona ne nhum crit rio espec fico para avaliar se uma usina ou n o independente do ponto de vista legal Na pr tica como crit rio de proximidade geogr fica imediata vem sendo cada vez mais adotado o valor de cerca de 500 m Usinas sat lites de cogera o loca lizadas al m dessa dist ncia devem sempre ser con sideradas como usinas independentes Essa defini o contudo n o consta de nenhum texto de lei o que foi enfatizado pela Ag ncia de Esclarecimento EEG em sua recomenda o de 14 de abril de 2009 ref 2008 49 Conforme a opini o do autor deve se obter a opini o
225. aspadores e sistemas de aquecimento na parede ou no piso s o inadequados para a opera o termof lica Formas construtivas e aquecedores de piso e aquecedores instalados em parede em digestores de a o poss vel tamb m a instala o na parede exterior e aquecedores localizados em frente parede e aquecedor integrado a agitadores ou neles combinado Manuten o e para garantir a boa transfer ncia de calor os aquecedores devem ser limpos regularmente elementos de aquecimento integrados no digestor ou na estrutura s o de dif cil acesso ou inacess veis e observar as normas de seguran a durante trabalhos no biodigestor vel a o esmaltado que em sua estrutura b sica equi valem aos digestores verticais de reator agitado ver cap tulo 3 2 2 1 Tipos de digestores Podem ser do tados de um agitador para homogeneizar os biofertili Em princ pio o armazenamento pode se dar em la goas e em reservat rios cil ndricos ou retangulares fundos ou rasos Normalmente s o usados reserva t rios circulares verticais de concreto e a o inoxid zantes antes da retirada H a op o de agitadores fi xos p ex agitador com motor submerg vel ou agitadores laterais articulados ou de trator traciona dos por uma tomada de for a Al m disso tanques de 67 Guia Pr tico do Biog s Gera o e Utiliza o Figura 3 37 Tubos de aquecimento de a o inoxid vel instalados em biodigestor no lado interno
226. assa pode exigir que a rota o de culturas tenha de ser adaptada O foco passa a ser a produ o de plantas o mais pr ximo poss vel do local de gera o de g s a fim de reduzir os custos de trans porte Esse objetivo por m nem sempre f cil de atingir em virtude do porte da usina da quantidade necess ria de substrato culturas energ ticas e de ra z es pertinentes rota o de culturas Assim para o operador de usina que tamb m mant m uma cria o de su nos em vez de alimentar seus porcos com a ce vada de inverno pode ser mais vantajoso realizar a sua colheita mais cedo ainda no est dio pastoso transformando a em silagem de planta inteira para a gera o de biog s Nesse caso alimentam se os su nos com ra o de cevada comprada Em fun o da pre coce safra de cevada em localiza es favor veis h a possibilidade de plantar milho para silagem como se gundo cultivo ou cultivo tardio com variedades preco ces O plantio de milho como cultura principal oca siona o efeito colateral de permitir utilizar ecologicamente os biofertilizantes produzidos no cul tivo da lavoura por um per odo prolongado Com a altera o da rota o de culturas visando ge rar biog s poss vel manter as lavouras verdes quase o ano inteiro o que significa um efeito positivo do ponto de vista da utiliza o do nitrog nio Conforme a umidade do solo no momento da co lheita da silagem do milho o tr nsito de ve culos so
227. atingir um ponto de orvalho de 100 C 6 30 Em termos econ micos essa t cnica indicada para fluxos mais elevados 500 m h 6 5 e Tratamento do Biog s e Op es de Utiliza o Tabela 6 7 Compara o entre os m todos de purifica o do metano 6 5 6 35 Adsor o com modula o de Adsor o e dessor o f sicas e alternadas por modula o de press o PSA press o Lavagem com gua Absor o f sica com gua como sob press o solvente regenera o por redu o da press o Tratamento com aminas Absor o qu mica por meio de solu es aquosas de aminas regenera o por vapor d gua Lavagem Genosorb An loga lavagem com gua sob press o com Genosorb ou Selexol como solvente Processo de separa o por Gradiente de press o em membranas porosas para membranas separa o de g s ou velocidade de difus o de gases Processo Liquefa o de gases por criog nico retifica o separa o em temperaturas criog nicas possibilita a inje o de biog s na rede de distribui o como op o de uso 6 1 3 Remo o do di xido de carbono A etapa de remo o do di xido de carbono necess ria sobretudo quando o objetivo injetar o g s na rede de g s natural Com o aumento do teor de metano poss vel ajustar as propriedades comburentes aos pa dr es previstos na folha de processo daDVGW Desde 2006 na Alemanha entraram em opera o 38 usinas que
228. atmosf rica cf 7 3 3 3 e de esterco cf 7 3 3 2 por outro lado n o podem ser solicitados pelo operador de usi nas com biog s de terceiros O direito remunera o da EEG se d conforme 827 3 dessa lei embora somente para a propor o de eletricidade cogerada ou seja para a eletricidade que for gerada com utiliza o simult nea do calor conforme o Anexo 3 da EEG Como resultado por conseguinte apenas usinas de cogera o com priori dade para produzir energia t rmica ser o beneficia das pelo incentivo do tratamento de g s conforme a EEG 156 Outro pr requisito do direito remunera o que a usina de cogera o utilize unicamente o biome tano O princ pio da exclusividade significa que a ope ra o alternada com biog s e g s natural n o possi vel Em vez disso o operador da usina de cogera o deve garantir que ao fim do ano a quantidade efetiva de biog s correspondente quantidade utilizada seja injetada em outro ponto da rede de g s e atribu da sua usina De outra forma ele arrisca perder comple tamente o direito remunera o da EEG 7 4 2 Transporte do ponto de inje o at a usina de cogera o Como o biometano se mistura ao g s natural da rede imediatamente ap s ser injetado n o poss vel trans portar o biometano fisicamente at a usina de cogera o de destino Pelo contr rio na usina de cogera o utilizado o g s natural comum Do ponto de
229. atmosf rica Na altera o de 1 de janeiro de 2009 foi inclu da pela primeira vez na EEG um b nus de controle da polui o atmosf rica para usinas de biog s Com isso a lei pretende diminuir as emiss es de formalde dos subs t ncias cancer genas originadas na combust o do bio g s em usinas de cogera o Por isso o b nus por vezes denominado b nus do formalde do Esse in centivo promove o uso de motores com baixas emis s es e a atualiza o dos sistemas com catalisadores Para usinas de biog s operando desde 2011 e com at 500 kW de capacidade a remunera o b sica au menta em 0 98 centavos de euro por quilowatt hora se as emiss es de formalde do n o forem maiores que os valores estipulados por lei Exclu das do b nus est o as usinas que convertem em eletricidade o biometano virtual Conforme a EEG esse tipo de metano inje tado na rede em um ponto e dela retirado em outro ponto Al m disso o direito ao b nus se limita quelas usinas de biog s pass veis de serem licenciadas con forme a Lei Alem de Prote o contra Emiss es BI mSchG De acordo com a BImSchG a licen a neces s ria especificamente para as usinas com pot ncia t rmica nominal superior a 1 MW Se a usina tiver uma pot ncia t rmica nominal mais baixa s em de terminados casos dever ser licenciada conforme os crit rios da BImSchG maiores informa es no cap tulo 7 5 1 Se a usina estiver sujeita
230. ato pelo trocador de calor ou uti lizar um aquecedor extra no digestor a fim de man ter a temperatura em seu interior constante As pro priedades dos trocadores de calor externos podem ser conferidas na tabela 3 33 Tecnologia de Usinas para a Produ o de Biog s Tabela 3 31 Valores caracter sticos de isolantes Exemplos Isolante Condutividade t rmica W m K Tipo de aplica o Isolantes de fibra mineral aprox 20 40 kg m 0 030 0 040 WV WL W WD Placas isolantes de perlita 150 210 kg m 0 045 0 055 W WD WS Espuma de poliestireno expandido EPS densidade aparente 0 030 0 040 W gt 15 kg m Espuma de poliestireno expandido EPS densidade aparente 0 020 0 040 W WD gt 20 kg m Espuma de poliestireno extrudado XPS densidade aparente 0 030 0 040 WD W gt 25 kg m Espuma r gida de poliuretano PUR densidade aparente gt 30 kg m 0 020 0 035 WD W WS 0 040 0 060 W WD WDS WDH Tipos de aplica o WV com carga de resist ncia a esfor o cortante e de ader ncia tra o WL W sem carga de resist ncia press o WD com carga de press o WS isolantes para aplica es especiais WDH elevada resist ncia a carga sob fundos com distribui o de press o WDS elevada resist ncia a carga para aplica es especiais Vidro espuma Tabela 3 32 Valores caracter sticos e par metros operacionais de sistemas de aquecimento integrados 3 1 3 12 Valores caracter sticos e mater
231. atural 6 12 Isso pode ser til por exemplo para dar a partida em uma usina de bio g s a fim de que o motor proporcione o calor necess rio para o processo Al m da linha do biog s o sis tema deve contar tamb m com uma linha para o g s alternativo Os principais dados caracter sticos dos motores a g s do ciclo Otto relevantes para aplica es com bio g s s o mostrados na tabela 6 8 6 2 1 2 Motores com igni o a compress o Os motores com igni o a compress o trabalham sob o princ pio do motor a Diesel Nem sempre s o utili zados motores especialmente desenvolvidos para a combust o de g s o que exige que sejam adaptados O biog s misturado ao ar de combust o por meio de um misturador de g s e a sua igni o se d pelo leo de igni o injetado na c mara de combust o A dosa gem ajustada de forma que a fra o de leo de igni o seja de aprox 2 5 do poder de combust o in troduzido Como a quantidade de leo de igni o H injetado relativamente pequena existe o risco de 125 6 Jb Q og O Guia Pr tico do Biog s Gera o e Utiliza o Tabela 6 8 Valores caracter sticos e par metros operacionais de motores a g s do ciclo Otto Valores e pot ncia el trica at gt 1 MW raramente abaixo de 100 kW caracter sticos e efici ncia el trica 34 42 para pot ncias nominais gt 300 kW e vida til aprox 60 000 horas de opera o e pode ser utilizad
232. au de fragmenta o control vel em caso de obstru es o equipamento tem de ser esvaziado manualmente m dia toler ncia a materiais estranhos embora desgaste elevado seja poss vel podem ser instalados reservat rios de alimenta o em diferentes tamanhos a altura dos reservat rios de alimenta o deve se adequar ao equipamento dispon vel e p ex moinho de martelo moinho de rolo picador geralmente poss vel tamb m em vers o m vel e pode ser adquirida do fabricante sob contrato e depende dos substratos processados uma reserva de material fragmentado pode ser mantida a fim de suprir a produ o durante paradas de manuten o Figura 3 7 moinho de martelo e de rolo para fragmenta o de substratos s lidos Huning Maschinenbau GmbH DBFZ Tabela 3 5 Valores caracter sticos e par metros operacionais de agitadores de fragmenta o no tanque de carga Valores caracter sticos Aplica o Vantagens Desvantagens Particularidades Formas construtivas Manuten o 38 e pot ncia de entrada ordens de magnitude t picas da tecnologia de agita o com um adicional de 6 kW em agitadores de 5 15 kW e esterco s lido restos de alimentos res duos verdes palha descarga direta do material s lido no tanque de carga dispensa equipamentos adicionais poss vel elevar o teor de mat ria seca no biodigestor at o ponto em que sua bombeabilidade n o seja comprometida risco de forma
233. b m poss vel gravar eventos como mensagens de falhas 96 Agitadores so et Aparelhos externos Agitadores N o preciso discorrer detalhadamente sobre o monitoramento e a regula o de processos essencial mente t cnicos como o n vel de enchimento os per o dos de bombeamento etc uma vez que a coordena o e controle desses processos se d conforme o estado da t cnica e geralmente n o apresentam difi culdade 5 2 5 Controle de processo retroalimentado O controle de processo retroalimentado garante que as metas do processo sejam atingidas Por meio da an lise dos dados medidos o controlador determina o Tabela 5 5 M todos para realizar o controle Opera o de Usinas de Biog s Controle PID Proportional Modelos f sicos orientados a processos processo Redes neurais Quando h poucos dados dispon veis n o existe nenhum modelo e pouco se sabe sobre o Integral Differential comportamento da planta Exige conhecimento dos fatores internos do Quando n o houver modelo de simula o e Oferece bons resultados restrito a estrat gias simples de entrada sa da e comportamento linear Exige a defini o exata dos par metros o que requer a medi o de dados apropriado para comportamento n o linear timos resultados demanda cautela com o tipo de nenhum conhecimento do processo for necess rio aprendizagem o controlador uma caixa preta exige grandes
234. bela 4 3 Propriedades de biomassas dedicadas selecionadas conforme 4 1 ajustadas Silagem A 28 35 8598 2333 15 19 4 2 7 8 de milho ia Ds ss es N 43 SPI de A 3035 9298 40 325 NE cereal a 95 44 28 6 9 Silagemde A 25 50 70 95 3 5 6 9 1 8 3 7 6 9 19 8 gram neas 4 09 Q D 35 90 4 0 2 2 89 Gr osde 87 97 12 5 7 2 5 7 cereais Beterraba 23 90 18 08 SC sacarina Beterraba 16 90 N E N E N E forrageira A Faixa dos valores medidos Media Tabela 4 4 Produ es de g s de biomassas dedicadas selecionadas conforme 4 2 4 6 4 9 4 10 ajustadas Silagem de A 170 230 89 120 234 364 milho 200 106 340 l SPI de cereal A 170 220 90 120 l 290 350 o 190 15 329 Gr os de 620 320 380 cereais Silagem de A 170 200 93 109 300 338 gramineas 180 98 310 Beterraba A 120 140 65 76 340 372 sacarina amp 130 72 350 Beterraba A 75 100 40 54 332 364 forrageira 90 50 350 A Faixa dos valores medidos M dia 77 cs A Guia Pr tico do Biog s Gera o e Utiliza o 4 2 Substratos da agroind stria de transforma o Este cap tulo discorre sobre alguns substratos selecio nados da agroind stria de transforma o Trata se unicamente de subst ncias e produtos conjuntos com origem no beneficiamento de plantas e partes de plan tas As subst ncias descritas constituem um extrato exemplar da lista positiva dos subprodutos de origem puramente vegetal conforme a EEG de 2009
235. bilidade de que substratos cr ticos do ponto de vista higi nico se misturem a substratos in cuos antes da aplica o de medidas de higieniza o O uso de dep sitos fechados para reduzir odores n o se deve somente a exig ncias da legisla o de emis s es O abrigo em galp es uma possibilidade Al m do armazenamento estruturas desse tipo permitem tamb m a recep o e prepara o dos substratos Nelas poss vel capturar o ar exalado e transport lo para equipamentos de purifica o de ar p ex por lavadores e ou filtros biol gicos Em usinas de digest o de resi duos esses galp es s o frequentemente equipados com um sistema de subpress o que al m de aspirar o ar evita em grande parte a sa da de odores Os galp es possibilitam a redu o de odores e protegem os equi pamentos permitindo a opera o e o controle indepen dentemente das condi es clim ticas Eles podem tam b m ser uma forma de atender a regulamentos de prote o contra ru dos A tabela 3 2 mostra uma vis o geral do armazenamento de substratos 3 2 1 3 Tratamento O tipo e o escopo da prepara o dos substratos in fluenciam a sua utilidade geral no que tange ao conte do de material estranho tendo assim influ ncia di reta na disponibilidade da tecnologia da usina Al m disso uma prepara o adequada permite influenciar positivamente o processo fermentativo o que possibi 35 FLW Guia Pr tico do Biog s Gera
236. biodigestor 1 e AOVITAC 101 og Of oT Guia Pr tico do Biog s Gera o e Utiliza o D OG 5 Ea 3 on S 23 E q Po ox D mm Carga org nica volum trica Figura 5 5 Curso da fase de partida biodigestor 2 Carga org nica volum trica kg MOS m d 5 10 15 20 25 30 35 AOVITAC AOVITAC 8 o N a AOVITAC o o Ei O 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 Durag o mm Carga org nica volum trica Figura 5 6 Curso da fase de partida biodigestor 3 O gr fico da figura 5 4 mostra a carga org nica vo lum trica e a rela o AOV TAC durante a partida do biodigestor 1 Ele evidencia que os carregamentos em choques causaram graves dist rbios no processo J ap s o primeiro choque de carregamento relativa mente baixo poss vel identificar a duplica o da re la o AOV TAC A raz o das fortes varia es o ele vado teor de umidade do sistema e a baixa capacidade de tamponamento associada que evidencia o fato de o 102 AOVITAC valor do pH ser muito sens vel adi o de substrato reagindo rapidamente Normalmente o pH um pa r metro que se altera lentamente e na pr tica altera es nesse par metro s o pouco not veis Em virtude da ocorr ncia de instabilidades a partir do 32 dia de opera o foi adotada a estrat gia de partida com adi o de substrato cont nua Por meio do aumento lento e continu
237. biodigestor em n veis reduzidos 3 8 Calhas de alimenta o Calhas de alimenta o se destacam pela robustez e s o uma forma simples de introduzir substratos no biodigestor o que pode ser feito por uma carrega deira permitindo o reabastecimento de grandes quan tidades de substrato em pouco tempo Por ser barata e n o exigir manuten o essa t cnica ainda encon trada em usinas antigas de pequeno porte Como a ca lha se encontra conectada diretamente ao biodigestor 50 essa t cnica pode resultar em fortes odores e escapa mento de metano n o sendo portanto mais adotada na constru o de novas usinas 3 17 Carregamento de substratos empilh veis na fermen ta o a seco princ pio de garagem O biodigestor de baia dispensa a alimenta o autom tica em fun o da sua facilidade de acesso Al m da alimenta o o esvaziamento tamb m se d por meio de equipamentos agr colas convencionais geral mente por carregadeira V lvulas e tubula es As guarni es e tubula es devem ser resistentes corros o e a o de subst ncias Guarni es como acoplamentos v lvulas de gaveta v lvulas de reten o aberturas para limpeza e man metro t m de es tar em posi o bem acess vel ser de f cil opera o e instaladas de forma a n o sofrer congelamento Os Preceitos de Seguran a para Usinas de Biogas da entidade de classe profissional agr cola cont m infor ma es sobre exi
238. biog s tamb m leva em conta aspectos t cnicos legais administrati vos e da remunera o A escolha das dimens es da usina sem a observ ncia das caracter sticas do local demanda de calor aproveitamento de esterco para biog s estruturas e par metros operacionais etc da disponibilidade do substrato e da administra o da m o de obra como j ocorreu antigamente n o re comend vel e pode ocasionar problemas estruturais e econ micos de grande impacto Em suma deve se ter em mente que ao integrar uma usina de biog s nas atividades da empresa agri cola os seguintes fatores t m papel preponderante Demanda de terra e prazos vinculados 20 anos que em certos casos podem ser influenciados pela venda de substrato Esquema de aduba o poss vel aumento da quan tidade de material de deposi o e de nutrientes no ciclo de cultivo Utiliza o de recursos b sicos possibilidade de uso de silos tanques de esterco Administra o da m o de obra abrange a gera o colheita e armazenamento ou obten o da mat ria prima substrato atividades de opera o da usina como o preparo do substrato carregamento moni toramento de processos supervis o manuten o e elimina o de falhas e danos retirada dos restos da digest o tarefas administrativas exemplo produ o colheita e armazenamento de cereais 6 8 h ha comparadas silagem de milho 13 15 h ha O risco do empreendimento
239. buidor de calor MT Energie GmbH A temperatura dos gases de combust o de cerca de 460 a 550 C Para recuperar o seu calor s o usados trocadores de calor de gases de combust o confeccio nados em a o inoxid vel geralmente sob a forma de trocadores de calor casco e tubos 6 13 Os meios de Tratamento do Biog s e Op es de Utiliza o transfer ncia t rmica tipicamente em uso s o o vapor a diferentes press es gua quente e leo t rmico A demanda pr pria de calor pode ser facilmente suprida pelo calor produzido pela usina de cogera o Normalmente a demanda maior apenas no inverno No ver o por outro lado o radiador de emerg ncia tem de retirar a maior parte do calor excessivo a n o ser que o calor possa ser aproveitado externamente Al m do calor necess rio para aquecer o biodigestor que representa aprox 20 a 40 do total de calor pro duzido pode se se tamb m aproveit lo para aquecer depend ncias da empresa e resid ncias por exemplo As usinas de cogera o s o totalmente compat veis com a tecnologia comum de aquecimento e portanto podem facilmente ser conectadas ao circuito de aque cimento Para o caso de paradas da usina de cogera o deve ser colocada uma caldeira para a opera o de emerg ncia equipamento que normalmente j existe na usina Al m de outros consumidores de calor internos p ex aquecedor de est bulo refrigerador de leite o fornecimento de calor para fora
240. ca es da usina n o existe uma confi gura o padr o de equipamentos de controle para usi nas de biog s Os instrumentos utilizados t m de ser adaptados s condi es espec ficas A seguir ser o analisados primeiramente os par metros que podem ser medidos para monitorar o pro cesso biol gico As descri es se referem a usinas de digest o mida As especifica es divergentes dos digestores de baia s o indicadas onde necess rio 5 1 Dados caracter sticos da monito ra o do processo biol gico Monitorar e controlar o processo biol gico representa um desafio Em situa o normal o objetivo da decom posi o anaer bia no setor agr cola atingir uma taxa constante de produ o de metano O tipo de processo mais utilizado o reator semi continuo de mistura completa CSTR Continuous Stirred Tank Reactor Ele permite atingir uma produ o de metano constante ap s se estabilizar o estado operacional No estado es tacion rio as altera es dos par metros do processo s o iguais a zero e s o atingidas as taxas de produ o espec ficas m ximas 5 26 yds dt Ponte Cuida AHV rs 0 Equa o 5 1 Estado estacion rio Q fluxo volum trico 1 d1 entrada sa da V volume de rea o l r taxa de rea o o d 1 S concentra o do substrato na entrada o I S concentra o do substrato g HI Par metros como carga org nica volum trica tempo de reten o ta
241. ca r ter biog nico do g s pode ser apresentado isolada mente na forma de certificados conferidos por entida des independentes O operador da usina de cogera o continua a comprar g s de uma distribuidora de g s natural comum e adquire somente a quantidade ne cess ria de certificados de biometano do fornecedor A dificuldade do modelo de certificados que o ope rador da usina deve garantir que as caracter sticas do g s e da usina requisitos para o pagamento das remu nera es e b nus da EEG t m de ser suficientemente documentadas e n o pode haver a possibilidade de comercializa o dupla O uso de certificados por tanto deve ser antecipadamente combinado com a distribuidora de energia el trica Com a introdu o de um registro de biometano ainda em tr mite quando da elabora o deste manual espera se que o com rcio de biometano seja facilitado 7 4 3 Condi es legais para a conex o rede de g s natural e utiliza o da rede O tratamento e inje o de g s n o imp e apenas desa fios de ordem t cnica mas tamb m quanto aos aspec tos jur dicos Apesar dos entraves as altera es do Condi es Legais e Administrativas Regulamento de Acesso Rede de G s GasNZV e do Regulamento da Remunera o da Rede de G s Gas NEV melhoraram a situa o significativamente O GasNZV e o GasNEV foram alterados pela primeira vez em abril de 2008 e em seguida em julho de 2010 7 4 3 1 Prioridade da
242. ca o que se contrap e diretamente ao poss vel ganho de efici ncia Antes de integrar pro cessos desse tipo deve se realizar testes e an lises adi cionais do substrato tratado a fim de se estimar o ga nho efetivo desse est gio de desintegra o embasando tal avalia o do ponto de vista econ mico e conside rando os ganhos e perdas financeiros 3 2 1 4 Transporte e carregamento Do ponto de vista dos processos biol gicos a situa o ideal para se obter um processo fermentativo est vel que o fluxo de substrato seja cont nuo Como isso ra ramente pode ser observado na pr tica a regra que o carregamento de substrato no biodigestor se d de maneira semicontinua A adi o do substrato se d em v rias cargas ao longo do dia Em consequ ncia disso os equipamentos utilizados no seu transporte n o operam continuamente Isso de suma import n cia no dimensionamento dos componentes A constitui o do substrato um fator essencial na determina o da tecnologia adotada para o seu trans porte e carregamento de modo que substratos bombe veis e empilh veis exigem diferentes tipos de equipa mentos No seu carregamento no biodigestor deve se pres tar especial aten o temperatura do substrato Dife ren as muito grandes na temperatura do material e do biodigestor por exemplo no carregamento ap s o est gio de higieniza o ou durante o inverno influenciam fortemente a biologia do processo e red
243. ca de hidrog nio determina a taxa de forma o do me tano 2 10 De modo geral as quatro fases da decomposi o anaer bia ocorrem paralelamente em um processo de um nico est gio No entanto uma vez que as bact rias t m exig ncias diferentes quanto ao seu habitat tais como o pH e a temperatura deve ser definido um meio termo em rela o tecnologia do processo Como os microrganismos metanog nicos s o o elo mais fraco da biocenose e os mais sens veis a dist r bios em virtude de sua baixa taxa de crescimento as condi es do meio t m de ser adaptadas s suas neces sidades Na pr tica por m qualquer tentativa de iso lar a hidr lise e a acidog nese da metanog nese por meio de dois est gios de processo distintos sistema de duas fases tem xito limitado pois apesar do baixo pH na fase de hidr lise pH lt 6 5 ocorre forma o parcial de metano Por isso al m do di xido de car bono e do hidrog nio o g s de hidr lise cont m tam b m metano e portanto necessita ser consumido ou tratado a fim de evitar riscos seguran a e impactos negativos sobre o meio ambiente 2 11 Fundamentos da Fermenta o Anaer bia Dependendo da constru o e opera o da usina de biog s bem como da natureza e concentra o da ma t ria fresca utilizada como substrato em processos de v rios est gios poss vel definir diferentes condi es do meio em cada est gio da digest o As condi es do mei
244. cadas em detalhe no cap tulo 5 4 2 A parada do biodigestor inevit vel se nessa fase n o ocorrer uma interven o importante lembrar que em fun o do in culo esse dist rbio do processo peculiar por se fazer notar s ap s alguns meses de opera o 5 4 Gest o de dist rbios 5 4 1 Causas dos dist rbios do processo Fala se em dist rbio do processo quando a decompo si o anaer bia no biodigestor influenciada negati vamente e ocorre com intensidade abaixo da ideal Com isso a degrada o dos substratos insuficiente 103 oT Guia Pr tico do Biog s Gera o e Utiliza o Independentemente de sua magnitude os dist rbios do processo sempre t m um impacto negativo sobre a economia de uma usina de biog s Por isso os dist r bios devem ser rapidamente identificados e elimina dos Os dist rbios ocorrem quando as condi es do meio em que as bact rias ou grupos de bact rias se re produzem n o s o ideais Os sintomas do dist rbios se manifestam mais ou menos rapidamente conforme a sua intensidade e em que per odo as condi es do meio se alteraram para pior Na maior parte dos casos os dist rbios se fazem sentir por um aumento cons tante da concentra o de cidos graxos Esse sintoma se manifesta qualquer que seja a causa o que se ex plica pelo fato de as bact rias acetog nicas e metano g nicas serem mais sens veis a varia es no meio que outros grupos de bact ria
245. cap tulo 2 2 2 O aumento da produ o contudo acompanhado de uma libera o mais acentuada de di xido de carbono da fase l quida o que por sua vez ocasiona uma piora do poder calori fico inferior da mistura gasosa O teor de mat ria seca no biodigestor teor de MS pode influenciar o rendimento de g s sob dois aspec tos Por um lado elevados teores de MS dificultam o transporte da mat ria de forma que os microrganis mos s o capazes de decompor somente a parte do substrato com a qual t m contato direto Teores de mat ria seca bastante elevados de gt 40 podem at ocasionar a suspens o da fermenta o em fun o da escassez de gua necess ria para o crescimento dos microrganismos Por outro lado em virtude dos ele vados teores de mat ria seca problemas podem ser causados por inibidores que ocorrem em forma con centrada em fun o do baixo teor de gua O pr tra tamento mec nico ou t rmico dos substratos utiliza dos melhora a sua disponibilidade s bact rias aumentando o rendimento 2 4 Fundamentos da Fermenta o Anaer bia 2 3 4 2 Qualidade do g s O biog s uma mistura gasosa composta principal mente de metano CH e di xido de carbono CO bem como vapor d gua e diversos gases tra o De todos os componentes o de maior import ncia o metano pois ele representa a parte combust vel do biog s e portanto seu teor influencia diretamente o poder calor fico inferior O contro
246. car bono na usina de biog s o autoaquecimento durante a compostagem reduzido em compara o com o ma terial org nico n o tratado Durante a compostagem s o atingidas apenas temperaturas de at 55 C e n o a temperatura m nima de higieniza o de 75 C A compostagem gerada compar vel composta gem convencional e pode ser utilizada imediatamente para o enriquecimento do solo 10 25 Secagem A secagem pode ser realizada com processos j esta belecidos em outras aplica es Tais t cnicas fazem uso de secadores de tambor de esteira ou o m todo de empurramento e revolvimento entre outros Na maioria dos sistemas de secagem o calor transfe rido por um fluxo de ar quente que circula sobre ou atrav s do material secado Essa uma boa oportuni dade de utilizar o calor residual da usina caso ele n o seja utilizado de outra forma Grande parte do am nio contido na fase s lida li berada para o ar de exaust o da secagem na forma de am nia Por essa raz o pode ser necess rio tratar o ar de exaust o para evitar emiss es de am nia Tamb m pode haver a emiss o de odores que se poss vel de vem ser eliminados do fluxo de exaust o pelo acopla mento de um processo de limpeza de ar 204 A secagem permite atingir teores de mat ria seca de no m nimo 80 da fase s lida Isso possibilita que ela seja armazenada e transportada 10 4 1 4 Tratamento posterior da fase l quida Os baixos teores
247. carga org nica volum trica para 2 1 kg MOS m d mantendo a rela o AOV TAC cons tante O primeiro enchimento com biofertilizantes permite um r pido aumento at a carga total A rela o AOV TAC j estava elevada no biofertilizante As diferen as no primeiro enchimento mostram efeitos evidentes na estabilidade do processo e na ve locidade do aumento at a carga total patente que quanto maior a fra o de biofertilizantes e quanto me lhor os microrganismos se adaptarem s caracteristi cas do substrato mais rapidez e estabilidade s o pos s veis na partida do biodigestor A seguir apresentada a evolu o t pica de uma partida com inibi o em fun o de car ncia de micro nutrientes Ap s a partida bem sucedida a usina ope rou com estabilidade entre o 60 e o 120 dia me dida que a opera o prossegue por m o in culo biofertilizantes e esterco lixiviado e as concentra es se estabilizam em fun o do substrato silagem de milho Nesse caso o substrato n o cont m um teor suficiente de micronutrientes o que leva defici ncia e por conseguinte inibi o na forma o de metano Como consequ ncia dessa inibi o os cidos forma dos n o podem mais ser degradados e ap s 120 dias de funcionamento est vel a rela o AOV TAC au menta mesmo ap s a posterior redu o da carga or g nica volum trica ver figura 5 7 As causas e possi veis medidas corretivas s o expli
248. ccionadas em material de alta qualidade ou revestidas com camada protetora principalmente as superf cies n o permanentemente cobertas por substrato gas metro e garantir a impermeabilidade a gases principalmente das conex es ao alicerce e teto e as autoridades frequentemente exigem a instala o de um sistema de detec o de vazamentos e evitar rigorosamente danos nas camadas dos reservat rios de a o de constru o fundo do digestor e s o dotados de uma ou mais pe quenas h lices ou mecanismos de agita o com p s grandes A tabela 3 23 apresenta os valores caracteris ticos de agitadores de eixo longo Exemplos se encon tram na figura 3 32 Outra op o de sistema de agita o mec nica do di gestor baseado em propuls o s o os agitadores axiais Eles s o comumente utilizados em usinas de biog s di namarquesas e operam em regime cont nuo Normal mente esses agitadores s o montados no eixo locali zado no centro do teto do digestor A velocidade do motor de acionamento montado externamente ao bio 58 digestor reduzida a poucas rota es por minuto por meio de um redutor No interior do biodigestor os agi tadores geram uma corrente cont nua que desce pelo centro e sobe pr ximo s paredes Os valores caracteris ticos e par metros operacionais dos agitadores axiais se encontram resumidos na tabela 3 24 e um exemplo apresentado na figura 3 33 Agitadores de palhetas ou carret is s o agitadores de e
249. ceder em car ter persistente a capacidade dos mi crorganismos de decompor os cidos a concentra o continua a se elevar Na aus ncia de interven o os cidos continuam se acumulando at atingir o ponto em que a capacidade de tamponamento do substrato de fermenta o se esgota e o pH decai A degrada o dos cidos inibida pela concentra o elevada da fra o n o dissociada de cidos sendo esse efeito re for ado pela queda do valor do pH dif cil tra ar um limite de concentra o de cido m xima permitida no estado estacion rio j que o equil brio da concentra o condicionado por fatores como o tempo de reten o o substrato utilizado e a presen a de subst ncias inibidoras A t tulo de orienta o s o fornecidos na tabela 5 1 alguns valores relatados na literatura Para avaliar o processo o mais importante que a concentra o de cidos permane a constante A eleva o da concentra o de cidos exige cuidado redo brado Para avaliar o processo em condi es din mi cas ou seja com oscila es nas concentra es de cidos necess rio o uso de modelos de processo Al m do par metro composto dos cidos as suas concentra es separadamente podem fornecer infor ma es complementares Se o espectro indicar que os cidos de cadeias longas aumentam mais que o cido ac tico isso significa que a sua convers o em cido ac tico foi inibida Essa convers o de cidos de
250. ch Mohnopumpen GmbH 47 d Ev Q oL Guia Pr tico do Biog s Gera o e Utiliza o Tabela 3 13 Caracter sticas de bombas dotadas de tremonha para a introdu o de s lidos em fluxos l quidos e fluxo volum trico da suspens o 0 5 1 1 m min conforme o tipo de bomba e a suspens o a ser em parte sens vel a materiais estranhos pedras subst ncias com fibras longas partes de metal Valores e press o de bombeamento at 48 bar caracter sticos deslocada e fluxo volum trico de s lidos aprox 4 12 t h alimenta o por rosca dupla com fragmenta o Aplica o e substratos pr fragmentados e em grande parte livres de materiais estranhos Vantagens elevada capacidade de suc o e recalque constru o robusta op o com prote o contra desgaste adequada para a dosagem op o com fragmenta o por mecanismo de dilaceramento nas roscas de alimenta o Desvantagens Particularidades e fragmenta o agita o e mistura em um s passo Formas construtivas e alimenta o de s lidos personaliz vel por carregadeira dispositivos de transporte e unidades de alimenta o e alimenta o da fase l quida por bomba independente como componente instalado em local seco e alimenta o do substrato com rosca de transporte simples ou dupla para o fluxo de liquido bomba roscas em parte dentadas para a fragmenta o de substrato e bombas preferenciais bomba de pist o rotativo e de cavi
251. cil manuten o A agita o hidr ulica se presta elimi na o de sobrenadantes com restri es podendo por essa raz o ser utilizadas somente para substratos de baixa viscosidade com baixa propens o origina o de sobrenadantes Para avaliar a tecnologia de bombe amento observar tamb m os dados no cap tulo 3 2 1 4 A tabela 3 27 mostra uma vis o geral dos valo res caracter sticos e par metros operacionais da agita o hidr ulica Retirada do material fermentado Para evitar a sa da do g s os biodigestores de mistura completa normalmente possuem um ladr o que fun ciona conforme o princ pio do sif o O substrato dige rido tamb m pode ser retirado por meio de bombas Recomenda se misturar o material antes de retir lo de um reservat rio de biofertilizantes Com isso o usu rio final p ex a agricultura obt m um adubo or g nico com consist ncia e qualidade uniformes Em tais aplica es consagrou se o uso de agitadores com tomada de for a que por n o exigirem um motor de 59 Guia Pr tico do Biog s Gera o e Utiliza o Tabela 3 22 Valores caracter sticos e par metros operacionais de agitadores de h lice acionados por motor submergivel 3 2 3 16 3 17 Valores Geral caracteristicos e a dura o de funcionamento varia conforme o substrato e deve ser determinada na fase de partida e grandes biodigestores podem ser equipados com v rios agitadores Helice e al
252. ciona economia em grandes usinas n o exige dessulfuriza o e secagem a montante adapta o flex vel ao fluxo volum trico de g s elevado consumo de eletricidade exige pouco calor escape de metano elevado Poucos projetos realizados exige dessulfuriza o e secagem pr vias elevado consumo el trico n o exige calor escape de metano elevado n o utiliza produtos qu micos Projeto piloto exige dessulfuriza o e secagem pr vias grande consumo de energia el trica escape de metano muito reduzido n o utiliza produtos qu micos 6 1 3 1 Adsor o com modula o de press o PSA O uso de carv o ativado peneiras moleculares ze li tos e peneiras moleculares de carbono para a separa o f sica de g s constitui a t cnica de adsor o com modula o de press o PSA Pressure Swing Adsorp tion Amplamente utilizado essa tecnologia repre senta o atual estado da t cnica tendo sido adotada em in meros projetos sobretudo na Alemanha Em siste mas de tratamento de biog s s o utilizados quatro a seis adsorvedores conectados paralelamente depen dendo da dura o de cada um dos quatro ciclos do processo adsor o recep o do vapor de H O e CO a uma press o de aprox 6 a 10 bar dessor o pela despressuriza o evacua o dessor o subsequente pela aplica o de g s bruto ou tratado e pressuriza o Essa configura o de equipamento proporciona concentra es de CH de cerca de 97
253. cob mix metano calor e energia combinados do ingl s combined heat and power cobalto di xido de carbono carga org nica volum trica dia Deutsches Biomasseforschungszentrum gGmbH Centro Alem o de Pesquisa de Biomassa digestibilidade demanda qu mica de oxig nio Deutsche Vereinigung des Gas und Wasserfaches e V Associa o T cnico Cient fica Alem para G s e gua EAM EE EEG EFE el ou el tr ENN FB Fe FNR FP FS GEE HS ha KTBL LEO MDPS MF Mg MM equivalente de aduba o mineral extrato et reo Erneuerbare Energien Gesetz Lei Alem de Energias Renov veis empresa de fornecimento de energia el trico extrativo n o nitrogenado fibra bruta ferro Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e V Ag ncia T cnica de Biomassas Dedicadas fornecedor principal fermenta o a seco grama g s do efeito estufa sulfeto de hidrog nio hectare Kelvin Kuratorium f r Technik und Bauwesen in der Landwirtschaft e V Curadoria Alem para a Tecnologia e Constru o na Agricultura litro limite de exposi o ocupacional substitui o MAK antigamente utilizado na Alemanha milho desintegrado com palha e sabugo mat ria fresca magn sio mat ria mineral mangan s 231 Guia Pr tico do Biog s Gera o e Utiliza o Mo MOS MS N N E NADP NawaRo NH NH PB ppm PV 232 molibd nio mat ria org nica seca mat
254. com a respectiva autoriza o Caso n o haja essas possibilidades necess ria a conex o a uma esta o de tratamento com suficiente capacidade hidr ulica e biol gica e os custos envolvidos devem ser considera dos Tabela 10 10 Teores de nutrientes das fra es calculados para os processos de tratamento por meio de modelos matem ticos Concenira o em Processo de tratamento Ben o meng Sem tratamento L quida Separa o S lida 12 Liquida 88 Secador de esteira S lida 5 L quida 88 Exaust o 7 Membrana S lida 19 L quida 37 Efluentes tratados 44 Evapora o S lida 19 L quida 31 Aguas residu rias 50 Esgotamento stripping S lida 27 Liquida SA 3 Aguas residu rias 70 SA solu o de sulfato de am nio Norg NH N BO Ka kg t kg t kg t kg t 2 0 3 6 2 1 6 2 4 9 2 6 5 5 4 8 L 3 7 16 6 4 13 3 0 7 14 9 12 9 16 3 7 1 6 6 4 4 9 4 4 6 8 4 5 2 8 7 4 2 1 14 4 Valores limite atingidos para descarga em cursos d gua 4 9 4 4 6 8 4 5 3 4 8 9 2 5 17 3 inadequadas para descarga em cursos d gua 6 8 So 7 5 27 0 0 80 6 0 0 0 0 inadequadas para descarga em cursos d gua Tabela 10 11 Avalia o dos processos para o tratamento de biofertilizantes Separa o Confiabilidade operacional Grau de dissemina o Custos Aproveitamento dos produtos Fase s lida o L quida rica em nutrientes o L quida pobre em nutrientes muito bom bom o m dio insuficiente
255. condensado em todos os segmentos da tubula o de g s e a declividade da tubula o deve ser tal que pequenos afundamentos n o origi nem pontos de topo n o previstos na tubula o Isso se provou ser um fator de extrema import ncia Em virtude das baixas press es no sistema pequenas quantidades de gua condensada j s o suficientes para ocasionar entupimento total da tubula o Os va 51 3 Ss Q Guia Pr tico do Biog s Gera o e Utiliza o Figura 3 21 Plataforma de trabalho entre dois reservat rios com tubula o e dispositivos de al vio de press o esquerda tubula o de g s com soprador compressor direita MT Energie GmbH esquerda DBFZ direita Tabela 3 18 Caracter sticas de biorreatores com mistura completa conforme 3 1 e 3 3 Valores e permitem dimens es para capacidades de at 6 000 m embora maiores dimens es signifiquem maior caracter sticos complexidade t cnica no controle de processos e na agita o e normalmente confeccionados em a o ou concreto Aplica o e praticamente todos os tipos de substrato preferencialmente os bombe veis com teor de mat ria seca m dio ou baixo os equipamentos de transporte e agita o devem ser adaptados ao substrato e recircula o em caso de digest o nica de biomassa dedicada e adequados para alimenta o cont nua semicontinua e descont nua Vantagens arquitetura de baixo custo em reatores com volume superior a 300 m o
256. conforme os equipamentos instalados sensores de temperatura agitadores bombas o tanque em si n o deve exigir manuten o Figura 3 9 bomba submergivel com arestas de corte no rotor da unidade de fragmenta o e transporte ITT FLYGT Pumpen GmbH Figura 3 10 Higieniza o com resfriamento TEWE Elektronic GmbH amp Co KG em desequil brio ou seja que nas fermenta es prim ria e secund ria a forma o de cidos ocorra mais rapi damente que a sua oxida o na metanog nese 3 19 Al m disso a efici ncia no uso do substrato decresce com o aumento da carga org nica volum trica e dos tempos de reten o curtos Em casos extremos pode ocorrer acidifica o e colapso do biodigestor Para con tornar esse problema os processos de hidr lise e de acidifica o podem ser realizados antes de atingir o biodigestor em tanques separados ou pode se ter um espa o isolado no interior do biodigestor por meio de estruturas especiais p ex em biodigestores bif sicos A hidr lise pode ocorrer sob condi es aer bias e anae r bias e com valores de pH entre 4 5 e 7 Temperaturas de 25 a 35 C geralmente suficientes podem ser eleva das para 55 a 65 C a fim de proporcionar maior taxa de degrada o Como local de armazenagem podem ser usados diferentes reservat rios de alimenta o verti cais horizontais com seus respectivos equipamentos tais como agitador capacidade de aquecimento e isola mento A
257. conhecida a forma como se d a sua digest o 1 5 3 Atualidade dos dados A elabora o deste guia de produ o e uso do biog s foi baseada em trabalho de base realizado em 2008 e 2009 e dados coletados neste per odo Assim ele des creve o estado da arte em usinas de biog s em meados de 2009 A discuss o da legisla o por exemplo faz refer ncia Lei Alem de Energias Renov veis de 2009 sujeita a emendas regulares e alinhada com a si tua o do mercado emenda mais recente em 1 de ja neiro de 2012 No contexto internacional esta lei um exemplo de como poss vel estabelecer com xito um mercado de biog s As diferentes circunst ncias e contextos podem exigir a implementa o de diferen tes medidas a fim de atingir resultados positivos 1 5 4 Escopo dos dados Al m dos fatos e dados importantes para a compreen s o das informa es e procedimentos relevantes o guia tamb m cont m os dados necess rios para reali zar c lculos e estimativas iniciais Outros dados foram omitidos em prol da clareza e transpar ncia O Guia Pr tico do Biog s o produto de pesquisas cuidadosamente realizadas e in meras consultas com especialistas Ainda que n o se pretenda que os dados sejam absolutamente completos e precisos acredita mos ter cumprido o objetivo de apresentar com abrang ncia e profundidade as reas fundamentais da produ o e utiliza o de biog s Finalidade deste Guia 19 Ev Q
258. consumir pouca energia el trica em compara o com refrigeradores de com press o embora estes consigam produzir temperatu ras mais baixas No meio agricola o processo amp utili zado com diversas finalidades tais como o resfriamento de leite e a climatiza o de est bulos 6 2 5 3 Conceitos de convers o posterior de energia O ORC organic rankine cycle ciclo org nico de Rankine uma tecnologia que permite converter em eletricidade fra es do calor excedente da usina de co gera o mesmo a baixas temperaturas Essa tecnolo gia funciona sob um princ pio an logo ao da m quina a vapor cf 6 14 com a diferen a de que em vez de utilizar a gua como fluido de trabalho faz uso de subst ncias com baixos pontos de condensa o e ebu li o O processo teve origem na tecnologia de gera o de eletricidade a partir de energia geot rmica que h anos j vem sendo utilizada com xito Atual mente v m sendo testados fluidos de trabalho com menor impacto ambiental tais como o leo de silicone Essas subst ncias dever o substituir as subst ncias le vemente inflam veis tolueno pentano propano etc e as prejudiciais ao ambiente CFC eliminando as do mercado 6 14 Embora o processo OCR muitas vezes j tenha sido realizado em combina o com usinas de gera o de energia a partir da madeira o uso dessa tecnologia associada combust o de biog s com mo tores ainda se encontra em fase de desenvolvi
259. continuidade B nus de deiere An o vetores da transfer ncia de calor cogera o Fes Ce energ ticos f sseis O 0 Ch 0 ob d nd 0 a O direito ao b nus de cogera o s se efetiva se os custos adicionais ocasionados pelo fornecimento de calor forem de no m nimo 100 por quilowatt b Fornecimento de calor somente nos meses de inverno podendo variar muito conforme a faixa de temperatura do regime de cultivo e dimens es da estufa c Conforme a constitui o das resid ncias a serem aquecidas Recomend vel em reas de alta densidade populacional cujos edif cios tenham mau isolamento bem como para grandes consumidores municipais e comerciais d Somente para atender demanda b sica Picos de demanda devem ser supridos por outras fontes de energia Quantidade de calor transferido restrita pelos limites do Anexo 3 da EEG e f Investimento referente ao sistema de refrigera o por absor o como custo de gera o de calor o que explica o por qu do reduzido investimento A canaliza o local de calor com canaliza o principal e as esta es de transfer ncia e conex es residenciais respondem com 70 pela maior parte dos investimentos O c lculo considerou uma demanda m dia de investimentos 180 para a canaliza o local de calor de 410 m dos quais apenas 50 a 90 m devidos ao material da canaliza o de calor Conforme o pre o de venda da usina de cog
260. controle Programa de medi o para usinas de biog s para a monitora o do processo biol gico modo de opera o normal Propriedades dos gasos ah Steechen e ebe ee Bien Sa RA a En Propriedades dos componentes do biog s EEN 107 Efeito t xico do sulfeto de hidrog nio sinsear aniisi esii 108 Processos de dess lfurizac o 2 2 222 2 2a EHER SNI doa are ata tada 116 Valores caracter sticos e par metros operacionais da biodessulfuriza o no biodigestor 116 Valores caracter sticos e par metros operacionais de equipamentos externos debiodessulfuriza o mas i esistsa cagada ran ar RR RR IN als gana ERES AN DAHIN seien 118 Valores caracter sticos e par metros operacionais da lavagem bioqu mica externa de g s 119 Valores caracter sticos da dessulfuriza o qu mica interna E 119 Valores caracter sticos da dessulfuriza o com carv o ativado eres 120 Compara o entre os m todos de purifica o do metano E 121 Valores caracter sticos e par metros operacionais de motores a g s do ciclo Otto 126 Valores caracter sticos e par metros operacionais de motores com igni o a compress o 126 Limites de emiss es da TA Luft de 30 07 2002 para motores de combust o conforme N 1 4 inclusive 1 1 e 1 2 4 Regulamento Alem o de Prote o contra Emiss es ENEE 127 Taxas de remunera o para usinas de biog s inauguradas em 2011 147 Pr
261. css sneseseanires is cossasndererosendcosb do dorioseneaada so asseio rosada cassar dadas cassa nadadora 32 3 1 3 N mero de fases e est gios do processo EEN 33 Guia Pr tico do Biog s Gera o e Utiliza o 3 2 T ppel 33 3 2 1 Gerenciamento de oaubetrato een 34 Ke 52 3 2 3 Armazenamento do substrato digerido neneeseeseneensenensenenensenenenennensnnenensenenenennenennnnenenne 67 3 24 Armazenamento RE 69 3 3 Normas e recomenda es t cnicas relevantes E 72 3 4 Fontes bibli gr ficas usina das inha nas annnina a abnnadn dantas an ioa Ea TEES 72 4 Descri o de Substratos Selecionados essesssnesssnssnnessnssnsnnsnnnsssnnsnneneee 74 J FRIEHE P WEILAND A SCHATTAUER 4 1 Substrat s da gricultura seneuenesesunnnnieten nennen inneren 74 At Adubos Org nicos ansescsincusisensdsssnsnssansstskessnst nnnsgnnansshinstsrtnunsennahatnendestssnhehtnahehduhsBsntet chaptkekredens tr 74 41 2 Biomassasidedicadas EE 75 4 2 Substratos da agroind stria de transforma o REENEN 78 42 1 Fabrica o deoetreeia enee Eeer 78 e TE E 79 4 2 3 Brod uc o debiodiesel u usuu 0uen nieht 79 42 4 Processamento de batatas fabrica o de amidoi nennen 80 4 2 5 Prodii o deagugar i EE 80 42 6 Subprodutos do beneficiamento de frutas EEN 80 4 3 Subprodiuito vegetal conforme a BEG eieiei edd 80 4 4 Propriedades e produ o de subprodutos vegetais EEN 81 4 5 Residuos verdes gr ama sa sad eer 81 4 6 Material prov
262. cultor s o calculadas com base no tamanho da usina de biog s e na demanda da cultura de gado ver tabelas 9 1 e 9 2 Para efeito de c lculo o valor de cria o de gado leiteiro agrega al m da demanda de ra o b sica tamb m a rea necess ria para a ra o con centrada Tabela 9 2 Terra exigida imobiliza o de capital e tempo de trabalho necess rio de diferentes atividades Terraexigida 1 1 118 ha 79 183 ha 0 77 67 ha ha vaca UBG Imobiliza o 876 2 748 4660 6 126 5 106 de capital ha M o de obra 9 3 15 5 65 6 31 1 66 7 exigida homem hora ha UBG Usina de biog s VL Vacas leiteiras A partir da rea de terra determinada calculam se a m o de obra exigida e a sua aloca o nos diferentes prazos da gera o de plantas destinada ao forneci mento de substrato A aloca o da m o de obra tam b m ocorre nas atividades de opera o de uma usina de biog s agr cola com todas as suas vari veis como o tipo e a quantidade de substrato as solu es t cnicas e construtivas e a forma como o neg cio ou a ativi dade s o integrados em uma empresa existente ou a ser criada Exemplo com base no tempo de trabalho por uni dade de rea de terra uma usina de biog s de 150 kW necessita de aprox 50 do tempo de trabalho neces s rio para a cria o de gado leiteiro em rea equiva lente cf figura 9 3 O tempo exigido de trabalho da usina de biog s resulta de aprox 60 do cul
263. cumprimento de uma s rie de requisitos Amb gua a regulamenta o per tinente aos biofertilizantes de origem puramente ve getal Em algumas usinas de biog s a fase l quida da se para o utilizada como material de recircula o O reduzido conte do de mat ria seca permite que a de posi o seja precisa e com menos perdas de NH Em fun o do teor de f sforo inferior dos biofertilizantes tratados comparado ao n o tratado permite que se jam utilizados em grande quantidade em regi es com cria o de gado intensiva pr ximo ao local de produ o pois nessas reas a deposi o normalmente limi tada pelos teores de f sforo dos solos Um ciclo poste rior de tratamento da fase l quida permite resolver o problema regional de excesso de nitrog nio pois a mera separa o n o proporciona a redu o do volume transportado Frequentemente a comercializa o de produtos ri cos em nutrientes da fase l quida tratada poss vel apenas de forma restrita Embora as suas concentra es de nutrientes sejam maiores que as dos biofertilizantes tabela 10 16 o que viabiliza o seu transporte elas s o bastantes inferiores s concentra es em adubos mine rais Essa baixa concentra o pode em alguns casos di ficultar o aproveitamento em fun o da falta de equipa mentos adequados para realizar a deposi o A deposi o com distribuidores com reboque de man gueiras usado para a deposi o de dejetos
264. d vel o poss vel detectar um pat geno 10 2 uso de uma cobertura p ex com palha picada tam O exame em s rie tamb m comprovou que o indi b m em fun o das emiss es de odores associados cador n mero de plantas e partes de plantas com ca am nia tabela 10 5 pacidade de germinar brotar importante para ava liar o grau fitossanit rio foi geralmente cumprido na pr tica pelas usinas analisadas 10 2 Tabela 10 5 Coberturas para dep sitos de biofertilizantes para a redu o de emiss es de am nia 10 7 Sobrenadante 20 70 Baixa efic cia com deposi o natural frequente de biofertilizantes Palha picada 0 5 lt 1 70 90 Baixa efic cia com deposi o frequente de biofertilizantes Granulado 11 10 2 5 80 90 Necess rio repor material perdido Corpo flutuante 35 20 3 2 90 98 Longa vida til novidade pouca experi ncia Lona flutuante 38 10 5 3 80 90 Exige pouca manuten o custo elevado inviabiliza uso em grandes reservat rios Teto de lona 50 15 53 85 95 Exige pouca manuten o n o permite entrada da gua de chuva Teto de concreto 85 30 6 2 85 95 Baixo custo n o permite transit vel entrada da gua de chuva at 12 m de di metro a At o momento existem poucos estudos dedicados redu o de emiss es em usinas em funcionamento Os valores s o derivados de estudos e experi ncia com o esterco l quido su no b Conforme as caracter sticas do sobrenadante c N
265. da an lise de causas As causas de dist rbios e sua solu o s o tratadas no cap tulo 5 4 1 A coleta ou o preparo dos dados devem ser na forma eletr nica para permitir o acompanhamento de tend ncias e correla es de longo prazo Na maior parte das usinas a avalia o do processo se baseia na experi ncia do operador da usina Essa avalia o pode ser realizada com mais precis o e obje tividade por um monitor de processos que analisa os dados com base em modelos matem ticos que descre vem o processo A avalia o da evolu o do processo sem um modelo matem tico fica impossibilitada prin cipalmente no caso de altera es din micas tais como trocas de substrato ou modifica es da quantidade de carga O mesmo vale para progn sticos do comporta mento do processo para a defini o das quantidades de carga futuras Visando avalia o somente sistemas de controle baseados em modelos s o capazes de fornecer prog n sticos quanto evolu o do processo Se os valores medidos n o forem integrados em um modelo no Opera o de Usinas de Biog s Tabela 5 6 Programa de medi o para usinas de biog s para a monitora o do processo biol gico modo de opera o normal Quantidade carregada di ria di ria Temperatura di ria di ria Quantidade de sa da di ria di ria Volume de g s formado di ria di ria Valor do pH lg H 0 mensal semanal Concentra o de am nio g l mensal semanal teor total
266. da de inibi o e redu o da produ o de g s a exig ncia m nima em qual quer sistema de monitora o e objetiva prevenir con tra quedas graves no desempenho Al m disso a mo nitora o deve ser suficientemente exata a ponto de permitir o controle da produ o de g s e garantir que a usina de cogera o seja adequadamente abastecida O grau de automa o depende das dimens es do equipamento Quanto maior a usina mais complexos se tornam os diversos subprocessos o que exige a au toma o Com o aumento do grau de automa o au menta tamb m a independ ncia do pessoal t cnico possibilitando a monitora o dist ncia e a redu o de erros humanos Usinas com grande carga org nica volum trica e ou curtos per odos de reten o que utilizam subs t ncias inibidoras em altas concentra es ou que alter nam misturas de substratos est o particularmente su jeitas a um elevado risco de sobrecarga do processo 93 og gi oT Guia Pr tico do Biog s Gera o e Utiliza o Esse risco deve ser compensado com os devidos in vestimentos em equipamentos de monitora o O cap tulo 5 3 cont m estimativas do custo de sis temas de monitora o 5 2 Monitoramento e automa o da usina Existem diversas op es para controlar os processos e equipamentos indo desde protocolos operacionais at sistemas de controle e registro de dados totalmente automatizados figura 5 2 Os fatores a conside
267. dade em sistema combinado de energia el trica e calor At 2 MW de pot ncia comprova o nica da gera o de eletricidade em sistema combinado por meio da apresenta o da documenta o do fabricante Comprova o de um especialista ambiental de que o calor utilizado conforme a lista positiva ou energias f sseis s o substitu das em 75 originando custos adicionais que montam 100 por kW de pot ncia t rmica e B nus de biomassa dedicada Di rio de mat ria prima com informa es e comprovantes sobre o tipo quantidade e unidade bem como origem das subst ncias Comprovante da propor o de subprodutos vegetais emitida por um especialista ambiental e B nus de esterco l quido Comprovante de um especialista ambiental de que a usina utiliza continuamente no m nimo 30 em massa de esterco e B nus de controle da polui o atmosf rica Certificado emitido pela autoridade competente da conformidade aos valores limite de formalde do e B nus de tecnologia Comprova o dos pr requisitos para o tratamento do g s conforme o n I 1 a d do Anexo QQ Q e B nus de conserva o da paisagem Comprova o por especialista ambiental da propor o de material oriundo de poda desbaste e corte sobre a massa total dade que se baseia no uso dessas tecnologias e proces sos Se em uma usina de cogera o tamb m for gerada energia el trica por meio de outros processos que n o se enquadram nos requisi
268. dade de fechamento da v lvula de reten o em fun o de material estranho e tubula es de ferro fundido s o inadequadas pois tendem a acumular mais res duos que tubos de pl stico com parede lisa Tabela 3 17 Valores caracter sticos de guarni es e tubula es de gases Valores e material da tubula o PEAD PVC a o ou a o inoxid vel n o utilizar tubos de cobre e demais metais caracter sticos n o ferrosos conex es flangeadas soldadas coladas ou parafusadas Particularidades e garantir que todas as guarni es e tubula es n o estejam sujeitas ao congelamento e sempre instalar os tubos inclinados a fim de evitar a acumula o indesejada de condensados risco de entupimento e possibilidade de purgar o condensado de toda a tubula o de g s drenagem via condensado e todas as v lvulas devem ser bem acess veis ser de f cil manuten o e poder ser operadas de uma posi o segura e ao assentar a tubula o no solo observar a estanqueidade antes da instala o a coloca o sem tens es e utilizar compensadores ou cotovelos de 180 conforme necess rio Figura 3 20 Tubula es e v lvulas em uma esta o de bombeamento v lvulas de gaveta DBFZ legisla o e das normas t cnicas no que tange s ca racter sticas de material precau es de seguran a e inspe es de estanqueidade visando opera o se gura da usina de biog s 3 18 Deve existir a possibili dade de purgar o
269. dade pro gressivanfdireita un0000200uen0000nnn nennen 47 Carregamento de biomassa empilh vel com pist o de alimenta o en 48 Carregamento de biomassa empilh vel com transportador helicoidal ee 49 Tubula es e v lvulas em uma esta o de bombeamento v lvulas de gaveta 51 Plataforma de trabalho entre dois reservat rios com tubula o e dispositivos de al vio de press o esquerda tubula o de g s com soprador compressor direita s ssssssessseseesreesresresen 52 Biodigestor de mistura completa com agitador de eixo longo e demais equipamentos 54 Reator de fluxo pistonado digest o mida ENEE 54 Reator de fluxo pistonado digest o seca REENEN 54 Biodigestor de fluxo pistonado exemplos pr ticos cil ndrico esquerda retangular com gas metro montado no topo direita ENEE 55 Exemplo de biodigestor de baia bateria de biodigestores e port o do biodigestor en 55 Biodigestot de camara dupl einige ennenlenenninnalanneknseiseinadieikuedsheiiksnneninssieneknseisenn 55 Exemplos de configura es especiais na fermenta o a seco reator sequencial em batelada esquerda biodigestor de baia com agitador centro est gio de metaniza o da digest o se ca mida e gas metro externo direita ENNEN 57 Constru o de um biodigestor de concreto EE EEEEEE 57 Biodigestor de a o inoxid vel em fase de constru o E 59 Figura 3 31 Figura 3 32 Figura 3
270. dade progressiva em parte integrada em bomba dotada de tremonha Manuten o R t e qe e er e e rem TG e f cil manuten o em virtude da constru o exige somente breves interrup es na opera o Figura 3 18 Carregamento de biomassa empilh vel com pist o de alimenta o PlanET Biogastechnik GmbH As caracter sticas essenciais dos sistemas de ali menta o indireta se encontram na tabela 3 13 Introdu o direta por meio de pist o de alimenta o No carregamento por meio de pist o de alimenta o os substratos s o comprimidos por um pist o hidr ulico diretamente para o interior do biodigestor atrav s de uma abertura na sua parede localizada pr xima ao fundo do biodigestor A introdu o pr xima ao solo faz com que o substrato se misture ao esterco l quido redu 48 zindo com isso a forma o de sobrenadante O sistema equipado com rolos misturadores que se movimentam um contra o outro empurrando o substrato para o cilin dro localizado abaixo deles e ao mesmo tempo frag mentando as fibras longas 3 1 O sistema de introdu o normalmente combinado a um reservat rio de alimen ta o ou se encontra instalado abaixo dele Os valores ca racter sticos dos pist es de alimenta o est o na tabela 3 14 O equipamento ilustrado pela figura 3 18 Tecnologia de Usinas para a Produ o de Biog s Tabela 3 14 Valores caracter sticos e par metros operacionais de pist es de a
271. das fontes de calor biog s e leo de aquecimento Assumindo um pre o de 0 70 l de leo de aqueci mento pode se economizar aproximadamente 1 318 a mediante a substitui o de leo pelo biog s Esse item o motivo pelo qual os custos vari veis da secagem com calor oriundo do biog s sejam muito in feriores aos do leo de aquecimento Se o c lculo in cluir o b nus de cogera o de aprox 470 para a ele tricidade equivalente resulta para a secagem de cereais por calor residual de cogera o uma vanta gem de custo de 2 035 por ano Em rela o safra os custos de secagem por biog s s o de 1 66 por tone lada de cereal comercializ vel comparados a 4 24 t na secagem por leo de aquecimento 175 o qe Oo Guia Pr tico do Biog s Gera o e Utiliza o Tabela 8 18 An lise custo benef cio do processo de secagem de cereais com calor residual do biog s de cogera o sem considerar o b nus de cogera o 8 9 modificado conforme 8 8 150 kW Secador em cascata Unidade Pressupostos Secador em cascata Secador de 500 kW 500 kW 150 WW 500 kW Secagem m vel Secagem m vel alimenta o e viragem Em lugar de um gerador de calor leo de aquecimento utilizado um trocador de calor para transferir a energia t rmica da usina de cogera o para o equipamento de secagem Quantidade de calor utilizavelda MWh a 1 136 usina de biog s ap s dedu o do aquecim
272. de apoio membrana interna Biog s Armazenamento de membrana dupla De uso amplamente disseminado s o os telhados infl veis sobre os quais esticada uma segunda lona como prote o contra intemp ries Um soprador se encarrega de introduzir ar entre as duas lonas Assim a lona superior sempre se encontra esticada e sob ten s o e a pel cula inferior se ajusta ao volume de biog s armazenado A press o do g s mantida pratica mente est vel nesse sistema 3 2 4 2 Gas metros externos Um dos tipos de gas metro externo de baixa press o o bal o pl stico geralmente tamb m de PVC A fim de proteger contra a a o clim tica o bal o pl stico abrigado em um edif cio adequado ou equipado com uma segunda lona figura3 39 A figura 3 40 ilustra um gas metro externo As especifica es de gas me tros externos se encontram na tabela 3 35 Tecnologia de Usinas para a Produ o de Biog s Figura 3 39 Base de suporte de cobertura infl vel esquerda usina de biog s com coberturas infl veis MT Energie GmbH Tabela 3 36 Valores caracter sticos e par metros operacionais de flares Valores caracter sticos fluxos de at 3 000 m h poss veis temperatura de combust o de 800 1 200 C e material a o ou a o inoxid vel Aplica o qualquer usina de biog s Particularidades e possibilitam queima aberta ou enclausurada e permitem atender s diretrizes t cnicas alem s para a manute
273. de digest o pode sofrer uma queda de v rios graus em pouco tempo A causa nem sempre um defeito no sistema de aquecimento o que mostra o seguinte cen rio 104 Se a usina de cogera o parar o calor necess rio para aquecer o biodigestor come a a escassear ap s um determinado tempo A queda da temperatura inibe a atividade das bact rias metanog nicas que apenas conseguem sobreviver em uma estreita faixa de temperatura 5 1 Nesse aspecto as bact rias hi drol ticas e acidog nicas s o menos espec ficas conse guindo sobreviver mesmo ap s uma queda da tempe ratura A consequ ncia por m que os cidos no digestor se tornam mais concentrados principalmente se a introdu o de substrato n o for reduzida ou sus pensa a tempo Em um caso como esse al m da inibi o pela baixa temperatura ocorre tamb m uma queda do pH com o aumento da acidez em todo o conte do do digestor A queda da temperatura do digestor tamb m pode ser causada pela adi o de grandes quantidades de substrato n o pr aquecido ou pelo aquecimento in suficiente do digestor p ex pela perda dos sensores de temperatura O importante em um processo est vel n o a temperatura absoluta mas sim a temperatura constante Uma altera o brusca de temperatura seja ela um aumento ou uma queda geralmente significa um risco ao processo de degrada o Por isso o con trole regular da temperatura de fermenta o de grande import nci
274. de el trica Ao planejar e construir a usina de biog s muito im portante que ainda na fase inicial o operador entre em contato com a distribuidora de energia para discu tir todas as modalidades de conex o da usina rede O primeiro passo informar distribuidora o prop sito de construir uma usina de biog s e cogera o em um determinado local Deve tamb m ser informada a pot ncia el trica prevista na instala o Antes que os trabalhos de conex o rede sejam iniciados geralmente deve ser feita a chamada avalia o de compatibilidade com a rede Essa avalia o tem como objetivo determinar se onde e sob que cir cunst ncias a inje o da pot ncia el trica pretendida pelo operador da usina vi vel do ponto de vista fi sico e t cnico Na pr tica a avalia o de compatibili dade com a rede geralmente realizada pela distribui dora de energia el trica A avalia o contudo tamb m pode ser realizada por terceiros Nesse caso a distribuidora se obriga a fornecer ao operador da usina todas as informa es necess rias para a condu o da avalia o O operador da usina se compromete a manter os custos de conex o rede o mais baixo poss vel e defi nir um ponto de inje o na rede que esteja o mais pr ximo poss vel da usina Isso corresponde tamb m ao caso padr o previsto na lei O ponto em que a energia injetada na rede chamado de ponto de en trega ou conex o pode no entanto e
275. de nitrog nio g kg Produ o de g s espec fica 1 kg MOS mensal semanal Tempo de reten o mensal semanal melhor dos casos fornecem um retrato instant neo da situa o n o sendo adequados para o controle din mico Como regra geral na opera o de uma usina se a altera o do regime de alimenta o for inevit vel ela s deve ser feita se seus efeitos puderem ser compreen didos Ou seja apenas um par metro deve ser modifi cado e os demais mantidos constantes Caso contr rio os efeitos n o podem mais ser associados s causas impossibilitando a otimiza o do processo Para a opera o normal deve se evitar a realiza o de digest o simples sendo prefer veis composi es de substrato variadas mas constantes ao longo do tempo Visando otimiza o pode se modificar as fra es da mistura at que se atinja a rela o ideal en tre a carga org nica volum trica e o tempo de reten o O processo biol gico atinge seu pico de efic cia sob condi es constantes O ajuste de quantidades de alimenta o constantes e a composi o do substrato com elevada precis o portanto um importante passo rumo otimiza o do processo 5 3 2 Processo de partida O processo de partida se distingue da opera o nor mal no sentido de que o estado estacion rio nunca atingido Os processos em atividade sofrem uma constante varia o dos par metros Para executar o processo nesse estado em s
276. de recep o do operador da usina de cogera o Nesse caso n o ocorre o transporte f sico do biometano mas sim o transporte virtual do ponto de inje o ao ponto de sa da conforme as regras do com rcio de g s Para isso o fornecedor do g s utiliza normalmente contratos do pool de contabiliza o de biog s O fato de o ponto de sa da da usina de cogera o estar atribu do a pool de contabiliza o de biog s no entanto n o por si uma prova de que seja utili zado exclusivamente biog s na usina de cogera o A raz o que caso o pool de contabiliza o de biog s apresente um saldo negativo ao fim do ano a distri buidora de g s n o obrigada a compensar esse saldo com biometano Assim os operadores de usinas t m que comprovar junto distribuidora tamb m no caso de fornecimento pela empresa que realiza a inje o que a quantidade de biog s medida em equivalente mec nico de calor foi injetada ao longo do ano e atri bu da usina de cogera o 7 4 2 2 Modelo de certificados Os fornecedores de g s em vez de disponibilizar o biometano ao ponto de sa da tamb m t m a op o de vender ao operador da usina de cogera o apenas o biometano permitindo o aproveitamento de suas qualidades biog nicas Para isso o fornecedor comer cializa o g s injetado como g s natural comum per mitindo a separa o f sica das qualidades biog nicas do g s Assim como no setor de energia el trica o
277. de tll Johann Heinrich von Th nen Institut GD Institut f r Agrartechnologie und Biosystemtechnik Bundesallee 50 38116 Braunschweig Alemanha Internet www vti bund de Bayrische Landesanstalt f r Landtechnik LfL Institut f r L ndliche Strukturentwicklung Betriebswirtschaft und Agrarinformatik Menzingerstra e 54 80638 Munique Alemanha Internet www lfl bayern de PARTA Buchstelle f r Landwirtschaft und Gartenbau GmbH Rochusstra e 18 53123 Bonn Alemanha Internet www parta de Rechtsanwaltskanzlei Schnutenhaus amp Kollegen Reinhardtstr 29 B 10117 Berlin Alemanha Internet www schnutenhaus kollegen de 233 Editor FACHAGENTUR Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e V FNR MNACHWACHSENDE ROHSTOFFE e V OT G lzow Hofplatz 1 18276 G lzow Pr zen Alemanha Tel 49 38 43 6930 0 Fax 49 38 43 69 30 102 info fnr de e www fnr de Publicado pela Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e V FNR com o apoio do Minist rio da Nutri o Agricultura e Defesa do Consumidor da Alemanha em virtude de uma decis o do Parlamento Federal Alem o FNR 2013
278. determina o e avalia o do estado atual da usina a ser inspecionada O pagamento pode ser na forma de taxa nica ou calculado conforme o trabalho efetivo e deve se definir se haver uma nica inspe o ou se ocorrer o inspe es regulares O contrato de manuten o cont m as medidas ne cess rias para a manuten o do estado alvo As ativi dades a executar devem ser inclu das em uma lista a ser referida como parte integrante do contrato As ati vidades devem ser peri dicas ou realizadas conforme o estado da usina As partes do contrato podem esti pular que o pagamento seja na forma de uma taxa fixa ou pelo trabalho efetivamente realizado Conforme o contrato tamb m poss vel incluir nos servi os a eli mina o de falhas que o operador n o tem condi es de sanar O contrato de reparos abrange todas as medidas necess rias para a restitui o do estado alvo A defini o das atividades a executar se d com base nas con di es de cada caso O pagamento normalmente cal culado por trabalho efetivo 6 1 O contrato de conserva o tamb m chamado de contrato de manuten o completa abrange as medi das necess rias para garantir a seguran a da opera o trabalhos de manuten o e reparo instala o de pe as de substitui o e reposi o de insumos excetu ando se o combust vel Ele inclui tamb m a denomi nada revis o geral em fun o do seu per odo de vig ncia normalmente de 10 a
279. deve subestimar a m o de obra envolvida na aquisi o embora n o se conhe am os seus valores exatos O fornecimento o mais duradouro e cont nuo poss vel uma tarefa que depende em ltima inst n cia da habilidade comercial do operador da usina Se o substrato for transportado pelo operador da usina de biog s a m o de obra necess ria tem obviamente um impacto sobre a organiza o das opera es e os custos envolvidos O transporte na empresa e entre empresas algo inerente atividade de agroempresas principalmente no caso de usinas de biog s operadas em cons rcio Deve se planejar n o apenas a m o de obra extra mas tamb m os custos associados que podem ter um peso decisivo Com muita frequ ncia se utilizam esterco l quido ou dejetos s lidos da cria o de animais ou re s duos do processamento de cereais beterraba e horti frutigranjeiros entre outros produtos importante sempre observar a rela o entre o valor do produto 188 para a gera o de eletricidade e o pre o inclusive o transporte Antes de firmar coopera es ou contratos de forne cimento deve se esclarecer antecipadamente a viabili dade do transporte Isso vale especialmente para a de fini o do local da usina 9 1 3 2 Tempo de trabalho necess rio para a super vis o de uma usina de biog s No mbito do Programa de Medi o de Biog s II foi realizado ao longo de dois anos um amplo estudo que analisou di r
280. digitais para a entrada de emissores de sinal e sondas de medi o e para a sa da para diversos atua dores e instrumentos de indica o O ramo do biog s pode tirar proveito de conex es especiais para apare lhos de medi o que utilizam a porta RS 232 No mercado tambem est o disponiveis diversos ti pos de controladores para a comunica o com o bus 5 2 1 Sistema de bus Os ltimos anos testemunharam uma crescente des centraliza o da automa o gra as a tecnologias de comunica o de alto desempenho Os sistemas de bus s o atualmente indispens veis para o controle descentralizado de equipamentos e permitem a co munica o entre diferentes participantes Por meio de sistemas de bus poss vel conectar todos os compo nentes da usina entre si A exemplo dos CLPs tamb m existem diversos ti pos de bus O processo em si as exig ncias quanto opera o em tempo real e as caracter sticas do meio p ex atmosfera potencialmente explosiva s o fatores a considerar na escolha do tipo de comunica o do bus O PROFIBUS DP um padr o estabelecido e uti lizado em muitas usinas de biog s Ele permite a co nex o entre pontos separados por v rios quil metros Diversos equipamentos s o compat veis com esse pa dr o de comunica o de bus sendo que suas formas aperfei oadas PROFINET e ETHERNET tamb m s o muito utilizadas 5 2 2 Planejamento da configura o O CLP tamb m disp e de um programa que
281. dlagen Planung Anlagenbau Beispiele Wirtschaftlichkeit 3 Edi o com pletamente revista e ampliada kobuch Verlag Staufen bei Freiburg ISBN 978 3 936896 13 8 Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e V FNR Hrsg Basiswissen Bioenergie Definitionen der Energiebegriffe In Leitfaden Bioenergie Herausgeber FNR G lzow 2000 http www bio energie de allgemeines basiswissen definitionen der energiebegriffe ltimo acesso 09 08 2010 KATALYSE Institut f r angewandte Umweltforschung e V Hrsg Umweltlexikon Online http www umweltlexikon online de RUBhomey index php ltimo acesso 09 08 2010 Umweltbundesamt GmbH N E ustria Hrsg Siloxanos http www umweltbundesamt at umweltinformation schadstoff silox amp tempLs ltimo acesso 09 08 2010 Indice de abreviaturas ASUE ATB ATP Bauleistungen BImSchG BioAbfV C N CCM CH CHP Co CO COV DBFZ DG DQO DVGW Arbeitsgemeinschaft f r sparsamen und umweltfreundlichen Energieverbrauch e V Grupo de Trabalho para o Consumo Econ mico e Ecol gico de Energia Institut f r Agrartechnik Bornim e V Instituo de Tecnologia Agr ria Bornim adenosina trifosfato Norma Alem de Contrata o de Servi os de Constru o Bundes Immissionsschutz Gesetz Lei Alem de Prote o contra Emiss es Bioabfallverordnung Regulamento Alem o de Res duos Org nicos carbono rela o carbono nitrog nio mix de milho e espiga corn
282. do propi nico for muito alta poss vel que ele n o seja mais degradado o que exige outras medidas para ali viar O processo Se ap s a redu o do volume carregado a produ o de g s se mantiver constante isso um sinal de que o biodigestor est sobrecarregado Os volumes de carregamento podem ser aumentados ligeiramente somente ap s o controle das concentra es de cidos graxos e significativa redu o da produ o de g s Recircula o de material Recircular o material significa retir lo de um reserva t rio a jusante p s digestor reservat rio de biofertili Opera o de Usinas de Biog s zantes e reintroduzi lo no biodigestor O rebombea mento desde que vi vel tecnicamente produz principalmente dois efeitos positivos Um dos efeitos a dilui o ou seja conforme a dura o da recircula o a concentra o de poluentes no digestor redu zida O outro efeito que no digestor s o reintroduzi das bact rias que j haviam se tornado inativas por falta de alimento reabilitando as para o processo de degrada o Esse procedimento indicado principalmente para usinas de v rios est gios Em usinas de est gio nico esse procedimento deve ser adotado somente em re servat rios imperme veis a gases e apenas em emer g ncias Durante a recircula o observar a tempera tura do material recirculado e aumentar o fornecimento de calor quando necess rio para a ma nuten o da
283. do biog s foi estimada em cerca de 13 2 TWha 12 3 Considerando as novas usinas constru das ao longo de 2009 a gera o real de eletricidade com biog s deve ser inferior tendo um valor estimado de cerca de 11 7 TWh 12 3 Isso corresponde a cerca de 2 do total bruto de gera o el trica na Ale manha segundo estimativas preliminares de 594 3 TWh 12 2 para o ano de 2009 A tabela 12 1 exibe para todos os Estados alem es o n mero de usinas de biog s operando na Alema nha bem como a pot ncia m dia el trica instalada por usina no final de 2009 Os dados se baseiam na pes quisa conduzida pelos minist rios do meio ambiente e agricultura das c maras de agricultura e dos rg os competentes do setor agr cola nos respectivos Esta dos A elevada pot ncia el trica m dia de Hamburgo se deve usina de processamento de res duos org nicos instalada na cidade com pot ncia de 1 MW As cida des estado Berlim e Bremen n o disp em de usinas de biog s contando apenas com esta es de tratamento e utiliza o de g s A figura 12 4 mostra a pot ncia el trica instalada relativa rea cultivada kW 1000 ha em cada um dos Estados alem es Adicionalmente no fim de 2009 havia em opera o cerca de 31 usinas para inje o de biog s na rede de g s natural somando uma pot ncia de g s instalada de aproximadamente 200 MW A inje o de g s efe tiva na rede de distribui o de g s foi estimada para
284. do em fase de constru o se encontra exemplificado na figura 3 29 Reservat rios de a o e a o inoxid vel s o coloca dos e conectados a um alicerce de concreto S o utili zadas tiras de a o bobinado e chapas de a o soldadas ou parafusadas necess rio impermeabilizar os pon tos parafusados Digestores de a o s o posicionados invariavelmente acima do solo Geralmente a cons tru o do teto usada como gas metro e recoberta por uma lona imperme vel a gases Os valores carac ter sticos e as propriedades dos reservat rios de a o se encontram expostos na tabela 3 21 Exemplos exibidos na figura 3 30 3 2 2 3 Mistura e equipamentos de agita o Manter o conte do do biodigestor bem agitado im portante por diversas raz es inocula o do substrato fresco por contato com o l quido biologicamente ativo do digestor distribui o uniforme de calor e nutrientes no di gestor preven o e elimina o de camadas de sedimentos e sobrenadante extra o adequada do biog s do substrato A introdu o de substrato fresco a convec o t rmica e a ascens o de bolhas de g s s o fatores que promo vem a mistura do substrato em fermenta o ainda Tecnologia de Usinas para a Produ o de Biog s Figura 3 28 Exemplos de configura es especiais na fermenta o a seco reator sequencial em batelada esquerda biodigestor de baia com agitador centro est gio de metaniza o da digest
285. do por lei deve ser negociado livremente entre o produtor e o consumidor De acordo com as suas dis posi es a EEG no entanto prev a possibilidade de captar o biog s injetado em outro ponto da rede de g s natural e convert lo em eletricidade Economia Tabela 8 11 Direito remunera o das usinas modelo inauguradas em 2011 Remunera o b sica x x x B nus de esterco l quido x x x B nus de controle da polui o atmosf rica a refere se apenas quantidade de eletricidade gerada a partir de culturas energ ticas e esterco l quido cf cap tulo 7 3 1 b 30 da energia t rmica produzida Em casos excepcionais poss vel receber uma taxa de elimina o pelos substratos utilizados A sua viabi lidade todavia deve ser estudada cuidadosamente e amparada contratualmente antes de ser inclu da na contabilidade do planejamento O valor dos biofertilizantes dependente de v rios fatores Conforme a disponibilidade de nutrientes na regi o pode se adotar valores negativos ou positivos uma vez que conforme o trajeto longas dist ncias im plicam elevados custos de transporte Al m disso o valor nutritivo do adubo org nico utilizado deve ser creditado cria o de animais Para o c lculo das usi nas modelo assumiu se que os biofertilizantes s o disponibilizados para a produ o de plantas por 0 t A produ o arca apenas com os custos de deposi o e assim pode disponibilizar os
286. do regional em fun o da capaci dade de transporte Essa regionaliza o beneficiada tamb m pelo custo de transporte no aproveitamento dos biofertili zantes armazenados principalmente na rea da usina de biog s Do ponto de vista do operador da usina o objetivo firmar contratos de longo prazo para garan tir que a demanda de substrato seja relativamente constante Principalmente em reas marginais e no caso de produ es vari veis o cumprimento do esti pulado no contrato pode ser problem tico para o agri cultor A op o 2 do ramo de biog s por outro lado com para se constru o de instala es para a cria o de gado O beneficiamento se realiza na empresa com o objetivo de obter lucro e ampliar a produ o ou os in vestimentos no futuro Para isso s o necess rios in vestimentos adicionais da ordem de 6 000 a 8 000 ha dado um prazo vinculado de 20 anos para o capital e a terra O objetivo obter uma renda adequada do capi tal investido E possivel verificar a viabilidade desse objetivo por meio de um c lculo de investimentos cf capitulo 8 2 3 A constru o de uma usina de biog s agr cola principalmente ap s a altera o de 2009 da EEG tem como ponto de partida a disponibilidade de adubo or g nico a quantidade de calor aproveit vel a rea de terra necess ria para o fornecimento de substrato e o potencial de aproveitamento dos biofertilizantes Especificamente necess ri
287. dos de nitro g nio O uso de catalisadores n o comum em usinas de cogera o a biog s As subst ncias concomitantes contidas no biog s tais como o sulfeto de hidrog nio provocam a desativa o e destrui o dos catalisado res Motores de mistura pobre a g s do ciclo Otto nor malmente operam na faixa de limites da TA Luft sem problemas Em geral os motores com igni o a com press o apresentam valores piores de emiss es que os motores a g s do ciclo Otto Particularmente as emiss es de xido de nitrog nio NO e de mon xido de carbono CO podem exceder os limites pre vistos na TA Luft sob determinadas circunst ncias Em fun o do leo utilizado para a igni o do motor os gases de combust o cont m tamb m part culas de fuligem 6 33 6 7 6 26 Recentes estudos apon tam para problemas na limita o das emiss es de formalde do 6 15 Para cumprir os valores de emis s es da TA Luft ou da EEG 2009 40 mg m existem sistemas de combust o posterior e filtros de carv o ativo Seu uso no entanto ainda n o est dissemi nado 6 2 1 4 Geradores Os geradores utilizados em usinas de cogera o s o do tipo ass ncronos ou s ncronos Por causa do ele vado consumo de corrente reativa dos geradores as s ncronos recomenda se que sejam utilizados em equipamentos com menos de 100 kW 6 27 Por essa raz o normalmente as usinas de biog s s o equipa das com geradores s ncronos 127
288. dos processos s o coletados e avalia dos A utilidade dos processos avaliada conforme a compara o entre os atuais custos do tratamento dos biofertilizantes 201 Guia Pr tico do Biog s Gera o e Utiliza o Tabela 10 9 Redu o das perdas de am nia ap s a deposi o de biofertilizantes l quidos 10 7 ajustados Terra cultiv vel Limpa 8 Processo com Cobertura gt 30 cm 30 reboque de mangueiras Pasto Cobertura at 10 cm 10 Cobertura at gt 30 cm 30 Processo com Terra cultiv vel 30 reboque de sapatos Pasto 40 Processo de sulcos Pasto 60 Cultivador de distribui o de Terra cultiv vel gt 80 esterco Incorpora o Terra cultiv vel 90 imediata em 1 h 30 50 Inclina o n o muito acentuada tamanho e forma da rea biofertilizante viscoso dist ncia entre as o vias de circula o altura do plantio 50 3 Como o anterior n o em solos muito pedregosos Como o anterior n o em solos muito pedregosos 80 secos e compactados custo de tra o elevado Como o anterior n o em solos muito pedregosos gt 80 custo de tra o muito elevado utiliza o restrita em lavoura com cobertura culturas em filas Com implemento leve grade ap s preparo 29 inicial do solo com cultivador arado ap s colheita a At o presente h poucos estudos sobre a redu o de emiss es de biofertilizantes os dados s o derivados de estudos realizados com estercos de origem bovina
289. dos sub produtos sendo suspenso completamente se a usina toda utilizar res duos A tabela 8 1 mostra os par metros dos substratos utilizados Os dados de rendimento de g s correspon dem aos valores padr o do grupo de trabalho Rendi mentos de g s da Curadoria Alem para a Tecnolo gia e Constru o na Agricultura KTBL publicados no fasc culo Rendimento de biog s em usinas de bio g s agr colas cf tabela 8 2 8 4 Sup e se que a usina de biog s se situe no local em que se realiza a cria o do gado n o havendo por tanto custos do uso de adubos org nicos Se o esterco for fornecido por terceiros devem ser inclu dos os custos de transporte Para as biomassas dedicadas foi assumido um custo m dio de fornecimento conforme o banco de dados da KTBL Os valores dos subprodutos vegetais e res duos correspondem aos pre os de mercado mencionados na tabela Os pre os incluem o transporte at o local da usina de biog s Os substratos sazonais s o ar mazenados nas depend ncias da usina Os pre os das silagens se referem ao material fresco entregue As perdas de at 12 na silagem s o arcadas pela usina de biog s O armazenamento intermedi rio mantido com uma capacidade de aprox uma se mana para substratos fornecidos continuamente Assume se que os substratos a serem higienizados por lei BioAbfV Diretiva da UE 1774 j chegam 161 Guia Pr tico do Biog s Gera o e Utiliza o Tabe
290. durabilidade maiores chances de comercializa o 10 t MF Se a secagem de cereais for o nico processo de se cagem utilizado deve se verificar e atender aos requi sitos 1 3 do direito ao recebimento do b nus de coge ra o da EEG 2009 Te os custos adicionais ocasionados pelo fornecimento de calor devem ser de no m nimo 100 por quilowatt de pot ncia t r mica Portanto investimentos adicionais podem ser necess rios para esse processo de secagem antes que a usina possa se qualificar para o b nus de cogera o Isso pode no entanto elevar os custos para 3 023 a compensando a vantagem de custo do uso do calor a 176 partir do biog s e elevando os custos espec ficos de se cagem por biog s para 3 24 por tonelada de cereais comercializ veis perante 4 24 t propiciados pelo leo de aquecimento O c lculo ilustrativo mostra que o uso dessa pe quena parcela de calor residual para a secagem de ce reais como nico uso do calor n o vi vel economica mente Deve se verificar se esse uso pode ser implementado como medida sazonal complementar a outros conceitos de uso do calor Economia Tabela 8 19 An lise custo benef cio do processo de secagem de cereais com calor residual do biog s de cogera o considerando o b nus de cogera o 8 9 modificado conforme 8 8 Receita com b nus de cogera o B nus de cogera o a 2 576 Ponto de equil brio tMF 5 57
291. duto metab lico e balizador de resultados o biog s gerado um importante par me tro de medi o A taxa de produ o de biog s o vo lume de g s produzido por unidade de tempo p ex d e nos casos em que a quantidade de alimenta o e a composi o do substrato s o conhecidas serve de base para o c lculo da produ o de biog s espec fica relativamente ao volume e ao substrato A medi o da taxa de produ o de biog s indispens vel para calcular o balan o dos processos metab licos e para avaliar o desempenho da popula o metanog nica A instala o de aparelhos de medi o de fluxos gasosos deve observar o posicionamento dos senso res Quando o objetivo for acompanhar o estado do processo em cada digestor cada taxa de produ o de g s dever ser medida separadamente No caso de tetos de lona o c lculo da produ o de g s deve levar em conta o volume de armazenamento o que poss vel pela medi o do n vel de enchimento p ex com sensor de posi o dotado de cabo da press o interna e da temperatura no gas metro Sensores instalados no interior do gas metro devem satisfa zer as exig ncias de prote o contra explos es e se caracterizar pela resist ncia corros o e elevada umidade Como os tetos de lona tamb m servem para o armazenamento de biog s a medi o da pro du o de g s e do volume de armazenamento dispo n vel de grande import ncia para o controle da energia
292. duzido O prop sito dos dados aqui apresentados servir como orienta o ressaltando que na pr tica os resultados podem ser sensivelmente melhores ou piores 4 5 Res duos verdes e grama As atividades de conserva o de parques e arboriza o vi ria nas cidades s o respons veis pela produ o de grandes quantidades de res duos verdes grama e res duos de poda Para um abastecimento cont nuo das usinas durante todo o ano esses res duos devem ser ensilados uma vez que s o produzidos em regime sazonal A ensilagem por m recomend vel apenas em determinados casos uma vez que a produ o es parsa dos res duos implica custos de transporte eleva dos Se os volumes gerados forem pequenos e em pe r odos irregulares recomenda se o carregamento do material em estado fresco Todavia o carregamento deve ser realizado com muito cuidado uma vez que as bact rias t m de se adaptar primeiro qualidade do substrato Em caso de quantidades muito grandes o processo corre o risco de sofrer dist rbios A tabela 4 8 apresenta algumas propriedades importan Descri o de Substratos Selecionados Tabela 4 7 Produ es de substratos selecionados da agroind stria 4 1 4 2 4 12 4 15 ajustadas Baga o do malte A 105 130 62 112 295 443 118 70 313 Gr os destilados A 30 50 18 35 258 420 de cereais 39 am 385 Res duo do A 26 42 12 24 240 420 destilado de batata 34 18 362 Res duo do A 10 20 6
293. e caracter sticos Aplica o panificadoras hortali as alimenta o pode ser dimensionado para uma capacidade bem maior e silagens comuns mix de milho e espiga CCM esterco bovino tamb m de aves restos de e tambores dentados e roscas misturadoras com facas repicadoras s o mais adequados para subst ncias com fibras longas Vantagens elevadas taxas de processamento uso de equipamento robusto f cil enchimento com carregadeira ou garra grande volume de reserva para o controle automatizado da fragmenta o e alimenta o Desvantagens possivelmente o material pode emperrar sobre o triturador grandemente influenciado pela geometria do reservat rio de alimenta o e pelo substrato em caso de avaria o material tem de ser retirado manualmente Particularidades e eixos com palhetas reduzem o risco de emperramento sobre o triturador Formas construtivas e vag o forrageiro com rosca misturadora vertical dotado de facas repicadoras e reservat rio de alimenta o com roscas para a fragmenta o e transporte e reservat rio de alimenta o com eixos de palhetas para a fragmenta o e transporte e reservat rio de alimenta o com roscas dentadas equipamento de moagem para a fragmenta o e dosagem Manuten o de manuten o e conforme informa es dos fabricantes os equipamentos exigem pouca manuten o op o de contratos e deve haver a possibilidade de realizar a manuten o nas pau
294. e sados se elevam ap s a digest o Os n veis dos metais pesados chumbo Pb c dmio Cd cromo Cr ni quel Ni e merc rio Hg atingem no m ximo 17 dos valores m ximos FLMP fra o do limite permi tido permitidos pelo BioAbfV 10 23 e o cobre Cu e zinco Zn atingem respectivamente no m ximo 70 e 80 No geral os teores de metais pesados s o simila res aos do esterco l quido bovino O esterco l quido su no tem concentra es de chumbo c dmio cobre e zinco significativamente mais altas Embora o cobre e o zinco fa am parte do grupo dos metais pesados s o 194 tamb m micronutrientes essenciais na alimenta o dos animais e plantas e nos processos microbiol gicos em usinas de biog s Eles s o adicionados tanto na ali menta o animal quanto em usinas que utilizam cul turas energ ticas Por essa raz o o regulamento de adubos n o define valores limite para o cobre e o zinco Nas dadas concentra es n o s o esperadas contamina es do solo e das guas pela utiliza o de biofertilizantes 10 1 3 Propriedades sanit rias Os dejetos l quidos e outros res duos org nicos po dem conter uma s rie de agentes infecciosos ao ho mem e animais tabela 10 3 Exames em s rie continuam a acusar a presen a de salmonelas tabela 10 4 A propor o de resultados positivos para a salmonela situa se abaixo de 5 No entanto mesmo rebanhos clinicamente saud veis s o acometidos Para quebrar o
295. e p ex os sensores infravermelhos necess rio tamb m realizar a cali bra o regular dos sensores 5 1 3 Temperatura Geralmente com o aumento da temperatura se d tamb m o aumento da velocidade de rea o No en tanto os processos biol gicos apresentam pontos ti mos de temperatura uma vez que estruturas org ni cas p ex prote nas se tornam inst veis em ambien tes de temperatura elevada e deixam de funcionar A Opera o de Usinas de Biog s aplica o t cnica de processos anaer bios diferencia principalmente duas faixas de temperatura faixa mesof lica de aprox 37 a 43 C faixa termof lica de aprox 50 a 60 C Como a fermenta o anaer bia quase n o produz ca lor com a exce o de algumas usinas que processam biomassa o substrato tem que ser aquecido at a tem peratura de fermenta o Em seguida importante que a temperatura permane a constante Em especial o processo termof lico particularmente sens vel a os cila es de temperatura Algumas usinas que utilizam silagem de milho apresentam aquecimento o que pode exigir medidas de arrefecimento Os sensores para a medi o da temperatura devem ser instalados em diferentes alturas para permitir a detec o de camadas e agita o insuficiente Deve se tamb m garantir que os sensores n o sejam posiciona dos em zonas mortas ou muito pr ximos das unida des de estabiliza o da temperatura Para a medi o da te
296. e baixos Formas como coluna de pl stico ou a o inoxid vel separada recheada com carv o ativado construtivas Manuten o exige a troca regular do carv o ativado recolhido em um purgador de vapor localizado no ponto mais baixo da tubula o Em tubula es enterra das o resfriamento ainda maior Para que o biog s possa ser resfriado por m necess rio que a tubula o de g s seja suficientemente longa Al m do vapor contido no condensado do biog s tamb m s o elimina das subst ncias como gases sol veis em gua e aeros s is O acesso aos purgadores de vapor deve ser facili tado uma vez que t m de ser esvaziados regularmente A instala o dos purgadores de vapor deve ser obriga toriamente prova de congelamento O resfriamento adicional pode ser obtido por meio da transfer ncia de frio por gua fria Conforme 6 35 esse m todo per mite pontos de orvalho de 3 5 C e a redu o do conte do de vapor d gua para at 0 15 em volume teor original 3 1 em volume 30 C press o do meio Se o g s for comprimido previamente a extra o do con densado ainda mais eficiente O processo representa o estado da t cnica para a subsequente combust o de ga ses mas n o atinge os padr es das folhas de processo G260 e G262 da DVGW satisfazendo apenas em parte os crit rios para a inje o de g s na rede de distribui o Processos de purifica o por adsor o instalados a jusante
297. e de fontes renov veis pode ser comerciali zado pelo operador sob a forma de certificados de ener gia verde p ex do sistema RECS Em contratos de for necimento bilaterais tamb m poss vel a venda direta como energia el trica verde A comercializa o direta Condi es Legais e Administrativas contudo s economicamente vi vel se as receitas da venda pr pria de energia forem superiores s receitas que o operador poderia obter pela remunera o con forme a EEG A op o pela comercializa o direta obriga o ope rador da usina a se comprometer durante o m s in teiro Ele tem o direito de mudar da remunera o da EEG para a comercializa o direta e vice versa a cada m s desde que o notifique antes do in cio do m s an terior Exemplo se o operador de uma usina deseja mudar para a comercializa o direta em outubro de 2013 dever comunicar o seu prop sito empresa distribuidora de energia o mais tardar no dia 31 de agosto de 2013 Se em novembro de 2013 ele deseja voltar para o modelo de remunera o pela EEG de ver notificar a distribuidora at 30 de setembro de 2010 O operador da usina tem a livre escolha de comer cializar diretamente apenas uma parte da energia produzida em um m s recebendo para o restante a respectiva remunera o pela EEG Para isso ele deve comunicar distribuidora a porcentagem da energia total que ser vendida diretamente o mais tardar an tes do in cio do m
298. e exclus o Checagem das poss veis estruturas operacionais e organizacionais Cria o de uma base para a prepara o de um pe dido de subs dio dade econ mica Cria o de uma base para a avalia o da viabili Realiza o de um Projeto ESTUDO DE VIABILIDADE DISPONIBILIDADE DE SUBSTRATO ESCOLHA DO LOCAL LOG STICA DO FLUXO DE MATERIAIS SELE O DA TECNOLOGIA UTILIZA O DE G S AVALIA O E TOMADA DE DECIS O Figura 11 3 Crit rios do estudo de viabilidade de usinas de biog s Contrata o de um escrit rio de engenharia experiente e reputado ou do departamento de planejamento de um fabricante de usinas experiente e reputado Os t cnicos do escrit rio fabricante t m grande import ncia no desenvolvimento e planejamento do projeto e estar o envolvidos em todas as etapas Eles mant m contato com funcion rios das autoridades que concedem a licen a e com os chefes de secretarias estaduais Contato com consultores agr colas Estipula o dos modos e procedimentos de constru o bem como dimensionamento da usina Os consultores disp em de experi ncia na constru o e opera o de usinas de biog s e prestam aux lio esclarecendo quest es diversas como a escolha do local e seus requisitos concep o execu o e in cio de opera o Defini o das caracter sticas do local p ex obten o do parecer t cnico sobre o solo Escolha do local aux l
299. e o de hi 34 gienizac o 4 A gerag o do biog s constitui a segunda etapa do processo e acontece no reator de biog s 5 tambem denominado biodigestor A terceira etapa en volve o tanque de biomassa fermentada 8 ou dep sito de biofertilizantes e a aplica o do substrato digerido em lavouras 9 Realizada no gas metro 6 e na usina de cogera o 7 a quarta etapa se encarrega do arma zenamento limpeza e utiliza o do biog s Cada uma das etapas ser abordada em detalhe mais adiante 3 2 1 Gerenciamento de substrato 3 2 1 1 Entrega A entrega tem import ncia somente nos casos em que cossubstratos de fontes externas s o utilizados Por ra z es de ordem cont bil e de registro de comprova o na entrega do substrato deve ser realizada pelo menos uma inspe o visual objetivando garantir as exig n cias de qualidade Cada vez mais as usinas de grande porte de fermenta o de biomassas dedicadas v m utilizando m todos de teste r pido para a inspe o da mat ria seca e em parte da fra o de ra o Isso acon tece com o objetivo de garantir a conformidade s con Tanque de esterco LA A 3 Res duos gt o org nicos Energia I el trica 1 Instala es de est bulos 2 Esterqueira 3 Tanque de coleta 4 Tanque de higieniza o 5 Biodigestor 6 Gas metro 7 Usina de cogera o 8 Tanque de chorume 9 rea de lavoura Tecnologia de Usinas para a Produ o de Biog s Fig
300. e p blica de energia el trica Conforme essa distin o o opera dor da usina arca com os custos da conex o rede e a distribuidora de energia respons vel pela otimiza o amplia o e aumento da robustez da rede Na pr tica nem sempre h consenso sobre se uma deter minada medida por exemplo o assentamento de con dutores de energia el trica ou a constru o de uma su besta o deve ser considerada como medida para a conex o rede ou para a sua amplia o Como fatores decisivos deve se avaliar se a medida necess ria para a opera o da rede e quem ou ser propriet rio dos condutores e demais componentes do equipa mento constru do Em determinados casos isso pode significar um obst culo delimita o das responsabi lidades Em todo caso recomenda se ao operador da usina que n o adquira condutores transformadores e demais equipamentos que julgue pertencerem rede e n o ao seu equipamento de conex o Como os custos dos trabalhos de constru o neces s rios para a conex o da usina rede podem ser muito diversos e dependem em grande parte do ponto de entrega a escolha do ponto de especial im port ncia para o operador da usina Checklist conex o rede el trica e Consultar a empresa distribuidora sobre a conex o com anteced ncia e Avalia o de compatibilidade com a rede pela distribuidora ou por terceiros e Importante Determina o do ponto de entrega correto e Exig
301. e substratos Alem da origem do substrato ser o ex plicadas tambem suas principais caracteristicas como a materia seca MS materia org nica seca MOS nutrientes N P K e componentes nocivos existentes Tamb m ser o indicadas as produ es de g s esperadas e a qualidade do g s bem como o ma nuseio dos substratos Este cap tulo n o se prop e a esgotar o assunto dada a impossibilidade de abranger todo o espectro de substratos potencialmente dispon veis Os substra tos aqui tratados est o sujeitos a varia es qualitativas ano a ano Portanto as propriedades f sico qu micas e as produ es de g s aqui mencionadas n o s o valo res absolutos representando em primeiro lugar uma amplitude e uma m dia dos respectivos par metros Os valores de produ o de biog s e metano s o in dicados em normal metro c bico Nm Como o vo lume de g s depende da sua temperatura e press o at mosf rica lei dos gases ideais a normaliza o do volume permite comparar diferentes condi es opera cionais O volume de g s normalizado se refere a uma temperatura de 0 C e a uma press o atmosf rica de 1 013 mbar Isso permite tamb m definir um poder ca lor fico inferior exato fra o de metano do biog s a qual corresponde a 9 97 kWh Nm Por meio do poder calor fico inferior poss vel inferir sobre a produ o de energia o que pode ser necess rio em diversos c l culos comparativos relativos opera
302. e transportadores helicoidais Fragmenta o A fragmenta o do substrato torna a sua superf cie acess vel ao processo de biodegrada o e portanto produ o de metano De modo geral embora a taxa da biodegrada o aumente com substratos mais frag mentados o rendimento de g s n o necessariamente maior Entre outros fatores a gera o de metano produto da intera o entre o grau de fragmenta o e o tempo de perman ncia Nisso reside a import ncia de se adotar a tecnologia correta O equipamento para fragmentar o substrato s lido pode ser instalado externamente antes do ponto de carregamento no tanque de carga canaliza o ou bio digestor A gama de equipamentos inclui picadores moinhos esmagadores bem como eixos e transporta dores helicoidais dotados de dispositivos de corte e di laceramento ver figura 3 7 muito comum a utiliza o de eixos com palhetas e roscas de transporte com facas em unidades combinadas de dosagem e alimenta o ver figura 3 6 Dada sua ampla gama de aplica es as propriedades das unidades de fragmenta o s o resumidas para equipamentos para dosagem direta Tecnologia de Usinas para a Produ o de Biog s Tabela 3 3 Valores caracter sticos e par metros operacionais de equipamentos de tritura o em unidades combinadas de dosagem e alimenta o Valores e fragmenta o de at 50 m por dia com unidades simples dispon veis no mercado o reservat rio d
303. e troca de ferramenta prepara o para a usina modelo III Quantidade de substrato t ano 5750 200 x Tempo de carregamento min t 3 83 1 50 Tempo de trabalho para carregamento Homem hora ano 368 5 Tempo de prepara o min dia operacional 5 x Dias operacionais Dias operacionais ano 365 Tempo de trabalho prepara o Homem hora ano 30 Total do tempo de trabalho necess rio Homem hora ano 403 Tempo de trabalho necess rio da usina modelo III Em resumo para a usina modelo III assumindo que trabalhos intensivos de colheita s o terceirizados o tempo de trabalho anual necess rio de aproximada mente 3 126 homens hora Exigindo cerca de 2 230 homens hora a supervis o da usina durante todo o ano inclusive o carregamento de substrato se caracteriza por uma rotina relativa mente uniforme e repetitiva Aproximadamente um empregado deve estar dispon vel continuamente para a tarefa O tempo de trabalho necess rio para o cultivo de 131 ha de milho de silagem equivale a 641 homens hora inclusive deposi o da respectiva quantidade de biofertilizantes sendo que uma empreiteira se encar rega da colheita Cerca de 490 homens hora s o neces s rios para o transporte armazenamento e compacta o da safra em um silo trincheira que podem ser realizados pela pr pria empresa 9 1 4 O fator tempo na tecnologia O principal objetivo na opera o de uma usina de bio g s utilizar a pot ncia instalada para gerar eletrici
304. e vista ecol gico os res duos e restos org nicos tamb m podem ser um bom complemento digest o de biomassas dedicadas Quanto tecnologia da usina deve se dar grande import ncia a que emiss es sejam evitadas e a altos n veis de efici ncia ou seja um elevado grau de de grada o da biomassa Isso possibilitado n o apenas por medidas construtivas no momento do investi mento inicial mas tamb m pelo correto modo de ope ra o da usina Indica es e considera es detalhadas podem ser obtidas por exemplo nos relat rios do projeto Otimiza o da amplia o sustent vel da ge ra o e uso do biog s na Alemanha 12 1 No que toca ao aproveitamento do biog s os me lhores conceitos s o aqueles que utilizam o m ximo poss vel da energia contida no biog s e s o capazes de substituir os vetores energ ticos que produzem eleva dos n veis de CO tais como o carv o e o petr leo Portanto as estrat gias que realizam a cogera o de calor e eletricidade aproveitando o m ximo poss vel do calor s o geralmente mais vantajosas que as de mais op es O aproveitamento do calor deve tamb m substituir ao m ximo os vetores energ ticos f sseis usados como fonte de calor Especialmente em gran des usinas caso em que esse aproveitamento n o vi vel p ex em fun o da localiza o desfavor vel da 219 O O i Guia Pr tico do Biog s Gera o e Utiliza o 5 S X Spe o
305. ecessi tam ser substitu das sem que a usina cesse o seu fun cionamento Por essa raz o as bombas devem dispor de v lvulas de gaveta para que possam ser desligadas da rede de fornecimento antes dos trabalhos de manu ten o As usinas se servem quase exclusivamente de bombas de deslocamento positivo ou bombas centri fugas adotadas tamb m nos equipamentos de proces samento de esterco l quido A escolha das bomba adequadas no que se refere pot ncia e caracter sticas de transporte depende em grande parte dos substratos utilizados e de seu grau de preparo ou teor de mat ria seca Para proteger o equi pamento frente das bombas podem ser instalados unidades de corte e tritura o e separadores de corpos estranhos ou pode se optar por bombas cujos elemen tos de deslocamento s o equipados com dispositivos de tritura o Bombas centr fugas O uso de bombas centr fugas amplamente difun dido nos equipamentos de processamento de esterco l quido sendo especialmente apropriadas para subs tratos l quidos Esse modelo de bomba composto de uma carca a fixa dotada de um rotor O meio a ser deslocado acelerado com o aux lio do rotor e no bico de press o da bomba centr fuga o aumento de ve locidade resultante convertido em altura manom trica i e press o de bombeamento Conforme os re quisitos o rotor pode ter diferentes tamanhos e formas Um dos tipos especiais a bomba com anel triturador ve
306. ectos econ micos 6 2 5 1 Fornecimento de calor distribui o de calor redes locais de calor Um fator decisivo para a lucratividade de uma usina de biog s com convers o local de g s em energia el trica a venda do calor gerado nessa convers o Prin cipalmente em reas rurais a venda do calor aos habi tantes uma boa oportunidade Nesse caso a instala o de redes locais de distribui o de calor per mite que a venda tenha ampla cobertura Uma rede desse tipo possui uma linha dupla de tubos isolados de a o ou PEAD que transportam a gua a 90 C in fluxo e 70 C efluxo A transfer ncia do calor da usina de biog s para a rede se d por trocadores de ca 135 ooe og O Guia Pr tico do Biog s Gera o e Utiliza o lor Cada edif cio equipado com esta es de transfe r ncia e medidores de calor A tubula o de calor local deve ser dotada de um sistema de detec o de vaza mentos e estar assentada em profundidade suficiente Im a fim de suportar cargas de ve culos e baixas temperaturas Tamb m devem ser observados os se guintes pontos planejamento preliminar e projeto em tempo h bil elevado grau de consumo m nimo de calor quantidade suficiente de resid ncias conectadas no min 40 resid ncias conectadas o mais pr ximo poss vel umas das outras Os clientes que adquirem a energia t rmica t m a van tagem de desfrutar da independ ncia dos grandes for necedores
307. eduzidas de pot ncia embora ofere a maior efici ncia seu custo tamb m maior que o da SOFC 6 31 At hoje con tudo a l der do mercado a PAFC Qualquer que seja o tipo de c lula de combust vel seu custo de investimento ainda bem superior ao de usinas de cogera o baseadas em motores Conforme 6 31 a PEMFC custa entre 4 000 e 6 000 kW A meta que o custo seja reduzido para 1 000 a 1 500 kW V rios projetos piloto v m avaliando o potencial de redu o dos custos de investimento e at que ponto ser vi vel superar os atuais desafios t cni cos principalmente os associados a aplica es com biog s 6 2 5 Uso do calor residual em sistemas de co gera o priorit ria de eletricidade Na maior parte dos casos as usinas de cogera o ali mentadas com g s natural biog s adotam como par metro de controle a demanda de calor Isso significa que a eletricidade gerada sem limita es e a unidade Tratamento do Biog s e Op es de Utiliza o cogeradora operada quando h demanda de calor Geralmente as usinas de cogera o com produ o priorit ria de calor cobrem a demanda b sica de um cliente abastecido com calor 70 80 da demanda anual sendo que o pico de demanda atendido por caldeiras adicionais Pelo contr rio fala se em gera o combinada com vistas a produzir prioritariamente ele tricidade quando as curvas de carga da usina se defi nem pela demanda de eletr
308. efesa do Consumidor da Alemanha em virtude de uma decis o do Parlamento Federal Alem o Respons vel pelo projeto Em nome do Apoio editorial Parceiros Editor Redag o Tradug o Revis o da tradu o Direitos autorais capa Layout Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e V FNR Internet www fnr de Ministerio da Nutric o Agricultura e Defesa do Consumidor da Alemanha BMELV Internet www bmelv de Deutsches BiomasseForschungsZentrum DBFZ Internet www dbfz de Kuratorium f r Technik und Bauwesen in der Landwirtschaft e V KTBL Internet www ktbl de Johann Heinrich von Thiinen Institut vTD Internet www vti bund de de institute ab Escrit rio de advocacia Schnutenhaus amp Kollegen Internet www schnutenhaus kollegen de Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e V FNR FNR Departamento de Rela es P blicas Eng Ftal Marcos de Miranda Zattar Jens Giersdorf Luis Cesar da Costa Jr Vanessa Pecora Garcilasso Victor Bustani Valente Mark Paterson FNR Werner Kuhn LWG FNR iStockphoto www tangram de Rostock 5 edi o totalmente revista e atualizada G lzow 2010 Todos os direitos reservados N o permitida a reprodu o processamento distribui o ou arquivamento desta obra total ou parcial sem a permiss o por escrito do editor Conte do ndices Eistade E 8 EE ENKE 11 Tele de Alta ae ee eer 15 1 Finalidade deste Guia sessasrssssssr
309. egelungen der Bundes l nder zum Wassergesetz Landeswassergesetz LWG TA L rm Technische Anleitung zum Schutz gegen L rm Sechste Allgemeine Verwaltungsvorschrift zum Bun des Immissionsschutzgesetz TA Luft Technische Anleitung zur Reinhaltung der Luft TA Luft Erste Allgemeine Verwaltungsvorschrift zum Bundes Immissionsschutzgesetz UVPG Gesetz ber die Umweltvertr glichkeitspr fung VOB Vergabe und Vertragsordnung f r Bauleistungen RE CE n 1774 2002 Regulamento do Parlamento Europeu e do Conselho de 3 de outubro de 2002 que estabelece re gras sanit rias relativas aos subprodutos animais n o destinados ao consumo humano Wasserhaushaltsgesetz Gesetz zur Ordnung des Wasserhaus halts Wasserhaushaltsgesetz WHG 217 O well Import ncia do Biogas 12 como Fonte de Energia Renov vel na Alemanha H mais de tr s d cadas as discuss es sobre energia e meio ambiente na Alemanha v m sendo norteadas principalmente pelos efeitos do uso da energia sobre o clima O grande empenho da Alemanha em intensifi car a ado o de fontes de energia renov veis j contri buiu substancialmente para a redu o das emiss es de gases do efeito estufa nesse contexto que o forne cimento e uso do biog s particularmente como fonte geradora de eletricidade t m dado uma grande con tribui o Desde que a EEG entrou em vigor no ano 2000 houve um importante crescimento da gera o e uso do biog
310. eguintes possibilidades de gera o e aproveita mento de g s conforme a disposi o do investidor ao risco cf figura 9 1 Op o 1 Fornecimento de substrato a uma usina de biog s existente ou a ser constru da baixos riscos e investimentos na opera o da usina mas menor parti cipa o no valor agregado do biog s Op o 2 Constru o de uma usina de biog s pr pria ou consorciada com convers o pr pria de biog s em eletricidade ou venda do biog s gerado p ex para uma esta o de tratamento de g s risco e investi mento elevados da opera o da usina mas com ele vada parcela no valor agregado do biog s A op o 1 do ramo do biog s compar vel pro du o comercial de cultivos agr colas No entanto principalmente no caso da produ o de silagem de milho em fun o do teor de MS da mat ria verde de 30 40 e da durabilidade do material ensilado o seu transporte pode se dar no m ximo 24 horas ap s a 182 Organiza o Operacional Via2 Via 1 v v v v econ mico Figura 9 1 Op es do empres rio agr cola no ramo do biog s retirada Assim se o silo se localizar no produtor as sume se que o fornecimento atenda apenas ao mer cado regional Na venda a partir do campo comum nos Estados alem es do Sul a capacidade de ensilagem fica a cargo do respons vel pelo processamento ou seja da usina de biog s Tamb m nesse caso poss vel aten der apenas ao merca
311. el trico O seu pro 1 m Soma dos volumes teis de digest o cessamento representaria uma receita de eletrici dade extra ser aproveitado sem alterar a carga do motor A quantidade de substrato correspondente ao g s adi cional economizada na entrada do sistema op o de curto prazo em caso de carga plena da usina de cogera o possibilita aumentar a receita pela eletri cidade adicional injetada O retrofit do reservat rio de biofertilizantes com uma cobertura imperme vel a gases uma op o vantajosa principalmente para as usinas que utilizam predomi nantemente culturas energ ticas p ex gt 50 da ma t ria fresca introduzida Nesse caso em fun o do menor volume de res duo a ser coberto e portanto do menor investimento as vantagens econ micas j se fa zem sentir mesmo a baixos rendimentos de g s resi dual tabela 10 7 No caso de usinas que operam ex clusivamente ou predominantemente base de adubo org nico o volume de biofertilizante a cobrir aumenta quanto maior for a usina Sob certas circunst ncias a receita adicional da eletricidade injetada pode n o ser suficiente para compensar os custos da cobertura im perme vel certo que maiores receitas s o propor cionadas pelo b nus de esterco l quido lan ado com a altera o da EEG de 2009 e voltado para usinas com um percentual de uso de esterco acima de 30 do to tal de mat ria fresca de modo que com uma pot ncia instal
312. ela 6 3 Valores caracter sticos e par metros operacionais de equipamentos externos de biodessulfuriza o Valores capacidade de purifica o superior a 99 p ex de 6 000 ppm a lt 50 ppm caracter sticos Aplica o e dessulfuriza o grossa e todos os sistemas de gera o de biog s e dispon vel para todas as dimens es de usinas de biog s e coluna de filtro percolador n o adequada para alimenta o Vantagens permite dimensionamento para a quantidade real liberada de sulfeto de hidrog nio temperatura e alimenta o de ar permite otimiza o automatizada da remo o do sulfeto de hidrog nio pelo manejo de nutrientes o processo n o prejudicado pela inje o de oxig nio no biodigestor pois a inje o de ar se d fora do digestor n o exige o uso de produtos qu micos a tecnologia permite f cil amplia o quando em tamanho suficientemente grande oscila es moment neas da quantidade de g s n o afetam negativamente a qualidade do g s Desvantagens unidade adicional com custos associados temperatura tima do filtro percolador de 28 32 C manuten o extra necess ria disponibiliza o de nutrientes filtro percolador com inje o de ar no biog s muito elevada Particularidades e equipamentos de dessulfuriza o externos Formas e separado como coluna caldeira ou container de pl stico ou a o inoxid vel recheado com meio filtrante construtivas
313. em custo superior ao do g s natural ou de futuras altera es na legisla o exce o s o as esta es de tratamento de efluentes que s o relativamente pequenas e cujo biog s utilizado para fornecer calor a processos industriais No to cante ao uso como combust vel as expectativas est o baseadas no compromisso do setor alem o de substi tuir 10 do g s natural combust vel por biometano at 2010 e 20 at 2020 12 3 3 Substratos utilizados Atualmente na Alemanha s o utilizados predomi nantemente dejetos animais e mat ria prima de cultu ras energ ticas como substrato b sico A figura 12 5 12 3 mostra os resultados de uma pesquisa realizada 223 O O i Guia Pr tico do Biog s Gera o e Utiliza o em 2009 entre operadores de usinas Na pesquisa fo ram compilados os dados de 420 question rios sobre o substrato utilizado mat ria fresca e sua quantidade em massa Conforme a pesquisa 43 da massa de substrato utilizado proveniente de dejetos animais 41 de culturas energ ticas e cerca de 10 de resi duos org nicos Em fun o de diferentes regulamen tos na Alemanha os res duos org nicos s o tratados principalmente em usinas de digest o de res duos es pecializadas Os res duos agr colas e industriais com cerca de 6 representam a menor parte do substrato utilizado O uso de res duos agr colas n o aumentou como esperado apesar de as novas regras da EEG in troduzidas em
314. empo m nimo de reten o de 30 dias Pot ncia instalada e Biodigestor 1 n vel 20 30 W m do volume do digestor equipamento dos agitadores Biodigestor 2 n vel 10 20 W m do volume do digestor em depend ncia das caracter sticas do substrato n mero e tipos de agitadores conforme o tamanho do biodigestor Armazenamento de biofertilizantes Comercializa o do calor Capacidade de armazenamento de 6 meses para toda a quantidade de biofertilizantes incl parte de esterco mais 10 de margem de seguran a cobertura imperme vel a gases Venda do calor 30 da energia t rmica gerada pre o do calor 2 ct kWh interface de trocador de calor de usina de cogera o Tipo da usina de cogera o 75kW e 150 kW Motor do ciclo Diesel gt 350 kW Motor a g s do ciclo Otto Efici ncia da usina de cogera o ASUE Usina de cogera o horas 8 000 horas por ano em carga total Esse valor alvo pressup e condi es ideais de opera o da usina em carga total As usinas modelo I e II operam em est gio nico As demais usinas de digest o mida operam em sis tema de dois est gios sendo que as usinas modelo VIII e X t m 2 digestores operando paralelamente em cada um dos est gios A tabela 8 5 mostra as tecnologias e os equipamen tos agrupados em componentes que comp em as usi nas modelo S o pressupostas tamb m as seguintes situa es para os c lculos das usinas modelo Introdu o de s lidos
315. en 96 5 3 Controle do processo na partida e opera o regular En 98 Mod Opera o HEES eege Eed 98 Do processo dE E 99 5 4 5 5 5 6 5 7 Conte do Gest o de Ee E 103 5 4 1 Causas dos dist rbios do Grocesgo ENEE 103 5 4 2 Manejo de dist rbios do Process 105 5 4 3 Manejo de falhas e problemas t amp cnicos uesesesenesesnensensnnenenennenenennensnnenenenenenennnsenseneennennnenn 106 Seguran a Operacional NENNEN 107 5 54 Prote omno trabalho ema usina s caeesssesies nhnsnlasinniianasciBanseiinensne 107 5 9 2 Prote o do meio ambiente ege Eeer 109 Notas sobre a otimiza o de usinas sis csesaisessasesisessiseshando cosasasb s ca can inda da asa ARAA TE TiS 110 ED De Ee ER UE 111 5 6 2 An lise da efici ncia da usina como um todo utiliza o do substrato com base nos fluxos de energia nemeseemeremenecemererereererereremerereremrerereremeerenerenrenentana 112 EB Me Ee Ee 112 5 6 4 Mitigac o dos impactos ambientais s esesesserisireerereeerevessorsereeresreesevsvrseriereereererrerserisivereereresrseresns 113 F ntes Dibli gr ficas arestas sestserederosndidradiges fedhdanfanas asngea ada ado fpana cash dE 113 Tratamento do Biog s e Op es de Utiliza o ccccecsscesscecesse 115 M WEITH USER F SCHOLWIN ER FISCHER J GROPE T WEIDELE H GATTERMANN 6 1 6 2 6 3 64 6 5 6 6 Purifica o e tratamento do biog s ee 115 6 1 1 Dessulfiriza o EE 1
316. enas 10 a 12 em massa como por exemplo cas cas de frutas e legumes A maioria das usinas de biog s agr colas adota a di gest o mida realizada nos t picos reservat rios circu lares No entanto desde a 1 revis o da EEG em 2004 o mercado tem presenciado a maturidade comercial das usinas de digest o seca que v m sendo utilizadas prin cipalmente na fermenta o de biomassas dedicadas A explica o detalhada dos tipos de biodigestores se en contra em 3 2 2 1 3 1 2 Tipo de alimenta o O regime de alimenta o da usina de biog s deter mina em grande parte a disponibilidade do substrato fresco para os microrganismos tendo assim impacto sobre a gera o do biog s Essencialmente a alimen ta o se classifica em cont nua semicontinua e des cont nua ou em batelada 3 1 2 1 Alimenta o cont nua e semicont nua Nos modos de alimenta o cont nua e semicontinua faz se a distin o entre a t cnica de fluxo cont nuo e a t cnica combinada de fluxo cont nuo e armazena mento A t cnica de armazenamento ainda mencio nada na literatura n o ser discutida aqui pois tem utiliza o pr tica muito limitada por motivos de or dem t cnica e econ mica Ao contr rio da alimenta o cont nua na alimenta o semicont nua uma carga de substrato n o fermentado introduzida no biodiges tor no m nimo uma vez a cada dia de trabalho Sendo 32 assim comprovou se que a alimenta o em peque
317. enef cio das usinas modelo la 170 An lise custo benef cio para as usinas modelo VI a IX rare 172 C lculo de custos da usina modelo 3 173 An lise de sensibilidade das usinas modelo I a V EE 174 An lise de sensibilidade para as usinas modelo VI a IX ee 174 An lise custo benef cio da secagem de cereais pelas fontes de calor biog s RER Ee ias imnira asa nennen ns cessantes sara E ERGER 175 An lise custo benef cio do processo de secagem de cereais com calor residual do biog s de cogera o sem considerar o b nus de cogera o EE 176 An lise custo benef cio do processo de secagem de cereais com calor residual do biog s de cogera o considerando o b nus de cogera o ENEE 177 Economia de leo de aquecimento em processos de secagem de cereais com calor residual do Diogas eerie eE E eege EE 177 Demanda anual de calor de estufas com diferentes regimes de cultivo e dimens es e aproveitamento do calor residual de uma usina de biog s de 500 kW 179 Compara o de custos do fornecimento de calor por meio do aquecimento a leo e calor residual de usina de biog s cogera o a exemplo de duas dimens es de estufas einregimede cultivo MTO E 179 Valores hipot ticos e caracter sticos para o fornecimento de calor em uma rede local municipal de calor com cobertura b sica pelo calor de usinas de biog s cogera o amp fsrn de EE 179 Demanda de investimentos e custos de fornecimento de calor para a rede mun
318. eniente de atividades de conserva o da Daisagem 82 4 7 Fontes breet eebe ee ee EES 82 4 8 NES O EEE EE 84 5 Opera o de Usinas de Biog s esssosessscoscosessssoscosesssosecosesssosssssesssssssse DO J LIEBETRAU J FRIEHE P WEILAND A SCHREIBER 5 1 Dados caracter sticos da monitora o do processo biol gico E 85 5 1 1 Taxa de produ o de i g S sssisci osses us uies inoponossvissuisecresisesori centre qicb ita pipe stiiv SNRs ah h re er hee nenne 86 5 1 2 enk 1e 0e COE 4 E E R E desasaredoeptenttensesacapesointete o 86 2 1 3 Fetter Eege eege Ru eines eier ee 87 5 1 4 Quantidade de entrada e n vel de enchtmento irrrreeeceeereeeereceeeeeereranesants 87 5 1 5 Caracteriza o do SUbStrato s ssssesciresiaissssiesssniaomasadisasssssssben pesava lise Se sbupanenanat EENS 88 5 1 6 Determina o da concentra o de cidos org mteoe E 88 5 17 Valor do EE 90 5 1 8 Concentra o de micromutrientes e ia te iis CEANN EE EER 90 BLI Nitrog nio amono AMONA nia aA A EER RANOR 91 TE e Ste E E E EE E E E E E E E 92 DI Forma o deiescuma u u surrsnnenenienneinnsrene EES usa epia i R TEn i esaa 93 53 12 EE E e 00 0 RRA E E EE 93 5 2 Monitoramento e automa o da usima EE 94 521 Sistema de EE 95 5 2 2 Planejamento da confieurac o EEN 95 5 2 3 Aplicac es visualizac o O rennene ai 95 5 24 Registr dedados u cn usesiensenssnsnnineunsnnnn nennen nee 96 5 2 5 Controle de processo retroaltmentado ene
319. enominadas bact rias anaer bias facultativas sobrevivem tanto em am bientes com oxig nio quanto em sua completa aus ncia Desde que a entrada de oxig nio n o seja ex cessivamente grande essas bact rias o consomem an tes que ele prejudique as arqueas metanog nicas de pendentes de um meio sem oxig nio por essa raz o que o oxig nio do ar introduzido no gas metro do biodigestor para a biodessulfuriza o n o tem im pacto negativo sobre a forma o de metano 2 6 2 2 2 Temperatura De forma geral quanto maior for a temperatura do meio maior ser a velocidade de uma rea o qu mica Essa regra por m nem sempre se aplica aos proces sos biol gicos de transforma o e degrada o uma vez que cada microrganismo envolvido nos processos metab licos tem a sua pr pria faixa de temperatura ideal 2 1 A varia o da temperatura acima ou abaixo dessa faixa ideal pode acarretar a inibi o dos microrganismos podendo levar at mesmo a danos ir revers veis Em fun o de sua temperatura tima os microrga nismos envolvidos na degrada o se dividem em psi crof licos mesof licos e termof licos 2 13 A temperatura tima para o desenvolvimento dos microrganismos psicrof licos abaixo de 25 C Em bora dispense o aquecimento do substrato e do bio digestor essa faixa de temperatura se caracteriza pela lenta decomposi o e reduzida produ o de g s o que geralmente impossibilita a opera
320. ente no cap tulo 7 3 1 Os valores de remunera o da EEG aqui assumi dos em rela o s usinas modelo referem se sua en 168 trada em opera o no ano de 2011 A tabela 8 11 mos tra as usinas modelo e os b nus a que t m direito A venda de calor n o se d t o facilmente como a venda de eletricidade Por isso j na escolha do local deve se considerar quais ser o os consumidores Na pr tica n o poss vel aproveitar a totalidade do calor produzido uma vez que certa parte do calor utili zada pelos processos Al m disso a maioria dos con sumidores tem uma demanda de calor muito vari vel ao longo do ano Na maior parte dos casos em fun o do consumo pr prio a quantidade de calor que uma usina de biog s capaz de disponibilizar est em opo si o demanda de calor dos consumidores poten ciais Para as usinas modelo parte se do pressuposto que 30 da energia t rmica gerada podem ser utiliza dos adequadamente conforme o Anexo 3 da EEG e vendidos por 2 ct kWh Assim al m do valor pago pelo calor as usinas re cebem tamb m o b nus de cogera o de 2 94 centavos de euro kWh sobre 30 da eletricidade produzida Um dos objetivos poss veis tratar o biog s gerado e injet lo na rede de g s natural em vez de convert lo em energia el trica em um processo de cogera o Usinas desse tipo obt m a maior parte de suas receitas da venda do g s Como o seu pre o n o regulamen ta
321. ento do biodigestor Fra o de calor residual utilizado la 9 da usina de biog s Calor residual aproveitado kWh 102 240 Quantidade de produto processada t MF a 1 023 cereais Pot ncia t rmica instalada kW 88 Total de investimentos 48 476 Custos Investimento e reparo a 4 966 Energia el trica a 844 M o de obra h a 260 a 3 658 Seguros a 251 Total de custos a 9 979 Receita sem b nus de cogera o Aumento de valor pela secagem da a 13 105 mercadorias B nus de cogera o a 0 Total de receitas 13 105 Lucro sem b nus de cogera o Lucro a 3 126 Ponto de equil brio t ME 3 06 3 338 3 338 1 136 3 338 9 13 9 9 300 420 433 940 102 240 300 420 3 009 4 815 1 023 21972 283 424 88 283 93 110 140 010 25 889 64 789 10 269 15 468 3 025 8 182 1 878 2 450 738 1 633 260 293 326 456 3 658 4 116 4 573 6 402 479 721 134 332 16 544 23 048 8 796 17 005 38 550 61 684 13 105 38 076 0 0 0 0 38 550 61 684 13 105 38 076 22 006 38 636 4 309 21 071 7 31 8 02 4 21 7 09 a Periodo de secagem julho e agosto nesse periodo 50 da capacidade termica da usina de biog s aproveitada em secadores m veis e em cascata no caso da secagem por alimentag o e viragem 75 da capacidade amp utilizada b Investimento do secador de forma a atender aos requisitos do Anexo 3 da EEG custos adicionais de 100 00 kW da pot ncia t rmica instalada c Aumento de valor proporcionado pelo aumento da
322. equisito para o direito remunera o b sica que a eletricidade seja gerada a partir de bio massa como entendida pelo Regulamento Alem o de Biomassa BiomasseV Esse regulamento define a biomassa como sendo um vetor energ tico que con siste em massa vegetal ou animal bem como res duos e subprodutos que consistem de massa vegetal ou ani mal O g s gerado a partir de biomassa tamb m con siderado como biomassa Todos os substratos comuns utilizados em usinas de biog s se enquadram na defini o de biomassa Contudo observar que conforme estipula o 83 do BiomasseV alguns tipos de biomassa n o s o conside rados como biomassa Exemplos s o determinados subprodutos de origem animal lodo gases do trata mento de efluentes e de aterros sanit rios Desde 2009 em usinas sujeitas EEG permitido o uso tamb m de subst ncias que embora n o aprova das pelo BiomasseV s o consideradas como biomassa em sentido amplo exemplo lodo A remunera o no entanto se aplica apenas energia el trica que pro porcionalmente for gerada pela biomassa como enten dida pelo BiomasseV Segundo a nota explicativa da lei contudo essa flexibiliza o do denominado princ pio de exclusivi dade n o se aplica produ o de biog s propria mente dita como para se qualificar ao pagamento da remunera o o pr prio biog s utilizado deve ser uma 150 biomassa na acep o do 8 27 1 da EEG deve atender aos req
323. er r bensilage BLE Projekt Az 99UM031 Abschlu be richt Bundesforschungsanstalt f r Landwirtschaft FAL Braunschweig 2001 Schattauer A Untersuchungen zur Biomethanisierung von Zuckerr ben Masterarbeit angefertigt im Institut f r Technologie und Biosystemtechnik Bundesfor schungsanstalt f r Landwirtschaft FAL Brauns chweig 2002 Bischoff M Erkenntnisse beim Einsatz von Zusatz und Hilfsstoffen sowie Spurenelementen in Biogasanlagen VDI Berichte n 2057 Biogas 2009 Energietr ger der Zukunft VDI Verlag D sseldorf 2009 pp 111 123 Wilfert R Schattauer A Biogasgewinnung und nut zung Eine technische konomische und kologische Analyse DBU Projekt 1 Zwischenbericht Institut f r Energetik und Umwelt GmbH Leipzig Bundesfor schungsanstalt f r Landwirtschaft FAL Brauns chweig 2002 4 13 4 14 4 15 4 16 An nimo Die Herstellung von Biodiesel innovas news Anwendungsbeispiel Biogas 3 98 Munique 1998 Wesolowski S Ferchau E Trimis D Untersuchung und Bewertung organischer Stoffe aus landwirtschaftli chen Betrieben zur Erzeugung von Biogas in Co und Monofermentationsprozessen Schriftenreihe des Lan desamtes f r Umwelt Landwirtschaft und Geologie Heft 18 2009 Dresden 2009 Amon T Kryvoruchko V Amon B Schreiner M Untersuchungen zur Wirkung von Rohglycerin aus der Biodieselerzeugung als leistungssteigerndes Zusatz mittel zur Biogaserzeugu
324. er esvaziado e o biodigestor deve conter aberturas para manuten o e observar as normas de seguran a durante trabalhos no biodigestor biodigestor Como ela pode entupir a tubula o de g s para a sua retirada a sa da de g s deve ser posicionada o mais alto poss vel no digestor Coletores de escuma adicionais auxiliam a evitar que ela penetre na tubula o de substrato dos digestores instalados a jusante A figura 3 36 ilustra essa disposi o No gas metro do digestor tamb m poss vel montar um sensor de escuma que aciona um alarme no caso de forma o de escuma em quantidade ele vada A pulveriza o de subst ncias para a inibi o da escuma que exige equipamento especial no di Figura 3 31 AMS com h lice esquerda tubula o guia centro grande p direita Agrartechnik Lothar Becker esquerda centro KSB AG gestor uma forma de evit la nos casos de forma o abundante O equipamento pode ser constitu do de um dispositivo de pulveriza o No entanto deve se ter em mente que os gases corrosivos podem Coletor de escuma e combate forma o de escuma Conforme o substrato ou composto de substratos na digest o mida pode haver a forma o de escuma no atacar os orif cios finos dos tubos do pulverizador Pode se prevenir a corros o ligando regularmente o equipamento tamb m sem a ocorr ncia de escuma 61 Guia Pr tico do Biog s Gera o e Utiliza o Figura 3 32
325. era o com biog s os custos da gera o de calor s o de 8 3 a 11 6 ct kWh O custo da distribui o de calor repre senta sozinho 3 17 ct kWh O fornecimento do leo de aquecimento para os picos de demanda outro importante item de custos Esse exemplo mostra que o calor residual cogerado pode custar aprox 2 5ct kWh para poder concorrer com uma usina movida a cavacos 8 5 Classifica o qualitativa de diferentes canais de utiliza o de calor A tabela 8 25 d uma vis o geral sobre a classifica o qualitativa de diferentes canais de utiliza o de calor 8 6 8 1 8 2 8 3 8 4 8 5 8 6 8 7 8 8 8 9 8 10 Economia Fontes bibliogr ficas EEG 2009 Lei Alem de Energias Renov veis Erneu erbare Energien Gesetz Fraunhofer UMSICHT 2008 Technologien und Kos ten der Biogasaufbereitung und Einspeisung in das Erdgasnetz Resultados do estudo de mercado 2008 2008 Oberhausen Gemmeke B 2009 depoimentos pessoais KTBL 2005 Gasausbeute in landwirtschaftlichen Bio gasanlagen Darmstadt FNR 2005 Handreichung Biogasgewinnung und nut zung Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e V Hrsg G lzow vTI 2009 Bundesmessprogramm zur Bewertung neu artiger Biomasse Biogasanlagen Abschlussbericht Parte 1 Braunschweig D hler S e H D hler 2009 Beispielhafte Biogaspro jekte unter dem neuen EEG im Rahmen des Bun deswettbewerbs Musterl
326. eralmente s o registradas e documentadas as horas de opera o e as horas em carga plena A docu menta o adicional dos tempos de parada com res pectivas causas de falha bem como o tempo de manu ten o e o seu custo financeiro permitem identificar os calcanhares de Aquiles do processo De forma geral poss vel melhorar a disponibili dade de equipamentos t cnicos com as seguintes me didas Respeitar intervalos de manuten o Realizar manuten o preventiva Uso de equipamentos de medi o para detectar fa lhas Manter estoques de pe as de reposi o R pida disponibilidade de apoio t cnico do fabri cante ou oficinas regionais Redund ncia na constru o dos componentes cr ti cos Uso de tecnologias e materiais com baixo desgaste A funcionalidade da tecnologia o pr requisito para a estabilidade do processo de digest o O processo biol gico diretamente afetado em caso de paradas no carregamento ou agita o do substrato Maiores in forma es sobre a otimiza o da biologia se encon 111 og gi oT Guia Pr tico do Biog s Gera o e Utiliza o tram nas se es relevantes deste cap tulo bem como no cap tulo 2 5 6 2 An lise da efici ncia da usina como um todo utiliza o do substrato com base nos fluxos de energia Se a usina opera com elevada utiliza o do equipa mento em determinadas circunst ncias poss vel ele var a efici ncia por meio da
327. ergie Stand und Perspektiven pp 19 32 VDI Verlag 2001 5 4 Resch C W rl A Braun R Kirchmayr R Die Wege der Spurenelemente in 100 NAWARO Biogasanlagen 16 Symposium Bioenergie Festbrennstoffe Fl ssi gkraftstoffe Biogas Kloster Banz Bad Staffelstein 2007 5 5 Kaltschmitt M Hartmann H Energie aus Biomasse Grundlagen Techniken und Verfahren Springer Verlag Berlim Heidelberg Nova Iorque 2001 5 6 5 7 5 8 5 9 5 10 5 11 5 12 5 13 5 14 5 15 5 16 5 17 5 18 5 19 5 20 Opera o de Usinas de Biog s Technische Information 4 Sicherheitsregeln fiir Biogas anlagen Bundesverband der landw Berufsgenossen schaften e V Kassel 2008 Falbe J et al Hrsg R mpp Chemie Lexikon Georg Thieme Verlag 9 edi o Stuttgart 1992 Arbeitsplatzgrenzwerte TRGS 900 Bundesanstalt f r Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin download em 30 06 09 http www baua de nn_5846 de Themen von A Z Gefahrstoffe TRGS TRGS 900__content html _ _nnn true Arbeitsst tten bauliche Anlagen und Einrichtungen VSG 2 1 Bundesverband der landwirtschaftlichen Be rufsgenossenschaften download em 30 06 09 http www Isv de lsv_all_neu uv 3_vorschriften vsg21 pdf BGR 104 Explosionsschutz Regeln Sammlung tech nischer Regeln fiir das Vermeiden der Gefahren durch explosionsf hige Atmosph re mit Beispielsammlung zur Einteilung explosionsgef h
328. erial s o as reas de prote o ambiental e aquelas em que se realizam medidas para a prote o da vegeta o Alguns exemplos s o re s duos de corte e poda de reservas naturais reas de prote o volunt ria reas de programas agr cola am bientais e demais programas de fomento equivalentes Al m disso considera se tamb m como material de conserva o da paisagem os res duos verdes munici pais os res duos verdes provenientes da conserva o de jardins e parques p blicos ou privados o material produzido na manuten o de campos esportivos e de golfe bem como os res duos da conserva o de faixas verdes margem de cursos d gua Normalmente a conserva o de reas naturais protegidas se d apenas uma vez por ano o que explica o fato de o material con ter elevados conte dos de mat ria seca e lignina Disso decorrem produ es de g s reduzidas e menor aptid o para a ensilagem Adicionalmente o uso dos materiais descritos exige t cnicas e procedimentos especiais que atualmente s o muito caros ou ainda n o est o tecnica mente amadurecidos Por outro lado os materiais das atividades de conserva o que visam manter a vegeta o tais como gramados municipais e de campos de es portes e golfe t m baixo teor de lignina e portanto s o mais facilmente degradados Para obter o direito ao b nus de conserva o da paisagem de 2 centavos de euro por kWh mais de el 50 em peso do material utilizad
329. ermitiu uma produ o de metano bem maior que a digest o dos substratos separadamente Os estudos tamb m conclu ram que adi es de glicerol superio res a 8 n o surtiram efeito positivo na codigest o em alguns casos chegando at a inibir a forma o de metano Em suma conclui se que os subprodutos pro venientes da produ o de biodiesel t m boa aptid o como cossubstrato desde que utilizados em pequenas quantidades 4 2 4 Processamento de batatas fabrica o de amido Al m de efluentes contendo mat ria org nica a fabri ca o de amido a partir da batata origina a chamada polpa de batata Esse subproduto composto essen cialmente de cascas paredes celulares e c lulas de amido n o decompostas que sobram ap s a obten o do amido Cada tonelada de batata processada origina cerca de 240kg de polpa 760 litros de efluentes do processamento e 400 600 litros de guas residu rias 4 16 Na atualidade uma parte da polpa destinada agricultura para ser utilizada como ra o animal e a maior parte da gua residual usada como adubo nas lavouras Como no entanto apenas uma pe quena parte usada como ra o e a deposi o da gua residual pode levar ao excesso de adubo nas planta es e saliniza o do len ol fre tico necess ria uma solu o a m dio prazo Uma das alternativas aproveitar esses subprodu tos em usinas de biog s j que s o substratos com boa degradabilidade As ca
330. erticais e fundos c nicos em biodigestores verticais e as particularidades dos equipamentos que comp em os sistemas de remo o de sedimentos equivalem s dos equipamentos j apresentados separadamente e as roscas de remo o devem ser instaladas atrav s da parede do digestor com impermeabilidade a l quidos ou por cima dela com impermeabilidade a gases a remo o pode ocasionar fortes odores e para o uso de roscas de remo o no biodigestor deve ser instalado um po o de bombeamento ou algo semelhante Formas construtivas exterior e sistema de raspagem com acionamento externo para o transporte da camada de sedimentos para o roscas de remo o no fundo do biodigestor e fundo c nico do biodigestor com bomba de descarga e agitador de camada de sedimentos ou aparelho de enx gue Manuten o e a manuten o em sistemas fixos exige o esvaziamento do biodigestor portanto vantajoso o uso de acionamentos externos ou componentes desacopl veis e observar as normas de seguran a durante trabalhos no biodigestor sistemas de remo o nem sempre ser o suficiente mente eficazes Nesse caso poss vel que seja necess rio abrir o biodigestor e retirar a camada manualmente ou com o aux lio de m quinas As especifica es dos sistemas de remo o de sedimentos s o mostradas na tabela 3 28 Em biodigestores altos com 10 m ou mais de altura a press o est tica pode ser suficiente para a remo o de arei
331. es e permite boa homogeneiza o e mistura do substrato e forma o de camadas de sedimentos de pedras po o de bombeamento fossa de coleta ou mecanismos de raspagem devem permitir a retirada de camadas de sedimentos recomenda se a cobertura do tanque de carga para evitar a emiss o de odores o carregamento de s lidos pode ocasionar obstru es sobrenadante e sedimenta o Formas construtivas e tanques e reservat rios circulares ou retangulares no n vel do solo ou elevados cujo acesso para o enchimento pode ser alcan ado por uma carregadeira e tanques localizados em posi o mais alta que o biodigestor t m a vantagem de dispensar o uso de equipamentos de transporte em fun o do desn vel hidr ulico e a recircula o pode ser realizada com equipamentos semelhantes aos utilizados nos biodigestores Manuten o exige a remo o manual da camada de sedimentos na aus ncia de meios de retirada dessa camada e al m disso quase n o exige manuten o a manuten o dos equipamentos t cnicos descrita nos respectivos cap tulos Figura 3 14 Enchimento do tanque de carga e alimenta o Paterson FNR Hugo Vogelsang Maschinenbau GmbH Assim poss vel aplicar cossubstratos em intervalos regulares independentemente do esterco 3 8 Tam b m poss vel aumentar o conte do da mat ria seca no biodigestor elevando a produtividade do biog s Alimenta o indireta pelo tanque de carga Caso a usina
332. esde 1 de janeiro de 2009 a EEG n o mais permite zerar a data de in cio de opera o em virtude da moderniza o da usina nem mesmo por meio de investimentos adicionais conside r veis O rein cio da contagem do per odo de remune ra o tamb m n o poss vel pela troca do gerador Ap s o per odo legal de remunera o expirar ex tingue se o direito remunera o da EEG Embora ainda continue tendo a prioridade para injetar a ener gia na rede o operador tem de se encarregar da sua venda 7 3 1 3 Degress o A remunera o v lida para uma usina no ano do in cio da sua opera o permanece fixa durante todo o per odo legal de remunera o Para usinas que entrarem em opera o em um ano posterior s o aplicadas taxas de remunera o inferio res quelas para usinas em funcionamento j desde um ano anterior Conforme o vetor energ tico a EEG prev uma redu o anual da remunera o m nima mais ou menos acentuada O objetivo levar em con sidera o tanto o aumento da lucratividade da gera o de eletricidade de fontes renov veis proporcio nado pelo avan o tecnol gico como a queda do custo da mat ria prima em virtude do aumento de sua pro du o No caso da eletricidade gerada com biog s a redu o anual de 1 a mais baixa na escala de degressivi dade Essa redu o se refere tanto remunera o b sica quanto aos b nus Contudo ela serve como incentivo para que o
333. esquerda montagem de mangueiras de aquecimento no biodigestor direita Biogas Nord GmbH PlanET Biogastechnik GmbH direita Tabela 3 33 Valores caracter sticos e par metros operacionais de trocadores de calor externos 3 3 3 12 Valores e material geralmente de a o inoxid vel caracter sticos e pot ncia de transfer ncia condicionada pela capacidade da usina e temperatura do processo e di metros dos tubos correspondem s tubula es usuais de substratos em usinas de biog s Aplica o e todos os tipos de biodigestores com uso principalmente em biodigestores de fluxo pistonado Vantagens garantem uma boa transfer ncia de calor material fresco n o causa choque de temperatura no digestor o aquecedor atinge completamente o volume de material trocadores de calor externos podem ser limpos e mantidos com facilidade permitem bom ajuste da temperatura Desvantagens em certos casos exigem aquecimento do biodigestor adicional o trocador de calor externo um equipamento adicional e tem custo extra Particularidades e trocadores de calor devem ser purgados o que se consegue pela circula o de baixo para cima e adequados para controle termof lico de processos Formas construtivas e trocadores de calor de tubo duplo ou espiral Manuten o armazenamento podem ser equipados com uma co bertura imperme veis ou n o a gases Ambas as va riantes t m a vantagem de reduzir as emiss es de odores e mini
334. essamento localizados a jusante elimina o do CO Por essas raz es usinas de biog s agr colas nor malmente realizam a dessulfuriza o e a secagem do biog s gerado Conforme as subst ncias concomitan tes contidas no biog s ou as tecnologias de aproveita mento utilizadas p ex substitui o de g s natural por m pode ser necess rio que o g s receba trata mento adicional Os fabricantes de usinas de cogera o definem padr es m nimos de qualidade das pro priedades dos gases combust veis utilizados Esses padr es s o v lidos tamb m na utiliza o de biog s Os requisitos de qualidade do g s combust vel devem ser respeitados a fim de evitar intervalos de manuten o mais curtos ou danos nos motores 6 1 1 Dessulfuriza o Existem diferentes processos para realizar a dessulfu riza o Os processos se classificam em biol gicos qu micos e f sicos Conforme a aplica o distin guem se a dessulfuriza o fina e a grossa O processo ou a combina o de processos adotada se orienta pela destina o subsequente do biog s A tabela 6 1 apre senta uma compara o dos processos analisados Al m da composi o do g s tem papel funda mental a taxa de vaz o do biog s pelo equipamento de dessulfuriza o Em depend ncia da condu o do processo a vaz o pode oscilar substancialmente Ta xas de libera o de biog s temporariamente elevadas 115 Guia Pr tico do Biog s Gera o e U
335. estimentos Unidade Dep sito de substrato e carregamento Biodigestor Utiliza o do g s e controle Armazenamento de biofertilizantes Total de componentes Planejamento e licenciamento Total de investimentos Investimentos especiais kW a 30 esterco l quido 70 culturas energ ticas 75 kW 150 kW 350 WW 111 703 183 308 291 049 72111 108 185 237 308 219 978 273 777 503 466 80 506 117 475 195 409 484 297 682 744 1 227 231 48 430 68 274 122 723 532 727 751 018 1 349 954 7 090 4 992 3 864 Economia X Tratamento de g s IV 100 culturas energ ticas 350 kW 295 653 259 110 503 996 178 509 1 237 269 123 727 1 360 996 3 888 500 439 7 690 5 2 5 2 9 8 11 0 7 400 6 800 30 6 110 2 9 3 652 570 19 021 710 1 900 128 18 621 253 2 053 155 22 581 100 Subprodutos 500 Wi 196 350 271 560 599 616 195 496 1 263 022 126 302 1 389 324 2 779 167 080 00 Guia Pr tico do Biog s Gera o e Utiliza o Tabela 8 10 Investimentos para unidades funcionais das usinas modelo VI a X Dep sito de substrato e 365 979 173 553 carregamento Biodigestor 309 746 275 191 Utiliza o do g s e 601 649 598 208 controle Armazenamento de 211 098 555 528 biofertilizantes Total de componentes 1 488 472 1 602 480 Planejamento e licen a 148 847 160 248 Total de investimentos 1 637 319 1 762 728 Investimentos especi
336. estri es Estes potenciais de energia final s o os que melhor representam a contribui o da gera o e utiliza o de biog s para cobrir a demanda de energia final e til 12 4 2 1 Gera o de energia el trica Com base em um grau de efici ncia de 38 relativo convers o em eletricidade por motores em usinas de cogera o calculado do potencial de gera o uma produ o potencial de eletricidade e com ela o po tencial t cnico de energia final de no m ximo 137 PJ a para o ano de 2007 Tomando se para 2020 uma efici ncia el trica m dia de 40 poss vel baseado em estimativas de hoje atingir um potencial t cnico de energia final de no m ximo 201 PJ a 12 4 2 2 Fornecimento de calor Considerando que o fornecimento exclusivo de calor atinja uma efici ncia de convers o de 90 calcula se uma produ o potencial de calor e de energia final para 2007 de 325 PJ a Se por outro lado o c lculo partir do uso exclusivo em usinas de cogera o para a produ o combinada de eletricidade e calor e de uma efici ncia t rmica de 50 obt m se um potencial t c nico de energia final para o calor de 181 PJ a em 2007 225 12 Q Q QQ Q O o i Guia Pr tico do Biog s Gera o e Utiliza o gt o EI secund ria biog s em PJ a a D k e be 2 o E E E KZ D D D m x culturas energ ticas 1 15 mi ha 2007 1 6 mi ha 2020
337. fator determinante mas sim a po t ncia m dia anual Para determinar a pot ncia m dia anual a quantidade total de energia injetada na rede de distribui o durante o exerc cio deve ser dividida pelo total de horas do exerc cio geralmente 8 760 O efeito negativo desse c lculo que usinas que n o te nham produzido energia durante um certo per odo em virtude por exemplo de trabalhos de manuten o apresentam uma m dia de remunera o por qui lowatt hora mais elevada que se tivessem trabalhado continuamente 73 1 2 Dura o da remunera o A remunera o da EEG n o por tempo indefinido mas sim limitada a um per odo de 20 anos mais o pe riodo restante at o fim do ano contado a partir da 146 data em que a usina entrou em opera o Se por exemplo uma usina iniciou as suas opera es em 1 de julho de 2010 o per odo de remunera o se inicia nessa data e termina em 31 de dezembro de 2030 O vetor energ tico utilizado n o tem influ ncia sobre a data do in cio da opera o Se por exemplo uma usina come ar a operar com g s natural ou leo de aquecimento e posteriormente mudar para o biog s o per odo da remunera o come a a contar j no in cio da opera o com g s natural ou leo de aquecimento O per odo de remunera o continua a ser contado mesmo se o operador comercializar a energia direta mente A legisla o n o prev a extens o do per odo legal de remunera o d
338. fe rentes tipos de redes e com diferentes n veis de pres s o Elas se classificam em redes de baixa at 100 mbar m dia 100 mbar a 1 bar e alta press o 1 a 120 bar Tamb m comum a diferencia o em quatro n veis de abastecimento rede internacional de longa dist ncia rede suprarregional rede regional e rede re gional de distribui o 6 5 No processo de trata mento do biog s a sua press o de sa da deve ser ajus tada press o da rede a fim de diminuir os custos de compress o posterior e otimizar os custos de disponi biliza o Antes da entrada do biog s tratado na rede necess rio aumentar a sua press o acima da press o existente no ponto de inje o da linha de transporte Cada ponto de inje o portanto tem de ser monito rado por uma esta o de medi o e controle de pres s o No ano passado a legisla o criou diversos meca nismos para facilitar a inje o de biog s Al m da al tera o da Lei Alem de Energias Renov veis em 01 01 2009 com o aux lio do GasNZV Regulamento de Acesso Rede de G s e do GasNEV Regula mento da Remunera o da Rede de G s atualizados em 2008 e 2010 foi poss vel resolver quest es t cni cas e econ micas controversas em favor da inje o de biog s Entre as altera es foi estipulado que os cus tos de investimento da conex o rede de g s em es pecial dos equipamentos de medi o e regula o da press o do g s dos compresso
339. fixia em caso de escape de g s 5 5 1 4 Manuseio de produtos qu micos Usinas de biog s utilizam diversos produtos quimi cos S o utilizados principalmente sais de ferro para a dessulfuriza o qu mica aditivo para a estabiliza o do pH e misturas complexas de enzimas e micronu trientes para a otimiza o do processo Os aditivos podem ser obtidos tanto na forma l quida como s lida p Uma vez que esses produtos geralmente t m propriedades t xicas e corrosivas antes do uso obser var rigorosamente as informa es do produto e as in dica es do fabricante quanto dosagem e aplica o p ex m scara anti p luvas resistentes a cidos etc Manter os n veis de produtos qu micos ao mi nimo necess rio 5 5 1 5 Outros riscos potenciais de acidentes Al m das fontes de perigo descritas existe tamb m o risco de queda de escadas ou em aberturas de enchi mento dosadora de s lidos tremonhas acessos de manuten o etc entre outros Garantir que se possa evitar quedas pelas coberturas portinholas grelhas ou que sejam constru das a altura suficientemente alta gt 1 8m 5 6 As partes m veis da usina eixos de agita o roscas de transporte tamb m representam uma fonte extra de risco e devem ser assinaladas apro priadamente por meio de placas Em usinas de cogera o a opera o n o condi zente com os preceitos t cnicos ou a ocorr ncia de de feitos podem acarretar choques el tricos fat
340. fornecimento de g s bruto e g s tratado pois na pr tica se observam diversos modelos de coopera o com distribuidoras e empresas de fornecimento de g s Conforme o 33 1 da altera o do Regulamento de Acesso Rede de G s a distribuidora de g s deve arcar com 75 dos Tabela 8 5 Tecnologias das usinas modelo Economia Dep sito de substrato Base de silagem em concreto conforme o caso com muros de concreto tanque de a o como dep sito intermedi rio para substratos l quidos Introdu o de s lidos somente culturas energ ticas Introdu o por rosca pist o ou misturador Tremonha de enchimento dispositivo de pesagem alimenta o do digestor a 2 500 kWa biodessulfuriza o externa Dessulfuriza o incluindo equipamento e tubula o Inje o de biog s conex o caldeira de biog s Dep sito de biofertilizantes Reservat rio de concreto Lavagem com gua sob press o dosagem de GLP an lise de gases odoriza o tubula es de Equipamentos de agita o tubula es de substrato equipamento de transporte detec o de vazamentos reservat rio imperme vel a gases equipamentos de medi o controle seguran a biodessulfuriza o tubula es de g s e se necess rio separador custos da conex o e os demais 25 s o de responsa bilidade do fornecedor do g s cf tamb m 7 4 3 2 Para conex es com comprimento de at um quil me tro previsto um teto de
341. g ncias quanto s tubula es e guar ni es e podem servir de aux lio no cumprimento da Tecnologia de Usinas para a Produ o de Biog s Tabela 3 16 Valores caracter sticos de guarni es e tubula es de l quidos Valores caracter sticos e material da tubula o PVC PEAD a o ou a o inoxid vel conforme a carga do meio e o n vel de press o e conex es flangeadas soldadas ou coladas e tubula es de press o com di metro de 150 mm tubula es sem press o refluxo ou ladr o com di metro de 200 300 mm conforme o substrato e todos os materiais devem ser quimicamente resistentes ao substrato e suportar a press o m xima de bombeamento tubula o de press o Particularidades e v lvulas gaveta com cunha s o bastante estanques mas sens veis a material estranho e v lvulas com l minas cortam subst ncias fibrosas e utiliza o de fechos r pidos de cabe a esf rica para conex es de tubos desencaix veis e eliminar o risco de congelamento em todas as guarni es e tubula es instalar isolamento no caso de substratos quentes e coloca o da tubula o com inclina o de 1 2 para permitir esvaziamento e evitar o refluxo de substrato do biodigestor para o tanque de carga pela correta instala o da tubula o e na coloca o de tubula o no solo observar a estanqueidade antes da instala o e instalar v lvulas guilhotina antes das v lvulas de reten o para o caso de impossibili
342. g s Al m da press o da c mara de combust o devem ser consideradas perdas de press o devidas s correntes e fluxos de massa na tu bula o de g s v lvulas e queimador de forma que a sobrepress o deve ser de at 6 bar em rela o pres s o atmosf rica Para essa finalidade a montante da microturbina a g s instalado um compressor Subst ncias concomitantes no biog s principal mente gua e siloxanos podem danificar a microtur bina a g s sendo portanto necess ria a secagem e fil tra o do g s para teores de siloxano acima de 10 mg m CHA No quesito teor de enxofre as micro turbinas a g s t m uma toler ncia maior que motores a g s Microturbinas a g s s o capazes de processar biog s com teores de metano de 35 a 100 6 7 6 8 Gra as combust o cont nua com excesso de ar a baixa press o da c mara de combust o as microturbi nas a g s apresentam emiss es de gases de escape bem inferiores a de motores Isso abre novas possibili dades de utiliza o dos gases de combust o tais como a secagem direta de ra o ou o fornecimento de CO a plantas cultivadas em estufa O calor residual 133 ooe og O Guia Pr tico do Biog s Gera o e Utiliza o disponibilizado a uma temperatura relativamente alta e transportado unicamente pelos gases de combust o Isso permite que a utiliza o do calor produzido seja mais barata e tecnicamente mais simples que no caso dos moto
343. g s na utili za o ajustes de motores manuten o Formaldeido NO xidos de enxofre mon xido de carbono somente em usina de cogera o ajustes de motores tratamento de gases de exaust o Emiss o de maus odores alimenta o coberta reas de armazenamento e reservat rio de bioferti lizantes biofertilizantes separados Emiss es de ru dos ap s deposi o dos biofertilizantes emiss es de am nia e xido nitroso tecnologia de deposi o e incorpora o Al m de terem efeitos negativos sobre o meio am biente as emiss es descontroladas de percolado de si lagem metano e am nia tamb m afetam negativa mente a efici ncia da usina Isso justifica medidas construtivas ou operacionais para a redu o de emis s es que podem ser muito rent veis economicamente p ex a impermeabiliza o a gases de reservat rios de biofertilizantes por meio de coberturas Como re gra geral a usina deve ser inspecionada regularmente quanto a poss veis emiss es levando em conta al m dos aspectos econ micos e ambientais tamb m a quest o da seguran a 5 7 Fontes bibliogr ficas 5 1 Kloss R Planung von Biogasanlagen Oldenbourg Verlag Munique Viena 1986 5 2 Kroiss H Anaerobe Abwasserreinigung Wiener Mit teilungen vol 62 Technische Universit t Wien 1985 5 3 Weiland P Grundlagen der Methang rung Biologie und Substrate VDI Berichte n 1620 Biogas als rege nerative En
344. g und Entwicklung von Regelungsstrategien f r die zweistufige thermo phile Methanisierung ligno zellulosehaltiger Feststoff suspensionen Dissertation an der TU Berlin Fachbe reich 15 Lebensmittelwissenschaften und Biotechnolo gie 113 og gi ogo On Guia Pr tico do Biog s Gera o e Utiliza o 5 21 5 22 5 23 5 24 5 25 5 26 5 27 5 28 5 29 5 30 114 Kroeker E J Schulte D D 1979 Anaerobic treatment process stability in Journal water pollution control Fe deration Washington D C 51 pp 719 728 Bischofberger W B hnke B Seyfried C F Dichtl N Rosenwinkel K H 2005 Anaerobtechnik Sprin ger Verlag Berlim Heidelberg Nova Iorque Braun R 1984 Biogas Methang rung organischer Abfallstoffe 1 ed Springer Verlag Viena Nova lor que K Buchauer A comparison of two simple titration pro cedures to determine volatile fatty acids in influents to waste water and sludge treatment processes Water SA Vol 24 N 1 janeiro de 1998 Rieger C e Weiland P 2006 Prozessst rungen fr hzeitig erkennen in Biogas Journal 4 06 pp 18 20 Braha A 1988 Bioverfahren in der Abwassertechnik Erstellung reaktionskinetischer Modelle mittels La bor Bioreaktoren und Scaling up in der biologischen Abwasserreinigung Udo Pfriemer Buchverlag in der Bauverlag GmbH Berlim und Wiesbaden Sahm H Biologie der Methanbildung Chemie Inge nieur Technik 5
345. gem a 105 C Cossubstrato Mat ria prima para a digest o que no entanto n o representa a maior parte da mat ria prima utilizada no processo de digest o completo Cultura energ tica alem o Conceito coletivo que denomina biomassas utilizadas para fins energ ticos exclu dos os NawaRo P alimentos e ra es Refere se normalmente s mat rias primas agr colas como o milho beterraba forragem sorgo e centeio verde que ap s a ensilagem s o destinadas a aplica es energ ticas C pula do gas metro l Componente que se encaixa sobre o biodigestor onde ocorre o ac mulo do biog s e de onde ele retirado Degradabilidade anaer bia Grau de convers o microbiana de substratos e cossubstratos geralmente expresso em potencial de forma o de biog s Degrada o biol gica l Decomposi o de res duos vegetais animais e demais mat rias org nicas por microrganismos em compostos mais simples Dep sito de biofertilizantes Reservat rio ou lagoa para o armazenamento de esterco adubos l quidos e biomassa tanque de esterco HI fermentada antes do seu aproveitamento Dessulfuriza o Processo f sico biol gico ou combinado para reduzir o teor de sulfeto de hidrog nio no biog s Di xido de carbono CO 5 G s incolor n o inflam vel de odor levemente cido n o t xico originado como produto final na combust o juntamente com a gua 4 5 no ar com efeito anest sico a partir de 8 p
346. herheitsregeln f r Biogas anlagen Bundesverband der landw Berufsgenossens chaften e V Kassel 2008 BImSchG Gesetz zum Schutz vor sch dlichen Umwelt einwirkungen durch Luftverunreinigungen Ger u sche Ersch tterungen und hnliche Vorg nge Bun des Immissionsschutzgesetz BImSchG Realiza o de um Projeto BioabfallV Verordnung ber die Verwertung von Bioabf llen auf landwirtschaftlich forstwirtschaftlich und g rtnerisch genutzten B den Bioabfallverordnung BioAbfV BiomasseV Verordnung ber die Erzeugung von Strom aus Bio masse Biomasseverordnung BiomasseV DIN EN ISO 10628 Flie schemata f r verfahrenstechnische An lagen Allgemeine Regeln ISO 10628 1997 Deutsche Fassung EN ISO 10628 2000 D ngegesetz D nG D ngegesetz D ngemittelverordnung Verordnung ber das Inverkehrbrin gen von D ngemitteln Bodenhilfsstoffen Kultursubs traten und Pflanzenhilfsmitteln D ngemittelverord nung D MV D ngeverordnung Verordnung ber die Anwendung von D n gemitteln Bodenhilfsstoffen Kultursubstraten und Pflanzenhilfsmitteln nach den Grunds tzen der guten fachlichen Praxis beim D ngen D ngeverordnung D V Diretiva da UE 1774 Orienta es para a aplica o do novo Re gulamento CE n 1774 2002 relativo aos subprodutos animais Landesabfallgesetz Landesrechtliche Regelung der Bundesl n der zur Erfassung und Verwertung organischer Abf lle Landeswassergesetz Landesrechtliche R
347. hes Biomasseforschungszentrum gGmbH DBFZ Kuratorium f r Technik und Bauwesen in der Landwirtschaft e V KTBL Anteriormente Kuratorium f r Technik und Bauwesen in der Landwirtschaft e V KTBL Anteriormente Deutsches Biomasseforschungszentrum gGmbH DBFZ Deutsches Biomasseforschungszentrum gGmbH DBFZ Bayrische Landesanstalt f r Landtechnik LfL Anteriormente Kuratorium f r Technik und Bauwesen in der Landwirtschaft e V KTBL Deutsches Biomasseforschungszentrum gGmbH DBFZ Anteriormente Kuratorium f r Technik und Bauwesen in der Landwirtschaft e V KTBL Deutsches Biomasseforschungszentrum gGmbH DBFZ Th ringer Landesanstalt f r Landwirtschaft TLL Kuratorium f r Technik und Bauwesen in der Landwirtschaft e V KTBL Anteriormente Johann Heinrich von Th nen Institut vTI Anteriormente Institut f r Energetik und Umwelt gGmbH IE Deutsches Biomasseforschungszentrum gGmbH DBFZ Deutsches Biomasseforschungszentrum gGmbH DBFZ Deutsches Biomasseforschungszentrum gGmbH DBFZ Anteriormente Kuratorium f r Technik und Bauwesen in der Landwirtschaft e V KTBL PARTA Buchstelle f r Landwirtschaft und Gartenbau GmbH Anteriormente Institut f r Energetik und Umwelt gGmbH IE Johann Heinrich von Th nen Institut vTI Anteriormente Deutsches Biomasseforschungszentrum gGmbH DBFZ Anteriormente Institut f r Energetik und Umwelt gGmbH IE Kuratorium f r Technik und Bauwesen in der Landwirtschaft e V KTBL Kuratorium f r
348. hung de 25 de junho de 2005 BGBl I pp 1757 2797 ltima altera o pelo Artigo 1 da Lei de 11 de agosto de 2009 BGBl I p 2723 RE 1774 2002 CE Regulamento 1774 2002 CE do Parlamento Europeu e do Conselho de 3 de outubro de 2002 que estabelece regras sanit rias relativas aos subprodutos animais n o destinados ao consumo humano JO L 273 p 1 ltima altera o pelo Regulamento 1432 2007 CE de 5 de dezembro de 2007 JO L 320 p 13 RE 181 2006 CE Regulamento 181 2006 CE da Comiss o Euro peia de 1 de fevereiro de 2006 que aplica o Regula mento CE n 1774 2002 no que se refere aos fertilizan tes org nicos e correctivos org nicos do solo com excep o do esterco e que altera esse regulamento JO L 29 p 31 Fonte Paterson FNR Economia O aspecto decisivo na decis o de construir uma usina de biog s a quest o de se o capital e o traba lho utilizados s o remunerados adequadamente Em outras palavras a opera o da usina planejada vi vel economicamente A fim de facilitar a avalia o da rentabilidade das usinas de biog s a quest o apresentada a seguir com base em usinas modelo 8 1 Representa o das usinas modelo Hip teses e dados caracter sticos O dimensionamento de usinas e a escolha de substra tos consideraram as condi es e restri es de remune ra o do uso de substratos conforme a EEG de 2009 Adotou se 2011 como o ano de in cio de opera o 8 1 1
349. ia se refere tanto a oscila es ao longo do tempo quanto distribui o da temperatura em di ferentes reas do digestor 3 3 Se a temperatura so frer oscila es dr sticas ou se situar acima ou abaixo de determinados valores pode ocorrer a inibi o do processo de fermenta o ou at mesmo a suspens o do processo V rios fatores podem causar oscila es de temperatura alimenta o do substrato fresco forma o de camadas ou zonas de temperatura em fun o do isolamento t rmico insuficiente ou mau dimensionamento do sistema de aquecimento agi ta o insuficiente posi o dos elementos de aquecimento temperaturas extremas no ver o e inverno falha nos equipamentos 66 Para o fornecimento das temperaturas de processo ne cess rias e para compensar perdas de calor o subs trato tem de ser aquecido o que pode ocorrer por meio de trocadores de calor ou elementos de aqueci mento externos ou integrados no digestor Os elementos de aquecimento integrados no di gestor elevam a temperatura do substrato em fermen ta o A tabela 3 32 cont m um resumo das tecnolo gias utilizadas e a figura 3 37 cont m exemplos Trocadores de calor externos aquecem o subs trato antes da introdu o no digestor que ali j entra preaquecido Isso evita a oscila o de temperatura do substrato ao ser introduzido No uso de trocado res de calor externos deve se realizar a recircula o cont nua do substr
350. ial na coloca o no biodigestor ou como equipamento de agita o a o inoxid vel PVC ou PEOC pl sticos devem ser colocados com bem pouco espa amento em raz o da baixa condu o t rmica na coloca o em concreto tubula o convencional para aquecimento de pisos Aplica o e aquecedores de parede todos os tipos de biodigestores de concreto e aquecedor de piso todos os biodigestores verticais e aquecedor interior todos os tipos de digestores comumente encontrado nos digestores verticais e aquecedores combinados com agitadores todos os tipos de digestores comumente nos horizontais Vantagens aquecedores localizados no biodigestor e combinados com agitadores se caracterizam por boa transfer ncia de calor aquecedores de piso e parede n o ocasionam sedimenta o aquecedores integrados a agitadores s o capazes de aquecer uma grande quantidade de material Desvantagens a forma o de camadas de sedimentos pode reduzir drasticamente a efic cia de aquecedores de piso aquecedores no biodigestor podem ocasionar sedimentos e portanto devem ser instalados com a uma dist ncia da parede Particularidades e a tubula o de aquecimento deve ser purgada o que se consegue pela circula o de baixo para cima e canaliza es de calor no concreto causam tens es t rmicas e conforme o tamanho do biodigestor instalado em dois ou mais circuitos o equipamento de aquecimento n o pode obstruir outros equipamentos p ex r
351. icidade Esse o caso quando n o ocorre inje o de eletricidade ou existe uma demanda de energia el trica relativamente cons tante Grandes usinas ou instala es industriais com suficiente consumo de energia t rmica s o a forte vo ca o desse tipo de usina de cogera o Para que se atinjam grandes tempos de opera o deve haver acu muladores de calor e ser coberta somente a carga b sica frequente que as usinas sejam dotadas de um gerenciador de carga Isso significa que a usina capaz de comutar entre as duas op es de funcionamento conforme a demanda o que pode ser uma vantagem por exemplo em reas residenciais ou hospitais Na pr tica a maioria das usinas de biog s que rea liza a convers o descentralizada de biog s em eletrici dade opera com prioridade para produzir energia el trica na qual a quantidade da energia produzida depende da quantidade m xima que pode ser injetada na rede Isso limitado apenas pela quantidade de g s dispon vel e pelo porte da usina de cogera o O cap tulo 8 4 mostra uma s ntese da lucratividade de con ceitos poss veis de aproveitamento de calor O terceiro modo de opera o com potencial fu turo e mencionado aqui sem pormenores a utiliza o orientada rede Nesse modelo a pot ncia de v rias usinas controlada dist ncia por uma cen tral usina de energia virtual A escolha entre os dois modos de opera o depende principalmente dos asp
352. icipal de calor em depend ncia do pre o de venda do calor da usina de biog s cogera o nn 180 Classifica o qualitativa dos diferentes canais de utiliza o do calor is 180 Condi es b sicas a observar no planejamento de subetrato EE 183 Terra exigida imobiliza o de capital e tempo de trabalho necess rio de diferentes atividades 186 Sequ ncia de trabalho e tempo de trabalho exigido no processo de silagem do milho 188 Sequ ncia de trabalho e tempo de trabalho exigido no processo de cereais s snnsssssssssssssissroreeesseesee 188 Tempo de trabalho necess rio para a supervis o de usinas de bioeg s E 189 Tempos de carregamento conforme o equipamento de carregamento utilizado 190 C lculo do tempo de trabalho necess rio ano para o preparo e carregamento do substrato com tempo de troca de ferramenta prepara o para a usina modelo Hl 191 Compara o dos valores caracter sticos e propriedades de enriquecimento de biofertilizantes om to bio o OTANI E 194 Compara o das concentra es de metais pesados de biofertilizantes e adubos org nicos 195 Pat genos nos dejetos l quidos e res duos org nicos EEN 195 Ocorr ncia de salmonelas em substratos e biofertilizantes de usinas de biog s e 195 Coberturas para dep sitos de biofertilizantes para a redu o de emiss es de am nia 196 13 Guia Pr tico do Biog s Gera
353. id ncias e de recursos h dricos sens veis O planejamento deve levar em conta etapas futuras de amplia o Pre requisitos legais referentes a dist ncias criag o de gado construg o de resid ncias conceito de usina EEG Len ol fre tico r requisitos geol gicos Forma es rochosas p q g g Op es de amplia o da usina de biog s Infraestrutura Distribui o dos CHP produtos de energia Organiza o Operacional Vias de circula o Logistica Possibilidades de consumo de energia Inje o de energia el trica ponto de inje o Local da usina Financiamento 7 Microtubula o de g s Tratamento do biog s reas de deposi o para produtos da digest o quantidades de substrato Culturas energ ticas dispon veis 4 Adubos org nicos Subprodutos Subs dios no local Figura 9 2 Fatores de influ ncia sobre a escolha do local CHP gera o combinada de eletricidade e calor Al m dos par metros de planejamento administra tivos a defini o do local de constru o deve contem plar fatores geol gicos tais como o n vel do len ol fre tico e o estado do solo tipo de solo conte do de rocha etc O financiamento da usina pode tirar pro veito de oportunidades de fomento oferecidas para o local da usina pela administra o municipal distrito ou Estado federado 9 1 2 Impacto da usina de biog s na rota o de culturas A gera o de biom
354. idade da ocorr ncia de at 107 og Of oT Guia Pr tico do Biog s Gera o e Utiliza o mosferas explosivas Essas reas devem ser sinaliza das com placas de alerta e nelas devem ser tomadas medidas de preven o e seguran a Zona 0 Nas reas da zona 0 ocorre continuamente uma at mosfera explosiva por longos per odos ou com pre domin ncia 5 6 5 10 Tais reas no entanto n o s o normalmente encontradas em usinas de biog s O biodigestor tamb m n o constitui uma rea desse tipo Zona 1 A zona 1 indica reas em que ocasionalmente se ori gina atmosfera explosiva em opera o normal S o reas pr ximas a aberturas de entrada do gas metro ou na lateral de condu o de g s do digestor bem como nas imedia es de estruturas de sopramento v lvulas e dispositivos de sobrepress o ou tochas de g s 5 6 Nessas reas deve se tomar as medidas de seguran a da zona 1 em um di metro de 1 m sob ven tila o natural Ou seja nessas reas s permitido utilizar equipamentos e aparelhos com prote o con tra explos o homologados para as zonas 0 e 1 Como regra geral em ambientes fechados evitar a libera o de biog s relacionada opera o Se por m houver a possibilidade de libera o a zona 1 se amplia para o ambiente inteiro 5 6 Zona 2 Nessas reas normalmente n o esperada a ocorr n cia de misturas de g s e ar explosivas Se no entanto houver ocorr ncia assu
355. ientes essencial para a sobreviv ncia dos mi crorganismos A demanda de micronutrientes geral mente atendida na maioria das usinas de biog s agr colas principalmente pelo uso de dejetos animais Com muita frequ ncia por m ocorre uma car ncia de microelementos principalmente na digest o simples de cultivos energ ticos Arqueas metanog nicas neces sitam de cobalto Co n quel Ni molibd nio Mo e sel nio Se e algumas esp cies de arqueas exigem tamb m o tungst nio W Ni Co e Mo s o cofatores em rea es essenciais no metabolismo 2 15 2 16 23 05 N oSSN Guia Pr tico do Biog s Gera o e Utiliza o Al m disso magn sio Mg ferro Fe e mangan s Mn s o micronutrientes importantes para o trans porte de el trons e a fun o de determinadas enzimas Por isso a concentra o dos micronutrientes no re ator um valor referencial de import ncia decisiva Nesse contexto se compararmos as diferentes fontes bibliogr ficas evidente a grande amplitude de va ria o dos micronutrientes considerados como essen ciais em certos casos chegando a 100 Tabela 2 1 Concentra es adequadas de micronutrientes conforme diferentes fontes bibliogr ficas Co 0 003 0 06 0 003 10 0 06 0 12 Ni 0 005 0 5 0 005 15 0 006 0 015 Se 0 08 0 08 0 2 0 008 0 018 Mo 0 005 0 05 0 005 0 2 0 05 0 15 Mn N E 0 005 50 0 005 50 N E Fe 1 10 0 1 10 1 10 N E a Concentra o m nima abso
356. igura 6 1 6 1 1 2 Biodessulfurizac o em biodigestores externos t cnica com filtros percoladores Para evitar as desvantagens citadas a biodessulfuriza o tamb m pode ser realizada fora do biodigestor por meio de filtros percoladores Para isso algumas empresas oferecem colunas de biodessulfuriza o dis postas em reservat rios separados Isso possibilita o controle rigoroso das condi es necess rias para a dessulfuriza o como a alimenta o de ar e oxig nio Para potencializar o efeito adubador do substrato di gerido o enxofre precipitado pode ser novamente adi cionado ao substrato digerido no dep sito de bioferti lizantes O processo do filtro percolador no qual o sulfeto de hidrog nio absorvido com o aux lio de um meio de lavagem regenera o da solu o pela adi o de oxig nio do ar atinge taxas de decomposi o de at 99 o que pode levar a concentra es de g s residual inferiores a 50 ppm de enxofre 6 24 Em virtude da elevada inje o de ar de cerca de 6 esse m todo n o adequado para o tratamento de biometano 6 5 Tratamento do Biog s e Op es de Utiliza o Figura 6 1 Controle de g s para sopramento de ar no gas metro do biodigestor DBFZ 6 1 1 3 Lavagem bioqu mica de g s lavador biol gico de g s Ao contr rio da t cnica com filtro percolador e da des sulfuriza o interna o lavador biol gico de g s cons titui o nico processo biol gico para
357. iliza o gradada Isso significa que apenas 5 do nitrog nio fixado na mat ria org nica se encontra fitodispon vel no ano de aplica o ou 3 nos anos seguintes 10 12 A estimativa do nitrog nio dispon vel a partir do biofertilizante utilizado no ano de aplica o pode ser calculada por meio de equivalentes de aduba o mi neral EAM O EAM determinado no ano de aplica o principalmente com base na disponibilidade do nitrog nio amoniacal Nos anos seguintes s o forneci das somente pequenas quantidades de nitrog nio do biofertilizante Se a maior parte das perdas de am nia for evitada o EAM de curto prazo ser de 40 a 60 Essa fra o deve ser deduzida da demanda de adubo mineral No caso da aplica o de biofertilizan tes no longo prazo 10 15 anos pode se adotar um EAM de 60 a 70 10 12 10 7 No geral por m pode se assumir que a efic cia do nitrog nio dos biofertilizantes depende fundamental mente do tipo e momento da deposi o das condi es clim ticas do tipo de solo e da esp cie cultivada Os valores de pH dos biofertilizantes mais eleva dos que os do esterco l quido bovino bruto t m efeito desprez vel nas perdas de am nia uma vez que ime diatamente ap s a deposi o dos estercos l quidos bo vinos brutos o pH atinge valores entre 8 e 8 5 As emiss es de am nia portanto n o se distinguem sig nificativamente 10 15 Tabela 10 8 Perdas cumulativas de
358. ilizados de imediato O custo por medi o bem menor e os dados podem ser integrados fa cilmente na automa o do processo Infelizmente os par metros de medi o necess rios para o balan o da massa n o podem ser obtidos por sensores na linha exigindo an lises laboratoriais Opera o de Usinas de Biog s complementares Os par metros e sua disponibili dade se encontram resumidos na tabela 5 4 A monitora o cont nua de todos os par metros listados muito onerosa e em diversas usinas tamb m desnecess ria Solu es parciais espec ficas t m de ser encontradas para atender s exig ncias de cada usina Os crit rios para o controle e a respectiva tecnologia de medi o necess ria s o desvio permitido do processo grau de automa o almejado caracter sticas do processo Tabela 5 4 Par metro de medi o e disponibilidade Determina o da MS em desenvolvimento demais Composi o do substrato no carregamento par metros por an lise laboratorial Compostos An lise laboratorial necess ria intermedi rios cidos org nicos Quantidade de sa da Dispon vel para a linha Determina o da MS em desenvolvimento demais par metros por an lise laboratorial Composi o Biofertilizante Volume de g s formado Dispon vel para a linha Composi o Biog s Dispon vel para a linha A detec o precoce de estados cr ticos do processo acumula o de cido segui
359. ilizar completamente o biog s no pr prio local e os usu rios do calor se localizam a uma dist ncia aceit vel Seu princ pio an logo ao da inje o do biometano na rede de g s natural embora exija um grau inferior de purifica o do g s Como n o necess rio alterar o conte do energ tico do g s necess rio realizar apenas a sua secagem e dessulfu riza o com os processos descritos em 6 1 1 e 6 1 2 Outra vantagem o melhor aproveitamento do calor e o aumento da efici ncia total associado 138 S o utilizados principalmente dois processos ope ra o exclusiva com biog s ou a mistura cont nua ajuste da qualidade do g s exigida ou tempor ria picos de demanda com g s natural As aplica es mais comuns s o em unidades aut nomas de contabi liza o instala es municipais processos industriais e grandes empresas agr colas At o presente a EEG n o prev o subs dio de mi crorredes de biog s uma vez que a maior parte do nus financeiro resulta dos custos de investimento Por outro lado os custos operacionais s o bastante re duzidos O Programa de Incentivo ao Mercado po r m uma forma de fomento de investimento que concede um subs dio de 30 sobre tubula es de bio g s bruto de 300 m ou mais de comprimento 6 6 A Alemanha j conta com diversas microrredes de g s com destaque para as redes na cidade de Brauns chweig e no Centro Agr cola Eichhof A microrrede tem direit
360. imento da usina ou seja em usi nas de menor porte t m maior peso que nas de maior porte Efeitos menos acentuados se manifestam pela varia o de fatores como o tempo trabalhado o custo de manuten o e reparo e a venda de calor Particular Tabela 8 14 Calculo de custos da usina modelo X Receitas SR m a 2 053 155 G s injetado kWh a 22 581 100 m3 a 1 900 128 G s tratado kWh a 18 621 253 m a 3 652 570 G s bruto kWh a 19 021 710 Custos vari veis Custos do substrato a 638 409 Insumos indiretos a 361 763 Manuten o e reparo a 61 736 An lises laboratoriais a 2 880 Total de custos vari veis a 1 064 788 Margem de contribui o a 1 064 788 Custos fixos Depreciag o a 267 326 Juros a 75 358 Seguros a 18 839 M o de obra homem 11 75 hora dia M o de obra homem 4 291 hora ano M o de obra a 64 358 Total dos custos fixos a 425 881 Receita s custos diretos a 260 897 Custos gerais a 10 000 Custos Ela 1 500 670 Fornecimento de g s injetado Custos espec ficos do g s m 0 73 injetado ct kWh 6 65 Dos quais Custos de fornecimento do g s a 1 334 472 tratado Custos espec ficos m 0 70 Fornecimento do g s tratado ct kWh 717 Dos quais Custos de fornecimento do g s a 1 030 235 bruto Custos espec ficos m 0 28 Fornecimento do g s bruto ct kWh 5 42 mente a situa o da venda de calor seria diferente se fosse poss vel imple
361. investiga o da demanda energ tica da usina e poss veis perdas de energia se guida da redu o das perdas recomend vel que se analise a usina como um todo a fim de identificar os principais fluxos de energia e pontos fr geis Conside rar as seguintes sub reas Disponibiliza o de substrato quantidade e quali dade do substrato qualidade da ensilagem intro du o de substrato Perdas na ensilagem qualidade da ensilagem taxa de alimenta o tamanho das superf cies de corte gua de percola o Biologia do processo intervalos de alimenta o taxa de degrada o atingida quantidade e compo si o espec ficas do biog s estabilidade do equipa mento composi o do substrato concentra es de cidos Utiliza o do g s efici ncia t rmica e el trica da usina de cogera o escape de metano ajustes de motores intervalos de manuten o Biofertilizantes potencial de g s residual de biofer tilizantes aproveitamento de biofertilizantes Perdas de metano emiss es por vazamentos Carga de trabalho da opera o da usina elimina o de falhas paradas Consumo de energia no local e Registro regular de contadores consumo de energia per odos Delimita o clara dos consumidores de energia el trica p ex agitadores sistemas de carrega mento usina de cogera o etc Ajuste dos sistemas de agita o tempos e intensi dade da agita o s condi es e N
362. io da planta da propriedade edifica es reas de silagem Localiza o do ponto de inje o de g s ou eletricidade mais pr ximo Decis o sobre o uso da configura o constru o de usina mais adequado e da tecnologia considerando a orienta o da propriedade no futuro e medidas de reestrutura o das opera es em fun o da usina de biog s Dimensionamento dos componentes da usina conforme a an lise de potencial Quest o de procedimento como o projeto dever ser executado A usina dever ser constru da pronta para o uso projeto turn key Os trabalhos especializados dever o ser contratados separadamente Quanto e quais trabalhos ser o com recursos pr prios A usina poder ser constru da em cooperativa Que trabalhos especializados ser o anunciados detalhadamente aos fornecedores potenciais p ex trabalhos de solo sistemas el tricos Permitir espa o para varia es na execu o O wll H 211 on Guia Pr tico do Biog s Gera o e Utiliza o 11 2 1 Disponibilidade de substrato Para a constru o e opera o de uma usina de biog s crucial que se esclare a a quest o da disponibilidade do substrato ao longo do ano e se suficiente para o carregamento da usina Nesse contexto deve se inves tigar a que custo a obten o do substrato vi vel Pro priedades agr colas com cria o de gado t m a vanta gem do acesso ao substrato esterco l quido esterco ou
363. io do processo em rela o ao estado desejado Para isso utilizada a constante de proporcionali dade Esse controle pode ser ampliado em um compo nente integral Esse componente necess rio quando devido a uma varia o persistente no sistema o des vio ocasionado n o pode ser compensado pela cons tante de proporcionalidade Esse problema foi resol vido com o aux lio de um elemento proporcional integral do desvio O elemento diferencial propor cional ao aumento do desvio e permite uma r pida re a o a desvios acentuados O controle PID se caracteriza por um comporta mento linear e n o din mico N o poss vel mapear correla es entre os diferentes par metros de medi o O PID um controle de uso muito disseminado que pode ser utilizado tamb m em muitas aplica es 97 og O1 oT Guia Pr tico do Biog s Gera o e Utiliza o de u ug kpe kledt kg F Equa o 5 4 Controle PID e sa da do controle u sa da b sica do controle e desvio do processo k constante de proporcionalidade k fator do elemento integral k fator do elemento diferencial em usinas de biog s Ele pode por exemplo ser utili zado para ajustar o teor de oxig nio necess rio no biog s para a dessulfuriza o ou para o controle da temperatura no biodigestor Sob determinadas cir cunst ncias esse simples algoritmo tamb m pode ser utilizado para o controle do processo de gera o de biog s 5
364. ionais p ex xido nitroso am nia com impacto sobre o clima sendo que para o uso de esterco com finalidade energ tica em usinas o c lculo deduz emiss es n o realizadas Portanto deve se primeiro esgotar o potencial de rentabilidade proporcionado por dejetos animais e res duos vege tais da agricultura Devido aos cr ditos concedidos pelas emiss es n o realizadas na digest o de esterco 220 em oposi o ao armazenamento de esterco n o tra tado as emiss es de gases do efeito estufa se redu zem medida que a fra o de esterco aumenta em compara o com a matriz el trica alem Al m de emitir menos gases do efeito estufa em compara o com o armazenamento convencional ou seja n o usado em usinas o esterco tem tamb m um efeito es tabilizador de processos 12 1 Como os biofertili zantes s o um substituto da aduba o mineral d o direito aos cr ditos de adubos uma vez que t m o mesmo efeito positivo sobre o balan o de gases do efeito estufa Os resultados mostram que de forma geral pos s vel evitar as emiss es de gases do efeito estufa com o aux lio da produ o de eletricidade a partir do biog s pela substitui o de vetores energ ticos convencionais na Alemanha em grande parte energia nuclear e energia de lignito carv o betuminoso Isso depende fundamentalmente da opera o da usina de biog s No que diz respeito avalia o dos dados calcula dos relativos ao balan o ec
365. ior p ex pe las v lvulas de sobrepress o Uma solu o paliativa o uso de antiespumantes Para solucionar o problema de forma definitiva deve se identificar a causa e com bat la No que toca tecnologia de medi o a forma o de escuma pode ser detectada pelo uso combinado de diferentes aparelhos medidores de n vel Um sensor de press o por exemplo n o reage escuma mas sensores ultrass nicos s o capazes de detectar altera es na superf cie A diferen a detectada por ambos os sistemas resulta na altura da escuma 5 1 12 Avalia o do processo O processo avaliado pela an lise e interpreta o dos valores medidos Como j mencionado o c lculo do balan o dos fluxos de massa o m todo mais seguro para descrever o sistema Todavia a aplica o pr tica desse m todo invi vel em fun o do seu custo ele vado Al m disso a obten o dos valores medidos tem suas particularidades Por isso a seguir s o apre sentadas as diferen as entre a an lise laboratorial e o uso de sensores instalados na linha do processo To das as an lises de substrato em laborat rio pressu p em a retirada de uma amostra representativa e o seu encaminhamento ao laborat rio Tais an lises s o onerosas caras e n o fornecem resultados imediata mente Por outro lado sensores acoplados direta mente ao sistema se caracterizam por uma densidade de medi o bastante superior e os valores medidos s o disponib
366. ios operacionais de 61 usinas na Ale manha e coletou dados sobre a demanda de m o de obra 9 2 A tabela 9 5 mostra a sistematiza o e an lise das m dias dos valores obtidos Nessa tabela o valor m dio da elimina o de fa lhas t cnicas e biol gicas em usinas de biog s o re sultado da an lise dos dados de 31 usinas no mbito do projeto An lise dos pontos cr ticos de usinas de biog s 9 3 A an lise desses e de outros registros mostra que com o aumento da pot ncia nominal da usina eleva se tamb m o tempo total de trabalho exigido medido em homens hora por semana cf figuras 9 4 e 9 5 Os resultados do Programa de Medi o de Biog s II mos tram tamb m que h uma estreita rela o entre o ta manho do rebanho a quantidade carregada de subs trato em t semana e o tempo exigido de trabalho Infelizmente os valores de tempo de trabalho n o permitem inferir com seguran a sobre reas especifi cas das opera es Deve se atentar para o fato de o estudo 9 4 n o incluir o tempo de trabalho para a elimina o de fa lhas embora essa vari vel tenha sido abrangida pelas an lises de 9 5 para o c lculo do tempo de trabalho da supervis o Al m disso nas fontes citadas as etapas de traba lho da supervis o n o est o subdivididas com exati d o impossibilitando que se comparem os dados Por isso n o poss vel saber com seguran a que etapas de trabalho s o ou n o atribu das usina de bi
367. ir a amplia o da rede se necess rio e Se for o caso estabelecimento de um contrato de conex o rede e Trabalhos de conex o e amplia o 7 2 2 Gerenciamento da inje o de energia Em acordo com a EEG o operador de uma usina de biog s e demais tipos de usinas previstos nessa lei cuja pot ncia el trica seja superior a 100 kW tem a obriga o de equipar a usina com equipamentos que permitam um gerenciamento eficiente da inje o de energia pela empresa distribuidora O gerenciamento da inje o de energia tem como objetivo evitar a so brecarga da rede Para isso a distribuidora est auto rizada a reduzir a pot ncia de equipamentos de gera o de energia com mais de 100 kW ou deslig los da rede nos casos previstos pela legisla o Em tais ca sos ela deve sempre levar em conta a prioridade da energia oriunda de fontes renov veis e da cogera o sobre a energia gerada por meios convencionais Em caso de risco de sobrecarga da rede a distribuidora tem antes de reduzir a pot ncia das unidades conven cionais de gera o de energia A EEG exige que usinas de biog s com pot ncia superior a 100 kW sejam equipadas com dispositivos de controle remoto que permitam reduzir a pot ncia injetada medir a energia e transmitir os dados medi dos distribuidora Usinas de biog s j em opera o antes de 1 de janeiro de 2009 tiveram at o fim de 2010 para se atualizar Ao restringir a pot ncia de uma usin
368. ircunst ncias a produ o de g s permanece um tempo constante mas os cidos se acumulam no substrato em fermenta o Como as elevadas concentra es de am nio atuam como tamp o o aumento da concentra o de cidos or g nicos n o necessariamente leva a altera es do valor do pH Se for permitido um longo per odo de adapta o de at um ano os microrganismos s o capazes de se adaptar a altas concentra es de am nia Estudos en volvendo reatores de leito fixo mostraram que estes t m melhor capacidade de se adaptar a elevadas con centra es que reatores agitados Disso se depreende que a idade das bact rias tem um papel na adapta o a conclus o que longos tempos de reten o em rea tores agitados seriam uma estrat gia para combater o efeito inibit rio Os limites entre a concentra o de am nia a carga org nica volum trica e o tempo de reten o ainda n o s o perfeitamente conhecidos A adapta o exige tempo e a ela as varia es da taxa de degrada o s o inerentes Com isso ao processo de adapta o est associado um risco econ mico 91 oc O1 Guia Pr tico do Biog s Gera o e Utiliza o Equil brio de dissocia o NH NH N NH n o dissociado 10 0 90 0 7 Valor do pH NH N Inibig o da formag o de metano do cido ac tico por NH Inibi o 100 mg l NH3 N Figura 5 1 Inibi o da metanog nese do cido ac tico pelo NH segundo
369. ita poss vel enterrar o re servat rio de concreto parcial ou totalmente O teto do reservat rio pode ser de concreto Em reservat rios en 56 terrados ele pode ser projetado para permitir o tr nsito de ve culos caso em que o armazenamento do biog s realizado em um gas metro externo Se o biodigestor tiver tamb m a fun o de gas metro s o utilizados te tos de lona imperme veis a gases Reservat rios maio res exigem que o teto de concreto seja apoiado por co lunas centrais o que se n o realizado corretamente do ponto de vista t cnico pode acarretar rachaduras no topo Antigamente n o eram raras as rachaduras cau sando vazamentos e corros o do concreto e em casos extremos a demoli o do biodigestor Para evitar esses problemas deve se utilizar con creto de qualidade adequada e o projeto deve ser exe cutado por profissionais A Bundesverband der Deuts chen Zementindustrie e V associa o alem de produtores de cimento editou as instru es LB 14 Concreto para Reservat rios em Usinas de Biog s 3 13 que cont m recomenda es sobre os requisitos de qualidade do concreto destinado constru o de biodi gestores de concreto armado Os dados fundamentais do concreto destinado constru o de usinas de biog s se encontram na tabela 3 20 Maiores informa es po dem ser obtidas nos folhetos de instru es de agricul tura LB 3 3 10 e LB 13 3 11 Um biodigestor de con creto arma
370. iversos fatores Na rea da agricultura os potenciais s o dependentes entre outros fatores das condi es econ micas o per fil de culturas agr colas e das condi es de alimenta o no contexto mundial Assim os diferentes concor rentes da biomassa na agricultura atuam em duas frentes na produ o de alimentos inclusive ra o ani 224 Res duos org nicos 10 energ ticas Res duos 41 indus e agricolas 6 Figura 12 5 Uso de substrato em usinas de biog s valores baseados em massa pesquisa entre operadores de usinas em 2009 12 3 Silagem de gram neas 11 SPI 6 Gr o L A de cereal 4 Silagem de milho 78 Figura 12 6 Uso de substrato de culturas energeticas em usinas de biog s valores baseados em massa pesquisa entre operadores de usinas em 2009 12 3 mal e no aproveitamento da mat ria prima para fins energ ticos No segundo grupo por sua vez dispu tam diferentes vias de convers o energ tica No caso de res duos agr colas urbanos e industriais pode se escolher entre os mais variados canais de utiliza o energ tica e de mat ria prima Por isso independen temente dos progn sticos tra ados podem se obter os mais diversos resultados 12 4 1 Potencial t cnico de energia prim ria O biog s pode ser gerado a partir de uma s rie de flu xos de materiais diferentes A seguir s o expostos Import ncia do Biog s como Fonte de Energia Renov vel na Ale
371. ivos e prevenir que tais efeitos ocorram No mbito do processo de concess o de licen a essa norma jur dica se aplica somente a usinas de biog s de grande porte com pot ncia total de 1 MW ou superior e em usinas destinadas ao trata mento de res duos biol gicos 109 og gi oT Guia Pr tico do Biog s Gera o e Utiliza o 5 5 2 3 Prote o das guas A opera o de uma usina de biog s deve ter como meta que o seu impacto negativo sobre o meio am biente seja o m nimo poss vel No que tange prote o das guas em linhas gerais isso significa que a ar quitetura da usina tem de ser tal que n o acarrete impurezas s guas superficiais e ao len ol fre tico Os requisitos espec ficos da prote o das guas de pendem entre outros fatores das caracter sticas natu rais do local p ex rea de prote o de guas e est o sujeitos avalia o pelas autoridades o que explica as varia es existentes na legisla o conforme a regi o Mat rias como o esterco l quido o adubo l quido e os efluentes de silagem encontradas principalmente em usinas de biog s agr colas pertencem classe 1 de risco s guas risco baixo e as biomassas dedica das recebem a mesma classifica o 5 14 Por conse guinte a contamina o das guas superficiais e sub terr neas por essas mat rias deve ser evitada ao longo de toda a cadeia do processo Isso significa na pr tica que todos os locais de
372. ixo longo e com movimento lento O efeito de agi ta o n o atingido pela propuls o e sim pelo amas samento do substrato sendo especialmente eficiente com substratos ricos em mat ria seca Esses agitadores Tecnologia de Usinas para a Produ o de Biog s Figura 3 30 Biodigestor de ago inoxid vel em fase de constru o Anlagen und Apparatebau L the GmbH t m aplica o em digestores com reator agitado verti cal e tamb m em digestores horizontais os denomina dos biodigestores de fluxo pistonado Em virtude da arquitetura dos digestores horizon tais nesse tipo o eixo de agita o constru do horizon talmente sendo a agita o realizada pelas p s posicio nadas no eixo O fluxo pistonado horizontal garantido pelo abastecimento posterior do digestor com substrato Os eixos e os bra os de agita o dos agitadores frequentemente possuem serpentinas de aquecimento integradas ver figura 3 23 com a fun o de aquecer o substrato O agitador colocado em fun cionamento v rias vezes por dia por um breve per odo com baixo n mero de rota es Os valores caracte r sticos se encontram na tabela 3 25 Em biodigestores horizontais de reator agitado o eixo de agita o horizontal apoiado com o aux lio de um elemento de a o A orienta o do eixo n o pode ser alterada Com o aux lio de um agitador de im pulso correspondente poss vel a agita o no diges tor A figura 3 34 mostra um exemp
373. l quidos e biofertilizantes necessita de grandes volumes de pro duto para que os nutrientes possam ser lan ados unifor memente na rea Adubos l quidos minerais por exem 205 Guia Pr tico do Biog s Gera o e Utiliza o plo a solu o de nitrato de am nio e ureia com 28 de nitrog nio s o comumente depositados com pulveriza dores agr colas que por m t m uma capacidade limi tada Equipamentos convencionais dificilmente permi tem a deposi o de volumes superiores a 1 m ha A solu o de sulfato de am nio SA proveniente do processo de esgotamento a que mais se aproxima dos requisitos de um produto tratado Com um teor de nitrog nio de quase 10 essa solu o j utilizada comercialmente como adubo em larga escala pela agricultura sendo obtida pela purifica o do ar de exaust o e como subproduto da ind stria qu mica As estimativas econ micas n o consideraram cus tos ou receitas da utiliza o de produtos do trata mento da fase l quida ricos ou enriquecidos com nu trientes A sua venda s vi vel caso haja compradores interessados em obter guas residu rias mais prov vel que esse seja o caso do processo de separa o por membranas cujo permeado da osmose inversa pode ser despejado em cursos d gua Uma op o para quase todos os produtos sem nutrientes seria o uso em irriga o ou rega por aspers o A des carga direta em cursos d gua poss vel para produ tos
374. l de 3 a 12 m chegando s vezes at a 18 m As mangueiras de sa da s o posicionadas com um espa amento de 20 a 30 cm Na extremidade da mangueira se encontra um aparato especial normalmente em forma de sapato pelo qual descarregado o biofertili zante O distribuidor rebocado pelo plantio caso existe ao longo da opera o de deposi o Conforme o mo delo durante a aplica o a planta deslocada para o lado O biofertilizante depositado de O a 3 cm do solo de forma que geralmente a aplica o n o suja o plantio Figura 10 3 Distribuidor com reboque de sapatos Distribuidor de sulcos Tipicamente o distribuidor de sulcos tem uma lar gura til de 6 a 9 m e dotado de mangueiras de des carga espa adas com 20 a 30 cm A aplica o se d mediante uma estrutura em cuja extremidade se en contra um disco cortante ou faca de a o que realiza um sulco no solo no qual o biofertilizante aplicado Figura 10 4 Distribuidor de sulcos Aplica o direta com cultivador Os cultivadores de distribui o de esterco t m uma largura til de 3 a 6 m e s o dotados de mangueiras de Qualidade e Aproveitamento dos Biofertilizantes descarga espa adas com 20 a 40 cm O solo prepa rado com as hastes do cultivador e por sua extremi dade o biofertilizante depositado diretamente no sulco H tamb m a variante com grade cujos discos realizam sulcos no solo nos quais depositado o adubo
375. la 8 1 Vis o geral e caracteriza o das usinas modelo Modelo Pot ncia Caracteriza o I 75 kWa Uso de biomassas dedicadas e gt 30 de esterco suficiente para a qualifica o ao b nus de esterco m AE liquido nos exemplos min 34 de esterco na materia fresca diariamente utilizada HI 350 kW IV 350kW Digest o de 100 de biomassas dedicadas separa o e recircula o de material V 500 kW Digest o de esterco e subprodutos vegetais conforme Anexo 2 da EEG VI 500 kW Digest o de 100 de biomassas dedicadas separa o e recircula o de material VII 500 kW Digest o de esterco e res duos org nicos Usinas que processam res duos org nicos n o recebem o b nus NawaRo nem o b nus de esterco l quido Portanto a propor o de esterco na mat ria fresca n o pode ser inferior a 30 VII 1 000kW Digest o de 100 de biomassas dedicadas separa o e recircula o de material IX 500 kW Fermenta o a seco com a t cnica de garagem uso de esterco s lido e biomassas dedicadas x 500 m h Arquitetura e uso de substratos como a usina VIII tratamento do biog s e inje o em lugar de usina de cogera o a Fluxo de g s bruto por hora 500 m h correspondem a uma pot ncia aproximada de 1 MW Tabela 8 2 Par metros e custos dos substratos MS MOS E ct Teor de metano an Custo adicional Substratos biogas metano de MS Nm t MOS Nm t t MF Esterco liquido bovino com 8 80 370 55 13 0 restos de ra
376. le de processo sele tivo d pouca margem para a altera o da composi o do biog s que depende principalmente da composi o do material introduzido Al m disso o teor de metano influenciado por par metros do processo tais como a temperatura de fermenta o n vel de carga do reator e tempo de reten o hidr ulica bem como pela biodessulfuriza o e por dist rbios no pro cesso O rendimento potencial de metano determinado principalmente pela composi o do substrato utili zado ou seja pelos seus teores de gorduras proteinas e carboidratos ver cap tulo 2 3 4 1 Esses tr s grupos apresentam diferentes rendimentos espec ficos de me tano sendo o das gorduras elevado o das proteinas m dio e o dos carboidratos baixo Em termos de massa as gorduras permitem maior rendimento de metano que os carboidratos A concentra o do g s tra o sulfeto de hidrog nio H S tem um importante papel na qualidade da mis tura gasosa A concentra o n o pode ser elevada de mais pois j em reduzidas concentra es o sulfeto de hidrog nio capaz de inibir o processo de digest o Al m disso elevadas concentra es de H no biog s acarretam corros o em usinas de cogera o e caldeiras 2 1 A tabela 2 6 d uma vis o geral da composi o m dia do biog s Tabela 2 6 Composi o m dia do biog s conforme 2 1 50 75 em vol Metano CH Di xido de carbono CO 25 45 em vol gua
377. lemanha se tornasse um l der no ramo de planejamento e cons tru o de usinas desse tipo Em qualquer pa s a realiza o de um projeto de biog s est condicionada a quatro quest es funda mentais abordadas neste guia pr tico O sucesso de um projeto de biog s pressup e que os agricultores os investidores e as futuras opera doras tenham um conhecimento profundo e multi disciplinar aliado ao know how sobre agricultura e tecnologia energ tica abrangendo todos os aspec tos relacionados da legisla o administra o orga niza o e log stica O mercado oferece uma variedade incr vel de op es t cnicas e solu es personalizadas Este guia mostra um panorama cientificamente embasado e imparcial das tecnologias atualmente dispon veis no mercado que oferecem grande potencial para o futuro A escolha do substrato adequado deve estar em conformidade com os princ pios da biotecnologia Assim este guia disponibiliza o conhecimento ne cess rio para garantir a melhor opera o poss vel de uma usina de biog s especialmente nas fases de projeto e opera o Particularmente em novos mercados o processo de licenciamento da usina uma etapa frequente mente subestimada no caminho de concretiza o do projeto O guia fornece uma vis o geral dos di versos passos envolvidos na realiza o de um pro jeto de biog s considerando as diferen as do pro cesso de licenciamento nos diversos pa ses Idea
378. levada produtividade Em m dia a produti vidade de cerca de 45 t MF ha A cultura do milho n o exige cuidado intensivo e se adapta na maioria dos lugares Na colheita o p inteiro de milho picado e arma zenado em silos trincheira O teor de mat ria seca n o pode ser inferior a 28 nem exceder 36 No uso de milho com teor de mat ria seca acima de 28 pode ocorrer percola o o que significa perdas significati vas de energia Silagens com teor de mat ria seca su perior a 36 t m um elevado teor de lignina e por tanto menor degradabilidade Al m disso mat ria seca em demasia impede que a silagem seja compac tada adequadamente reduzindo a qualidade da ensi lagem e influenciando negativamente sobre a sua es tabilidade no armazenamento Ap s o dep sito no silo os componentes da planta picados s o compacta dos p ex por meio de carregadeira trator agr cola e fechados com uma lona Ap s um per odo de ensila gem de doze semanas a silagem est pronta para ser 75 ogo A Guia Pr tico do Biog s Gera o e Utiliza o utilizada na usina de biog s Ao fim deste cap tulo se encontram os rendimentos m dios de biog s e as pro priedades f sico qu micas Al m do uso da planta inteira na forma de silagem de milho na pr tica o uso apenas da espiga tem a sua import ncia Variantes comuns produzidas por ou tros m todos e momentos de colheita s o o milho de sintegrado com palha e sabugo MD
379. lfeto de hidrog nio em usinas de biog s agr colas extremamente rara Esse tipo de inibi o ocorre quando o substrato apresenta altos teores de enxofre As usinas de biog s agr colas geralmente utilizam substratos com teores de enxofre relativamente baixos Al m disso em fun o do seu efeito negativo sobre o aproveitamento do g s seus teores de H S devem sempre ser reduzidos Para com bater a inibi o por sulfeto de hidrog nio pode se adotar as seguintes medidas adi o de sais de ferro para precipitar o sulfeto redu o da fra o do substrato rica em enxofre dissolu o em gua A aplica o de tamp es para elevar o pH pode reduzir temporariamente a toxicidade do H S pr tica que no entanto deve ser evitada a longo prazo 5 4 3 Manejo de falhas e problemas t cnicos A grande diversidade das usinas de biog s agr colas quanto arquitetura e equipamento t cnico impossi bilita qualquer generaliza o sobre como eliminar fa lhas t cnicas e seu devido manejo Recomenda se con sultar o manual de instru es da respectiva usina o qual normalmente cont m recomenda es sobre como proceder para eliminar falhas nos diferentes componentes Poder calor fico inferior kWh m Densidade kg m 1 2 Densidade relativa ao ar 0 9 Ponto de igni o BG 700 Limites explosivos em vol 6 22 106 10 26 10 3 0 7 2 01 0 72 0 09 0 54 1 51 0 55 0 07 650 470 600 585 4 4 15 1 7 10 9 4 4 16 5 4 77
380. limenta o Valores e geralmente confeccionada em a o inoxid vel pist es alojados em carca a fechada caracter sticos e introdu o no biodigestor horizontal op o de adi o tamb m pelo fundo do biodigestor e v lvula autom tica e manual necess ria para o caso de o n vel do biodigestor exceder a borda superior do reservat rio de alimenta o Aplica o e todos os cossubstratos empilh veis comuns conforme a configura o de roscas do equipamento comporta tamb m material pedregoso e de fibras longas Vantagens baixo n vel de odores tima capacidade de dosagem automatiz vel Desvantagens risco de forma o de camada de sedimentos no biodigestor em virtude da compacta o do substrato comprimido o que dificulta o acesso dos microrganismos no biodigestor permite apenas o transporte horizontal do substrato somente um biodigestor pode ser alimentado pelo reservat rio Particularidades e a alimenta o deve ser imperme vel a l quidos e a altura e o volume de enchimento devem ser compat veis com o equipamento de enchimento em opera o op o de fragmenta o da massa pressionada compactada por faca qu drupla recomend vel por causa do risco de compacta o espa o dispon vel ao lado do biodigestor e possibilidade de dosagem pelos pist es em fun o do peso da instala o de equipamento de pesagem no reservat rio de alimenta o Formas construtivas e pist
381. limentar o biodigestor ou os reservat rios de alimenta o com substratos ou cos substratos l quidos por meio de bocais padronizados Nesse caso o reservat rio de alimenta o deve ser adaptado s caracter sticas do substrato Entre as espe cifica es exigidas destacam se o uso de materiais qui micamente resistentes a possibilidade de aquecimento dispositivos de mistura e coberturas imperme veis a gases e para a mitiga o de odores Carregamento de substratos empilh veis A introdu o de s lidos no biodigestor pode se dar direta ou indiretamente Na introdu o indireta os substratos empilh veis passam pelo tanque de carga ou pelo condutor do substrato antes de atingirem o biodigestor ver figura 3 15 A introdu o direta de s lido dispensa a etapa de mistura no tanque de carga ou no condutor de l quido permitindo a coloca o do substrato diretamente no biodigestor ver figura 3 16 45 o Ki Go 08 Go Guia Pr tico do Biog s Gera o e Utiliza o Tabela 3 12 Valores caracter sticos e par metros operacionais dos tanques de carga e devem ter capacidade para uma quantidade de substrato suficiente para um a dois dias de opera o e compat vel tamb m com substratos empilh veis se utilizado equipamento de fragmenta o Valores confeccionados em concreto imperme vel geralmente de concreto armado caracter sticos Aplica o e substratos bombe veis e mistur veis Particularidad
382. lmente o fornecimento de energia renov vel a partir do biog s pode ser combinado com o aprimora mento do fluxo de materiais o que frequentemente justifica o investimento em uma usina Para chegar a uma decis o bem embasada por m os investidores com a inten o de operar uma usina de biog s devem aplicar a metodologia correta ao comparar as suas pr prias ideias com as possibilidades oferecidas pela tecnologia de biog s Por esta raz o o Guia Pr tico do Biog s fornece as informa es necess rias para esgo tar todo o potencial do setor de biog s em termos de efici ncia energ tica e lucratividade 1 2 Abordagem Este guia foi concebido para preencher eventuais lacu nas no conhecimento e guiar empresas operadoras de usinas e demais envolvidos ao longo das v rias fases de planejamento de um projeto de biog s at a sua execu o O guia pretende ESTIMULAR o leitor a identificar as oportunidades oferecidas em sua regi o e examinar se pode contribuir para o aproveitamento do poten cial energ tico do biog s e de que forma Este guia tamb m pretende INFORMAR Para isto oferece s futuras operadoras de usinas e demais interessados em utilizar o potencial energ tico do biog s todas as informa es necess rias em uma fonte nica O guia tamb m apresenta meios apropriados para AVALIAR o conceito de um projeto fornecendo as ferramentas necess rias para examinar de forma cr tica os concei tos de projetos
383. lo do equipa mento Suas propriedades podem ser conferidas na tabela 3 25 Agita o pneum tica Embora seja oferecida por alguns fabricantes a agita o pneum tica do substrato de fermenta o tem um papel secund rio em usinas de biog s na agroind stria Na agita o pneum tica o biog s soprado pelo fundo do biodigestor para o seu interior Isso origina bolhas de g s que em um movimento vertical de baixo para cima promovem a mistura do substrato Os sistemas t m a vantagem de que as partes me c nicas necess rias para a mistura bombas e com pressores s o localizadas fora do digestor e portanto sofrem menos desgaste Essas t cnicas n o se prestam elimina o de sobrenadantes podendo por essa ra z o ser utilizadas somente para substratos de baixa viscosidade com baixa propens o forma o de so brenadantes Os valores caracter sticos de sistemas para mistura pneum tica se encontram na tabela 3 26 Agita o hidr ulica Na agita o hidr ulica o substrato pressionado para o interior do biodigestor por meio de bombas e bicos agitadores girat rios horizontais ou tamb m verti cais O substrato deve ser sugado e introduzido de forma a proporcionar o m ximo grau de mistura no digestor Sistemas com agita o hidr ulica tamb m ofere cem a vantagem de as partes mec nicas necess rias para a mistura serem localizadas fora do digestor e portanto sofrerem menos desgaste e permitirem f
384. luta em usinas de biog s b Concentra o ideal recomendada As faixas de concentra o indicadas na tabela 2 1 podem ser adotadas em usinas de biog s agr colas ape nas em parte uma vez que os valores se baseiam em pesquisas realizadas na rea de tratamento de efluentes em diferentes condi es e utilizando diferentes m to dos de levantamento Al m disso a amplitude extre mamente alta e quase n o existem dados sobre as con di es dos processos apresentados p ex carga org nica volum trica tempo de reten o etc No rea tor os micronutrientes podem se combinar com fosfa tos sulfetos e carbonatos livres formando liga es de baixa solubilidade o que os torna indispon veis para os microrganismos Por essa raz o a an lise da concentra o dos micronutrientes na massa de fermenta o n o suficiente para determinar com certeza a disponibili dade dos microelementos Somente determinada a concentra o total Assim o processo deve ser alimen tado com quantidades de micronutrientes maiores que as que seriam necess rias para meramente compensar uma concentra o deficiente A determina o da car n cia deve sempre considerar as concentra es dos mi cronutrientes em todos os substratos A an lise dos teo res de micronutrientes em diferentes ra es animais 24 revelou que pode haver grandes varia es Isso difi culta enormemente a determina o da dosagem ideal dos micronutrientes em ca
385. luxo de l quido substratos s li dos tais como res duos org nicos silagem e esterco utilizando unidades de dosagem adequadas como bombas dotadas de tremonha ver figura 3 17 A in trodu o pode ocorrer pela compress o no condutor do substrato ou por fluxo direto da unidade de ali menta o Durante a introdu o do substrato pode ocorrer fragmenta o grossa A pot ncia do equipa Introdu o no fluxo de l quido Chorume S lidos Tanque de carga Tecnologia de Usinas para a Produ o de Biog s mento de introdu o pode ser ajustada conforme o teor de mat ria seca e a quantidade de substrato a ser introduzida Pode se utilizar como fluxo de l quido o esterco de um tanque de carga reservat rio ou o substrato de um equipamento de fermenta o ou de dep sitos de biofertilizantes Sistemas desse tipo tamb m s o utilizados em usinas de biog s m dias a grandes uma vez que a constru o modular permite flexibilidade e maior toler ncia a falhas 3 17 Carregamento pelo tanque de carga S lidos Tanque de carga Figura 3 15 Introdu o indireta de substrato s lido esquema 3 1 Biodigestor com c pula de lona Biodigestor com teto de concreto Figura 3 16 Introdu o direta de substrato s lido esquema 3 1 Figura 3 17 Bombas dotadas de tremonha com bomba de l bulos integrada esquerda e bomba de cavidade progressiva direita Hugo Vogelsang Maschinenbau GmbH esquerda Netzs
386. m trica Formas construtivas e como bomba submergivel ou bomba instalada em local seco tamb m pode ser fornecida como bomba com fun o de fragmenta o dispon vel como bomba submerg vel com acionamento sob ou sobre a superf cie do substrato Manuten o e mais dif cil em bombas submergiveis mas relativamente de f cil acesso por aberturas de descarga observar as normas de seguran a durante trabalhos no biodigestor e interrup es da opera o s o ligeiramente mais longas que com outros tipos de bombas 43 o Ki ai Guia Pr tico do Biog s Gera o e Utiliza o Figura 3 12 Bomba de cavidade progressiva LEWA HOV GmbH Co KG Tabela 3 10 Valores caracter sticos e par metros operacionais de bombas de cavidade progressiva Valores e press o de bombeamento at 48 bar caracter sticos e fluxo volum trico entre 0 055 m min e 8 m min e pot ncia de entrada p ex 7 5 kW a 0 5 m min 55 kW a 4 m min depende fortemente do substrato Aplica o e substratos viscosos bombe veis com quantidade reduzida de material estranho e subst ncias de fibras longas Vantagens elevado poder de suc o constru o simples e robusta permitem a dosagem de substrato sentido de rota o invers vel Desvantagens sens vel opera o a seco capacidades de vaz o menores que as das bombas centr fugas sens vel a materiais estranhos pedra subst ncias com fibras longas metais
387. m s o decisi vos para o direito do operador da usina ao b nus Conforme uma decis o do Grupo de Trabalho da Fe dera o Estados para a Prote o contra Emiss es LAI de 18 de setembro de 2008 a notifica o para a comprova o do cumprimento dos valores limite so Condi es Legais e Administrativas mente emitida pela autoridade se as emiss es de formalde do forem de no m x 40 mg m A comprova o do cumprimento dos valores li mite se d pelo certificado da autoridade competente conforme a legisla o de prote o contra emiss es do Estado federado O operador recebe o certificado ofi cial de que s o cumpridos os valores limite de formal deido da TA Luft conforme o preceito de mitiga o de emiss es ap s apresentar o relat rio de emiss es junto autoridade competente O certificado pode en t o ser apresentado como comprovante distribui dora 73 34 B nus de cogera o A EEG aposta no b nus de cogera o como um grande incentivo financeiro para o uso do calor pro duzido na gera o de eletricidade O aproveitamento do calor aumenta a efici ncia energ tica total da usina de biog s e pode contribuir para a redu o da queima de combust veis f sseis A altera o da EEG aumen tou o b nus de 2 0 para 3 0 centavos de euro por qui lowatt hora tornando o incentivo ainda mais atraente usinas com entrada em funcionamento em 2009 Ao mesmo tempo as exig ncias quanto ao aproveita men
388. m se dar em um galp o Quando locali zados em um galp o se necess rio o ar de exaust o pode ser conduzido por um equipamento de exaus t o p ex lavador ou filtro biol gico 3 2 4 Armazenamento do biog s A gera o de biog s apresenta oscila es e picos na quantidade produzida Por essa raz o e porque a quantidade utilizada praticamente constante o g s tem de ser armazenado em locais adequados Os gas metros t m de ser imperme veis a gases resistentes press o raios UV temperatura intemp ries e a o das subst ncias em contato Antes de entrar em fun cionamento inspecionar o gas metro quanto sua es tanqueidade Por raz es de seguran a os gas metros devem estar equipados com mecanismos de segu ran a contra sobrepress o e subpress o visando evi tar que a press o interna se altere para n veis n o ad miss veis Outros requisitos e normas de seguran a de gas metros se encontram tamb m nos Preceitos de Seguran a para Usinas de Biog s de uso agr cola 3 18 O dimensionamento do gas metro deve permitir o armazenamento de pelo menos 25 da produ o di ria Normalmente recomenda se um volume equiva lente produ o de 1 a 2 dias Os gas metros podem ser de baixa m dia e alta press o O mais comum a variante de baixa press o com faixa de sobrepress o de 0 5 a 30 mbar Os gas metros de baixa press o s o compostos de lonas imperme veis que devem atender ao
389. m ser adotados no planejamento No momento n o est o dispon veis medi es do tempo de trabalho espec ficas realizadas em usinas de biog s A tabela 9 6 cont m o resumo dos tempos de carre gamento de diferentes equipamentos O tempo de trabalho necess rio para a aloca o de substratos pode ser estimado pela multiplica o dos valores de refer ncia dos tempos de carregamento pe las quantidades de substrato processadas anualmente somado a um excedente para cobrir os tempos neces s rios de troca de ferramenta prepara o O tempo de tr nsito entre a face da silagem e a usina de biog s pode aumentar sensivelmente o tempo de trabalho envolvido particularmente nas usinas de biog s de maior porte Isso pode ser evitado pela escolha de um local adequado para instalar a usina e pela op o por solu es t cnicas adequadas Tempo de trabalho necess rio para o preparo de substrato e carregamento do substrato na usina mo delo HI Assume se que o enchimento do equipamento de ali menta o de substrato se d por carregadeiras teles 190 4 28 8 06 6 02 3 83 4 19 6 20 4 63 3 89 5 11 2 44 a 511 3 66 E 2 58 2 03 1 25 1 34 2 612 E 1 502 c picas Considerou se um tempo de prepara o adi cional de 15 minutos por dia para repor o combust vel das m quinas retirar a lona do silo e co bri lo novamente Assim os tempos de trabalho para o preparo e carregamento do substrato totalizam 403 homens hora ano ver t
390. m vista dos investimentos adicionais de canaliza o do calor cf tabela 8 22 O c lculo foi baseado em um pre o do leo de aquecimento de 70 ct l Nos regimes de cultivo temperado e quente o potencial de economia aumenta em fun o da produ o de calor mais elevada com um aumento m nimo dos custos fixos a at 67 8 4 3 Canal de utiliza o do calor rede municipal de calor A altera o da Lei Alem de Energias e Calor Renov veis a Lei de Gera o Combinada de Energia e Calor e associadas possibilidades de fomento dos Estados e distritos e os cr ditos a juros baixos formam o quadro legal b sico para a utiliza o amplia o e constru o de redes de calor Na tabela 8 23 se encontram os dados caracteristi cos de um munic pio a ser abastecido com calor em um exemplo de planejamento S o comparados os for necimentos de calor por combust o de cavacos e por calor residual de uma usina de biog s Presume se que uma caldeira alimentada por cavacos ou uma usina de biog s cubram a demanda b sica cerca de 30 da demanda de pot ncia e uma caldeira de leo atenda aos picos de carga cerca de 70 da demanda de pot ncia O munic pio composto de 200 resid n cias uma escola e um edif cio administrativo O calor distribu do aos consumidores por meio de uma rede de gua quente Com base nisso obt m se uma de manda de pot ncia calor fica do munic pio de 3 6 MW A caldeira alimentada
391. manha para as diferentes fra es utiliz veis de biomassa os potenciais t cnicos de energia prim ria de diferentes fluxos de material analisados bem como os respecti vos potenciais t cnicos de gera o de energia forneci mento poss vel de calor e eletricidade e de energia fi nal energia final que pode ser utilizada no sistema energ tico Os substratos foram subdivididos nos grupos seguintes Res duos urbanos Res duos industriais Res duos de colheitas e dejetos animais Culturas energ ticas cultivo em cerca de 0 55 mi ha na Alemanha 2007 para a gera o de biog s como potencial m nimo Culturas energ ticas cultivo em cerca de 1 15 mi ha na Alemanha 2007 ou 1 6 mi ha 2020 para a ge ra o de biog s como potencial m ximo Para a Alemanha calculado um potencial t cnico de energia prim ria de 47 PJ a para o biog s gerado a partir de res duos urbanos e de 13 PJ a para aquele gerado a partir de res duos industriais Figura 12 7 Indiscutivelmente os maiores potenciais tanto hoje como no futuro se encontram no setor agr cola entre outros nos res duos de colheitas e dejetos animais apesar da tend ncia prevista de ligeira queda de 114 PJ a em 2007 para 105 PJ a em 2020 Varia es bem maiores do potencial de biog s podem ser observadas nas culturas energ ticas pois as reas dispon veis para a cultura de plantas energ ticas podem ser dis putadas por outras op es de utiliza
392. mb m tem influ ncia na produtividade da beter raba forrageira Em m dia a forrageira de baixo teor de MS produz cerca de 90 t MF ha e a de alto teor cerca de 60 70 t MF ha 4 8 As produtividades de massa fo liar tamb m apresentam diferen as espec ficas Para a beterraba sacarina a rela o entre massa da raiz e massa foliar de 1 0 8 Na beterraba forrageira de ele vado teor de MS essa rela o cai para 1 0 5 Em fun o da sua alta taxa de crescimento a forrageira de baixo teor de MS apresenta uma rela o de apenas 1 0 3 0 4 4 8 As propriedades e produ es de g s das be terrabas sacarina e forrageira se encontram nas tabelas 43 e 4 4 O uso de beterraba sacarina na gera o de biog s imp e duas dificuldades fundamentais A primeira que a terra aderida raiz da beterraba tem que ser limpa pois caso contr rio ela se deposita no fundo do digestor e reduz o seu espa o til Para sanar essa difi culdade est o sendo desenvolvidos processos de lim peza com gua O segundo desafio o armazena mento que se provou dif cil em virtude do baixo teor de mat ria seca da beterraba Na pr tica tenta se con tornar essa dificuldade por meio da ensilagem combi nada com milho ou da implementa o de ensilagem em mangueiras de pl stico ou lagoas A safra de in verno da beterraba e os m todos para o seu aproveita mento ainda se encontram em fase de testes Descri o de Substratos Selecionados Ta
393. me se que ela seja rara e n o perdure p ex em trabalhos de manuten o ou em caso de falha 5 6 5 10 Isso se aplica p ex a aberturas de entrada e ao in terior do digestor bem como aos gas metros nas ime dia es de aberturas de purga e ventila o Nas reas afetadas implementar as medidas da zona 2 em um raio del a 3 m 5 10 Em reas sujeitas a explos es zona 0 2 deve se tomar medidas conforme a BGR 104 se o E2 vi sando evitar fontes de igni o 5 10 Exemplos de fontes de igni o s o superf cies quentes turbocom pressor chamas abertas ou fagulhas geradas mec nica ou eletricamente Essas reas devem ser tamb m sinalizadas com placas de alerta e perigo 5 5 1 2 Risco de intoxica o e asfixia A libera o de biog s um processo natural conhe cido e portanto n o restrito atividade de usinas de 108 biog s Em especial na pecu ria foram registrados re petidos casos de acidentes alguns fatais associados a gases biog nicos p ex em fossas de esterco silos de forragem etc Se a concentra o do biog s for suficientemente alta a sua inala o pode acarretar sintomas de intoxi ca o e asfixia podendo at levar morte Especial mente a fra o de sulfeto de hidrog nio H S do bio g s n o dessulfurizado tem efeito muito t xico j em pequenas concentra es ver tabela 5 9 Tabela 5 9 Efeito t xico do sulfeto de hidrog nio 5 7 0 03 0 15
394. mentar um conceito com maior aproveitamento de calor e maiores pre os Economia A altera o da remunera o da eletricidade em 1 ct kWh tamb m tem grande influ ncia Na pr tica por m a tarifa mal pode ser alterada O exemplo mostra por outro lado que influ ncia teria a perda do b nus de controle da polui o atmosf rica As usi nas IV V e VIII passariam com isso a ter preju zo Na usina I o melhoramento de um nico fator n o leva ao lucro Somente a redu o dos custos de inves timento em 10 combinada com o aumento da pro du o de g s em 5 permitiria um resultado posi tivo Devido aos menores investimentos espec ficos e maiores taxas de remunera o as usinas II e III apre sentam melhor estabilidade permanecendo na faixa de lucro mesmo no caso de altera es negativas de de terminados par metros Isso vale tamb m para a usina de res duos VII cuja boa estabilidade por m se deve ao baixo custo do substrato 8 4 Efici ncia econ mica dos canais de utiliza o de calor seleciona dos Al m da receita proporcionada pela venda da energia el trica o uso da energia t rmica do processo de coge ra o um fator cada vez mais importante para o su cesso econ mico de uma usina de biog s As quanti dades de calor fornecidas s o o fator determinante para saber se a utiliza o do calor vi vel e que op es podem oferecer uma contribui o significativa O b nus de cogera
395. mento Segundo estimativas a partir de uma usina de co gera o com 1 MW poss vel gerar eletricidade adi cional na ordem de 70 100 kW 7 10 por meio do processo ORC 6 28 De acordo com 6 19 foi poss vel desenvolver um prot tipo de ORC com pot ncia nominal de aprox 100 kW e efici ncia de 18 3 Algumas usinas de bio gas ja est o operando com a tecnologia ORC instalada a jusante Uma alternativa ao ORC s o as tecnologias que co nectam um gerador adicional a turbina de gases de combust o e geram potencial el trico adicional au mentando o grau de efici ncia do motor 6 3 Inje o de biog s 6 3 1 Inje o na rede de g s natural Na Alemanha a inje o do biometano se d em uma rede de g s natural bem desenvolvida Tanto no Oeste como no Leste da Alemanha existem grandes sistemas de g s natural que permitem o amplo abastecimento da popula o e a recep o do biog s O comprimento Tratamento do Biog s e Op es de Utiliza o total da rede de cerca de 375 000 km 6 5 Uma grande parte do g s natural obtida pela importa o de outros pa ses europeus 85 Os principais expor tadores s o a R ssia 35 Noruega 27 e Dina marca 19 6 10 Devido exist ncia de diversos fornecedores na Alemanha formaram se cinco redes de g s natural que se distinguem quanto qualidade do g s transportado redes de g s He L A inje o do biog s tratado pode se dar em di
396. mento com aminas uma t cnica de absor o qu mica em que o biog s despressurizado entra em contato com uma solu o de lavagem que absorve o di xido de carbono Os meios de lavagem normal mente utilizados para a separa o do CO s o a mono etalonamina MEA em processos de baixa press o com a finalidade de extrair somente o CO e a dieta nolamina DEA em processos de alta press o sem re genera o Para a remo o de CO e HS s o utiliza das a metildietilamina MDEA ou a trietanolamina TEA 6 5 Para recuperar o agente de lavagem s o instaladas fases de dessor o e regenera o a jusante da fase de absor o Na recupera o utilizado nor malmente o vapor d gua Isso exige uma elevada quantidade de energia t rmica o que significa uma grande desvantagem desse processo O grande poten cial de otimiza o dessa tecnologia portanto reside no uso de t cnicas sofisticadas de utiliza o do calor Al m disso o consumo cont nuo de solvente pela re genera o incompleta uma desvantagem not vel Por outro lado o tratamento de g s com aminas tem a vantagem de proporcionar tima qualidade ao g s tratado gt 99 e um escape de metano muito redu zido lt 0 1 No passado essa t cnica era pouco usada na Alemanha e demais pa ses europeus Hoje em dia o n mero de esta es de tratamento com ami nas vem crescendo sobretudo na Alemanha O trata mento com aminas usado preferencialmen
397. mento do in cio de opera o Al m da pot ncia da usina o ano em que a usina en tra em opera o tamb m fundamental para a deter mina o da remunera o uma vez que a taxa de re munera o decresce a cada ano subsequente de opera o em fun o da degressividade ver acima 73 1 3 Segundo a EEG uma usina entra em operac o quando ligada pela primeira vez ap s o estabeleci mento de sua prontid o t cnico operacional Desde 1 de janeiro de 2009 indiferente se o gerador da usina j entra em opera o com fontes de energia renov veis ou inicialmente durante a partida por exemplo abas tecido por combust veis f sseis A inje o de energia el trica na rede de distribui o n o obrigat ria para a entrada em funcionamento desde que a usina esteja pronta para funcionar e o operador da usina tenham empreendido tudo o que for necess rio para permitir a inje o da energia na rede A opera o de teste n o constitui uma entrada da usina em opera o Se um gerador que j esteve em funcionamento for posteriormente transferido para outro local isso n o altera o momento do in cio de opera o Mesmo que um gerador usado seja instalado em uma nova usina de cogera o esta ter como momento de in cio de opera o a data em que o gerador usado entrou em funcionamento Como consequ ncia o per odo de re munera o reduzido de acordo com a EEG 7 3 3 Pormenores da remunera o A
398. mir a sedimenta o e flutua o quando em opera o cont nua Desvantagens em virtude da instala o estacion ria h a possibilidade de mistura incompleta com isso podem ocorrer reas com forma o de sobrenadante e sedimentos a mistura intervalada pode ocasionar sedimenta o e flutua o poss vel ocorr ncia de problemas de ru do produzidos pelas engrenagens e motor quando estes se encontram fora do digestor os eixos e mancais no interior do biodigestor est o sujeitos a falhas que em determinadas circunst ncias podem exigir o esvaziamento parcial ou completo do digestor Particularidades e o eixo do agitador deve ser imperme vel a gases e controle de intervalo p ex por meio de temporizador ou outro mecanismo de controle de processos e possibilidade de partida suave e ajuste da velocidade de rota o por meio de conversores de frequ ncia Formas construtivas e motores el tricos externos com ou sem redutor eixos de agita o internos com uma ou mais h lices ou pares de p s em alguns modelos mecanismo de fragmenta o ver cap tulo Fragmenta o e algumas variantes com extremidade do eixo fixada no fundo flutuante ou girat rio permite conex o tomada de for a Manuten o em fun o da montagem do motor fora do digestor permitem a manuten o de forma simples e sem interrup o do processo e reparo da h lice e eixo dif cil pois t m de ser retirados do biodigestor ou este deve s
399. mizar as perdas de nutrientes durante a armazenagem Coberturas imperme veis a g s como os tetos de lona ver cap tulo 3 2 4 1 Armazenamento integrado oferecem inclusive a possibilidade de usar o potencial restante de produ o de g s propor cionado pelos biofertilizantes e podem ser tamb m utilizadas como gas metro Embora seja discut vel a necessidade de uma cobertura imperme vel a gases em depend ncia dos substratos utilizados tempo de reten o e controle do processo muitas das novas usi nas s o licenciadas somente com uma cobertura desse tipo Conforme a atual reda o da EEG de 01 01 2009 as usinas autorizadas de acordo com a Lei Alem de Prote o contra Emiss es somente recebem o b nus de biomassa dedicada se os dep sitos de biofertilizan tes tiverem cobertura imperme vel a gases ver cap tulo 7 68 e boa acessibilidade para a manuten o e limpeza As lagoas s o tanques cavados no solo e recobertos com lona tendo em geral forma retangular A maioria dessas fossas aberta em sua parte superior sendo a minoria coberta com lona para a redu o de emiss es O tamanho do reservat rio de biofertilizantes de finido pelo momento ideal da retirada desses res duos e transporte para as reas a serem adubadas Esse as pecto da retirada dos biofertilizantes referido no Re gulamento Alem o de Aduba o e no cap tulo 10 Ge ralmente os dep sitos de biofertilizantes s o dimensionados com
400. molten carbonate fuel cell c lula de combust vel de carbonato fundido utiliza como ele tr lito o carbonato na forma fundida Esse tipo de c lula n o sens vel a o do mon xido de carbono e tolera concentra es de at 40 em volume de di xido de carbono Como operam em uma faixa de tem peratura entre 600 e 700 C a reforma pode ser reali zada no interior da c lula Seu calor residual pode ser utilizado por exemplo em turbinas instaladas a ju sante Os sistemas baseados em MCFC atingem efici ncias el tricas de at 50 a uma pot ncia de 40 300 kW e est o sendo lan ados no mercado 6 31 Consumidor Combust vel Figura 6 12 Princ pio de funcionamento de uma c lula de combust vel vTI Outra c lula de combust vel de alta temperatura a de xido s lido ou SOFC solid oxide fuel cell Ela opera em temperaturas entre 600 e 1 000 C Esse tipo de c lula se caracteriza por elevadas efici ncias el tri cas at 50 e tamb m permite que a reforma do me tano para hidrog nio se realize no interior da c lula Apresenta baixa sensibilidade ao enxofre uma vanta gem no processamento do biog s Aplica es em bio g s no entanto ainda se encontram na fase de pes quisa e em projetos piloto Essa tecnologia muito indicada para aplica es em pequena escala destina das a microrredes de biog s Atualmente os fabricantes v m favorecendo o uso de PEMFC concorrente da SOFC em faixas r
401. mperatura utilizam se sensores de resist ncia p ex PT 1000 ou PT 100 ou termopares 5 1 4 Quantidade de entrada e n vel de enchimento O c lculo do balan o dos processos de digest o pres sup e a medi o precisa da quantidade de substrato carregada Uma vez que al m dos substratos l quidos tamb m s o carregados s lidos no digestor s o neces s rios diferentes sistemas de medi o O ideal a pesagem dos s lidos realizada por meio de carregadeiras dotadas de balan a ou equipa mentos de pesagem localizados nos sistemas de intro du o do substrato Estes s o mais precisos e f ceis de integrar em controles de processo automatizados que aqueles Os equipamentos de pesagem se utilizam de sensores de press o que exigem que os reservat rios flutuem Portanto deve se evitar o ac mulo de im purezas na rea desses sensores bem como o enchi mento do reservat rio de alimenta o durante a intro du o do substrato Os substratos l quidos podem ser medidos por equipamentos de medi o de vaz o localizados na tu bula o Se a usina utilizar tanque de carga o volume tamb m pode ser determinado por medidores de n vel Os n veis de enchimento tamb m dos biodigesto res podem ser determinados por sensores de press o press o hidrost tica no biodigestor ou medidores de dist ncia at a superf cie mediante ultrassom ou ra dar A escolha dos sensores deve levar em conta a sua resist ncia corro
402. n o do ar limpo TA Luft quando em combina o com c mara de combust o isolada embora n o obrigat ria para o uso com flares e dispon veis com corrente de ar natural ou soprador e respeitar as notas de seguran a particularmente em rela o dist ncia at edif cios pr ximos e exigem o aumento da press o do biog s antes que atinja o bico do queimador Formas construtivas e m dulo separado sobre pequena base de concreto com opera o manual ou autom tica Manuten o e praticamente livre de manuten o 3 2 4 3 Flare Se o gas metro atinge a sua capacidade m xima de ar mazenar biog s e ou este n o pode ser utilizado em fun o de sua baixa qualidade ou em caso de traba lhos de manuten o o g s n o utiliz vel deve ser des cartado de forma segura As diretrizes para a autori za o da opera o s o diferentes conforme o Estado alem o A partir de fluxos de g s de 20 m h obriga t ria a instala o de uma forma de utiliza o alterna tiva usina de cogera o Isso pode se dar na forma de uma segunda usina de cogera o por exemplo duas usinas pequenas em lugar de uma grande Em todo caso a instala o de um flare a forma certeira de comprovar a capacidade de elimina o de gases Figura 3 40 Gas metro de camada dupla Schiisseler FNR Geralmente isso exigido pelas autoridades Os valo res caracter sticos de flares utilizados no setor de bio g s se encontram na t
403. n Rhombos Ver lag 2008 Holubar P Zani L Hager M Fr schl W Radak Z Braun R 2003 Start up and recovery of a biogas re actor using a hierarchical network based control tool J Chem Technol Biotechnol 78 847 854 Heinzle E Dunn 1J Ryhiner G B 1993 Modelling and control for Anaerobic Wastewater treatment Ad vances in Biochemical Engineering Biotechnology Vol 48 Springer Verlag 1993 Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e V Hrsg Biogas Messprogramm II G lzow 2009 Tratamento do Biog s e Op es de Utiliza o A utiliza o atual do biog s na Alemanha se caracte riza pela convers o descentralizada do g s bruto em eletricidade no local de origem Normalmente s o utilizados geradores acionados por motores de com bust o para produzir a energia el trica Tamb m poss vel utilizar o biog s em microturbinas a g s c lulas de combust vel e motores Stirling A princ pio embora essas t cnicas tamb m sirvam para converter o biog s em energia el trica at hoje v m sendo pouco utilizadas para essa finalidade Outra possibili dade o aproveitamento do calor em queimadores e caldeiras adequados Al m disso nos ltimos anos vem se populari zando a op o de tratamento do biog s e consequente inje o na rede de g s natural Em agosto de 2010 a Alemanha j contava com 38 usinas que injetavam o biometano tratado na rede de g s natural 6 9 Nos pr ximos anos um g
404. n Karlsruher Erdgas Tankstellen http www stadtwerke karlsruhe de swka aktuel les 2009 07 20090711 php ltima visita 06 08 2009 Brauckmann J Planung der Gasaufbereitung eines mobilen Brennstoffzellenstandes TCC Fraunhofer UMSICHT e FH M nster 2002 Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e V Hrsg Einspeisung von Biogas in das Erdgasnetz Leipzig 2006 Daniel J Scholwin F Vogt R Optimierungen f r ei nen nachhaltigen Ausbau der Biogaserzeugung und nutzung in Deutschland Materialband D Biogasnut zung 2008 Dielmann K P Krautkremer B Biogasnutzung mit Mikrogasturbinen in Laboruntersuchungen und Feld tests Stand der Technik und Entwicklungschancen Elf tes Symposium Energie aus Biomasse Biogas Pflan zen l Festbrennstoffe Ostbayrisches Technologie Transfer Institut e V OTTI Regensburg Atas do Sim p sio 11 2002 Dielmann K P Mikrogasturbinen Technik und Anwendung BWK Das Energie Fachmagazin 06 2001 Springer VDI Verlag 2001 Einspeiseatlas http www biogaspartner de index php id 10104 ltima visita 07 2010 FORUM ERDGAS Sichere Erdgasversorgung in Deutschland http www forum erd gas de Forum_Erdgas Erdgas Versorgungssicherheit Sichere_Erdgasversorgung index html ltimo acesso 06 08 2009 Regulamento de Acesso Rede de G s GasNZV de 25 de julho de 2005 BGBl I p 2210 ltima altera o pelo artigo 2 8 3 do Regulamento de 17 de outubro de 2008 BGBl I p 2006
405. na O ponto de entrega estipulado na lei deve ser determinado com base em uma compara o econ mica geral S numa segunda etapa que se decide que medidas se r o tomadas pelo operador e que medidas ser o de responsabilidade da distribuidora 143 og SI og Guia Pr tico do Biog s Gera o e Utiliza o Esse princ pio ser ilustrado como a seguir o ope rador A constr i ao lado de sua fazenda uma usina de biog s com pot ncia el trica de 300 kW e deseja co nect la a uma rede el trica p blica A liga o el trica mais pr xima 15 m da usina de cogera o uma ins tala o de baixa tens o Do ponto de vista t cnico po r m em virtude de sua baixa tens o essa linha n o adequada para receber a energia da usina Por isso deve se procurar o ponto de entrega mais pr ximo que seja de m dia tens o Caso a conex o nesse ponto de m dia tens o exija p ex a amplia o da rede e portanto implique em maiores custos que a liga o a um ponto mais distante da rede de m dia tens o a este ponto que a usina dever ser ligada Nessa fase a quest o da divis o de custos n o considerada maio res detalhes em 7 2 1 3 O operador contudo tem o direito de escolher um ponto de entrega diferente do ponto definido pelos crit rios acima mencionados Isso desej vel princi palmente quando esse ponto alternativo permite ao operador conectar a usina mais rapidamente para que a inje
406. na cadeia total de fornecimento Ela abrange todas as ativida des relacionadas empresa e mercado focadas na disponibiliza o de um substrato O foco na orien ta o ideal do fluxo de material e informa es do fornecedor para o consumidor A sele o das cadeias log sticas de fluxo de mate riais e a consequente contrata o com um ou mais for necedores de biomassa a longo prazo especialmente importante em vista do abastecimento constante ne cess rio nas usinas O ideal que o contrato seja fir mado com os fornecedores da biomassa antes mesmo da constru o da usina Ainda no est gio de planeja mento poss vel compatibilizar a usina em si com o dimensionamento das reas de armazenamento e dos reservat rios com vistas ao respectivo substrato e in tervalos de fornecimento permitindo compensar osci la es de quantidades de substrato fornecidas no lo cal importante que antes de elaborar o contrato se esclare a que par metros s o relevantes para a conta bilidade Via de regra a contabilidade se d pela quantidade volume de biomassa fornecido p ex em t m Para isso deve se estipular requisitos de quali dade detalhados para minimizar o risco de substratos de baixa qualidade O preparo fragmenta o e homogeneiza o e o carregamento dos substratos no biodigestor s o reali zados por equipamentos de dosagem adequados transportadores helicoidais cf cap tulo 3 2 1 Dentro da usina o tra
407. nados adequadamente em reserva palmente os chamados organismos de quarentena por t rios No armazenamento de biofertilizantes tal meio de medidas de higieniza o Particular import n como o de adubos org nicos n o tratados ocorre a cia t m as doen as das batatas e beterrabas Clavibacter emiss o de gases de import ncia clim tica tais como michiganensis Synchytrium endobioticum Rhizoctonia so o metano CH e o xido nitroso N 0 bem como lani Polymyxa betae e Plasmodiophora brassicae Por emiss es de am nia NH e odores isso antes de serem utilizados em usinas de biog s os efluentes e res duos da ind stria aliment cia devem 10 2 1 Emiss es de am nia sempre ser submetidos higieniza o 10 6 Em uma triagem realizada pelo LTZ o Centro Tec O teor de am nio elevado pelo processo de digest o nol gico Agr cola Augustenberg foram examinados e o valor do pH nos biofertilizantes cf tabela 10 1 fa quase 200 estercos l quidos e biofertilizantes para de vorecem as emiss es de am nia durante o armazena tectar a presen a dos fitopat genos f ngicos mento Normalmente a forma o de sobrenadante Helminthosporium Sclerotinia sclerotiorum Phytium in poss vel apenas at certo ponto Para evitar as perdas termedium e Fusarium oxysporum os quais atacam tam de am nia em reservat rios abertos para o armazena b m o milho e os cereais Somente em um caso foi mento de biofertilizantes altamente recomen
408. nas cargas v rias vezes ao dia oferece vantagens T cnica de fluxo cont nuo Antigamente a maioria das usinas de biog s utilizava a t cnica de fluxo cont nuo Nela o substrato bom beado v rias vezes por dia de um tanque de reserva ou de um tanque de carga para o biodigestor A mesma quantidade de substrato carregada no biodi gestor chega ao reservat rio de biofertilizantes por press o ou retirada ver figura 3 1 Nessa t cnica o biodigestor se encontra sempre cheio sendo esvaziado apenas para reparos A t cnica de fluxo cont nuo se caracteriza por uma produ o de g s uniforme e uma utiliza o eficiente do espa o do biodigestor No entanto existe o risco de curto circuito no biodigestor ou seja que uma pequena parte do substrato rec m introduzido saia de imediato do biodi gestor 3 2 Al m disso o reservat rio de biofertilizan tes aberto uma fonte de emiss es de g s metano A 22 revis o da EEG de 2009 enfatiza que se armazenem os biofertilizantes em local estanque a gases de forma que a t cnica de fluxo cont nuo futuramente perder a im port ncia Gas metro km O um Tanque de carga Biodigestor Reservat rio de biofertilizantes Figura 3 1 Esquema da tecnica de fluxo continuo Tecnica combinada de fluxo continuo e armazena mento Usinas de biog s que operam segundo a t cnica com binada de fluxo cont nuo e armazenamento incluem tamb m o reservat rio de biofertilizantes O bi
409. nas de biog s inauguradas em 2011 e com pot ncia de at 150 kW o b nus monta a 3 92 centavos de euro por quilowatt hora Para pot n cias superiores de at 500 kW ele remunera o quilo watt hora com 0 98 centavos de euro Usinas com uma pot ncia ainda maior t m a possibilidade de receber o b nus de esterco l quido proporcionalmente Para que a usina seja qualificada para o b nus a propor o de esterco no substrato utilizado para a produ o de biog s deve ser de no m nimo 30 em massa A propor o do esterco se calcula pelo fluxo de biomassa na usina e a determina o da massa se d por pesagem O limiar de 30 em massa deve sempre ser respei tado Essa propor o m nima pode ser continuamente comprovada pelo di rio de biomassa utilizada que o operador deve manter A comprova o deve ser apre sentada anualmente o mais tardar at o dia 28 de feve reiro do ano seguinte sob a forma de um parecer de um especialista ambiental que utiliza os dados do di rio de biomassa em sua elabora o As usinas que obt m o g s de uma rede de distri bui o para convert lo em eletricidade n o t m di reito ao b nus de esterco l quido Isso se refere particu larmente obten o de g s natural classificado como biometano de redes de distribui o de g s cf deta lhes em 7 4 Essas usinas que operam na base do inter c mbio de g s est o restritas ao b nus NawaRo geral de at 7 0 centavos de euro por quilo
410. ndi es do patrim nio se alterar o drasticamente em um futuro pr ximo Na avalia o inicial do projeto n o preciso decidir 11 2 Estudo de viabilidade definitivamente sobre os aspectos acima pois isso feito na fase seguinte de planejamento importante Com base no seu esbo o se o promotor do projeto da por m que haja no m nimo uma solu o se poss vel usina decidir continuar com a empreitada necess v rias solu es para uma concretiza o bem sucedida rio elaborar um estudo de viabilidade Ele essencial de cada aspecto mente baseado no esbo o do projeto e enfoca a deter mina o e verifica o detalhada de todos os dados iniciais t cnicos econ micos e demais informa es Ao contr rio do esbo o do projeto que cont m a pri meira avalia o qualitativa do empreendimento o es 210 tudo de viabilidade compreende uma avalia o quan titativa do projeto almejado e suas poss veis formas de realiza o Os crit rios do estudo de viabilidade para um pro jeto de usina de biog s conforme a figura 11 3 ser o abordados com detalhe ao longo do cap tulo O estudo de viabilidade fornece um documento para a tomada de decis es com os seguintes objetivos An lise da viabilidade t cnica e econ mica do pro jeto com base no levantamento de todas as condi es b sicas e pr requisitos espec ficos do local Estimativa do risco t cnico e econ mico Identifica o dos crit rios d
411. neizar o material que ent o trans portado para o est gio seguinte por meio de transportadores helicoidais Os biodigestores de bate lada s o fabricados sem porta O material despej vel encapsulado completamente sendo introduzido e re tirado por meio de transportadores helicoidais Um processo de digest o seca mida de dois est gios realiza em uma baia a hidr lise e a percola o do material O l quido da hidr lise e da percola o en caminhado para um tanque de hidr lise Esse tanque alimenta o est gio de metaniza o A t cnica capaz de iniciar e cessar a metanog nese em uma quest o de poucas horas sendo portanto adequada para a ma nuten o de reserva operacional A figura 3 28 ilustra alguns tipos especiais de usinas 3 2 2 2 Estrutura dos biodigestores Essencialmente os biodigestores se comp em do rea tor de g s propriamente dito constru do com isola mento t rmico de um sistema de aquecimento equi pamentos de agita o e sistemas de retirada de sedimentos e do substrato digerido Estrutura dos reservat rios Os biodigestores s o confeccionados em a o a o ino xid vel ou concreto armado Um ambiente saturado de gua confere ao concreto armado suficiente impermeabilidade a gases Essa umi dade garantida pela gua contida no substrato e no biog s Os biodigestores s o moldados em concreto no local ou montados com pe as pr moldadas Desde que a estrutura do solo o perm
412. nergia t rmica de processo fornecida tem origem em fontes renov veis ou g s de fossas Para equipamentos com capacidade de at 350 m h de biog s bruto tratado biometano o subs dio de amortiza o de at 30 dos custos l quidos de inves timento qualificados ao incentivo Com prazo de validade at 31 de dezembro de 2010 esse incentivo foi mutu amente exclusivo em rela o aos demais incentivos p blicos No fechamento desta edi o ainda n o se sabia se esse incentivo conforme o n 14 1 5 b seria continuado b m realizar o tratamento e inje o do biog s na rede p blica de g s natural Ap s ser injetado o biog s pode ser retirado virtualmente em qualquer lugar e conver tido em eletricidade em uma usina de cogera o 7 4 1 Pr requisitos para a remunera o da EEG O operador da usina de cogerag o que utiliza o bio metano em sua usina dessa forma ou no caso da transfer ncia externa de biog s por uma microtubula o de g s recebe de forma geral a mesma remune ra o paga na convers o direta de energia no pr prio local da usina de biog s Na inje o na rede de g s na tural pago al m disso o b nus de tecnologia pelo tratamento do biog s conforme o Anexo 1 da EEG a remunera o aumenta em 2 0 centavos de euro kWh se o biog s for enriquecido at a qualidade de g s na tural e determinados pr requisitos forem respeitados cf 7 3 3 5 Os b nus de controle da polui o
413. ng aus Silomais K rnermais Rapspresskuchen und Schweineg lle Universit t f r Bodenkultur Wien Department f r Nachhaltige Agrar systeme Viena 2004 Umweltbericht Emsland St rke download em 16 09 2002 www emsland staerke de d umwelt htm 4 17 4 18 4 19 4 20 Descric o de Substratos Selecionados Schnitzel und Melasse Daten Fakten Vorschriften Verein der Zuckerindustrie Landwirtschaftsverlag M nster Hiltrup 1996 Konzept zur Qualit t und Produktsicherheit f r Futter mittel aus der Zuckerr benverarbeitung Brosch re 2 ed Verein der Zuckerindustrie 2003 KTBL Arbeitspapier 249 Kofermentation Kuratorium f r Technik und Bauwesen in der Landwirtschaft KTBL Darmstadt 1998 Recomenda o da Ag ncia de Esclarecimento EEG de 24 09 2009 http www clearingstelle eeg de EmpfV 2008 48 83 Fonte Kuhn LWG 4 oD Q Guia Pr tico do Biog s Gera o e Utiliza o Tabela 4 9 Resumo das propriedades dos substratos Substrato Adubos org nicos Esterco l quido bovino Esterco l quido su no Esterco bovino Esterco de aves Esterco de cavalo sem palha Biomassas dedicadas Silagem de milho SPI de cereal Silagem de centeio verde Gr os de cereais Silagem de gram neas Beterraba sacarina Beterraba forrageira Silagem de girassol Capim sud o Sorgo sacarino Centeio verde MS 10 25 40 28 33 33 25 87 35 23 16 25 27 22 25 MOS MS
414. nha EE 39 Valores caracter sticos e par metros operacionais de equipamentos de fragmenta o com fun o de transporte integrada ee 40 Valores caracter sticos e par metros operacionais de tanques de higieniza o meneame 41 Valores caracter sticos e par metros operacionais de bombas centr fugas ee 43 Valores caracter sticos e par metros operacionais de bombas de cavidade progressiva m 44 Valores caracter sticos e par metros operacionais da bomba de l bulos Valores caracter sticos e par metros operacionais dos tanques de carga Caracter sticas de bombas dotadas de tremonha para a introdu o de s lidos em fluxos l quidos 48 Valores caracter sticos e par metros operacionais de pist es de altmentac o 49 Valores caracter sticos e par metros operacionais de transportadores helicoidais de alimenta o 50 Valores caracter sticos de guarni es e tubula es de Routdoe ue Valores caracter sticos de guarni es e tubula es de gases Caracter sticas de biorreatores com mistura completa Caracter sticas de biorreatores com t cnica do fluxo pGiestonado EE Valores caracter sticos e par metros operacionais de concreto para reservat rios em Usinas de TE 58 Valores caracter sticos e par metros operacionais do a o inoxid vel para reservat rios GE EE 58 Valores caracteristicos e par metros operacionais de agitadores de helice acionados p r motor e EE 60 Valores ca
415. niciar com gua pura como l quido de percola o e com o digestor de baia cheio preferencialmente com material completamente fermentado A seguir o processo ilustrado com a opera o de partida de uma usina de biog s com tr s digestores cada um com um volume de trabalho de 4 000 m S o explicadas diferentes estrat gias de partida at que se atinja a opera o regular Biodigestor 1 Ap s atingir a temperatura operacional de 37 C foi iniciada a primeira dosagem de s lidos O substrato foi composto apenas de silagem de milho Na estrat gia de partida escolhida nesse exemplo primeiro realizou se uma adi o em lotes de quanti dades relativamente grandes de substrato com tem pos de espera entre as dosagens definidos conforme o n vel da produ o de g s Desde o in cio foram sele cionadas cargas org nicas volum tricas relativamente altas e o tempo entre as entradas de substrato foram diminu dos gradativamente A vantagem dessa estra t gia de partida que a opera o em carga total nor malmente pode ser atingida mais r pido que com au mento cont nuo em pequenos passos O aumento seguinte da carga se orientou pela evolu o da rela o AOV TAC e pela observa o da varia o das concen tra es de cidos graxos bem como pela produ o de g s do biodigestor AOVITAC 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 mm Carga org nica volum trica Figura 5 4 Curso da fase de partida
416. nje o nas redes de g s e traz refer ncias a outras publica es contendo an lises e avalia es detalhadas a respeito Al m da tecnologia de CHP baseada em motores h outras tecnologias que tamb m fazem uso do bio g s tais como microturbinas a g s as c lulas de com bust vel e o uso do g s para suprir a demanda local de combust vel Essas tecnologias s o discutidas na me dida em que houver estudos cient ficos comprovando a viabilidade econ mica da sua aplica o em um fu turo pr ximo O guia portanto dedica especial aten o gera o de biog s por meio de processos dispo n veis em escala comercial e combust o do biog s em motores visando a produ o de energia el trica com tecnologia dispon vel no mercado 1 5 2 Substratos O guia considerou os substratos de maior import ncia atualmente utilizados no setor de biog s na Alema nha qualquer que seja a sua origem agricultura poda prefeituras ind strias que utilizam mat ria prima de origem vegetal uma vez que a maior parte dos dados emp ricos foi obtida a partir de tais substra tos A publica o d destaque aos substratos agricolas e do ramo aliment cio uma vez que os mercados de biog s especialmente os incipientes se servir o ini cialmente das biomassas dispon veis antes que o uso de outros substratos se popularize Evidentemente os princ pios aqui descritos tamb m podem ser aplica dos a outros substratos desde que
417. no O di xido de carbono formado na fase de hidr lise acidog nese e na forma o de metano Ele se dis solve na gua formando o importante tamp o de bi carbonato O decr scimo da rela o metano di xido de carbono no biog s sem que tenha havido altera o na composi o do substrato pode ter como causa o aumento da acidog nese em rela o meta nog nese Quando isso ocorre o equil brio dos flu xos de massa no processo de digest o fica pertur bado A causa pode residir em uma oscila o da quantidade de entrada ou uma inibi o da popula o metanog nica Assim como o metano o di xido de carbono tam b m medido por meio de sensores infravermelhos ou de condutividade t rmica 5 1 2 3 Oxig nio O oxig nio s pode ser detectado no biog s quando adicionado para a biodessulfuriza o Assim a medi o do oxig nio pode ser exigida para ajustar o teor de oxig nio necess rio para a dessulfuriza o O oxig nio pode ser medido com sensores eletroqu micos e sensores paramagn ticos 5 1 2 4 Sulfeto de hidrog nio Os fabricantes de usinas de cogera o fornecem valo res limite para a concentra o de sulfeto de hidrog nio uma vez que seus produtos de oxida o t m acentuadas propriedades corrosivas A medi o por tanto serve primeiramente para proteger a usina de cogera o As arqueas metanog nicas somente s o afetadas por concentra es de sulfeto de hidrog nio su
418. no minado bif sico J est gio o termo usado para des crever o reservat rio do processo independentemente da fase biol gica Assim uma configura o composta por exemplo de tanque de carga biodigestor e reservat rio de p s digest o comum no meio agr cola monof sica mas tem tr s est gios O tanque de carga aberto n o repre senta uma fase em si Em contrapartida o reservat rio de alimenta o fechado considerado uma fase fase de hidr lise Ambos o biodigestor e o p s digestor pertencem fase de metaniza o Em usinas de biog s agr colas utiliza se principal mente a variante de uma fase ou de duas fases sendo a maioria do tipo monof sica 3 1 3 2 T cnica de processamento Qualquer que seja a modalidade operacional uma usina de biog s agr cola geralmente pode ser dividida em quatro etapas de processamento 1 Gerenciamento do substrato entrega armazena mento tratamento transporte e carregamento 2 Gera o de biog s 3 Armazenamento prepara o e deposi o de biofer tilizantes 4 Armazenamento purifica o e utiliza o do bio g s Cada uma das etapas ilustrada detalhadamente na figura 3 3 As quatro etapas n o s o isoladas entre si existindo uma forte interdepend ncia principalmente entre a se gunda e a quarta etapa pois esta normalmente disponi biliza o calor necess rio para aquela A purifica o e a utiliza o do biog s pertencentes
419. no 4 3 A produ o de biog s est condicionada sobretudo pela quantidade de mat ria org nica seca Na pr tica muito comum a dilui o dos adubos org nicos l qui dos p ex pela limpeza do est bulo ou da sala de or denha que pode alterar sensivelmente as proprieda des das subst ncias e influenciar a produ o de biog s originando valores diferentes dos apresenta dos na tabela 4 2 O esterco l quido de origem bovina e su na se presta muito bem para o uso em usinas de biog s em fun o da sua bombeabilidade e f cil armazenamento em tanques Por causa do seu baixo teor de mat ria seca podem ser facilmente combinados com outros substratos cossubstratos O carregamento de esterco s lido por outro lado exige elevada complexidade t cnica A consist ncia r gida desse esterco impede que ele seja processado com qualquer equipamento de carregamento de s lidos oferecido no mercado Descric o de Substratos Selecionados Tabela 4 1 Teores de nutrientes de adubos org nicos conforme 4 1 ajustados Esterco liquido A 6 11 75 82 bovino Esterco liquido suino Esterco bovino Esterco de aves A Faixa dos valores medidos Media Tabela 4 2 Produ o e rendimento de metano a partir de adubos org nicos conforme 4 2 ajustados Esterco A 20 30 11 19 110 275 l quido bovino Bene Esterco A 20 35 12 21 180 360 l quido su no Esterco bovino A 60 120 33 36 130 330 Esterco de
420. nos 4 3 quilowatts hora porco de engorda e aquecimento de estufas para o cultivo e reprodu o de plantas e cumprimento dos pr requisitos em c e uso do calor de processo no tratamento de biofertilizantes visando a produ o de adubo c Alternativa a b substitui o de no m nimo 75 das fontes de energia f ssil e custos adicionais de no m nimo 100 por kW de pot ncia t rmica 7 3 3 5 B nus de tecnologia O b nus de tecnologia um incentivo ao uso de tecno logias e equipamentos inovadores caracterizados por alta efici ncia energ tica e seguros ao clima e meio ambiente O b nus gratifica o uso de biog s refinado quali dade de g s natural e tamb m a ado o de equipa mentos de gera o de eletricidade com alta tecnolo gia O tratamento do biog s fomentado se no m ximo 0 5 de emiss es de metano ocorrerem no tratamento o consumo de energia el trica para o tratamento for de no m ximo 0 5 kWh por Nm de g s na forma bruta todo o calor de processo para o tratamento e gera o do biog s tiver origem em fontes renov veis de energia ou for utilizado o pr prio calor residual da usina e o equipamento de tratamento de biog s tiver uma capacidade m xima de 700 Nm de g s tratado por hora O b nus de tecnologia para toda a energia el trica produzida a partir do g s gerado em tais esta es de tratamento de g s corresponde a 2 0 centavos de euro kWh para esta es com ca
421. nos Esse contrato o que mais se aproxima de uma garantia O pagamento se realiza normalmente como taxa nica 6 1 A vida til m dia de motores com igni o a com press o de 35 000 horas de opera o 6 28 6 29 Em um regime de 8 000 horas de opera o por ano isso representa cerca de 4 5 anos Ap s esse tempo se ria necess ria uma revis o geral Normalmente efe tua se a troca completa do motor pois o seu baixo pre o n o justifica uma revis o geral A vida til m dia de motores a g s do ciclo Otto de 60 000 horas de opera o ou aprox 7 5 anos Ap s esse per odo rea lizada uma revis o geral do motor Com exce o do bloco do motor e do virabrequim todas as pe as s o substitu das Ap s a revis o geral inicia se um novo 131 6 09 Q ogo On Guia Pr tico do Biog s Gera o e Utiliza o Figura 6 9 Constru o de uma usina de cogera o em uma edifica o ou em container Seva Energie AG per odo de mesma dura o 6 2 A vida til depende entre outros fatores da manuten o e conserva o dos motores o que explica a sua grande varia o Locais de instala o As usinas de cogera o devem ser instaladas somente em edifica es apropriadas para a sua opera o Vi sando a redu o da emiss o de ru dos o edif cio deve ser equipado com material isolante e os m dulos da usina dotados de uma cobertura de prote o ac stica Al m do espa o suficien
422. nsatz von Micro Gasturbinen zur Biogasnutzung Erneuerbare Energien in der Land wirt schaft 2002 2003 volume 5 1 edi o de de zembro de 2002 Verlag f r land wirt schaftliche Publi kationen Zeven Willenbrink B Einsatz von Micro Gasturbinen zur Biogasnutzung Firmenschrift PRO2 ASUE 2005 BHKW Kenndaten Aschmann V Kissel R Gronauer A Umweltvertr g lichkeit biogasbetriebener BHKW in der Praxis Land technik 2 2008 pp 77 79 Fonte Paterson esquerda Sch sseler FNR 141 Ch Durante o planejamento e operac o de usinas de bio g s um grande n mero de quest es legais se coloca ao operador da usina Antes de a usina ser erguida o operador deve considerar cuidadosamente a quest o da conex o rede de distribui o a elabora o dos contratos e os requisitos legais para se obter uma li cen a A Lei Alem de Energias Renov veis EEG e as taxas de remunera o e b nus nela previstas permi tem diferentes possibilidades de design da usina es colha dos materiais utilizados tecnologia implemen tada e aproveitamento de calor fatores esses a serem pesados durante o projeto da usina Por fim quando a usina j estiver em funcionamento seu operador de ver cumprir todas as exig ncias do direito p blico operar a usina em conson ncia com as estipula es da EEG e apresentar todos os comprovantes exigidos 7 1 Subs dio de energia el trica de biomassa Tendo como instrumento
423. nsporte de substratos reali zado principalmente por bombas el tricas A escolha das bombas apropriadas depende em grande parte dos substratos utilizados e de seu grau de preparo A seguir se encontra uma checklist com considera es pertinentes log stica do fluxo de materiais 5 etapa Defini o e atualiza o das quantidades de fluxo de materiais Que quantidades de substrato devem se considerar no c lculo Qual o raio m dio em que se encontram os fornecedores de substrato em potencial Qual o padr o de produ o do substrato ao longo do ano Quais s o as propriedades dos substratos utilizados Defini o da cadeia de fornecimento do substrato Quais s o as vias de fornecimento de substrato mais eficazes para a usina planejada Que tipos de armazenamento de longo e curto prazo existem no local planejado Que etapas de preparo e dosagem s o necess rias At que ponto h incerteza quanto ao pre o de compra dos substratos Escolha dos fornecedores de Que condi es de fornecimento e requisitos de qualidade do substrato devem ser acordados substrato e dos consumidores com os fornecedores p ex c lculo das quantidades volumes fornecidos da biomassa fermentada Transporte do substrato na Existem consumidores da biomassa fermentada Que tecnologias de transfer ncia e transporte devem ser utilizadas no local da usina usina Que tecnologias de bombeamento e transfer ncia devem ser aplic
424. nta projetos no setor de energias renov veis esta valiosa obra de refer ncia cont m textos de autores selecionados que versam sobre tecnologia de biog s planejamento de custos e opera o de usinas Visando atender s neces sidades dos leitores situados fora da Alemanha a obra foi adaptado e traduzido com base nos projetos de bio g s realizados pela Deutsche Gesellschaft f r Interna tionale Zusammenarbeit GIZ GmbH e financiados pelo Minist rio de Coopera o Econ mica e Desenvol vimento da Alemanha BMZ Ele apresenta o estado da arte em tecnologia de biog s para a gera o efi ciente de energia g s calor e frio e fornece ao usu rio subs dios para tomar decis es contextualizadas e com 16 compet ncia no que diz respeito ao tema biog s Desta maneira o guia n o apenas descreve os padr es tecno l gicos mas demonstra formas como uma tecnologia adaptada pode ser planejada e selecionada para aten der s exig ncias de um determinado contexto 1 1 Objetivo O crescimento do setor de gera o de energia a partir do biog s na Alemanha se deve principalmente ao atual quadro administrativo particularmente s tari fas de energia originada de fontes renov veis como previsto na Lei Alem de Energias Renov veis EEG Isto originou uma demanda cont nua e ele vada que levou cria o de um n mero consider vel de fabricantes de usinas de biog s e fornecedores de componentes possibilitando que a A
425. nte A destrui o dessa comunidade por for as de cisalhamento muito elevadas causadas pela agita o in tensa pode afetar negativamente a decomposi o anae r bia Portanto deve ser procurado um equil brio que atenda a ambas necessidades Na pr tica isso alcan ado pela rota o lenta dos agitadores originando for as de cisalhamento reduzidas e pela agita o do conte do do reator em intervalos de tempo breves e previamente definidos Outras quest es t cnicas per tinentes agita o s o tratadas no cap tulo 3 2 2 3 2 3 4 Potencial de gera o de g s e atividade metanog nica 2 3 4 1 Potencial de rendimento de g s A quantidade de biog s que pode ser produzida em uma usina depende principalmente da composi o do substrato utilizado Se poss vel realizar um teste de fermenta o com a mistura de substrato utilizada 2 22 Tamb m poss vel estimar o rendimento de g s com base na soma das produ es de g s dos substra tos introduzidos desde que cada componente do substrato e respectivos valores de produ o constem das tabelas de refer ncia 2 23 27 05 N oSSN Guia Pr tico do Biog s Gera o e Utiliza o A produ o de g s a partir de substratos ex ticos para os quais n o est o dispon veis dados de testes de fermenta o pode ser estimada pelo coeficiente de di gest o uma vez que existem paralelos entre os pro cessos de decomposi o em uma usina de biog
426. ntes fontes energ ticas tais como de um queimador alimentado por biog s O princ pio de funcionamento do motor Stirling se baseia no efeito de que um g s quando sujeito a uma altera o de temperatura ocasiona uma modifica o de volume que se converte em trabalho Movimen tado entre um espa o com temperatura constante ele vada e um espa o com temperatura constante baixa o g s de trabalho permite a opera o continua do mo tor Isso faz com que o g s de trabalho seja circulado O Princ pio de funcionamento mostrado na figura 6 10 Em fun o da combust o cont nua os motores Stirling se caracterizam por baixas emiss es de ru dos e poluentes e exigem pouca manuten o Como os seus componentes sofrem pouco desgaste e o g s cir cula em uma c mara fechada seu custo de manuten o esperado baixo A efici ncia el trica inferior de motores a g s do ciclo Otto convencionais situ ando se entre 24 e 28 A pot ncia de motores Stir ling se situa normalmente abaixo de 100 kW 6 34 Uma vez que a combust o se d externamente o mo tor Stirling aceita tamb m biog s de qualidade infe rior podendo ser utilizados gases com baixos teores de metano 6 14 Possivelmente a maior vantagem do motor Stirling sobre motores convencionais de combust o de biog s o fato de dispensar o trata mento preliminar do g s A desvantagem a lenta re a o a varia es de carga o que tem menor import n cia
427. nto de culturas agri colas ao planejar a sua usina de biog s agr cola o agri cultor deve considerar cuidadosamente que reas da terra ele pretende utilizar para o biog s e que culturas e quais produ es elas ter o Como estimativa aproxi mada parte se de um valor t pico de 0 5 ha kW Deve ser dada prefer ncia a esp cies de elevada pro dutividade e baixo custo por unidade de mat ria or g nica seca ou por m de metano considerando as de vidas quest es relacionadas a rota es de culturas e administra o da m o de obra Todavia o cultivo de outras silagens de planta inteira p ex pode ser mais vantajoso que o milho se permitir compensar picos de trabalho na colheita desse gr o e possibilitar a lim peza precoce das reas p ex para o plantio da colza O uso da rea inteira da fazenda como ra o b sica destinada cria o de gado ou para a produ o de substrato para o biog s normalmente n o uma solu o recomend vel pois isso impediria a participa o no mercado Al m disso fatores relacionados rota o de culturas em fazendas cultiv veis s o um argu mento contra tal solu o A compra de biomassa uma pr tica comum quando as pr prias reas n o permitem produzir o substrato em quantidade suficiente Mesmo caso se jam firmados contratos de longo prazo n o raro com cl usulas de pre os flutuantes menor a seguran a material e econ mica da usina de biog s O mercado regi
428. o ano de 2009 em cerca de 1 24 TWh pois tiveram de ser considerados diferentes momentos de entrada em opera o e n veis de carga Al m disso em alguns lo cais em vez de ser injetado na rede de g s natural o biog s foi convertido em eletricidade in loco ou no caso de uma usina de biog s usado diretamente como combust vel para ve culos Espera se que outras usi nas entrem em opera o 1 A gera o de eletricidade potencial foi calculada com base em um tempo de servi o m dio em plena carga de 7 500 horas por ano n o considerado o momento da entrada em opera o de novas usinas 2 A estimativa da gera o real de eletricidade a partir do biog s se baseou nas seguintes suposi es 7 000 horas de plena carga para o parque de usinas at o fim de 2008 5 000 horas para novas usinas do 1 semestre de 2009 1 600 horas para o 2 semestre 221 12 Q Q QQ Q Guia Pr tico do Biog s Gera o e Utiliza o EM gt 500 kW das quais gt 1 MW 2770 a 500 kW E das quais 70 a 150 kW 5 000 mm lt 70 kW pot el trica instalada MW m EE D q E m 3 o D e E 5 z Pot ncia el trica instalada MW 2000 2001 2002 2003 2004 Figura 12 3 Evolu o das usinas de biog s na Alemanha at 2009 n mero de usinas classificadas conforme a pot ncia el trica instalada MW 12 3 Tabela 12 1 Distribui o regional das usinas de biog s em opera o no ano de 2009 e
429. o com base na mate ria fresca devem ser provenientes da conserva o da paisagem ver tamb m cap tulo 7 3 3 2 82 4 7 4 1 4 2 4 3 4 4 4 5 4 6 4 7 4 8 4 9 4 10 4 11 4 12 175 105 369 Fontes bibliogr ficas Kuratorium f r Technik und Bauwesen in der Land wirtschaft KTBL Faustzahlen Biogas Darmstadt 2007 Kuratorium f r Technik und Bauwesen in der Land wirtschaft KTBL Faustzahlen Biogas 2 ed Darms tadt 2009 Weiland P Grundlagen der Methang rung Biologie und Substrate VDI Berichte n 1620 Biogas als rege nerative Energie Stand und Perspektiven pp 19 32 VDI Verlag 2001 Weiland P et al Bundesweite Evaluierung neuartiger Biomasse Biogasanlagen 16 Symposium Bioenergie Festbrennstoffe Biokraftstoffe Biogas Bad Staffelstein 2007 pp 236 241 Weiland P Stand und Perspektiven der Biogasnut zung und erzeugung in Deutschland G lzower Fach gespr che volume 15 Energetische Nutzung von Bio gas Stand der Technik und Optimierungspotenzial pp 8 27 Weimar 2000 Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e V Standort angepasste Anbausysteme f r Energiepflanzen G l zow 2008 Karpenstein Machan M Energiepflanzenbau f r Bio gasanlagenbetreiber DLG Verlag Frankfurt M 2005 D rfler H Hrsg Der praktische Landwirt 4 ed BLV Verl Ges Munique 1990 Hassan E Untersuchungen zur Verg rung von Futt
430. o os microrganis mos metanog nicos t m a capacidade de se adaptar a diferentes n veis de temperatura quando a sua varia o lenta Por isso a estabilidade do processo de pende muito mais da const ncia da temperatura do que do seu valor absoluto em si Nesse contexto digno de nota o efeito do autoa quecimento comumente observado na pr tica Esse efeito se d com o uso de substratos n o l quidos ricos em carboidratos armazenados em reservat rios bem isolados O autoaquecimento devido produ o de calor durante a decomposi o do carboidrato por al guns grupos de microrganismos Com isso a opera o originalmente na faixa mesof lica pode subir a tempe raturas de at 43 a 48 C Na presen a de intensivo mo nitoramento anal tico associado regula o de pro cesso podem ser toleradas varia es de temperatura com redu es pequenas e moment neas na produ o de g s 2 12 No entanto sem as necess rias interven es no processo como a redu o das quantidades de entrada os microrganismos n o s o capazes de se adaptar varia o de temperatura o que no pior dos casos pode levar suspens o completa da produ o de g s 2 2 3 Valor do pH A regra da temperatura vale tambem para o valor do pH Os microrganismos envolvidos nos diversos est gios de decomposi o necessitam de diferentes valo res de pH para o seu desenvolvimento timo No caso das bact rias hidroliticas e
431. o por sua vez influenciam a composi o e ativi dade da biocenose microbiana e com isso t m influ ncia direta nos produtos metab licos originados 2 2 Condi es do meio A descri o das condi es do meio deve distinguir en tre digest o mida e digest o de s lidos tamb m de nominada fermenta o a seco visto que os dois pro cessos podem apresentar diferen as quanto ao teor de umidade concentra o de nutrientes e transporte de subst ncias Trataremos a seguir apenas da digest o mida uma vez que essa a t cnica predominante na pr tica Do ponto de vista biol gico n o adequado classificar estritamente os processos em digest o mida ou seca pois os microrganismos sempre necessitam de um meio l quido para o seu crescimento e sobreviv ncia A determina o do teor de mat ria seca a partir da mat ria fresca a ser digerida tamb m tem gerado d vidas uma vez que n o raro s o utilizados diversos substratos com diferentes teores de mat ria seca O operador da usina tem de estar ciente de que o teor de mat ria seca dos substratos separadamente n o o fator determinante para a classifica o do processo mas sim o teor de mat ria seca da mistura de substratos com a qual o biodigestor alimentado Por essa raz o a classifica o do processo em digest o mida ou seca deve se dar com base no conte do da massa seca no biodigestor Vale lembrar que em ambos os casos os microrganismos
432. o quanto a determinadas caracte r sticas pela varia o de fatores influentes de modo a atingir um determinado estado alvo denominado es tado timo Em geral poss vel otimizar a opera o de uma usina de biog s quanto sua economia tecnologia e impacto ambiental figura 5 8 Por interagirem entre si esses aspectos n o podem ser otimizados separada mente Al m disso ao resolver um problema de otimi za o n o se deve esperar que haja apenas uma solu o mas sim um leque de diferentes solu es Assim as diferentes solu es podem ser compara das entre si com base em crit rios de avalia o Para avaliar a solu o proposta pode se lan ar m o de cri t rios como o custo a produ o de g s ou a mitiga o dos impactos ambientais Em conson ncia com metas abrangentes os crit rios de avalia o s o ponderados a fim de se tra ar uma avalia o conclusiva que per mita a decis o por uma ou outra medida Em termos pr ticos todo administrador de uma usina de biog s consciente deve agir no sentido de buscar o estado geral ideal permitido pelas condi es e especificidades da opera o No caso de mudan a das condi es deve se averiguar se as metas at ent o almejadas devem permanecer ou ser ajustadas nova situa o A otimiza o pressup e a defini o do estado atual e do estado alvo A defini o do estado atual se d pelo levantamento dos dados apropriados na ope ra o da
433. o a todos os b nus previstos na EEG 2009 o que faz dela uma op o eficiente para a inje o de bio g s 6 4 Combust vel para ve culos H anos a Su cia e a Su a v m utilizando o biog s como combust vel para nibus caminh es e tamb m em ve culos de passeio Os diversos projetos realizados na Alemanha n o tiveram grande popularidade Al m do posto de abastecimento de biometano na cidade alem de Jameln desde 2009 mais de 70 posto t m co mercializado uma mistura de biog s e g s natural 6 3 At o momento o car ter dessas iniciativas tem sido mais pol tico publicidade que econ mico O uso do biog s como combust vel para ve culos exige o seu tratamento para satisfazer os atuais requi sitos de qualidade dos motores convencionais Isso envolve a remo o das subst ncias corrosivas aos mo tores tais como o sulfeto de hidrog nio e a elimina o do di xido de carbono CO e do vapor d gua do biog s Uma vez que os ve culos dispon veis no mer cado s o preparados para operar com g s natural re comenda se que o biog s seja tratado at a qualidade equivalente cf cap tulo 6 3 1 Os ve culos a g s s o fabricados por todas as mon tadoras de peso e comercializados mundialmente em bora a oferta na Alemanha ainda seja restrita Os mo delos oferecidos podem ser equipados com motores dedicados ou bi fuel Os motores dedicados operam exclusivamente com g s e possuem um pequeno tan que de
434. o as caracter sticas do substrato as dimens es do reservat rio a propen s o forma o de sobrenadante entre outros Ap s a coloca o da usina em funcionamento por quest es de seguran a procede se agita o com mais frequ n cia e mais longa que o normal Os resultados ent o ob tidos servem para otimizar a dura o e frequ ncia dos intervalos e o ajuste dos agitadores Diferentes tipos de agitadores s o adotados Biodigestores verticais operando sob o princ pio do reator agitado comumente s o dotados de agita dores de motor submerg vel AMS Esse tipo de agi tador se classifica em AMS de alta rota o com h li ces de duas ou tr s p s e AMS de baixa rota o com uma grande h lice dotada de duas p s Operando com o princ pio da propuls o esses agitadores s o tracionados por motores el tricos sem engrenagem ou com engrenagem redutora Sua carca a imper me vel em ambiente sob press o e revestida por ca mada anticorrosiva Com isso o agitador pode ser mergulhado no substrato e arrefecido por ele 3 1 Os valores caracter sticos dos agitadores de h lice acionados por motor submerg vel se encontram na ta bela 3 22 Exemplos se encontram na figura 3 31 Outra possibilidade s o os agitadores de eixo longo que operam sob o princ pio da propuls o e cujo motor se encontra na extremidade de um eixo de agita o montado obliquamente no biodigestor O motor se localiza fora do digestor com
435. o com teores de metano a partir de aprox 45 Aplica o e a princ pio em qualquer usina de biog s aplica o comercial mais prov vel em usinas de maior porte Vantagens constru do especialmente para o uso com g s os limites de emiss es s o respeitados ao m ximo possibilidade de exceder os limites de formalde do exige pouca manuten o efici ncia total superior de motores com igni o a compress o Desvantagens investimento ligeiramente superior ao do motor com igni o a compress o maiores custos devidos fabrica o em escala mais reduzida efici ncia el trica menor de motores com igni o compress o em faixas inferiores de pot ncia Particularidades e exige um radiador de emerg ncia para evitar superaquecimento em situa es de pouca demanda de calor e controle de pot ncia em depend ncia da qualidade do g s poss vel e recomend vel Formas como equipamento separado e independente instalado em edif cio ou em constru o compacta em construtivas container Manuten o e ver cap tulo Manuten o Tabela 6 9 Valores caracter sticos e par metros operacionais de motores com igni o a compress o Valores e 2 5 de leo de igni o para combust o caracter sticos e pot ncia el trica at aprox 340 kW e vida til aprox 35 000 horas de opera o e efici ncias el tricas 30 44 efici ncia em torno de 30 somente em usinas pequenas Aplica o e a princ
436. o da quantidade introduzida foi poss vel atingir no 110 dia de opera o uma carga org nica vo q E ga El q SE 38 E Ss D S q D Li D mm Carga org nica volum trica Opera o de Usinas de Biog s AOVITAC AOVITAC Figura 5 7 Curso da fase de partida biodigestor 1 sob defici ncia de micronutrientes lum trica m dia de 2 6 kg MOS m d A estrat gia de partida do carregamento em choque pode propiciar que se atinja mais rapidamente a carga total desde que sob as condi es adequadas como elevada atividade do lodo in culo e controle do processo intensivo No exemplo mostrado essa estrat gia n o se mostrou ade quada em fun o da baixa capacidade de tampona mento resultante do alto teor de umidade O enchimento do biodigestor 2 ocorreu paralela mente opera o de partida do primeiro biodigestor O gr fico da figura 5 5 exibe a opera o de partida do biodigestor 2 At o 50 dia de opera o a carga or g nica volum trica foi elevada para aprox 2 1 ke MOS m d com a tend ncia de eleva o da rela o AOV TAC Apesar do aumento da rela o AOV TAC foi poss vel fazer o biodigestor atingir a sua carga to tal r pida e controladamente O gr fico da figura 5 6 exibe a opera o de partida do biodigestor 3 Nesse caso em 30 dias foi poss vel aumentar a
437. o da usina 4 1 Substratos da agricultura 4 1 1 Adubos org nicos A julgar pelas estat sticas sobre a cria o de animais de interesse comercial na Alemanha existe um enorme potencial de aproveitamento energ tico em usinas de biog s principalmente na cria o de gado e su nos De 74 Descri o de Subs tratos Selecionados vido especialmente ao crescimento das empresas pecu rias e crescente exig ncia ambiental de que se apro veitem os dejetos animais formas alternativas de utiliza o e tratamento do esterco l quido e do esterco s lido produzidos t m de ser desenvolvidas O apro veitamento energ tico dos adubos org nicos necess rio tamb m do ponto de vista da prote o clim tica uma vez que permite redu es significativas de emis s es As propriedades de destaque dos adubos org ni cos s o apresentadas na tabela 4 1 A quantidade de biog s produzida com esterco l quido bovino de 20 30 Nm por t de substrato li geiramente abaixo do esterco l quido su no ver tabela 4 2 Al m disso o biog s oriundo do esterco l quido bovino tem teor de metano nitidamente inferior do esterco l quido su no apresentando por conse guinte menor rendimento de metano Isso se deve s diferen as na composi o desses adubos org nicos No esterco l quido bovino predominam os carboidra tos no esterco l quido su no as prote nas as quais s o capazes de originar maiores teores de meta
438. o determinar quanto adubo org nico originado e o teor de mat ria org nica seca MS valor de refer ncia 0 15 0 2 kW UGM Valores de refer ncia tais como os de r g os estaduais ou do KTBL podem ser utilizados para determinar a quantidade originada caso se conhe am os teores de MS bom observar que o valor calculado com uma nica amostra de esterco normalmente n o representativo Al m disso ao analisar as dist ncias de transporte deve se observar as quantidades de res duos agr colas tais como restos de ra o camadas sedimentadas de silagem etc e quando houver subprodutos pura mente vegetais dispon veis como substratos de custo zero considerando o momento em que elas ocorrem Em fun o da regulamenta o da remunera o pela EEG o teor de MS dos subprodutos puramente vege tais tem grande import ncia pois para a produ o de eletricidade a partir desses produtos uma quantidade fixa de eletricidade baseada na entrada de mat ria verde n o se qualifica para o b nus NawaRo cf cap tulo 7 3 3 2 Se for cogitada a fermenta o a partir de res duos deve se verificar a disponibilidade de res duos org nicos as dist ncias de transporte as exig ncias de conserva o a inocuidade da biologia da fermenta o a aus ncia de riscos do ponto de vista legal bem Organiza o Operacional como a necessidade de higieniza o cf cap tulo 10 3 5 No que tange ao aproveitame
439. o eixo pas sando pelo seu teto ou no caso de teto de lona pela rea superior da parede com impermeabilidade a ga ses Os eixos tamb m podem ser apoiados sobre o 57 o Ki Q d Ev Q Guia Pr tico do Biog s Gera o e Utiliza o Tabela 3 20 Valores caracter sticos e par metros operacionais de concreto para reservat rios em usinas de biog s 3 10 3 11 e C25 30 nas reas do biodigestor em que h contato com l quidos C35 45 no gas metro ou C30 37 LP 3 13 Valores caracter sticos em componentes expostos ao gelo C25 em tanques percolados e de carga concretos com resist ncia m nima inferior s o admiss veis caso se tomem medidas adequadas de prote o do concreto e rela o gua cimento 0 5 para tanques de carga e tanques percolados 0 6 conten o da largura de fissuras estimada em 0 15 mm e cobertura de concreto da armadura de no m nimo 4 cm na face interna Aplica o e para todos os tipos de biodigestores horizontais e verticais bem como tanques Vantagens alicerce e biodigestor combinados em apenas um componente parte da usina pode ser montada com pe as pr fabricadas Desvantagens fabrica o somente nos per odos em que as condi es clim ticas n o apresentam gelo tempo de constru o mais longo que o de digestores de a o as aberturas que se fizerem necess rias ap s a fase de constru o s o dif ceis e trabalhosas Particularidades se no piso forem ins
440. o empresas de utili dade p blica do ramo de energia tamb m figuram en tre os potenciais realizadores de projetos de biog s Exemplo s o as empresas de capital de risco que in vestem especificamente em projetos desse tipo O segundo p blico alvo consiste em pessoas que de uma forma ou de outra est o envolvidas em um projeto de biog s abrangendo n o somente os funcio n rios de rg os governamentais empregados de bancos funcion rios de empresas geradoras e distri buidoras de eletricidade e companhias de g s presta dores de consultoria agr cola e planejadores mas tam b m fabricantes de usinas e fornecedores de componentes Este guia tamb m dirigido a qualquer pessoa en volvida direta ou indiretamente em um projeto de biog s tendo sido elaborado para preencher eventu ais lacunas no conhecimento e contribuir para a me lhor compreens o dos interesses m tuos O guia tamb m pretende servir de motiva o e apoio para os tomadores de decis o que em virtude de sua posi o se encontram na situa o de iniciar e implementar um projeto de aproveitamento energ tico de biog s A publica o ser um aux lio para po tenciais institui es de fomento e ag ncias de energia em seu papel multiplicador 1 5 Defini o do escopo Esta vers o do guia pr tico uma adapta o da ver s o alem elaborada pela Fachagentur Nachwach sende Rohstoffe e V com vistas a atender s necessi dades do leitor loc
441. o l quido os sinais de defici ncia de micronutrientes ocorrem somente ap s 6 a 12 meses Por essa raz o nessas usinas o processo deve ser acompanhado cui dadosamente mesmo que a partida seja bem suce dida Biodigestor 1 Mistura de biofertilizantes de duas usinas 20 cada esterco l quido bovino 10 gua 50 teor de mat ria seca de cerca de 1 5 da MF enchimento e estabiliza o da temperatura em cerca de 25 dias Biodigestor 2 Mistura de biofertilizantes de 3 diferentes usinas aprox 44 esterco l quido bovino 6 biofertilizantes do biodigestor 1 50 Biodigestor 3 Enchimento completo com biofertilizantes dos biodigestores 1 e 2 Em todo caso no primeiro ano de opera o deve se empreender um maior esfor o na monitora o do processo Em usinas de digest o de s lidos operando com a t cnica de garagem e abastecidas por plantas energ ti cas ou material proveniente das atividades de conser va o da paisagem recomenda se dar a partida com material completamente fermentado de usinas j em 3 50 3 00 2 50 2 00 1 50 1 00 0 00 k kg MOS m d D D Ka E E E o gt 2 E D ke e oe D ke D Opera o de Usinas de Biog s funcionamento O esterco l quido n o apropriado para a partida de uma fermenta o a seco uma vez que o material flutuante pode levar ao entupimento dos bi cos de percola o do biodigestor de baia Em vez disso deve se i
442. o n o qualifica ao pagamento do b nus NawaRo B nus NawaRo geral O b nus NawaRo geral concedido a usinas com ca pacidade de at 5 MW Seja qual for o tipo de bio massa dedicada utilizada usinas inauguradas no ano de 2011 receberam um b nus de 6 86 centavos de euro por quilowatt hora para uma capacidade de at 500 kW e 3 92 centavos de euro por quilowatt hora para uma capacidade superior a 500 kW A concess o do b nus NawaRo geral al m de ter como condi o o uso de mat rias primas exclusiva mente renov veis e subprodutos de origem vegetal exige ao operador da usina que mantenha um di rio com dados sobre o tipo quantidade e origem da bio massa utilizada Al m disso o operador n o pode manter na mesma rea outra usina de biog s que uti lize mat rias primas n o renov veis A convers o em eletricidade tamb m admite o uso de determinados subprodutos vegetais al m das bio massa dedicada e do esterco l quido Os subprodutos s o citados em uma lista positiva completa e abran gem p ex polpa ou casca de batata baga o do malte e gr os destilados de cereais O direito ao b nus Na waRo por m se aplica somente propor o da ener gia el trica efetivamente produzida a partir de bio massa dedicada ou esterco l quido A propor o de eletricidade qualificada ao b nus deve ser determi nada com base no padr o de rendimento de biog s le galmente estipulado para os subprodutos unicamente vegetais
443. o ou por um tubo de sa da que se si tua abaixo do n vel do substrato sendo pressionado pelo fluxo pistonado que se origina pela introdu o do substrato no digestor 60 Muitas usinas de biog s s o dotadas de dispositivos que embora n o estritamente necess rios para o seu funcionamento podem ser teis em determinados ca sos conforme o tipo de substrato A seguir s o apre sentados m todos para combater a forma o de es cuma e camada de sedimentos e descrita a etapa posterior ao processo de forma o do biog s em que ocorre a separa o entre a fase s lida e a l quida Tecnologia de Usinas para a Produ o de Biog s Tabela 3 23 Valores caracter sticos e par metros operacionais de agitadores de eixo longo Valores caracter sticos Helice opera o em velocidade m dia a r pida 100 300 RPM e faixa de pot ncia dispon vel at 30 kW H lice grande opera o lenta 10 50 RPM e faixa de pot ncia dispon vel 2 30 kW Geral e a dura o e a velocidade do funcionamento dependem do substrato e devem ser determinadas na fase de partida e material resistente corros o a o revestido a o inoxid vel o Ki ai Aplicac o e todos os substratos na digest o mida somente em biodigestores verticais Vantagens proporcionam timo grau de agita o no biodigestor praticamente sem partes m veis no biodigestor f cil manuten o do acionamento fora do biodigestor permitem supri
444. o positivo apesar da elevada remunera o A prin cipal raz o disso s o os elevados investimentos espe c ficos dessa usina de pequeno porte gt 7 000 kW a Os investimentos espec ficos dos modelos II e HI s o significativamente menores O motivo principal dos lucros proporcionados no entanto o b nus de esterco l quido concedido a essas usinas que monta a respectivamente 47 000 e 66 000 A import ncia desse b nus evidenciada pela compara o das usinas III e IV de capacidade equiva lente Embora a usina que processa substrato de cultu ras energ ticas IV tenha custos totais apenas ligeira mente superiores n o tem direito ao b nus de esterco l quido o que reduz a remunera o da energia el trica e impossibilita a obten o de lucro A usina V obt m apenas um lucro muito reduzido Isso se explica pelo fato de a energia el trica ser ge Economia rada principalmente de subprodutos vegetais e por tanto os b nus NawaRo e de esterco l quido a que ela tem direito s o pagos sobre uma fra o inferior a 10 da eletricidade produzida A usina de culturas energ ticas com capacidade de 500 kW e a usina de res duos com 500 kW proporcio nam um lucro equivalente de aprox 80 000 e 90 000 No entanto tais lucros se comp em de diferentes for mas Ainda que os custos fixos de ambas estejam no mesmo patamar a usina baseada em culturas energ ti cas tem de arcar com custos de subs
445. o seca mida e gas metro externo direita Leibniz Institut f r Agrartechnik Potsdam Bornim e V Potsdam esquerda Mineralit GmbH centro GICON GmbH direita Figura 3 29 Constru o de um biodigestor de concreto Johann Wolf GmbH amp Co Systembau KG que em grau reduzido Essa mistura passiva no en tanto insuficiente exigindo o apoio de um processo de mistura ativo Esse processo de mistura pode ser mec nico por equipamentos no biodigestor tais como agitadores hidr ulico por bombas posicionadas externamente ou pneum tico pelo sopramento de biog s no biodi gestor Os dois ltimos m todos t m import ncia secun d ria Na Alemanha cerca de 85 a 90 das usinas fazem uso de dispositivos mec nicos e equipamentos de agita o 3 1 Agita o por meios mec nicos A agita o do substrato por meios mec nicos se rea liza por agitadores Esses equipamentos se classificam em dispositivos de propuls o e de mistura A sua apli ca o est condicionada viscosidade e ao teor de mat ria s lida do meio a ser misturado N o raro que se utilize uma combina o de ambos os sistemas cuja opera o combinada capaz de intensificar o efeito da agita o Os agitadores s o operados em modo cont nuo ou em intervalos Comprovou se na pr tica que os inter valos de agita o devem ser otimizados empirica mente com base nas especificidades da usina de bio g s levando em conta fatores com
446. o sob press o em que o substrato pr tratado por 20 minutos a uma temperatura de 133 C e sob uma press o de 3 bar Essa t cnica no entanto bem menos comum que a higieniza o a 70 C Com as dimens es dos reci pientes utilizados para a higieniza o e o gasto de energia dependendo da quantidade processada a hi gieniza o normalmente feita antes que cossubstra tos cr ticos do ponto de vista higi nico sejam carre gados no biodigestor Isso possibilita a higieniza o apenas das subst ncias cr ticas e desse modo o di mensionamento do processo de higieniza o de forma econ mica higieniza o parcial do fluxo Tamb m poss vel realizar uma higieniza o com pleta do fluxo de subst ncias introduzidas ou do ma terial fermentado Uma das vantagens da higieniza o localizada antes do biodigestor que at certo ponto o substrato termicamente decomposto o que conforme suas propriedades facilita a sua fer menta o A higieniza o pode ser realizada em tanques de a o hermeticamente fechados que permitem o aqueci mento Comumente s o utilizados tanques do ramo de tecnologia de ra es A higieniza o monitorada e re gistrada utilizando dispositivos de medi o do n vel de 40 enchimento temperatura e press o Ap s a higieniza o a temperatura do substrato maior que aquela en contrada no interior do biodigestor Dessa forma o substrato higienizado presta se para
447. o tempo de re ten o dos substratos no biodigestor o teor de mat ria seca a concentra o de cidos graxos e eventuais subst ncias inibidoras Desse modo o aumento do tempo de reten o melhora a taxa de degrada o re fletindo em uma maior produ o de g s medida em que o tempo de reten o transcorre uma quanti dade cada vez maior de metano vai sendo liberada elevando o poder calor fico inferior da mistura ga sosa Como j descrito no in cio do cap tulo evidente a grande semelhan a entre os processos que ocorrem no r men de animais ruminantes e os processos de decomposi o em um reator de biog s Por m os dois processos podem ser comparados s at certo ponto pois efeitos sin rgicos diferentes podem ocorrer em cada um dos dois sistemas influenciando a produ o de biog s O m todo de c lculo apresentado permite apenas uma estimativa aproximada do rendimento real de g s e metano n o podendo portanto ser utilizado para c lculos econ micos e operacionais Por outro lado o m todo exposto permite estimar tend ncias do rendimento de biog s e estabelecer compara es entre os v rios substratos O aumento da temperatura permite tamb m a ace lera o dos processos de decomposi o Essa acelera o por m poss vel somente at determinados limi tes uma vez que quando a temperatura m xima excedida as bact rias s o prejudicadas resultando no efeito contr rio ver
448. ode provocar a morte por asfixia 228 Di xido de enxofre SO P Disposi o de res duos l Emiss es Fluxo Gas metro HI Gera o combinada de eletricidade e calor Higieniza o Horas de opera o a carga plena Mat ria org nica seca MOS Metano CH Microrganismos anaer bios PI xido de nitrog nio II Prepara o Raspador de gordura Rela o C N l6 Res duo geral Silagem Siloxano P Substrato 1 Sulfeto de hidrog nio H S l Taxa de degrada o Tempo de reten o l Tratamento anaer bio Hl Usina de biog s H Usina de cogera o de energia Gloss rio G s incolor com odor ardente O di xido de enxofre livre na atmosfera est sujeito a uma s rie de processos de convers o que originam cidos sulfurosos cido sulf rico sulfitos e sulfatos de enxofre entre outras subst ncias A Lei Alem de Reciclagem e Res duos Kreislaufwirtschafts und Abfallgesetz define a disposi o de res duos como a elimina o de lixo res duos e demais restos gerados Subst ncias gasosas l quidas ou s lidas ru dos vibra es radia o luminosa t rmica e outras radia es gerados por uma usina ou processo e liberados no ambiente Conforme a defini o trata se do fluxo em volume ou em massa Recipiente ou bolsa pl stica em que se d o armazenamento intermedi rio do biog s Convers o simult nea de energia em energia el trica ou mec nica e cal
449. odu o de biog s padr o de subprodutos de origem vegetal conforme a lista positiva da EEG Ee EE 151 Tabela 8 1 Tabela 8 2 Tabela 8 3 Tabela 8 4 Tabela 8 5 Tabela 8 6 Tabela 8 7 Tabela 8 8 Tabela 8 9 Tabela 8 10 Tabela 8 11 Tabela 8 12 Tabela 8 13 Tabela 8 14 Tabela 8 15 Tabela 8 16 Tabela 8 17 Tabela 8 18 Tabela 8 19 Tabela 8 20 Tabela 8 21 Tabela 8 22 Tabela 8 23 Tabela 8 24 Tabela 8 25 Tabela 9 1 Tabela 9 2 Tabela 9 3 Tabela 9 4 Tabela 9 5 Tabela 9 6 Tabela 9 7 Tabela 10 1 Tabela 10 2 Tabela 10 3 Tabela 10 4 Tabela 10 5 Lista de Tabelas Vis o geral e caracteriza o das usinas modelo iusserit riani R R iaiia 162 Par metros e custos dos subatratos E 162 Substratos utilizados em usinas modelo t Mia 163 Dados t cnicos caracter sticos assumidos para processos e dimensionamento das usinas 164 Tecnologias das usinas modelo EE 165 Valores caracter sticos t cnicos e de processos das usinas modelo I a V s ss sssssssssssssesssesresresresresreseese 166 Dados caracter sticos t cnicos e de processos das usinas modelo Vila 166 Dados caracter sticos t cnicos e de processos da usina modelo XA 167 Investimentos para unidades funcionais das usinas modelo I a V ee 167 Investimentos para unidades funcionais das usinas modelo VI a X as 168 Direito remunera o das usinas modelo inauguradas em 2011 169 An lise do custo b
450. og s Os resultados da an lise 9 5 basearam as conside ra es sobre a viabilidade econ mica das usinas mo delo Tempo de trabalho necess rio para a supervis o da usina modelo II Com base nos dados anteriores 9 5 a supervis o da usina de biog s com elimina o de falhas perfaz 4 5 horas por dia Isso significa que para essa usina 350 kW deve ser planejado 0 5 homem dia para supervi Organiza o Operacional Tabela 9 5 Tempo de trabalho necess rio para a supervis o de usinas de biog s Controle h semana Registro de dados h semana Manuten o h semana Elimina o de falhas h semana Total h semana a Conforme 9 2 ajustado b 9 3 N t N o e E 5 o E 1 5 g o K o o E H o a 1000 1200 Porte da usina kW Figura 9 4 Tempo de trabalho necess rio para a supervis o da usina 9 4 o a Homem hora por ano e kW 600 700 800 900 1 000 Pot ncia da usina de cogera Figura 9 5 Tempo de trabalho necess rio para a supervis o e manuten o da usina 9 5 sion la e realizar trabalhos de rotina registro de da dos trabalhos de controle e manuten o e elimina o de falhas 4 4 27 3 2 2 13 0 0 0 20 0 0 0 98 0 0 14 0 9 1 3 3 Tempo de trabalho necess rio para o preparo do substrato e carregamento do biodigestor As tarefas de atribui o de substrato retirada dos de p sitos e em alguns casos preparo de
451. og s que aqui chega pode ser coletado e aproveitado As sim o reservat rio de biofertilizantes funciona como um tanque pulm o A jusante desse tanque pulm o se encontra instalado um reator de fluxo cont nuo Do reator de fluxo cont nuo tamb m pode ser retirado substrato Por exemplo quando h uma grande de manda por substrato fermentado para fins de aduba o A figura 3 2 mostra uma vis o geral da t cnica Tal t cnica permite uma produ o de g s uniforme O tempo de reten o n o pode ser determinado com exatid o pois n o se exclui a possibilidade de ocor r ncia de curtos circuitos no reator de fluxo cont nuo 3 2 Essa variante representa o estado da t cnica Os custos de investimento do reservat rio de biofertili zantes podem ser sucessivamente refinanciados pela produ o adicional de g s per e gt Biodigestor Reservat rio de biofertilizantes mem Tanque de carga Figura 3 2 Esquema da tecnica combinada de fluxo continuo e armazenamento 3 1 2 2 Alimentag o descontinua Na fermenta o em batelada enche se completa mente o biodigestor com substrato fresco fechando o hermeticamente na sequ ncia O substrato perma nece no reservat rio at o fim do tempo de reten o selecionado sem que haja retirada ou adi o de mais substrato Ao fim do tempo de reten o o biodigestor esvaziado e enchido com substrato fresco e uma parte do material decomposto pode permanecer no reservat
452. ois pist es rotativos girando em dire es contr rias cada um composto de dois a seis l bulos Os dois pist es rolam um sobre o outro com pouca folga axial e radial sem encostar entre si nem tocar a carca a e s o constru dos de forma que em qualquer posi o a c mara de suc o seja bloqueada pela de press o No transporte os espa os originados na c mara de suc o s o preenchidos com o meio bombeado e este trans portado para a linha de recalque O princ pio de fun Tabela 3 9 Valores caracter sticos e par metros operacionais de bombas centr fugas 3 1 e press o de bombeamento at 20 bar na pr tica a press o de bombeamento em geral inferior e pot ncia de entrada p ex 3 kW a 2 m min 15 kW a 6 m min em forte depend ncia do substrato e substratos de baixa viscosidade com baixos conte dos de mat ria seca pequenas quantidades de palha n o autoaspirante necess rio ser instalada abaixo do substrato a bombear p ex em um po o Valores caracter sticos e fluxo volum trico entre 2 m min e 30 m min geralmente para substratos com lt 8 de conte do de MS Aplica o permitidas Vantagens constru o mais f cil compacta e robusta elevada vaz o flexibilidade das aplica es tamb m como bomba submergivel Desvantagens n o adequadas para a dosagem de substrato Particularidades e a vaz o fortemente influenciada pela press o de bombeamento e altura mano
453. ol gico constata se que as fontes de dados dos c lculos s o frequentemente ca racterizadas por elevado grau de incerteza o que in viabiliza a sua aplica o pr tica Al m disso de forma geral os dados absolutos calculados n o s o determi Import ncia do Biog s como Fonte de Energia Renov vel na Alemanha nantes Em lugar deles a avalia o deve tomar por base as diferen as entre as diversas op es de gera o e uso de biog s e compar las Medi es atualmente realizadas em usinas de biog s modernas por m es t o melhorando sensivelmente a qualidade da base de dados de forma que no futuro essas estimativas ser o bem mais confi veis 12 3 Situa o atual da gera o e aproveitamento do biog s na Alemanha A exposi o a seguir registra a situa o da gera o e aproveitamento do biog s na Alemanha em mar o de 2010 As descri es se referem a usinas de biog s sem equipamento de tratamento de g s e locais de aterro 12 3 1 Parque de usinas e pot ncias Desde que a Lei Alem de Energias Renov veis EEG entrou em vigor o n mero de usinas de biog s na Alemanha vem aumentando em ritmo crescente Isso faz da EEG um bem sucedido instrumento no setor de biog s Essa evolu o positiva foi principalmente gra as ao alicerce b sico confi vel e de longo prazo que se estabeleceu Especial import ncia teve a altera o da EEG em 2004 que incluiu o subs dio ado o de culturas energ ticas
454. ombust vel ue 135 Esquema de funcionamento de um refrigerador de absor o EE 136 Exemplo de refrigerador de absor o em uma usina de iog s ee 136 Canais de utiliza o do calor para usinas de biog s com processo de cogera o menmeee 175 Op es do empres rio agr cola no ramo do biog s ENEE 182 Fatores de influ ncia sobre a escolha do local nee 185 Trabalho espec fico exigido em diferentes atividades com integra o da gera o de biog s 187 Tempo de trabalho necess rio para a supervis o da usina retirarem 189 Tempo de trabalho necess rio para a supervis o e manuten o da usina ueeeesssnenenenenennnnnnnn 189 Tempo de trabalho necess rio para a usina modelo Hl 192 Guia Pr tico do Biog s Gera o e Utiliza o Figura 10 1 Figura 10 3 Figura 10 4 Figura 10 2 Figura 10 5 Figura 10 6 Figura 10 7 Figura 11 1 Figura 11 2 Figura 11 3 Figura 11 4 Figura 12 1 Figura 12 2 Figura 12 3 Figura 12 4 Figura 12 5 Figura 12 6 Figura 12 7 10 Correla o entre o potencial relativo de g s residual a 20 22 C eo tempo de reten o RE E e EE Distribuidor com reboque de sapatos ENEE Distribuidor d 8888888 nesisssumnkusssalbunshknighakengehsishnl Distribuidor com reboque de mangueiras unesesesensenenenenenennenennenenenensenensnnensnnenenensenenensenensesensnsnnenenone Cultivador de distribui o deesterco sussa steam a ea 1202
455. on analysis appro ach Water Sci Tech 2008 58 n 7 pp 1433 1439 Lebuhn M Bauer C Gronauer A Probleme der Bio gasproduktion aus nachwachsenden Rohstoffen im Langzeitbetrieb und molekularbiologische Analytik VDLUFA Schriftenreihe 64 2008 pp 118 125 Kroiss H Anaerobe Abwasserreinigung Wiener Mit teilungen vol 62 Technische Universit t Wien 1985 Demirel B Neumann L Scherer P Microbial com munity dynamics of a continuous mesophilic anaerobic biogas digester fed with sugar beet silage Eng Life Sci 2008 8 n 4 pp 390 398 Oechsner H Lemmer A Was kann die Hydrolyse bei der Biogasverg rung leisten VDI Berichte 2057 2009 pp 37 46 Lindorfer H Braun R Kirchmeyr R The self heating of anaerobic digesters using energy crops Water Science and Technology 53 8 2006 2 13 2 14 2 15 2 16 2 17 2 18 2 19 2 20 2 21 2 23 2 24 2 25 Wellinger A Baserga U Edelmann W Egger K Sei ler B Biogas Handbuch Grundlagen Planung Be trieb landwirtschaftlicher Anlagen Verlag Wirz Aa rau 1991 Weiland P Stand und Perspektiven der Biogasnut zung und erzeugung in Deutschland G lzower Fach gespr che volume 15 Energetische Nutzung von Bio gas Stand der Technik und Optimierungspotenzial pp 8 27 Weimar 2000 Abdoun E Weiland P Optimierung der Monover g rung von nachwachsenden Rohstoffen du
456. onal pode ser influenciado substancialmente pela constru o de outras usinas na regi o ou por altera es nos pre os agr colas como ocorrido em 2007 08 A tabela 9 1 mostra um resumo do planejamento do substrato e das condi es b sicas a serem observadas Tabela 9 1 Condi es b sicas a observar no planejamento de substrato Adubo org nico dispon vel com especifica es da MS e MOS e Ocorr ncia de res duos agr colas na empresa e Disponibilidade de terra produ es e custos de cultivo de esp cies energ ticas e Res duos da ind stria de ra o e alimentos e Capacidade de armazenamento dispon vel para silagens biofertilizantes e Demanda de calor da empresa ou de consumidores no entorno quantidades varia es anuais e Pontos de inje o de energia el trica e calor e Edifica es aproveit veis e reas para aproveitamento de biofertilizantes e Cumprimento da BioAbfV e Dist ncias de transporte para substratos e utiliza o de biofertilizantes e C lculo da remunera o da inje o pelo uso de substratos a Considerar os requisitos da EEG 2009 para o c lculo do valor da remunera o da inje o 183 2 0 Q 08 Ve Guia Pr tico do Biog s Gera o e Utiliza o Al m de considerar fatores como o fornecimento de substrato o potencial de aproveitamento dos bio fertilizantes e da quantidade adequada de calor a uti lizar o dimensionamento da usina de
457. onsscocrrcasacastasianttoaacaomnnesneisiesassanisamnanass TO M KALTSCHMITT F SCHOLWIN 11 Veteranen cr 16 12 aoter E 1 7 E 17 1 3 Conteldo E 17 1 4 II 17 15 Defini o dO E 18 EE P BRA E 18 LOD JOUbStratOS sais sesirirorersrs rs evese sogro inata ea ca eta aa paso ao ah nas ah no a Eai oo 18 153 At alidade dos dados ssssimenirererencestsass soneto ENEE 19 1 54 Escop dog dagdog 210 19 2 Fundamentos da Fermenta o Anaer bia essesssesssssensnnnssnsnssnsssnesssnennene 20 J FRIEHE P WEILAND A SCHATTAUER 21 Origem do Eege eegen EE 20 2 2 Condi es do Melon Egeter 21 2 2 1 COMPRO caia dn ii a uns a ia ernennen gi EE AE gun astro 22 222 EE LEE 22 2 2 3 Valor do pH 2 2 4 Disponibilidade de nutrientes EEN 23 2 2 5 RK e 2 3 Par metros operacionais 2 3 1 Carga org nica volum trica e tempo de reten o no biodigestor enem 25 2 3 2 Produtividade rendimento e taxa de degradac o nene 26 2 3 3 AWA Oiii nE aussen gunahainnn anne 27 2 3 4 Potencial de gera o de g s e atividade metanog mica e 27 24 Fontes Dobei eegene eege 30 3 Tecnologia de Usinas para a Produ o de Biog s ccceescersseeesee 31 J POSTEL U JUNG EL FISCHER F SCHOLWIN T WEIDELE H GATTERMANN A SCHATTAUER P WEILAND 3 1 Caracter sticas e diferencia o das diferentes t cnicas eee 31 3 1 1 Teor de mat ria seca dos substratos de fermenta o een 31 312 Tipo de alimenta o
458. operador coloque a sua usina de biog s em opera o antes do fim do ano considerado H que se considerar por m se vale a pena iniciar as opera es da usina pouco antes da virada do ano Por um lado obt m se a vantagem econ mica de se evitar a degressividade Por outro lado h a desvantagem de o tempo restante at o fim do ano com remunera o me lhor ser curto demais e o fato de o per odo de remune ra o garantido pela EEG se encurtar Exemplo uma usina com capacidade de 150 kW entra em funcionamento no dia 31 de dezembro de 2009 rendendo ao seu operador conforme a remune ra o b sica 11 67 centavos de euro por kWh produ zido Se iniciar as opera es somente no dia 1 de ja neiro de 2010 recebe um valor de apenas 11 55 centavos de euro kWh No primeiro caso po r m a remunera o ser paga por um per odo de 20 anos e apenas um dia No segundo caso por outro lado ela ser paga durante 20 anos e 364 dias No ge ral portanto o montante total da remunera o da EEG maior ainda que o valor por unidade seja me nor Considerar por m que a evolu o dos pre os da eletricidade imprevis vel Depois de dez anos por exemplo possivelmente a comercializa o direta po deria ser mais atraente que a remunera o da EEG que no longo prazo deixaria de ser vantajosa 7 3 2 Conceito de usina e in cio de opera o determina o correta do valor da remunera o O conceito de usina e a da
459. or o qual destinado ao aproveitamento energ tico calor til Etapa de processo para reduzir eliminar agentes infecciosos e ou fitopat genos desinfec o ver tamb m Regulamento Alem o de Res duos Org nicos e Regulamento CE 1774 2002 Tempo de opera o da usina a carga plena o valor calculado com base no n mero de horas de utiliza o total e da efici ncia m dia ao longo de um ano transformado para uma efici ncia te rica de 100 A MOS obtida pelo peso total da mat ria subtra do do conte do de gua e da mat ria inorg nica Geralmente o seu c lculo efetuado pela secagem a 105 C seguida da calcina o a 550 C G s incolor inodoro e n o t xico origina di xido de carbono e gua na combust o o metano um dos mais importantes gases do efeito estufa e um componente importante do biog s g s natural gases de aterros e de esta es de tratamento Em concentra es superiores a 4 4 em volume no ar forma uma mistura explosiva de gases Microrganismos que vivem em ambiente livre de oxig nio para algumas esp cies a presen a do oxig nio pode ser fatal Os gases xido n trico NO e di xido de nitrog nio NO3 s o agrupados sob o termo NO xidos de nitrog nio Eles s o formados em todos os processos de combust o como compostos entre o nitrog nio do ar e o oxig nio mas tamb m pela oxida o de compostos nitrogenados contidos no combust vel Etapa que consiste em prep
460. or por meio de bombas centr fugas submergiveis ajust veis ou tubo guia possibilitando tamb m a elimina o de camadas de sedimenta o e sobrenadantes risco de forma o de camadas de sedimenta o e sobrenadantes com o uso de bombas externas sem direcionamento de fluxo o uso de bombas externas sem direcionamento de fluxo n o permite a remo o de camadas de sedimenta o e sobrenadantes e consulte o cap tulo 3 2 1 4 para saber sobre as particularidades do equipamento e bomba centr fuga submerg vel ou bomba de cavidade progressiva bomba centr fuga instaladas em local seco ou bomba de l bulos ver cap tulo 3 2 1 4 e em bombas externas os pontos de entrada podem ser equipados com tubos guia ou bicos permitem comutar entre diferentes pontos de admiss o e s o v lidas as mesmas especifica es de manuten o que as referidas no cap tulo 3 2 1 4 Figura 3 35 Separador de rosca FAN Separator GmbH links PlanET Biogastechnik GmbH 64 Tecnologia de Usinas para a Produ o de Biog s Tabela 3 28 Especifica es dos sistemas de remo o de sedimentos Valores caracter sticos Aplica o Particularidades e os valores caracter sticos dos equipamentos que comp em os sistemas de remo o de sedimentos equivalem aos dos equipamentos j apresentados separadamente e sistema de raspagem somente em biodigestores verticais com base circular e plana e roscas de remo o em biodigestores horizontais e v
461. orme as suas caracter sticas as usi nas de cogera o se dividem em dois tipos aquelas que produzem principalmente calor e aquelas com n fase na produ o de eletricidade A variante para a produ o priorit ria de calor prefer vel em fun o da sua maior efici ncia Na maioria dos casos s o uti lizadas usinas de cogera o com motores de combus t o acoplados a um gerador Os motores operam a uma rota o constante de forma que o gerador aco plado possa fornecer energia el trica compat vel com a frequ ncia da rede Para acionar o gerador ou gerar eletricidade pode se utilizar tamb m microturbinas a g s motores Stirling ou c lulas de combust vel como alternativas aos motores do ciclo Diesel igni o por compress o ou ciclo Otto igni o por centelha Tubula o de exaust o Trocador de Supressor de ruido calor do g s de exaust o E SC Trocador de calor Gerador do aquecimento Rede p blica de energia eletrica Figura 6 4 Estrutura esquem tica de uma usina de cogera o ASUE Figura 6 5 Usina de cogera o com biog s m dulo completo em constru o compacta com sistema de queima em flare Haase Energietechnik AG 6 2 1 Usinas de cogera o com motores de combust o Al m do motor de combust o e gerador compat vel o m dulo de cogera o composto de trocadores de ca lor para a recupera o da energia t rmica do g s de combust o circuito de arrefecimen
462. ornece dores oferecem m dulos padronizados sem muita fle xibilidade na configura o de equipamentos Apesar disso a obten o da licen a a constru o e a opera o de uma usina com arquitetura modular algo mais barato e r pido de implementar O propriet rio tamb m tem a op o de adquirir do fornecedor da usina somente o projeto contrato de en genharia As fases do projeto s o ent o solicitadas pelo propriet rio s empresas especializadas Esse caminho permite o grau m ximo de personaliza o mas s re comendado se o propriet rio j dispuser da necess ria experi ncia A desvantagem que ele assume os riscos da entrada em opera o e dos testes de desempenho Desse modo eventuais direitos de regresso t m de ser exigidos individualmente junto s empresas especiali zadas 3 1 Caracter sticas e diferencia o das diferentes t cnicas A gera o de biog s pode ser realizada por meio de diferentes t cnicas As t cnicas t picas s o apresenta das na Tabela 3 1 Tabela 3 1 Classifica o das t cnicas de gera o de biog s conforme diferentes crit rios Teor de mat ria seca dos substratos digest o mida digest o seca Tipo de alimenta o descont nua semicontinua continua N de fases do processo uma fase duas fases Temperatura do processo psicrof lico mesof lico termof lico 3 1 1 Teor de mat ria seca dos substratos de fermenta o A consist
463. os a 215 893 Receita s custos diretos Clg 86 781 Custos gerais a 5 000 Custos totais a 688 937 Custos de gera o de energia ct kWh 16 48 eletrica Lucro prejuizo a 81 781 Retorno sobre o ativo 14 0 VU VI D F a 100 culturas E Res duos org nicos RR Fermenta o a seco 500 kW 1000 KW 500 kW 4 001 798 8 009 141 4 002 618 11 66 15 93 18 52 466 606 1 276 023 741 274 27 450 49 900 27 455 494 055 1 325 922 768 729 40 000 638 409 348 182 57 504 106 549 50 050 76 498 152 787 81 876 1 440 2 880 1 440 175 442 900 625 481 548 318 613 425 297 287 182 143 657 226 328 147 307 35 255 54 299 41 284 8 814 13 575 10 321 6 31 11 19 9 41 2 304 4 086 3 436 34 566 61 283 51 544 222 291 355 485 250 456 96 322 69 812 36 725 5 000 10 000 5 000 402 733 1 266 110 737 004 9 38 15 19 17 73 91 322 59 812 31 725 14 4 8 4 7 1 A an lise de sensibilidade permite evidenciar os fato res que t m maior influ ncia sobre a economia de uma usina de biog s As tabelas 8 15 e 8 16 mostram at que ponto o lucro se altera com a varia o dos fa tores pelos valores indicados Fatores como a produ o de g s o teor de metano a efici ncia el trica e os custos do substrato sobretudo 172 em usinas que utilizam culturas energ ticas em ele vada propor o s o respons veis pela maior influ n cia A import ncia da varia o dos custos de investi mento tanto maior quanto maiores forem os custos espec ficos de invest
464. os de fibras longas Vantagens acesso f cil ao equipamento se houver avarias em caso de obstru es pode se abrir e realizar a manuten o dos equipamentos com facilidade dispensa equipamentos de transporte adicionais Desvantagens poss vel elevar o teor de mat ria seca no biodigestor at o ponto em que sua bombeabilidade n o seja comprometida possibilita a fragmenta o apenas de uma parte do fluxo de material o rebombeamento permite aumentar a por o de mat ria fragmentada Particularidades os equipamentos devem ser separados do condutor do substrato por meio de v lvula guilhotina e no caso de avaria pode ser til realizar um bypass por meio de uma v lvula guilhotina a escolha do m todo de corte ou dilaceramento condiciona o tamanho das part culas que se pode atingir Formas construtivas e bomba centr fuga rotor com arestas cortantes nas variantes em seco de p ou submergivel Manuten o e a manuten o de bombas independentes n o exige longas paradas bombas submerg veis podem ser retiradas do substrato com facilidade e aberturas para manuten o reduzem drasticamente os tempos de parada crit rios previstos pela legisla o relativos a grupos de subst ncias cr ticos do ponto de vista fitossanit rio e epidemiol gico O pr tratamento se d pelo aquecimento das subst ncias a uma temperatura de 70 C por no m nimo uma hora Outro m todo de ex term nio dos germes a esteriliza
465. os diferentes conforme al gumas intera es como por exemplo os n veis de agi ta o A carga org nica volum trica est intimamente relacionada ao tempo de reten o hidr ulica figura 2 2 Assumindo que a composi o do substrato seja cons tante quanto maior for a carga org nica volum trica maior a quantidade de substrato introduzido no bio digestor o que reduz o tempo de reten o Para man ter o processo fermentativo o tempo de reten o hi dr ulica deve ser ideal para que na renova o cont nua do conte do do reator n o seja lavada uma quantidade de microrganismos maior que aquela que 26 150 kg MOS m 100 kg MOS m o w 5 g v D E a E Fe 50 kg MOS m 2 0 2 5 30 35 40 45 5 0 Carga org nica volum trica kg MOS m d Figura 2 2 Rela o entre a carga org nica volum trica e o tempo de reten o hidr ulica para diferentes concentra es de substrato cresce no mesmo per odo algumas arqueas metano g nicas p ex apresentam um tempo de duplica o de 10 ou mais dias 2 1 Considerar tamb m que se o tempo de reten o for curto os microrganismos t m pouco tempo para decompor o substrato resultando em um rendimento insuficiente de biog s Portanto igualmente importante que o tempo de reten o seja compat vel com a taxa de decomposi o espec fica do substrato utilizado Se a quantidade di ria de adi o de substrato for conhecida pode
466. os ou biol gicos figura 10 7 A seguir s o descritos os processos f sicos Qualidade e Aproveitamento dos Biofertilizantes Processo de tratamento fisico Separa o de s lidos Secagem Evapora o Processo de membrana com floculante se necess rio Compostagem Nitrifica o desnitrifica o Esgotamento stripping com precipita o se necess rio Es Elimina o de nutrientes Figura 10 7 Classifica o dos processos de tratamento conforme o seu princ pio 10 4 1 1 Utiliza o de biofertilizantes sem tratamento armazenamento e deposi o do biofertili zante n o tratado Em favor do ciclo de nutrientes desej vel que os biofertilizantes sejam lan ados na mesma rea em que foram cultivadas as culturas energ ticas processadas na usina Normalmente essas reas se situam nas imedia es da usina de biog s de forma que as dis t ncias s o curtas e o transporte e a deposi o do ma terial podem ser realizados com o mesmo ve culo sem necessidade de transferir a carga fase nica No caso de dist ncias superiores a cerca de 5 km o transporte e a deposi o s o feitos com equipamentos diferentes De forma geral o aumento da dist ncia de transporte eleva significativamente os custos de ambos os pro cessos pois os teores de nutrientes dos biofertilizantes em rela o massa transportada s o relativamente baixos O tratamento dos biofertilizantes portanto tem como objetivo
467. os por lei para a des carga segura do efluente 10 4 2 Utiliza o do biofertilizante tratado A fase s lida da separa o tem propriedades equiva lentes s da compostagem fresca e como esta pode ser utilizada como adubo e para elevar o teor de mat ria org nica nos solos A Associa o Alem Federal de Qualidade e Aproveitamento dos Biofertilizantes Compostagem confere um selo de qualidade com base nos crit rios de qualidade para biofertilizantes por ela elaborados No entanto a compostagem fresca utili zada principalmente na agricultura uma vez que no seu armazenamento e deposi o ocorre a emiss o de odores Somente por meio da estabiliza o dos biofer tilizantes p ex por meio da compostagem que se pode obter um produto competitivo no mercado Com um custo de aprox 40 t de s lido por m a estabili za o n o economicamente vi vel A alternativa a secagem dos s lidos como descrito anteriormente O produto por ela obtido pode ser armazenado e trans portado e utilizado especificamente para equilibrar os teores de f sforo e pot ssio cf tabela 10 18 em reas com excesso de nitrog nio A queima dos s lidos secos tamb m uma op o embora os biofertilizantes contendo dejetos l quidos ou s lidos estejam exclu dos da classifica o de com bust veis do Regulamento Alem o de Prote o contra Emiss es Nesse caso seria necess ria uma autoriza o especial condicionada pelo
468. os substratos t m um custo de transporte invi vel Por isso as usinas de biog s se concentram na obten o principalmente da biomassa dispon vel na pr pria regi o S o favorecidos locais pr ximos a estradas com potencial de tr nsito m dio 11 3 A legisla o de constru o civil alem distingue nas cidades as reas interiores das exteriores A rea inte rior abrange todas as reas no interior da localidade e a rea exterior a superf cie al m do per metro ur bano Essa diferencia o se encontra demarcada nos planos de ocupa o de cada localidade Para inibir o crescimento urbano descontrolado a constru o na rea exterior est sujeita a restri es Conforme a Lei Alem de Constru o BauGB 8 35 1 se a constru o de uma usina de biog s na rea exterior for permi tida sob determinadas condi es tal usina conside rada como privilegiada Al m disso deve se considerar aspectos legais relativos ao controle de emiss es bem como poss veis regulamentos pertinen tes interven o na natureza e paisagem p ex medi das compensat rias 4 etapa Sele o do local Examinar a rea O subsolo adequado Realiza o de um Projeto A experi ncia mostra que a inten o de construir uma usina de biog s principalmente em reas rurais pode gerar discuss es em rela o aceita o por parte da popula o ou institui es Esse problema pode afetar particularmente a vi
469. p ex 50 m caracter sticos e Aquecimento interno ou em tanque de parede dupla e Dura o o dimensionamento deve considerar o tempo de uma hora de higieniza o a 70 C para enchimento aquecimento e esvaziamento Aplica o Particularidades em tanques de higieniza o comuns o substrato deve ser bombe vel e conforme a necessidade receber um pr tratamento antes da higieniza o e inclus o obrigat ria de um dispositivo para o registro do processo de higieniza o e o substrato quente higienizado n o deve ser introduzido diretamente no biodigestor pois a microbiota n o suporta elevadas temperaturas em fermenta o parcial poss vel realizar a mistura direta e a mistura de material patog nico com material in cuo inadmiss vel conforme o substrato poss vel a ocorr ncia de dep sitos de areia e subst ncias pesadas Formas construtivas e tanques de a o de parede simples com aquecimento interno ou tanques de a o com parede dupla dotada de aquecimento ou com trocadores de calor de contrafluxo imperme vel a gases e conectada tubula o pendular de g s ou n o imperme vel a gases dotada de exaust o do tanque se necess rio por meio de purificador de ar Manuten o e o tanque deve ter no m nimo uma porta de inspe o e observar as normas de seguran a durante trabalhos em tanques fechados respeitar tamb m as normas de seguran a para gases e manuten o necess ria
470. pacidade m xima de 350 Nm por hora e 1 0 centavo de euro kWh para capaci dades de at 700 Nm por hora O Anexo 1 da EEG contempla entre outras as se guintes tecnologias inovadoras para a gera o de energia el trica a partir do biog s c lulas de combus t vel turbinas a g s motores a vapor sistemas com ci clo org nico de Rankine instala es multicombusti vel equipamentos com processo do ciclo Kalina e motores Stirling Al m disso tamb m recebem fo mento a convers o termoquimica de palha e equipa mentos para a digest o exclusiva de res duos org ni cos com p s compostagem O b nus de fermenta o a seco n o mais conce dido para usinas que entraram em opera o ap s 31 de dezembro de 2008 pois muitas usinas desse tipo n o atendem aos requisitos da legisla o quanto ao uso de processos inovadores e compat veis com o meio ambiente O pr requisito para o incentivo das t cnicas e pro cessos mencionados que apresentem uma efici ncia el trica de no m nimo 45 ou que seja utilizado calor ao menos temporariamente e at um determinado grau Geralmente o b nus do uso de equipamentos de alta tecnologia de 2 0 centavos de euro kWh O b nus sempre concedido para a propor o de eletrici Condi es Legais e Administrativas Checklist comprovantes e B nus de cogera o A partir de 2 MW de pot ncia comprova o anual por um especialista ambiental da gera o de eletrici
471. par metros operacionais de sistemas de aquecimento integrados e 67 Valores caracter sticos e par metros operacionais de trocadores de calor externos 68 Valores caracter sticos e par metros operacionais de c pulas de lona E 69 Valores caracter sticos e par metros operacionais de gas metros de biog s externos nn 70 Valores caracter sticos e par metros operacionais de Hares een 71 Teores de nutrientes de adubos org nicos EEN 75 Produ o e rendimento de metano a partir de adubos org nicos u eneenesenensenensenensenenenenannenennensnnenenennen 75 Propriedades de biomassas dedicadas selecionadas tee erererererereerereererererererererersererereres 77 Produ es de g s de biomassas dedicadas selecionadas NENNEN 77 Produ o de biog s padr o de subprodutos de origem vegetal conforme a lista positiva da EEG 2009 22 EE garni 78 Propriedades de subprodutos vegetais selecionados REENEN 79 Produ es de substratos selecionados da agroind stria EEN 81 Propriedades dos residuos verdes iss ami iioii lesen anne anne 82 Resumo das propriedades dos substratos u eesseenenensssenennenenenennenennenennenenenennenennonensonenenennenensnsensnnenenennen 84 Limites m ximos permitidos da concentra o de Acdos EE 89 Valores de refer ncia de micromuttiemntes ENEE 91 Concentra es inibit rias de am nia citadas na Dieratura 92 Par metro de medi o e disponibilidade M todos para realizar o
472. pera o vari vel entre regime de fluxo cont nuo ou regime combinado de fluxo cont nuo e armazenamento conforme o tipo dos equipamentos sua manuten o pode ser realizada sem exigir o esvaziamento do biodigestor Desvantagens como curtos circuitos s o poss veis e at prov veis n o poss vel afirmar com certeza o tempo de reten o possibilidade de forma o de sobrenadante e de sedimentos Particularidades recomenda se a retirada de alguns tipos de substrato com esteira rolante e transportador helicoidal para extra o p ex esterco de galinha em virtude do c lcio sedimentado Formas construtivas reservat rios cil ndricos enterrados verticalmente ou acima do solo os equipamentos de agita o devem ter pot ncia elevada se o substrato da fermenta o for unicamente o esterco l quido pode se utilizar recircula o pneum tica atrav s da inje o do biog s e t cnicas de recircula o agitadores com motor submerg vel no interior do reator agitador axial em tubo guia vertical recircula o hidr ulica com bombas externas recircula o pneum tica por inje o de biog s em tubo guia vertical recircula o pneum tica por inje o de biog s difusa por orif cio na base do reator Manuten o e entrada facilitada por porta de inspe o lores caracter sticos mais importantes das tubula es 3 2 2 Gera o de biog s de g s e l quido se encontram nas tabelas 3 16 e 3 17 As figuras 3 20 e 3 21 il
473. periores a cerca de 20 000 ppm o que raramente ocorre em usi nas de biog s agr colas O sulfeto de hidrog nio me dido com sensores eletroqu micos 5 1 2 5 Hidrog nio O hidrog nio um importante composto intermedi rio na forma o de metano liberado primordialmente na acidog nese e na acetog nese antes de ser conver tido em metano Muitos esfor os j foram empreendi dos para utilizar a concentra o de hidrog nio no bio g s para detectar dist rbios no processo De maior import ncia o fato de que a forma o de cido ac tico a partir de cidos graxos de cadeias longas e a convers o de hidrog nio em metano teoricamente s podem ocorrer concomitantemente em uma estreita faixa de concentra o A utilidade desse par metro question vel pois a rela o entre a concentra o de hidrog nio no biog s e os dist rbios nem sempre t o clara A concentra o do hidrog nio no biog s arma zenado pode ser facilmente medida por meio de sen sores eletroqu micos O papel da press o parcial do hidrog nio no substrato de fermenta o como par metro de controle foi pouco investigado at o mo mento A maioria dos fabricantes de aparelhos de an lise de gases no ramo de biog s oferece equipamentos mo dulares que permitem ao usu rio escolher os tipos de sensores e pontos de medi o preciso observar que os sensores eletroqu micos s o consumidos e apre sentam deriva mais acentuada qu
474. po de reten o no di gestor figura 10 1 Em compara o com o esterco n o tratado breves tempos de reten o podem levar ao aumento das emiss es de metano caso o substrato que acaba de ser inoculado com microrganismos metanog nicos seja retirado do biodigestor ap s breve per odo e encami nhado para o dep sito de biofertilizantes 10 9 Deve se portanto evitar curtos circuitos Para estimar as emiss es de metano a partir dos biofertilizantes podem ser adotados os resultados de ensaios de fermenta o com biofertilizantes em bate lada a 20 22 C 10 8 pois correspondem aproxima damente s condi es de temperatura no reservat rio de biofertilizantes sob condi es observadas na pr tica Por outro lado valores do potencial de g s resi dual determinados sob condi es mesof licas 37 C n o s o representativos para inferir sobre os valores efetivos das emiss es Mesmo assim eles podem ser um indicativo da efic cia do processo de fermenta o uma vez que refletem o potencial de biomassa n o convertido no biodigestor e ainda n o presente no biofertilizante Ambos os par metros s o por m de pendentes da forma como se d o processo e dos subs tratos adotados em cada uma das usinas Assim os valores indicados na tabela 10 6 servem apenas como refer ncia Tabela 10 6 Potencial de g s residual de biofertilizantes de usinas de biog s agr colas com base no rendimento de metano por t de s
475. po de trabalho necess rio se limita geralmente a verifica es e ajustes No caso de substratos s lidos a maior parte de silagens de milho e gram neas de origem agr cola S o utilizados tamb m gr os e res duos de cereais gerados durante as opera es de limpeza e preparo dos gr os 189 oc O oQ Ve Guia Pr tico do Biog s Gera o e Utiliza o Tabela 9 6 Tempos de carregamento conforme o equipamento de carregamento utilizado segundo 9 6 9 7 9 8 Silagem de milho silo trincheira Silagem de gram neas silo trincheira Silagem de milho silo trincheira acesso de cascalho inclinado Silagem de gram neas silo trincheira acesso de cascalho inclinado Dejetos s lidos base para esterco Fardos retangular Cereais soltos a Valores provis rios ajustados O cultivo de ra zes e tub rculos beterraba cebola ba tatas e as partes que sobram em seu processamento tamb m podem ser aproveitados como substratos A maior parte do tempo de trabalho necess rio dedicada ao carregamento do reservat rio de alimen ta o com substrato Normalmente s o utilizados equipamentos m veis de carregamento e transporte para o enchimento dos diversos sistemas de alimenta o do biodigestor por reservat rio de alimenta o tremonha de enchimento de transportador incli nado equipamento hidr ulico de inje o O exemplo a seguir mostra os tempos b sicos dos m dulos que deve
476. pode ser mitigado pela administra o da usina em cons rcio Para tal pode se abrir uma das diversas formas de sociedade vi sando aproveitar a biomassa como a GbR alem Ge sellschaft b rgerlichen Rechts Sociedade de Direito Civil permitindo obter uma renda b sica de mat rias primas vegetais e esterco bem como de outras subst ncias como gorduras cf cap tulo 9 2 2 A seguir s o elencados os fatores que mais influen ciam a reestrutura o de uma empresa 9 1 Reestrutura o da empresa perspectivas e abordagens para a otimiza o O planejamento e a constru o da usina exigem a par ticipa o do empres rio agr cola em diversos n veis A lista a seguir sintetiza as decis es mais importantes 184 e as atividades do empres rio para planejar e integrar a usina nas opera es agr colas de seu empreendi mento Escolha do local Esclarecimento da conex o el trica para a inje o da eletricidade gerada na rede de distribui o in cluindo a instala o de um novo transformador ge ralmente necess rio Esclarecimento da conex o t rmica da usina em presa Esclarecimento de como os aspectos relacionados ao substrato ser o integrados usina Processo de licenciamento preparo do pedido Pareceres levantamento ed fico do local ensaios de est tica de reservat rios e novas edifica es plano de seguran a e sa de para o canteiro de obras libera o pela ag ncia
477. por cavacos e a usina de biog s portanto devem ser projetadas com uma capacidade m nima de gera o de calor de 1 1 MW Para os exemplos assumiram se investimentos da ordem de 3 15 mi biog s e 3 46 mi cavacos O investimento para a usina de biog s n o contado Tabela 8 21 Demanda anual de calor de estufas com diferentes regimes de cultivo e dimens es residual de uma usina de biog s de 500 EW Regime de cultivo Planta ornamental frio Planta ornamental temperado rea da estufa m 4 000 16 000 4 000 16 000 Quantidade de calor 414 1 450 1 320 4 812 necess ria para O aquecimento MWh a Potencial de calor residual 13 3 46 4 42 2 100 aproveitado de uma usina de biog s com 500 kW Economia e aproveitamento do calor Planta ornamental quente 4 000 16 000 1 924 6 975 61 6 100 Tabela 8 22 Compara o de custos do fornecimento de calor por meio do aquecimento a leo e calor residual de usina de biog s cogera o a exemplo de duas dimens es de estufas em regime de cultivo frio 4 000 m rea da estufa 16 000 m Fornecimento de calor por SE a biogas Bsa biog s Investimento 86 614 141 057 155 539 216 861 Total de custos vari veis reparos e custos de combust vel a 37 770 22935 129 174 45 105 Total de custos fixos deprecia o juros seguros a 7 940 2 930 14 258 19 879 Total da m o de obra a 390 390 390 390 Total de custos gerais a 500
478. pot ncia el trica instalada na Alemanha pesquisa das institui es dos Estados em 2010 12 3 Baden Wiirttemberg 161 8 mim am mam Berlim mosto mm Ze Bremen mo a am Hesse DT 1 mme Baixa Sax nia 465 0 Ren nia Palatinado Sax nia Schleswig Holstein 125 0 Total 4 888 1 853 a Dados de locais operacionais sendo que agrupamentos de usinas foram interpretados como um local operacional devido metodologia do levantamento de dados adotada Dados entre par nteses estimativa do n mero de usinas de biog s 222 Import ncia do Biog s como Fonte de Energia Renov vel na Alemanha Alemanha Tur ngia Schleswig Holstein Sax nia Anhalt Sax nia Sarre Ren nia Palatinado Ren nia do Norte Vestf lia Baixa Sax nia Mecklemburgo Pomer nia Ocidental Hesse Hamburgo Brandemburgo Baviera Baden W rttemberg 20 40 80 100 120 140 160 potencia instalada por rea cultivada AC kW 1 000 ha AC Figura 12 4 Pot ncia el trica instalada relativa a area cultivada kW 1 000 ha de rea cultivada nos Estados alem es dados obtidos em 12 3 12 6 12 3 2 Aplica es do biog s e tend ncias A altera o da EEG em 2009 representou um forte in centivo para a amplia o da capacidade de biog s na Alemanha Em fun o da estrutura de remunera o da EEG espera se que novamente haja uma forte ten d ncia constru o de pequenas usinas lt 150 kW a apesar de grande
479. ppm Limite de percep o odorde ovo podre 15 75 ppm Irrita o dos olhos e vias respirat rias enjoo v mito dores de cabe a desmaios 150 300 ppm Paralisia dos nervos olfativos 0 015 0 03 gt 375 ppm Morte por intoxica o 0 038 ap s v rias horas gt 750 ppm Desmaio e morte por parada 0 075 respirat ria em 30 60 min a partir de 1000 Morte em poucos minutos por paralisia ppm respirat ria 0 1 Al m disso principalmente em ambientes fecha dos ou profundos pode ocorrer asfixia pela expuls o do oxig nio pelo biog s Embora o biog s seja mais leve que o ar e apresente uma densidade relativa D de aprox 1 2 kg por m tem a tend ncia a segregar se O di xido de carbono D 1 98 kg m mais pesado se acumula pr ximo ao piso e o metano D 0 72 kg m sobe por ser mais leve Por isso ambientes fechados como gas metros fe chados sempre devem ter suficiente ventila o Al m disso utilizar equipamento de prote o individual durante trabalhos em reas potencialmente perigosas biodigestor acessos de manuten o reservat rio de g s etc p ex aparelhos sensores de g s m scara etc 5 5 1 3 Conserva o e manuten o Como regra geral realizar a manuten o de equipa mentos de bombeamento agita o e enx gue acima do n vel do solo 5 6 Caso isso n o seja poss vel ins talar ventila o for ada a fim de prevenir contra o risco de intoxica o e as
480. preiteira para realizar o trabalho mais exigente e caro Na colheita de cereais assume se que a pr pria empresa realiza todos os trabalhos Com base nessas premissas estima se que sejam necess rios ao todo 800 homens hora por ano n o in clu da a deposi o de biofertilizantes As tabelas 9 3 e 9 4 a seguir exemplificam a expec tativa da demanda de m o de obra Os valores s o provenientes do banco de dados da KTBL que oferece in meras formas de planejamento Durante o per odo de colheita da silagem de mi lho em setembro e in cio de outubro conforme o equipamento empregado s o necess rios 800 homens hora no transporte do campo para o silo e no armaze namento com carregadeira Not vel o fato de que cada tonelada de substrato produzido com aproximadamente 0 27 homem hora custa 4 00 incluindo o tempo necess rio para a de posi o dos biofertilizantes utilizando se uma remu nera o de 15 00 por hora A gera o de silagem e cereais ocasiona em deter minadas pocas do ano uma demanda de m o de obra a qual da mesma forma teria de ser progra mada no caso de outras finalidades tal como venda ou alimenta o Um aspecto em comum com esse processo de produ o que a utiliza o do produto armazenado por um longo per odo ocorre da mesma forma geralmente durante o ano todo Isso pode ser positivo para toda a execu o do processo Em todo caso o carregamento dos substratos na usina de bio g
481. processo de diges t o mesmo em pequenas quantidades O aporte de an tibi ticos geralmente se d pela adi o de adubos org nicos ou gorduras animais sendo que o efeito ini bidor varia bastante entre os diferentes antibi ticos Em concentra es muito elevadas os micronutrientes es senciais tamb m podem ser t xicos para os microrga nismos Como os microrganismos conseguem se adap tar a esses nutrientes at certo ponto dif cil determinar a concentra o exata a partir da qual um nutriente prejudicial 2 2 Alguns inibidores tamb m interagem com outras subst ncias Os metais pesados por exemplo s o danosos ao processo de digest o so mente quando dilu dos Eles s o agregados pelo sulfeto de hidrog nio composto tamb m formado durante o processo de digest o e precipitados na forma de sul feto de baixa solubilidade Como na pr tica o HS quase sempre formado durante a fermenta o meta nog nica a presen a dos metais pesados geralmente n o perturba o processo 2 2 Isso n o se aplica a com postos de cobre que devido as suas propriedades bac tericidas s o t xicos mesmo em concentra es m nimas 40 50 mg 1 Em empresas agr colas esses compostos podem entrar no ciclo produtivo por meio por exem plo da desinfec o de patas de animais Durante a digest o s o originadas diversas subs t ncias que podem inibir o processo Vale lembrar contudo que as bact rias se caracterizam por uma
482. produzida na usina de cogera o Na medi o dos fluxos de g s em tubula es ne cess rio respeitar os trechos de entrada definidos pelo fabricante para que se forme o escoamento laminar Aparelhos de medi o com partes m veis expostas ao fluxo de biog s s o suscet veis a defeitos em virtude das impurezas nele contidas No ramo de biog s s o utilizados aparelhos que funcionam com o princ pio de medi o t rmica por fluidistor e por medidor de vaz o tipo v rtex 86 5 1 2 Composi o do g s A composi o do biog s serve de aux lio para avaliar diferentes aspectos Cada um dos componentes e sua import ncia no processo s o explicados a seguir 5 1 2 1 Metano A fra o de metano no biog s um indicativo do es tado da biocenose metanog nica A taxa de produ o de metano pode ser calculada com base na taxa de produ o de g s quando essa se reduz drastica mente mesmo sob alimenta o constante de substrato isso indica uma inibi o das arqueas metanog nicas Para a avalia o da produtividade de metano cada biodigestor deve ser dotado de pontos de medi o Em tecnologia de biog s as concentra es de metano s o medidas por meio de sensores infravermelhos ou de condutividade t rmica Para a usina de cogera o importante que o teor de metano no g s n o caia abaixo de 40 45 pois teores baixos impedem que os motores possam operar com o biog s 5 1 2 2 Di xido de carbo
483. promissores e sua viabilidade econ mica Por fim o guia tamb m pretende capacitar o lei tor com conhecimento e auxili lo na tomada de decis es a fim de CONCRETIZAR um projeto para o fornecimento de energia a partir do biog s Finalidade deste Guia 1 3 Conte do O Guia Pr tico do Biog s d ao leitor um panorama da complexidade da produ o e uso do biog s ser vindo como fonte de consulta e roteiro em todas as considera es e a es necess rias para a prepara o planejamento constru o e opera o de uma usina de biog s O guia leva em considera o n o apenas os as pectos tecnol gicos e de engenharia mas tamb m fa tores legais econ micos e organizacionais Estes te mas s o tratados com profundidade em cada um dos cap tulos e s o apresentados resumidamente a seguir Com base nas quatro abordagens descritas acima este esta obra foi concebida foi concebido para oferecer apoio principalmente nas seguintes frentes est mulo ao envolvimento dissemina o de informa es b sicas avalia o do conceito de um projeto concretiza o do projeto Os cap tulos 2 a 6 e 10 explicam os princ pios de cons tru o e opera o de uma usina de biog s e descre vem o uso de substratos e res duos Os cap tulos 7 a 9 discorrem sobre o contexto legal administrativo e econ mico em que operam as usinas de biog s e como elas s o estruturadas O cap tulo 11 serve de apoio na implementa o de
484. r o adequada entre macro e micronu trientes um pr requisito para a estabilidade do processo Ap s o carbono o nitrog nio o nutriente mais importante sendo necess rio para a forma o de enzimas respons veis pela realiza o do metabo lismo Por isso importante que o substrato tenha a rela o C N correta Uma rela o C N muito elevada muito carbono e pouco nitrog nio reduz a ativi dade metab lica Como consequ ncia o carbono n o completamente degradado e o rendimento de me tano n o atinge o seu pico m ximo Inversamente a abund ncia de nitrog nio pode causar a forma o excessiva de am nia NH capaz de inibir o cresci mento das bact rias mesmo em baixas concentra es podendo at ocasionar o colapso de toda a po pula o de microrganismos 2 2 Por isso para que o processo transcorra adequadamente a rela o C N deve estar na faixa de 10 a 30 Al m do carbono e do nitrog nio o f sforo e o enxofre s o nutrientes igual mente essenciais Os amino cidos t m em sua com posi o o enxofre e os compostos de f sforo s o fun damentais para a forma o da ATP adenosina trifosfato e da NADP nicotinamida adenina dinu cleot deo fosfato respons veis pelo transporte de energia Para que a dose de nutrientes para os mi crorganismos seja adequada e suficiente a rela o C N P S no reator deve ser de 600 15 5 3 2 14 Al m dos macronutrientes a disponibilidade de mi cronutr
485. r Por outro lado o valor do pH pode se elevar caso a decomposi o de compostos nitrogenados oca sione a libera o de am nia a qual reage com a gua formando o am nio Isso aumenta o efeito inibit rio da am nia No que toca ao controle do processo po r m deve se observar que como o valor do pH se al tera lentamente o uso desse par metro para controlar o equipamento tem restri es ainda que em fun o de sua import ncia ele tenha de ser medido continua mente 2 2 4 Disponibilidade de nutrientes Cada esp cie de microrganismo envolvido na decom posi o anaer bia tem sua necessidade pr pria de vi taminas micro e macronutrientes A taxa de cresci mento e a atividade das diversas popula es est o Fundamentos da Fermenta o Anaer bia condicionadas concentra o e a disponibilidade des ses nutrientes Os limites m ximo e m nimo de con centra o t picos de cada esp cie s o dif ceis de defi nir uma vez que existe uma grande diversidade de culturas em parte caracterizadas por uma excepcional capacidade adaptativa A fim de que se produza o m ximo de metano do substrato utilizado a disponibili dade dos nutrientes para os microrganismos deve ser mantida em n veis timos A quantidade de metano que pode ser obtida do substrato determinada pelo seu teor de prote nas gorduras e carboidratos Esses fatores influenciam igualmente a necessidade especi fica de nutrientes 2 18 A propo
486. r fico superior muito elevado ou de GLP biog s com poder calor fico superior muito baixo que geralmente uma mistura de propano e butano A quantidade de GLP adicionada limitada por um lado pelo risco de re liquefa o em equipamentos de alta press o conecta dos rede de distribui o reservat rios postos de abastecimento de GNV e por outro lado pelas de termina es da folha de processo da DVGW G486 Em virtude dos limites do procedimento matem tico aplicado para a convers o de massas as quantidades m ximas de mistura de propano e butano se limitam respectivamente a 5 e 1 5 mol 6 1 6 3 Ajuste da press o A inje o do biometano nos diferentes n veis da rede de distribui o exige que ele esteja a uma press o li geiramente superior da rede Os diferentes n veis de inje o s o as redes de baixa press o lt 0 1 bar m dia press o 0 1 a 1 bar e alta press o a partir de 1 bar As chamadas redes de m xima press o s o aquelas com press es acima de 16 bar 6 5 Para comprimir o biog s normalmente s o utilizados compressores de pist o e de parafuso Observar que em muitos proces sos PSA lavagem com gua sob press o o biog s tra tado j sai com a press o operacional de 5 as 10 bar dispensando uma esta o de compress o adicional conforme a press o da rede 6 2 Uso em usinas de cogera o A cogera o CHP a gera o simult nea de eletrici dade e calor Conf
487. r ncia Apesar disso antes da adi o de micronutrientes deve se primeiro determinar o seu teor no biodigestor a fim de evitar a superdosagem Isso pode fazer com que a concentra o de metais pesados nos biofertili zantes exceda o limite permitido para o reaproveita mento na agricultura inviabilizando o seu uso como adubo org nico 2 2 5 Inibidores A inibi o da produ o de g s ou do processo pode ser ocasionada por diferentes fatores Por um lado ela pode ter raz es de cunho t cnico e operacional ver cap tulo 5 4 Gest o de dist rbios Por outro lado o andamento do processo pode ser retardado pela a o de subst ncias inibidoras que em determinadas cir cunst ncias s o capazes de diminuir a taxa de degra da o mesmo em baixas concentra es Em concentra es t xicas podem at ocasionar a parada do processo de digest o Deve se diferenciar os inibido res que atingem o biodigestor pela adi o de substrato daqueles originados como compostos intermedi rios em est gios da decomposi o importante observar que o carregamento exces sivo de substrato no biodigestor tamb m pode inibir o processo de digest o uma vez que praticamente qual quer subst ncia em elevadas concentra es em um substrato pode influenciar negativamente a atividade bacteriana Isso se aplica principalmente a antibi ticos solventes desinfetantes herbicidas sais e metais pesa dos subst ncias capazes de inibir o
488. r figura 3 9 cujo rotor dotado de ares tas cortantes para triturar o substrato Valores caracte r sticos e par metros operacionais se encontram na tabela 3 9 Bombas de deslocamento positivo As bombas de deslocamento positivo encontram apli ca o no transporte de substratos viscosos com ele Tecnologia de Usinas para a Produ o de Biog s vado teor de mat ria seca Nessas bombas a quanti dade transportada determinada pela velocidade de rota o Essa caracter stica alia o melhor grau de con trole exatid o na dosagem do substrato Elas s o au toaspirantes e apresentam press o mais est vel que as bombas centr fugas o que faz com que o fluxo volu m trico dependa menos da altura manom trica Em virtude de as bombas de deslocamento positivo serem relativamente suscet veis a materiais estranhos reco menda se proteger a bomba contra elementos fibrosos ou de maiores dimens es com equipamentos de frag menta o e separadores de materiais S o utilizadas principalmente bombas de l bulos e bombas de cavidade progressiva Bombas de cavidade progressiva possuem um rotor em forma de saca ro lhas que gira em um estator de material el stico O giro do rotor origina umespa o oco em movimento no qual o substrato transportado A figura 3 12 cont m um exemplo Valores caracter sticos e par metros operacio nais se encontram na tabela 3 10 A bomba de l bulos alojada em uma carca a oval e possui d
489. r pela usina de cogera o O calor resi dual da usina cobre o consumo b sico e o aqueci mento com leo assegura picos de consumo Os respectivos custos de cobertura da carga de pico fo ram considerados nos c lculos cf tabela 8 22 O calor cogerado na forma de gua quente e trans portado por meio de uma longa canaliza o local de ca lor at a estufa Embora o aquecimento de estufas esteja listado como processo de aproveitamento de calor na lista po sitiva da EEG 2009 o direito ao b nus de cogera o s vale se a substitui o de uma utiliza o de calor com fonte f ssil de energia ocorrer na mesma medida e os custos adicionais de fornecimento do calor forem de no m nimo 100 por kW de pot ncia t rmica 178 No c lculo ilustrativo a seguir os custos adicionais do fornecimento de calor pela usina de biog s exce dem a exig ncia m nima da EEG de 100 por kW de pot ncia t rmica e portanto o b nus de cogera o inclu do como item de receita Al m disso assume se que os operadores de usi nas de biog s vendam o calor por 0 023 kWh Disso resultam receitas extras da venda do calor al m do b nus de cogera o Para os operadores de estufas cultivando plantas ornamentais na faixa fria supondo os custos do ca lor anteriormente mencionados de 0 023 kWh resul tam vantagens econ micas da ordem de 10 570 ou 78 473 a comparado com o aquecimento unica mente por leo mesmo e
490. ra as ao seu elevado rendimento de biog s tabela 4 6 O rendimento de biog s da torta prensada de canola regido pelo seu teor resi dual de leo que por sua vez influenciado pela re gulagem das prensas de leo e pelos teores de leo da mat ria prima Isso explica por que na pr tica se ob servam diferen as entre os rendimentos de biog s das diferentes tortas prensadas de canola A produ o de uma tonelada de biodiesel gera 2 2 t de torta prensada de canola e 200 kg de glicerol 4 13 A aplica o des ses subprodutos da produ o de biodiesel por m n o das mais simples e deve ser investigada anteci padamente Isso se deve ao fato de que a digest o de torta prensada de canola origina grandes quantidades de sulfeto de hidrog nio H S no biog s 4 14 em fun o dos seus elevados teores de prote na e enxofre A dificuldade do uso do glicerol bruto reside no fato de ele conter at 20 de metanol em peso que em al tas concentra es pode ter uma a o inibidora sobre as bact rias metanog nicas 4 15 Assim o uso do gli cerol no processo deve se limitar a baixas dosagens Estudos sobre a codigest o de glicerol bruto com biomassas dedicadas e adubos org nicos conclu ram que a adi o de glicerol perfazendo no m ximo 6 em peso capaz de produzir um efeito cofermenta tivo substancial 4 15 Em outras palavras a mistura 79 oc A on Guia Pr tico do Biog s Gera o e Utiliza o p
491. racter sticas f sico qu micas s o mostradas nas tabelas 4 6 e 4 7 Esses substratos n o necessitam de medidas espe ciais de higiene ou armazenamento Todavia deve se considerar que os efluentes do processamento de ba tata e as guas residu rias armazenadas em reservat rios exigem energia extra para serem aquecidas antes do processo de digest o 4 2 5 Produ o de a car Os diversos subprodutos oriundos do processamento da beterraba sacarina na produ o de a car refinado s o utilizados como ra o animal Deles fazem parte as chamadas tortas de filtro midas geradas ap s a tritura o da beterraba seguida da extra o do a car e o mela o que sobra ap s a separa o dos cristais de a car do xarope engrossado Uma parte da torta misturada com mela o e dessa mistura extra da a gua por compress o originando a torta de mela o 80 igualmente destinada alimenta o de animais 4 17 4 18 Al m de servir como ra o o mela o tamb m utilizado como mat ria prima em f bricas de fer mento ou destilarias Embora isso restrinja drastica mente a quantidade dispon vel a torta de filtro da be terraba e o mela o em virtude do teor residual de a car s o um cossubstrato adequado para a produ o de biog s ver anexo 4 8 tabela 4 9 No momento s o desconhecidos requisitos de ar mazenagem e utiliza o A torta de filtro prensada ensilada com vistas a prolongar a pre
492. racter sticos e par metros operacionais de agitadores de eixo Jonge 61 Valores caracter sticos e par metros operacionais de agitadores axiais para usinas de biog s 62 11 Guia Pr tico do Biog s Gera o e Utiliza o Tabela 3 25 Tabela 3 26 Tabela 3 27 Tabela 3 28 Tabela 3 29 Tabela 3 30 Tabela 3 31 Tabela 3 32 Tabela 3 33 Tabela 3 34 Tabela 3 35 Tabela 3 36 Tabela 4 1 Tabela 4 2 Tabela 4 3 Tabela 4 4 Tabela 4 5 Tabela 4 6 Tabela 4 7 Tabela 4 8 Tabela 4 9 Tabela 5 1 Tabela 5 2 Tabela 5 3 Tabela 5 4 Tabela 5 5 Tabela 5 6 Tabela 5 7 Tabela 5 8 Tabela 5 9 Tabela 6 1 Tabela 6 2 Tabela 6 3 Tabela 6 4 Tabela 6 5 Tabela 6 6 Tabela 6 7 Tabela 6 8 Tabela 6 9 Tabela 6 10 Tabela 7 1 Tabela 7 2 12 Valores caracter sticos e par metros operacionais de agitadores de p s e de carretel em biodigestores verticais e bhorizontais REENEN 63 Valores caracter sticos e par metros operacionais da mistura pneum tica do digestor m 64 Valores caracter sticos e par metros operacionais da agita o hidr ulica do biodigestor 64 Especifica es dos sistemas de remo o de sediMentos een eeeeeeeeeeeaa 65 Especifica es dos separadores de r sca ee 66 Valores caractetisticosrdeisslanites 2 2 2 228222 232 Kerner EAEE 66 Valores caracter sticos de isolantes Exemplos ENEE 67 Valores caracter sticos e
493. rada na usina de cogera o A classifica o da energia el trica gerada na usina de cogera o como energia de cogera o n o entra em conflito com o n IV 2 do Anexo 3 da EEG j que a fra o do calor consumido no processo de convers o posterior n o utilizada na determina o da quantidade de calor utilizada externamente A restri o do direito ao b nus de cogera o eletricidade ge rada no m dulo de convers o posterior no entanto ocasionaria uma penalidade infundada s usinas que utilizam a convers o posterior al m da gera o de for a e calor Em determinadas circunst ncias o operador tem a possibilidade de receber o b nus mesmo que o uso que fizer do calor n o esteja na lista positiva Para isso ele tem de satisfazer s tr s condi es seguintes a destina o prevista do calor n o consta da lista negativa o calor gerado substitui o calor de vetores energ ti cos f sseis em valor equivalente ou seja no m nimo 75 154 o fornecimento de calor origina custos adicionais de no m nimo 100 por kW de pot ncia t rmica A lei n o deixa clara a defini o do requisito de subs tituic o Em edif cios novos que nunca utilizaram o calor que n o o fornecido pela usina de cogera o as fontes de energia f ssil n o podem ser substitu das de fato mas sim apenas potencialmente Dessa forma parte se do pressuposto de que a substitui o poten cial suficiente O ope
494. rador da usina assim tem de mostrar que se a usina de cogera o n o fornecesse o calor a esses consumidores energias f sseis teriam de ser utilizadas Os custos adicionais s o aqueles relativos a troca dores de calor geradores de vapor tubula es e equi pamentos similares mas n o incluem o aumento dos custos com combust veis O uso do calor conforme a lista positiva ou da substitui o de energias f sseis e os custos adicionais de investimento necess rios devem ser comprovados pelo parecer de um especialista ambiental Checklist b nus de cogera o 1 energia el trica em usina de cogera o proporciona 2 a utiliza o do calor a N o consta da lista negativa b Lista positiva e aquecimento de edif cios conforme o regulamento de economia de energia com uso de at 200 quilowatts hora de calor por ano por metro quadrado de rea til e inje o de calor em rede de distribui o de comprimento m nimo de 400 metros e com perdas abaixo de 25 da demanda til de calor e uso do calor em determinados processos industriais e fabrica o de pellets de madeira como combust vel e aquecimento de instala es de cria o de aves e aquecimento de est bulos com os seguintes limites m ximos engorda de aves 0 65 quilowatts hora animal cria o de porcas 150 quilowatts hora porca por ano e 7 5 quilowatts hora leit o cria o de leit es 4 2 quilowatts hora leit o engorda de su
495. rande n mero de projetos ser concretizado Digna de nota a ambiciosa meta do go verno alem o cuja expectativa a de que at 2020 seis bilh es de metros c bicos de g s natural por ano se jam substitu dos por biog s Uma alternativa inje o na rede de g s natural o uso direto do biometano como combust vel pr tica ainda pouco disseminada na Alemanha Geralmente n o poss vel aproveitar diretamente o biog s bruto produzido em uma usina em virtude de suas subst ncias espec ficas como o sulfeto de hi drog nio Por essa raz o o biog s submetido a v rios est gios de purifica o que combinados de dife rentes formas s o o pr requisito das op es de utiliza o mencionadas no in cio do cap tulo 6 1 Purifica o e tratamento do biog s Em sua forma bruta o biog s completamente satu rado de vapor de gua e al m do metano CH e do di xido de carbono CO cont m quantidades n o desprez veis de sulfeto de hidrog nio H 5 entre ou tras subst ncias O sulfeto de hidrog nio t xico e exala um odor desagrad vel de ovo podre O vapor contido no bio g s se combina com o sulfeto de hidrog nio origi nando cido sulf rico Os cidos atacam os motores utilizados no processamento do biog s bem como os componentes instalados a jusante tais como tubula o de g s tubo de exaust o etc Os compostos de enxo fre tamb m reduzem a efici ncia dos est gios de pro c
496. rar an tes de definir o grau de automa o s o a disponibili dade do controle de processo almejada at que ponto a usina deve operar independentemente do pessoal e quais aspectos do processo devem ser obrigatoria mente automatizados medida que aumenta o grau de automa o au menta tamb m a disponibilidade do controle do pro cesso e com ela a disponibilidade da usina Assim sistemas altamente automatizados permitem o regis tro dos dados e a opera o uniforme tamb m em fins de semana e feriados Quanto mais elevado o grau de automa o menos a opera o da usina depende da presen a do pessoal encarregado da opera o No que se refere s caracter sticas do processo quanto maior a usina maior ser o n mero de par metros de pro cesso a monitorar A partir de um determinado tama nho a automa o dos processos indispens vel Em usinas com elevada carga org nica volum trica ou com propens o a apresentar sinais de defici ncia p ex de micronutrientes ou subst ncias inibidoras o risco de dist rbios graves elevado Nesses casos o registro autom tico de dados e o controle de proces sos permitem detectar e corrigir os dist rbios a tempo Usinas menores alimentadas por esterco ainda uti lizam solu es simples como a documenta o dos da dos em protocolos operacionais e o controle manual ou temporizado dos subprocessos Se no entanto os dados n o forem inseridos posteriormente em um sis tema
497. rch die Zu gabe von Spurenelementen Bornimer Agrartechnische Berichte n 68 Potsdam 2009 Bischoff M Erkenntnisse beim Einsatz von Zusatz und Hilfsstoffen sowie Spurenelementen in Biogasanla gen VDI Berichte n 2057 Biogas 2009 Energietr ger der Zukunft VDI Verlag D sseldorf 2009 Bischoff Manfred depoimento pessoal 2009 Seyfried C F et al Anaerobe Verfahren zur Behand lung von Industrieabw ssern Korrespondenz Abwas ser 37 pp 1247 1251 1990 Prei ler D Die Bedeutung der Spurenelemente bei der Ertragssteigerung und Prozessstabilisierung Atas da 18 Confer ncia Anual da Fachverband Biogas Hanno ver 2009 Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e V Hrsg Biogas Messprogramm II G lzow 2009 Maurer M Winkler J P Biogas Theoretische Grund lagen Bau und Betrieb von Anlagen Verlag C F M ller Karlsruhe 1980 VDI Richtlinie 4630 Verg rung organischer Stoffe Sub stratcharakterisierung Probenahme Stoffdatenerhebung G rversuche VDI Gesellschaft Energietechnik 2006 KTBL Hrsg Faustzahlen Biogas Kuratorium f r Technik und Bauwesen in der Landwirtschaft 2009 Biogasanlagen zur Verg rung nachwachsender Roh stoffe Atas do Congresso Barnstorfer Biogastagung 2000 L ndliche Erwachsenenbildung Niedersachsen LEB Baserga U Landwirtschaftliche Co Verg rungs Bio gasanlagen FAT Berichte n 512 1998 Tecnologia de Usinas para a Produ o de Biogas Este capitulo
498. rde uma pr tica muito difundida Nela o centeio ensilado bem mais cedo que a SPI usando a t cnica da colheita em dois est dios ou seja primeiro ele mo do e em seguida submetido ao murchamento por 1 a 2 dias pi cado e ensilado Imediatamente ap s a sua colheita o centeio verde geralmente sucedido por uma rota o de cultura para a gera o de energia sistema de duas culturas Esse esquema n o adequado para todas as regi es pois implica elevado consumo de gua Al m do mais os baixos teores de mat ria seca podem difi cultar a ensilagem p ex percola o de l quido e aces sibilidade ao silo As propriedades e os valores de produ o da SPI de cereal se encontram no fim deste cap tulo 76 4 1 2 3 Silagem de gram neas A exemplo do milho o cultivo e a colheita de gram neas bem como o uso de sua silagem podem ser mecaniza dos A colheita de silagem de gram neas realizada em dois est dios e a coleta da planta murcha se d por um vag o colhedor de corte fino ou por uma colhedora de forragem A colhedora de forragem oferece melhores re sultados na picagem e por isso a melhor op o para a silagem de gram neas em aplica es de biog s A silagem de gram neas pode ser obtida por cultu ras anuais ou plurianuais ou de campos Conforme a regi o condi es ambientais e intensidade do uso do campo a produ o pode oscilar grandemente Depen dendo das condi es clim ticas o uso in
499. rdeter Bereiche in Zo nen Carl Heymanns Verlag Col nia 2009 Regulamento CE n 1774 do Parlamento Europeu e do Conselho Bruxelas 2002 G rsch U Helm M Biogasanlagen Planung Errich tung und Betrieb von landwirtschaftlichen und indus triellen Biogasanlagen Eugen Ulmer Verlag 2 edi o Stuttgart 2007 Verordnung ber Verwertung von Bioabf llen auf landwirtschaftlich forstwirtschaftlich und g rtnerisch genutzten B den Bioabfallverordnung BioAbfV 1998 Errichtung und Betrieb von Biogasanlagen Anforde rungen f r den Gew sserschutz Anlagenbezogener Gew sserschutz volume 14 Nieders chsisches Umweltministerium Hannover 2007 Verh lsdonk C Geringhausen H Cleveres Drai nage System f r Fahrsilos top agrar n 6 2009 Seyfried C F et al Anaerobe Verfahren zur Behand lung von Industrieabw ssern Korrespondenz Abwas ser 37 pp 1247 1251 1990 Bischoff M Erkenntnisse beim Einsatz von Zusatz und Hilfsstoffen sowie Spurenelementen in Biogasanla gen VDI Berichte n 2057 Biogas 2009 Energietr ger der Zukunft VDI Verlag D sseldorf 2009 pp 111 123 Wei bach F e C Strubelt Die Korrektur des Trocken substanzgehaltes von Maissilagen als Substrat f r Bio gasanlagen Landtechnik 63 2008 H 2 pp 82 83 Kranert M Untersuchungen zu Mineralgehalten in Bioabf llen und G rr ckst nden in M ll und Abfall Edi o 11 2002 pp 612 617 Tippe H 1999 Prozessoptimierun
500. requisitos e a utiliza o de calor de pro cessos em determinados processos industriais Uma s rie de quest es legais referentes a utiliza es especi ficas citadas na lista positiva ainda n o foram respon didas A lista negativa n IV do Anexo 3 da EEG cont m usos n o permitidos do calor tais como o aquecimento de certos tipos de constru es sem isolamento e o uso da energia t rmica em processos ORC ou processos com o ciclo Kalina A lista negativa completa e con t m todos os usos n o permitidos do calor A exclus o do b nus de cogera o no uso do calor em m dulos ORC ou do ciclo Kalina como estipulado no n IV 2 do Anexo 3 da EEG s diz respeito por m ao uso propor cional do calor residual de uma usina de cogera o em um chamado m dulo de convers o posterior de ener gia tal uso do calor desabilita ao b nus uma vez que a usina de cogera o e o m dulo de convers o posterior de energia normalmente constituem uma usina com pleta conforme o 83 1 da EEG e portanto o uso do calor no m dulo n o representa um aproveitamento fora da usina Se no entanto o calor residual original mente produzido na usina de cogera o ap s atraves sar o processo de convers o posterior de energia for utilizado para uma outra finalidade que conste da lista positiva segundo o entendimento do autor o b nus de cogera o deve ser concedido tanto para o m dulo de convers o posterior como para a eletricidade ge
501. res a combust o 6 8 6 39 6 37 Os intervalos de manuten o s o sensivelmente mais longos que os de motores ao menos no caso de microturbinas movidas a g s natural Conforme da dos dos fabricantes o intervalo de manuten o de 8 000 horas e a vida til de aprox 80 000 horas Ap s cerca de 40 000 horas est prevista uma revis o geral com substitui o da se o de ar quente As microturbinas t m como desvantagem a efici ncia el trica relativamente baixa mal atingindo a casa dos 30 Esse valor relativamente baixo em rela o aos motores convencionais compensado pelo bom comportamento a cargas parciais 50 100 e pelo grau de efici ncia constante Os custos de investi mento s o de 15 a 20 superiores aos de motores de pot ncia equivalente destinados a aplica es de bio g s 6 39 Espera se que a populariza o das micro turbinas no mercado torne as mais baratas no futuro A EEG de 2009 prev um b nus de 1 ct kWh para a ado o de microturbinas a g s Atualmente experi mentos v m sendo conduzidos com microturbinas movidas a biog s Sua import ncia pr tica no en tanto ainda n o foi comprovada 6 2 4 C lulas de combust vel A forma como as c lulas de combust vel operam fundamentalmente distinta daquela que baseia as t c nicas convencionais de gera o de energia pelo bio g s Nesse caso a convers o da energia qu mica em eletricidade n o direta A c lula
502. res e da tubula o de conex o rede p blica de g s natural devem ser di vididos em 25 para o fornecedor do g s e 75 para a distribuidora nos casos em que a usina de biog s se situa a at 10 quil metros da rede Al m disso a participa o do fornecedor nos custos da liga o rede foi reduzida a 250 000 em dist ncias de at um quil metro Os custos operacionais fixos continuam sendo de responsabilidade da distribuidora Con forme a altera o mais importante em 2008 os pro dutores do biometano passam a ter prioridade na co nex o rede de g s 6 11 Assim em determinadas regi es da rede de distribui o ou pocas noites mornas de ver o com fluxo baixo a quantidade in jetada pode ser maior que a capacidade de recep o sendo a distribuidora obrigado a comprimir o exce 137 ooe og O Guia Pr tico do Biog s Gera o e Utiliza o dente de g s e transferi lo para a rede de n vel supe rior A inje o em redes de alta press o ainda n o atingiu o estado da t cnica O mercado no entanto disponibiliza compressores em diferentes dimens es para diversos fluxos volum tricos Maiores informa es sobre as condi es b sicas da legisla o se en contram no cap tulo 7 As exig ncias de qualidade do biog s injetado tamb m s o regulamentadas e documentadas pelas normas e recomenda es t cnicas da DVGW A folha de processo G262 fornece instru es sobre a constit
503. reservat rios de alimenta o grandes Transportadores helicoidais transportam substratos empilh veis em quase todas as dire es exi gindo apenas que o substrato seja isento de pedras grandes esteja suficientemente fragmentado para que caiba na espiral da rosca e possa ser por ela transpor tado Sistemas autom ticos de alimenta o de subs trato empilh vel s o comumente combinados a equipa mentos de carregamento formando uma unidade na usina de biog s Nas conhecidas usinas de digest o de s lidos tipo garagem os substratos empilh veis s o movidos ex clusivamente com carregadeiras ou diretamente por reboques equipados com piso m vel ou equipamento semelhante Tecnologia de Usinas para a Produ o de Biog s Tabela 3 11 Valores caracter sticos e par metros operacionais da bomba de l bulos Valores e press o de bombeamento at 12 bar e para fluxos volum tricos entre 0 1 m min e cerca de 16 m min e pot ncia de entrada cerca de 2 a 55 kW caracter sticos Aplica o e substratos viscosos bombe veis Vantagens constru o simples e robusta permitem a dosagem de substrato cavidade progressiva n o sens vel opera o a seco exige pouco espa o f cil manuten o autoaspirante at 10 m de coluna de gua t m capacidade para transportar material estranho e fibroso de maiores dimens es que a bomba de recurso de mudan a da dire o do transporte de f brica Particula
504. ria org nica seca prever com maior precis o a produ o de g s esperada Essa an lise portanto mais adequada para a avalia o da qualidade dos substratos A determina o da concentra o do substrato um fator indispens vel para a confiabilidade do ba lan o de massas A determina o complementar da composi o tamb m pode ser usada para avaliar a qualidade do substrato 5 1 6 Determina o da concentra o de F cidos org nicos Os cidos org nicos s o compostos intermedi rios originados na produ o do biog s Eles sofrem disso cia o em solu o aquosa dependendo do valor do pH As partes constituintes s o calculadas da seguinte forma as E eg Equa o 5 2 C lculo do fator de dissocia o conforme 5 20 f fator de dissocia o pKs logaritmo negativo da constante de acidez na base 10 pH valor do pH Em estado estacion rio a velocidade da acidog nese igual da convers o o que mant m constante a concentra o no biodigestor Se houver uma forma o acentuada de cidos e ou a sua decomposi o for inibida os cidos formados se acumulam e sua con centra o aumenta Uma vez que segundo as Leis de Monod o crescimento bacteriano dependente da concentra o do substrato o aumento da concentra o de cidos implica uma taxa de crescimento maior o que estabiliza o processo em determinados limites Caso por m a taxa de forma o dos cidos ex
505. ria seca nitrog nio n o especificado nicotinamida adenina dinucleot deo fosfato cultura energ tica biomassa dedicada abreviatura alem de nachwachsender Rohstoff cuja tradu o literal mat ria prima renov vel am nia am nio n quel oxig nio f sforo prote na bruta partes por milh o produ o de vegetais RPM Se SPI TA th TRH UBG UE UGM VL VOB vol vTI rota es por minuto enxofre sel nio silagem de planta inteira diretriz t cnica alem do alem o Technische Anleitung t rmico tempo de reten o hidr ulica usina de biog s Uni o Europeia unidade de gado maior vacas leiteiras Vergabe und Vertragsordnung f r Bauleistungen Norma Alem de Contrata o de Servi os de Constru o volume Johann Heinrich von Th nen Institut tungst nio Enderecos das institui es Universit t f r Bodenkultur Wien BOKU Department f r Nachhaltige Agrarsysteme Peter Jordan Str 82 1190 Viena ustria Internet www boku ac at Deutsches Biomasseforschungszentrum gGmbH DBFZ Bereich Biochemische Konversion BK Torgauer Stra e 116 04347 Leipzig Alemanha Internet www dbfz de Kuratorium f r Technik und Bauwesen in der Landwirtschaft e V KTBL Bartningstr 49 64289 Darmstadt Alemanha Internet www ktbl de Th ringer Landesanstalt f r Landwirtschaft TLL Naumburger Str 98 07743 Jena Alemanha Internet www thueringen de
506. ridades e elevada velocidade de rota o de at 1 300 RPM ideal para a otimiza o do desempenho e meias luas ajust veis otimizam a efici ncia e os intervalos de manuten o pela diminui o da folga Formas construtivas e como bomba para instala o em local seco Manuten o e f cil em fun o da constru o exige somente breves interrup es na opera o Figura 3 13 Bomba de l bulos esquerda princ pio de bombeamento do pist o rotativo direita B rger GmbH esquerda Vogelsang GmbH Carregamento do substrato bombe vel Substratos bombe veis normalmente s o depositados em tanques de carga de concreto imperme veis loca lizados no solo nos quais o esterco l quido acumulado armazenado e homogeneizado Os tanques de carga devem ser dimensionados para armazenar uma quan tidade suficiente para abastecer a usina durante um a dois dias Frequentemente s o utilizadas as esterquei ras existentes na propriedade agr cola Se a usina n o permitir uma forma de alimenta o separada e direta de cossubstratos no tanque de carga os substratos empilh veis tamb m s o misturados fragmentados homogeneizados e quando necess rio submetidos mistura para originar um material bombe vel ver se o Alimenta o indireta pelo tanque de carga O resumo dos dados caracter sticos de tanques de carga se encontra na tabela 3 12 e um exemplo ilustrado pela figura 3 14 Tamb m poss vel a
507. rmaz m de g s Hl Area em que o g s estocado em gas metros Biodigestor biorreator digestor Tanque em que ocorre a degrada o microbiana do substrato e a forma o do biog s reator Biofertilizante Sobra de biomassa l quida ou s lida resultante do processo de gera o de biog s contendo fra es de mat ria anorg nica Biog s G s originado no processo de fermenta o e composto principalmente de metano e di xido de carbono podendo conter tamb m conforme o substrato am nia sulfeto de hidrog nio vapor d gua e outros componentes gasosos ou vaporiz veis Carga org nica volum trica Rela o entre a quantidade de substrato carregada diariamente no biodigestor e o volume do biodigestor unidade kg MOS m d Carregamento do material s lido Processo para alimentar o biodigestor com substratos n o bombe veis ou misturas de substratos Coloca o no mercado Abrange o oferecimento estocagem para distribui o coloca o venda e todo tipo de distribui o de produtos conceito do Regulamento Alem o de Adubos D MV Condensado O biog s produzido no biodigestor saturado de gua e deve ser desumidificado antes do uso em usinas de cogera o A condensa o controlada ocorre por uma tubula o assentada no solo e a gua coletada em um purgador de vapor por meio da secagem do biog s Conte do de mat ria seca MS Por o de uma mistura de subst ncias livre de gua ap s seca
508. rme o 816 da Lei Alem de Energias e Calor Reno v veis EEW rmeG as administra es e associa es municipais agora podem explicitamente se aproveitar de autoriza es sob a legisla o estadual para estabe 158 lecer a conex o e o uso obrigat rio de redes de aqueci mento locais e distritais inclusive para fins de mitiga o da mudan a clim tica e conserva o dos recursos Com isso eliminam se incertezas sobre se admiss vel a obrigatoriedade da conex o e uso relativamente s respectivas legisla es municipais Essa disposi o le gal tem o prop sito de encorajar os munic pios a insti tuir regulamentos pertinentes conex o e uso daquelas redes p blicas de aquecimento em que a energia final originada em parte ou principalmente de energias re nov veis ou de usinas de cogera o Al m disso a EEW rmeG amplia o mercado po tencial comprador de biog s e de calor produzido pela convers o de biog s em eletricidade Propriet rios de novos edif cios cujos pedidos de alvar foram feitos ap s 31 de dezembro de 2008 podem satisfazer a obriga o de uso vigente desde 2009 conforme a EEW rmeG tamb m pela cobertura parcial da de manda de calor mediante usinas de cogera o com biog s Se a obriga o de uso for atendida exclusiva mente pela utiliza o de biog s o propriet rio deve cobrir no m nimo 30 da demanda de energia t rmica pela aplica o de biomassa gasosa O uso de biog s
509. roso flutua e se entrela a na superf cie formando uma estrutura s lida Se n o for desestruturada por agitadores adequados a es cuma pode atingir uma espessura de v rios metros o que exige a retirada manual Espera se no entanto certa estabilidade da super f cie em usinas que promovem a dessulfuriza o pela introdu o de ar no gas metro A superf cie serve nesse caso como local de acumula o das bact rias dessulfurizadoras O tratamento do sobrenadante se torna um pro blema de otimiza o que normalmente solucionado pelo operador pela verifica o atrav s da janela de inspe o At o momento n o existe uma t cnica de medi o que permita avaliar a forma o de sobrena dante 5 1 11 Formac o de escuma A escuma se origina pela reduzida tens o superficial provocada por subst ncias atuando sobre a superficie do l quido No processo de forma o do biog s ainda se desconhece a causa exata da forma o de escuma Ela ocorre em condi es n o ideais tais como silagem deteriorada e sinais de sobrecarga em combina o com alta concentra o de am nio poss vel que a causa resida em uma acumula o de compostos inter medi rios que modificam a tens o superficial ou de grupos de bact rias no processo combinada com uma elevada forma o de g s A escuma pode se tornar um problema grave se as tubula es de g s se entupirem e se a press o no bio digestor pressionar a escuma para o exter
510. rreno ou com proximidade geogr fica imediata elas produzem eletricidade do biog s ou biomassa 148 a eletricidade gerada em cada uma das usinas de biog s for remunerada em depend ncia da pot ncia da usina conforme a EEG e as usinas de biog s entraram em opera o num es pa o de doze meses consecutivos Conforme o texto do 819 1 da EEG o agrupamento serve para o c lculo da remunera o somente do l timo gerador que entrou em opera o Geralmente o gerador corresponde usina de cogera o Exemplo no caso de tr s usinas agrupadas com fins de c lculo da remunera o o direito remunera o da pri meira usina colocada em opera o permanece intacto mesmo ap s a entrada em opera o da segunda usina Na determina o do direito remunera o da segunda usina por outro lado se os pr requisitos legais do 19 1 da EEG forem preenchidos cumulativamente ambas as usinas ser o agrupadas Tamb m o direito remunera o da segunda usina per manece intacto na entrada em opera o da terceira usina Para a determina o da remunera o da terceira usina de biog s as tr s usinas s o consideradas como uma nica usina se forem satisfeitos os pr requisitos le gais O 819 1 da EEG tem efeito tanto sobre o direito re munerac o b sica como sobre o direito a aqueles b nus cujos valores tamb m est o associados a determi nados limiares de pot ncia Esse o caso dos b nu
511. rta de canola teor residual de leo aprox 1 160 314 15 Flores de corte 210 57 refugo Torta prensada de beterraba sacarina da 242 65 produ o de a car Torta de filtro de beterraba 242 65 sacarina O armazenamento e o manuseio s o relativamente descomplicados embora a estocagem em local aberto signifique grandes perdas de energia e a suscetibili dade a fungos o que justifica a ensilagem do produto Tabela 4 6 Propriedades de subprodutos vegetais selecionados conforme 4 1 4 2 4 12 4 17 Bagaco do A 20 25 70 80 4 5 1 5 N E malte 225 75 4 5 PINE Gr os A 6 8 83 88 6 10 36 6 N E destilados de cereais Residuo do A 6 7 85 95 5 13 09 NE destilado de batata 6 85 9 0 7900 ENTE Res duo do A 23 aprox NE 073 N E destilado de 95 frutas ZE ER INPE WEN RE Glicerol 4 1 100 90 N E NE N E bruto 4 15 47 70 NE NE NE Torta de 92 87 NE NE N E canola Polpa de aprox 90 05 1 01 02 1 8 batata 13 gua A 37 7075 45 253 55 residual da batata 37 72255 4 5 2 8 5 5 Torta de A 22 26 95 NE NE N E filtro de beterraba sacarina 24 95 NE NE NE Mela o A 80 90 85 90 1 5 0 3 N E amp 85 87 5 1 5 0 3 N E Baga o de A 25 45 85 90 11 1 4 N E ma amp 35 87 5 11 14 N E Bagaco de A 40 50 80 90 1 53 3 7 7 8 N E uva 45 85 2 3 e INHAS A Faixa dos valores medidos M dia 4 2 2 Produ o de lcool Gr os destilados s o
512. rtir de concen tra es de 50 mg l medida em que o pH se reduz aumenta a fra o de H S livre agravando o risco de inibi o poss vel reduzir o teor de H S por meio da sua precipita o com ons de ferro formando sul feto O HS reage tamb m com outros metais pesa dos ligando se e precipitando sob a forma o de ons sulfeto GC 2 2 Como mencionado por m o enxofre tamb m um importante macronutriente que deve estar presente em concentra o suficiente para a forma o de enzimas de forma que a precipi ta o muito acentuada do sulfeto pode provocar a inibi o da metanog nese Dessa forma o efeito inibit rio das diferentes subs t ncias depende de diversos fatores e dificilmente po dem se determinar limites absolutos A tabela 2 2 mostra algumas subst ncias inibidoras Fundamentos da Fermenta o Anaer bia Tabela 2 2 Inibidores e sua concentra o t xica em processos de digest o anaer bia 2 14 Oxig nio gt 0 1mg l Inibic o das arqueas metanog nicas anaer bias obrigat rias Sulfeto de gt 50 mg l H S Quanto menor o pH hidrog nio maior o efeito inibit rio cidos gt 2 000 mg lHAc Quanto menor o pH graxos pH 7 0 maior o efeito inibit rio vol teis Alta adaptabilidade das bact rias Nitrog nio gt 3 500 mell NH Quanto maiores o pHea amoniacal pH 7 0 temperatura maior o efeito inibit rio Alta adaptabilidade das bact rias Metais Cu gt 50mg S me
513. rva o manuten o e reparos Juros Seguros Custos salariais Custos de financiamento e licenciamento Custos de planejamento Custos da empresa de fornecimento de energia custos de conex o rede Custos de transporte se houver Custos gerais telefone escrit rios abastecimento etc Os custos de cada componente devem ser subdivididos No caso de presta o pr pria ou contrata o de determinados trabalhos especializados indicar detalhadamente o respectivo custo Financiamento Deve se determinar o valor a ser financiado por terceiros Deve se procurar orienta o prestada pelas institui es financeiras e os conceitos de financiamento devem ser examinados cuidadosamente em rela o situa o da empresa Os pacotes de financiamento devem ser comparados 216 11 3 Fontes bibliogr ficas 11 1 11 2 11 3 11 4 11 5 11 6 G risch U Helm M Biogasanlagen Ulmer Verlag 2006 FNR Hrsg Leitfaden Bioenergie Planung Betrieb und Wirtschaftlichkeit von Bioenergieanlagen 2009 M ller Langer F Erdgassubstitute aus Biomasse f r die mobile Anwendung im zuk nftigen Energiesystem FNR 2009 BMU Nutzung von Biomasse in Kommunen Ein Leit faden 2003 AGFW Arbeitsgemeinschaft Fernw rme e V bei der Vereinigung Deutscher Elektrizit tswerke e V Hrsg W rmemessung und W rmeabrechnung VWEW Ver lag Frankfurt a Main 1991 Technische Information 4 Sic
514. s Se n o houver interven o a evolu o do dist rbio do processo ocorre da se guinte forma Aumento da concentra o de cidos graxos primeiro cidos ac tico e propi nico persistindo a carga do processo tamb m cidos isobut rico e iso val rico aumento cont nuo da rela o AOV TAC paralela mente ao aumento dos cidos graxos redu o do teor de metano redu o da produ o de g s em alimenta o cons tante queda do valor do pH acidifica o do processo colapso total da produ o de g s A seguir s o descritas as poss veis causas dos dist r bios de processo tais como sinais de defici ncia mi cronutrientes varia es de temperatura subst n cias inibidoras am nia desinfetantes sulfeto de hidrog nio erro no carregamento e sobrecarga do processo O sucesso da opera o de uma usina de pende da detec o precoce de dist rbios do processo ver cap tulo 5 1 S assim poss vel identificar as causas a tempo e elimin las visando minimizar os danos econ micos A problem tica da defici ncia de micronutrientes e da inibi o por am nia foi abordada nos cap tulos 5 1 8 e 5 1 9 Na opera o de usinas de biog s a queda da tem peratura do processo pode ser causada por diversos fatores Em virtude das temperaturas moderadas na Alemanha o aquecimento dos biodigestores adquire um significado especial Em caso de queda no seu fun cionamento a temperatura
515. s dios e efici ncia econ mica Avaliar a estrat gia de capta o de energia N TR 3 Estimar a viabilidade do licenciamento e a aceita o da usina pela popula o local 209 Guia Pr tico do Biog s Gera o e Utiliza o Quem realiza a Quem opera energia DISPONIBILIZA O USINA DE CAPTA O DA DE SUBSTRATO BIOG S ENERGIA Figura 11 2 Diagrama sint tico do planejamento de uma usina de biog s Verificar a disponibilidade de Que substratos pr prios estar o dispon veis a longo prazo substratos a longo prazo Pretendo modificar a minha propriedade no m dio longo prazo Que impacto isso ter sobre a minha usina do ponto de vista da biologia substrato processos energ tico Posso contar com substratos de fora da minha propriedade no longo prazo Compensa utilizar esses substratos conforme as exig ncias da legisla o quest o de proporcionalidade Verificar a pr pria Deve se verificar o tempo necess rio para os trabalhos de rotina inspe o e manuten o ver disponibilidade de tempo cap tulo 9 1 3 Essa demanda consoante com a situa o da minha propriedade Que esquema de hor rio de trabalho compat vel com a rotina familiar p ex quem suceder no comando da empresa necess rio contratar m o de obra externa aprove Determina o do or amento Avalia o dos recursos em caixa dispon vel Qual a estimativa da evolu o de renda A situa o ou co
516. s o contadas como uma nica usina como no exem plo 1 Essa usina deve ser remunerada juntamente com a terceira unidade de cogera o pois esta n o uma usina independente A separa o espacial e fun cional da usina de biog s n o suficiente Exemplo 3 uma usina de biog s est conectada por meio de tubula o de g s bruto com duas unidades de cogera o diretamente no local da usina de biog s e conectada a uma terceira unidade de cogera o localizada a 800 m de dist ncia em uma rea n o adjacente A terceira uni dade de cogera o se encontra em uma localidade pr xima cujas resid ncias s o aquecidas com o calor resi dual Todas as unidades de cogera o iniciaram a opera o no ano de 2009 Tamb m nesse caso as duas primeiras unidades de cogera o s o consideradas como uma usina Diferen temente do exemplo 2 a terceira unidade de cogera o considerada como usina independente em fun o da separa o espacial e funcional Temos assim duas usinas a usina de biog s com duas unidades de cogera o e a terceira unidade de cogera o sepa rada O agrupamento das tr s usinas conforme o 19 1 da EEG n o se aplica pois a terceira unidade de cogera o n o tem proximidade geogr fica imediata usina principal Exemplo 4 dez usinas de biog s dotadas cada uma de um biodigestor um p s digestor um dep sito de biofer tilizantes e uma unidade de cogera o de igual pot ncia
517. s o e a impurezas especialmente 87 og GLP oT Guia Pr tico do Biog s Gera o e Utiliza o devido sua cara manuten o no digestor Na escolha e no posicionamento dos sensores deve se observar que o seu funcionamento n o seja prejudicado por fa tores como sedimenta o no fundo do biodigestor p ex areia forma o de escuma e dep sitos de en xofre no gas metro Garantir tamb m que o equipa mento esteja protegido contra explos es Aparelhos em partes m veis no meio medido se provaram ser a melhor op o para equipamentos de medi o de vaz o S o utilizados principalmente sensores capacitivos e indutivos Em alguns casos utilizam se tamb m sensores de ultrassom e de con dutividade t rmica Conforme o m todo deve se observar que antes dos sensores o trecho de en trada no tubo seja suficientemente longo para per mitir a forma o do escoamento laminar A medi o da vaz o tem a vantagem de permitir a monitora o de v rias linhas com um s aparelho nos casos em que a disposi o adequada de v lvulas possibilita que v rias linhas de carregamento sejam encami nhadas por um tubo 5 1 5 Caracteriza o do substrato O c lculo do balan o de massa al m da quantidade de substrato carregado exige tamb m informa es so bre a sua concentra o e composi o Para determinar a concentra o s o tomados pa r metros compostos como o teor de mat ria seca MS e o teor de mat
518. s anterior e nesse per odo dever manter respectivos registros para posterior compro va o A porcentagem deve ser respeitada em cada quarto de hora durante todo o m s 7 3 Remunera o pela EEG O direito de receber a tarifa da EEG se configura quando a eletricidade injetada na rede el trica p blica originada exclusivamente de fontes renov veis O direito do operador da usina ou seja da pessoa que utiliza a usina para a gera o de energia seja ela ou n o a sua propriet ria e implica um dever da em presa distribuidora que recebe a energia 7 3 1 Fundamentos da determina o da remu nera o A seguir explicado em detalhe como se determina o valor e o per odo da remunera o Primeiro ser o ex postos os fundamentos Em seguida ser o explicados os conceitos de usina e in cio de opera o como pretendido pela EEG e a sua import ncia para a defi ni o do valor e dura o da remunera o Por fim se r o explicados os diferentes b nus que a EEG estipula para a convers o de biog s em energia el trica 145 og J oQ Guia Pr tico do Biog s Gera o e Utiliza o 7 3 1 1 Valor da remunera o O valor da remunera o da EEG determinado entre outros fatores pelo porte da usina data da entrada em opera o e fonte de energia Al m disso a lei in clui um sistema de b nus diferenciado para incentivar o uso de determinados substratos a ado o de tecno logias
519. s conta minadas dessas reas 110 Tambem devem ser previstos os locais de instala c o da usina de cogerac o bem como o armazena mento de leo novo usado e se for o caso de leo de igni o conforme a legisla o em vigor Identificar e eliminar poss veis vazamentos tais como de leo de motor e engrenagens 5 14 5 5 2 4 Prote o contra ru do Em geral a maior parte do ru do produzido em usi nas de biog s proveniente do tr nsito de ve culos A frequ ncia e a intensidade do ru do dependem muito do conceito de usina e dos substratos utilizados Na maior parte das usinas de biog s agr colas o ru do do tr nsito produzido na opera o de carregamento do substrato sistema de transporte armazenamento e dosagem durante cerca de 1 a 2 horas e praticamente todos os dias A colheita e armazenamento do subs trato bem como o transporte dos biofertilizantes s o opera es que tamb m envolvem o tr nsito de veicu los e portanto maior n vel de ru do Outras m quinas que produzem ru dos p ex as utilizadas no processamento do g s em uma usina de cogera o normalmente s o instaladas em reas fe chadas e isoladas acusticamente A vers o mais re cente da diretriz t cnica alem para a prote o contra ru dos TA L rm constitui a base jur dica para as emiss es ac sticas 5 6 Notas sobre a otimiza o de usinas A otimiza o tem como objetivo modificar o estado atual de um process
520. s de controle da polui o atmosf rica biomassa dedicada dejetos l quidos conserva o da paisagem e tecnolo gla 7 3 2 3 Exemplos de configura es de usinas Os exemplos a seguir servem como refer ncia de como as diferentes configura es de usinas t m im pacto sobre o seu status e a remunera o correspon dente A avalia o de cada exemplo reflete unica mente a vis o pessoal do autor n o tendo validade gen rica e n o substitui a consultoria jur dica caso a caso Exemplo 1 uma usina de biog s composta de um bio digestor um p s digestor um dep sito de biofertilizan tes e v rias unidades de cogera o operando no pr prio local Conforme a vis o do autor essa configura o consti tui uma nica usina independentemente do n mero de unidades de cogera o e do momento da entrada em opera o Conforme a interpreta o da Ag ncia de Esclarecimento EEG por m isso vale somente se as unidades de cogera o tiverem sido colocadas em opera o em um espa o de 12 meses consecutivos 8 19 1 da EEG Exemplo 2 uma usina de biog s est conectada por tu bula es de g s bruto com duas unidades de cogera o localizadas nas imedia es do local da usina e a uma terceira unidade dist ncia de 150 m em uma rea ad jacente rea em que se localiza a usina Todas as uni dades de cogera o iniciaram a opera o no ano de 2009 Nesse caso as duas primeiras unidades de cogera o
521. s de pr tratamento pr trata homogeneiza o fragmenta o exigem o mento substrato a ser utilizado 212 11 2 2 Sele o do local Na sele o do local de constru o de uma usina de biog s devem se considerar por um lado as caracte r sticas espec ficas locais subsolo adequado para a constru o utiliza o at o momento conex es a con dutores etc as quais t m peso principalmente nos custos de constru o e por outro lado as disposi es legais pertinentes constru o bem como aspectos sociais Os crit rios de escolha do local para a constru o de uma usina de biog s se encontram esquemati zados na figura 11 4 Figura 11 4 Crit rios de elei o do local da usina 11 2 2 1 Aspectos espec ficos do local necess rio primeiramente analisar se o local dese jado tem o tamanho necess rio se o subsolo ade quado e tanto quanto poss vel isento de contamina o se edif cios e locais de armazenamento existentes podem ser aproveitados e se h a presen a de consu midores de calor cf 9 1 1 Essas considera es t m o intuito de manter os custos de constru o o mais baixo poss veis As faixas de pot ncias da produ o agr cola de biog s relativamente baixas e os fluxos de substrato associados permitem que o fornecimento da mat ria prima e a disposi o da biomassa fermentada ocorra pelo transporte vi rio Em fun o da sua baixa densidade energ tica muit
522. s exig ncias dos est gios de purifica o seguintes A quantidade de gua e vapor d gua que o biog s pode absorver depende da sua temperatura No biodigestor a umi dade relativa do biog s de 100 completamente sa turado A retirada de gua do biog s se d pela seca gem por condensa o secagem por adsor o gel de s lica carv o ativado e secagem por absor o desi drata o por glicol Esses processos s o explicados resumidamente a seguir 6 1 2 1 Secagem por condensa o Este processo se baseia no princ pio da separa o do condensado pelo resfriamento do biog s abaixo do ponto de orvalho O resfriamento do biog s frequen temente realizado na tubula o de g s Se a tubula o for instalada com uma certa inclina o o condensado Tratamento do Biog s e Op es de Utiliza o Tabela 6 4 Valores caracter sticos e par metros operacionais da lavagem bioqu mica externa de g s Valores caracter sticos Aplica o Vantagens Desvantagens Particularidades Formas construtivas Manuten o e pode ser realizada com solu o de soda c ustica ou com hidr xido de ferro e sistemas dispon veis para fluxos de g s entre 10 e 1 200 Nm h conforme a rela o entre a quantiadade de g s bruto e o tamanho da usina permite graus de purifica o muito elevados acima de 95 e todos os sistemas de gera o de biog s e dessulfuriza o grossa permite dimensionamento p
523. s natural S o apresentados tamb m os va lores desdobrados dos custos totais e espec ficos asso ciados ao fornecimento do g s bruto interface na usina de biog s e g s tratado interface na esta o de tratamento de biog s Os pre os n o s o diretamente compar veis uma vez que nas interfaces s o forneci das quantidades diferentes de g s e energia Assim adicionado por exemplo o propano cujo custo infe rior ao do biog s produzido relativamente ao seu po der energ tico Com isso os custos espec ficos do g s injetado s o inferiores aos custos do g s tratado pro porcionalmente ao poder energ tico 171 050 00 Guia Pr tico do Biog s Gera o e Utiliza o Tabela 8 13 An lise custo benef cio para as usinas modelo VI a IX VI An lise custo benef cio 100 culturas Unidade Ge Receitas Eletricidade injetada kWh a 4 013 453 Tarifa m dia ct kWh ct kWh 18 52 Venda de energia eletrica a 743 194 Venda de calor a 27 525 Total de receitas a 770 719 Custos vari veis Custos do substrato a 335 818 Insumos indiretos a 51 807 Manuten o e reparo a 78 979 Analises laboratoriais a 1 440 Total de custos vari veis a 468 045 Margem de contribui o Co 302 674 Custos fixos Deprecia o a 135 346 Juros a 32 746 Seguros a 8 187 M o de obra homem 7 24 hora dia M o de obra homem 2 641 hora ano M o de obra a 39 613 Total dos custos fix
524. s no controle da usina de cogera o Com fre qu ncia poss vel conectar o controle da usina de coge ra o aos sistemas de controle da usina de biog s e realizar o interc mbio de dados com um sistema de controle central ou transmitir os dados via Internet permitindo o diagn stico remoto pelo fabricante Al m do uso de monitoramento eletr nico por m a inspe o di ria da usina indispens vel Em usinas de coge ra o com motores de igni o a compress o al m do consumo de g s deve ser medido tamb m o consumo do leo de igni o Para determinar a efici ncia t rmica da usina de cogera o al m da quantidade de eletricidade produ zida deve se medir tamb m a quantidade de calor produzido por meio de medidores adequados Isso permite tamb m determinar o calor de processo ne cess rio ou o calor utilizado pelos demais consumido res conectados ao circuito de calor da usina de cogera o tais como est bulos etc Para que os motores sejam suficientemente abaste cidos com g s deve se garantir a respectiva press o de fluxo antes que ele atinja a linha de g s Em usinas onde se faz o armazenamento do g s sem press o necess rio elevar a press o por um compressor O leo lubrificante tem um papel fundamental para a opera o segura de motores por meio dele que os cidos originados no motor s o neutralizados Em fun o do desgaste impurezas nitrifica o e perda da ca
525. s requisitos de seguran a Gas metros de lona de PVC flex vel s o utilizados como c pulas sobre o biodigestor integrado ou como dep sitos de g s instalados externamente Ex plica es detalhadas se encontram em 3 2 4 1 e 3 2 4 2 Gas metros de m dia e alta press o armazenam o biog s a press es de servi o entre 5 e 250 bar em ci lindros e tanques de a o 3 1 s o caros e t m alto custo operacional Os gas metros com press o at 69 050 FL Guia Pr tico do Biog s Gera o e Utiliza o Tabela 3 35 Valores caracter sticos e par metros operacionais de gas metros de biog s externos dados em parte de 3 3 Valores caracter sticos e gas metros dispon veis com volume de at 2 000 m tamb m volumes maiores conforme solicita o e sobrepress o 0 5 30 mbar permeabilidade da lona estimativa de 1 5 o de perda de biog s por dia e materiais PVC n o muito dur vel borracha but lica liga de polietileno e polipropileno Aplica o e qualquer usina de biog s Vantagens a concentra o de metano no biog s em forma o pode ser medida no gas metro do biodigestor nele o volume de g s pequeno e a mistura de gases baixa e reflete a atividade dos microrganismos Desvantagens exigem possivelmente espa o extra conforme o caso podem exigir uma edifica o adicional Particularidades e o uso de pesos permite aumentar a press o para transportar o g s at a usina de cogera o e qu
526. s usinas continuarem a ser constru das A gera o de eletricidade a partir do biog s ap s a transfer ncia pela rede de g s natural continuar tendo um papel de destaque No que se refere efici ncia energ tica e econ mica de usinas de biog s para a gera o de energia el trica ter import ncia cada vez maior a utiliza o racional e t o intensa quanto poss vel do calor de unidades de co gera o Nos casos em que um potencial consumidor do calor n o se encontre pr ximo ao local da usina poss vel instalar a unidade de cogera o pr ximo ao lo cal de utiliza o do calor A usina de cogera o pode ser abastecida com biog s tratado a qualidade de g s natural p ex separa o do di xido de carbono pela rede de g s natural ou por meio de microrredes de bio g s desumidificado e dessulfurizado Assim o tratamento do biog s para elevar a sua qualidade visando a inje o na rede de g s natural de ver continuar ganhando for a O biometano disponi vel al m de fonte para a gera o de eletricidade ter um importante papel tamb m no fornecimento de ca lor e como fonte de combust vel para motores e veicu los Essa flexibilidade de op es de aproveitamento s o uma grande vantagem do biometano em rela o aos demais vetores energ ticos No campo do forneci mento de energia t rmica a evolu o depender prin cipalmente da disposi o do consumidor em optar pelo biometano o qual t
527. sas da alimenta o Figura 3 6 Reservat rio de alimenta o com desagregador Konrad Pumpe GmbH de s lidos em combina o com unidades de alimenta o e dosagem tabela 3 3 e para moinhos e picadores tabela 3 4 Ao contr rio dos s lidos que necessitam ser frag mentados antes de seu encaminhamento para o tan que de carga tubula o ou biodigestor os l quidos contendo s lidos ou fibras podem ser fragmentados diretamente no tanque de carga em outros reservat rios de mistura ou na tubula o Isso pode ser neces s rio em substratos e misturas de substratos cuja con sist ncia signifique risco para o equipamento de alimenta o normalmente uma bomba A fragmen ta o pode ser realizada por exemplo por agitadores de fragmenta o separados na fossa localizada antes do biodigestor embora seja comum o acoplamento direto entre o triturador e a tubula o de transporte desse substrato ou mesmo a combina o em um nico equipamento Geralmente os equipamentos s o tracionados por motor el trico Em alguns casos poss vel conect los ao eixo de tra o de um trator As op es de fragmenta o s o explicadas e ilustra das nas figuras 3 8 e 3 9 bem como nas tabelas 3 5 a 3 7 Mistura homogeneiza o Na digest o mida a mistura do substrato permite au mentar o seu teor de umidade tornando o bombe vel e possibilitando o seu transporte at o biodigestor Ela se d normalmente no
528. sas emiss es 10 3 Utiliza o dos biofertilizantes em reas agr colas O fornecimento suficiente de mat ria org nica fauna ed fica e o atendimento da demanda de nutrientes das plantas e do tipo de solo s o pr requisitos funda mentais da gest o sustent vel de solos agr colas Com os aumentos do pre o de adubos minerais re gistrados nos ltimos anos o transporte e a deposi o de biofertilizantes e adubos org nicos finalmente se tornaram vi veis economicamente Assim normal mente o transporte dos biofertilizantes compensa dor em fun o do seu valor nutritivo Al m disso es trat gias de aduba o com biofertilizantes e adubos org nicos t m um balan o energ tico mais favor vel que estrat gias baseadas exclusivamente na aduba o mineral 10 12 10 3 1 Disponibilidade e efeito nutritivo do nitrog nio Valores anal ticos cf tabela 10 1 comprovam que a digest o provoca a redu o do teor de MS dos subs tratos Al m disso a rela o C N no biofertilizante se torna menor em fun o da fermenta o metanog nica conforme o grau da digest o Isso favor vel aduba o uma vez que aumenta a fra o de am nio dispon vel s plantas A rela o C N se reduz de cerca de 10 1 para cerca de 5 a 6 1 no esterco l quido e de 15 1 para 7 1 no esterco s lido Com isso uma parte da mat ria org nica mineraliz vel j se encontra de 199 Guia Pr tico do Biog s Gera o e Ut
529. se calcular o volume do reator atrav s da degradabilidade do substrato e do tempo de reten o pretendido Os par metros operacionais de uma usina de bio g s permitem descrever o seu n vel de carga por exemplo para comparar diferentes usinas No con trole da usina esses par metros somente s o teis na fase de partida a fim de que se atinja uma eleva o lenta e cont nua da atividade Geralmente considera se principalmente a carga org nica volum trica O tempo de reten o tem maior import ncia em usinas que recebem elevadas quantidades de l quidos com baixos teores de mat ria org nica suscet vel decom posi o usinas alimentadas com esterco l quido 2 3 2 Produtividade rendimento e taxa de de grada o A produtividade P CH rendimento A CH e taxa de degrada o nyos s o par metros que se prestam muito bem para descrever o desempenho de uma usina de biog s A produtividade expressa pela pro du o de g s em rela o ao volume do biodigestor Ela definida pelo cociente entre a produ o di ria de g s e o volume do reator indicando portanto a efici ncia 2 20 A produtividade pode se referir tanto produ o de biog s Pqiog s quanto produ o de metano Pen sendo expressa em Nm m d 4 V cH Nm m d1 Peca R Equa o 2 3 Produtividade de metano Vuen produ o de metano Nm2 d Vp volume do reator m3 O rendimento expressa a
530. serva o o que pode ser feito tanto como substrato isolado em tubos de pl stico como na forma de substrato misto p ex silagem de milho O mela o armazenado em reser vat rios apropriados Em fun o da sazonalidade da beterraba sacarina e seus subprodutos setembro a de zembro a armazenagem se faz necess ria para garan tir a disponibilidade de tortas prensadas e mela o du rante o ano inteiro 4 2 6 Subprodutos do beneficiamento de frutas Na produ o de vinho e suco a partir de uvas e fru tas s o gerados baga os como subprodutos que gra as ao elevado teor de a car s o favorecidos como mat ria prima para a produ o de lcool Os baga os tamb m s o utilizados como ra o animal ou mat ria prima b sica na fabrica o de pectina Cada hec tolitro de vinho ou suco de fruta gera cerca de 25 kg de baga o e cada hectolitro de n ctar de fruta gera cerca de 10kg de baga o 4 12 As propriedades mais importantes s o mostradas nas tabelas 4 6 e 4 7 N o s o esperados materiais estranhos por causa dos processos de produ o anteriores A higieniza o tamb m n o necess ria preciso ensilar os substra tos caso sejam armazenados por per odos mais pro longados 4 3 Subproduto vegetal conforme a EEG A seguir apresentada uma lista completa dos sub produtos vegetais conforme a EEG lista positiva de subprodutos vegetais com as produ es de biog s previstas na legisla o ver
531. solamento t rmico a fim de reduzir as perdas de calor O isolamento t rmico proporcionado por materiais comumente encontrados no mercado Conforme a rea de aplica o proximidade ao solo etc os materiais devem ter diferentes caracter sticas ver tabela 3 30 Alguns exemplos de isolantes e res pectivos par metros s o apresentados na tabela 3 31 O isolante recebe um revestimento de chapas de perfil trapezoidal ou madeira para proteg lo contra as in temp ries 65 2 o2 Q 08 Go Guia Pr tico do Biog s Gera o e Utiliza o Tabela 3 29 Especifica es dos separadores de rosca Aplica o Particularidades Formas construtivas Manuten o substratos bombe veis que podem ser deslocados por transportadores helicoidais para substratos com teor de mat ria seca de 10 a aprox 20 na fase s lida o produto pode conter mais que 30 de mat ria seca recursos auxiliares como osciladores podem tornar a drenagem mais efetiva permitem opera o totalmente autom tica equipamento independente instala o em usinas de biog s com tempo de reten o bem reduzido permitem economias no dimensionamento dos agitadores e evitam avarias condicionadas pelo uso de s lidos menor forma o de sobrenadantes e camada de sedimentos montagem a jusante da fermenta o para permitir a recircula o de l quidos da mistura dispensando agitadores no reservat rio de biofertilizantes e boa acessibilid
532. sso da DVGW G 260 e G 262 A distribuidora de g s respons vel pelo ajuste fino da qualidade do g s bem como pelos custos fixos operacionais con sulte o cap tulo 7 4 3 para maiores informa es Nesse sentido devem ser considerados os pontos des critos a seguir 6 1 6 1 Odoriza o O biometano deve ser continuamente odorizado para que possa ser sentido em caso de vazamentos Os odo rantes comumente utilizados s o o mercaptano o te traidrotiofeno THT ou compostos org nicos con tendo enxofre Por raz es t cnicas e ambientais por m os ltimos anos t m registrado uma tend ncia no uso de odorantes sem enxofre A aplica o do odo rante pode ser por inje o ou por um sistema de bypass As especifica es detalhadas sobre a monito ra o da odoriza o se encontram na folha de pro cesso da DVGW G 280 1 6 1 6 2 Ajuste do poder calor fico superior As propriedades comburentes do biometano injetado e do g s natural existente devem ser equivalentes Como base de compara o s o utilizados o poder 124 calor fico superior a densidade relativa e o ndice de Wobbe Esses valores devem se situar nas faixas de varia o permitidas sendo que a densidade relativa e o ndice de Wobbe podem ser excedidos ou reduzi dos temporariamente As respecitvas especifica es se encontram nas folhas de processo da DVGW G260 e G685 O ajuste desses par metros pode ocorrer pela adi o de ar biog s com poder calo
533. star situado a uma dist ncia maior A determina o do ponto de en trega conforme a legisla o decisiva para a divis o dos custos envolvidos entre o operador da usina e a empresa distribuidora e n o raro leva ao lit gio entre as partes cf Determina o do ponto de entrega 7 2 1 1 Conforme o caso necess rio otimizar ou ampliar a rede ou torn la mais robusta a fim de permitir que a eletricidade injetada no ponto de entrega possa ser recebida e transportada sem dificuldades Isso refe rido pela legisla o como a amplia o da capacidade Desde que economicamente justific vel o operador da usina tem o direito de exigir que a distribuidora Condi es Legais e Administrativas amplie imediatamente a capacidade da rede se isso for necess rio para que a energia gerada pela usina de cogera o a biog s possa ser absorvida Se a distribui dora n o atender exig ncia do operador da usina este tem o direito a exigir indeniza o Para maiores detalhes consulte Amplia o da capacidade 7 2 1 2 Ap s a distribuidora e o operador da usina che garem a um acordo sobre o ponto de entrada o ope rador deve solicitar formalmente a reserva da capaci dade do ponto de entrega A seguir antes mesmo da constru o da usina pode se iniciar a conex o com a rede Geralmente o operador da usina encarrega a distribuidora de estabelecer a conex o embora ela tamb m possa ser terceirizada por firmas especiali zadas
534. sterium f r Umwelt Naturschutz und Reaktorsicherheit Bonn D sseldorf Kommission Reinhaltung der Luft im VDI und DIN 6 S 10 12 D hler H 1996 Landbauliche Verwertung stickstoff reicher Abfallstoffe Komposte und Wirtschaftsd nger In Wasser und Boden 48 Jahrgang 11 1996 207 O O ll Guia Pr tico do Biog s Gera o e Utiliza o 10 13 10 14 10 15 10 16 10 17 10 18 10 19 10 20 208 ASUE Arbeitsgemeinschaft f r sparsamen und umweltfreundlichen Energieverbrauch e V Energiere ferat der Stadt Frankfurt 2005 BHKW Kenndaten 2005 Module Anbieter Kosten Fasc culo Kaiserslau tern D hler H Menzi H Schwab M 2001 Emissionen bei der Ausbringung von Fest und Fl ssigmist und Min derungsma nahmen KTBL UBA Simp sio Kloster Banz Gutser R 2008 Optimaler Einsatz moderner Sticks toffd nger zur Sicherung von Ertrag und Umweltqua lit t palestra em 02 02 2006 realizada no congresso Fa chtagung D ngung in B sleben TU M nchen KTBL 2009 Strompreise aus Biomasse Verg tungs rechner f r Strom aus Biogas http www ktbl de index php id 360 K rschens Martin et al 2004 Methode zur Beurtei lung und Bemessung der Humusversorgung von Ackerland VDLUFA Standpunkt Bonn EEG 2008 Lei Alem de Energias Renov veis Erneu erbare Energien Gesetz EEG 25 de outubro de 2008 BGBl I 2074 D ngemittelV 2008 Verordnung ber d
535. stinados a produc o de energia esses fluxos de materiais primeiro t m de ser disponibilizados Geralmente necess rio que sejam transportados Em muitos casos antes de ter o seu po tencial energ tico aproveitado a biomassa precisa ser processada mecanicamente Frequentemente a bio massa armazenada para que sua gera o e sua de manda possam ser harmonizadas Figura 12 1 Em seguida poss vel disponibilizar energia el trica t rmica e ou combust vel a partir da biomassa Isso conseguido com diversas tecnologias disposi o Uma delas a combust o direta em equipamen tos para essa finalidade com os quais tamb m possi vel realizar a cogera o de calor e eletricidade O fornecimento de calor a partir de vetores energ ticos s lidos a t pica aplica o da disponibiliza o de energia final til a partir da biomassa Al m disso existem v rias outras tecnologias e processos que permitem tornar a biomassa dispon vel para atender demanda de energia final til Figura 12 1 classificados em processos de enriquecimento t rmicos f sicos e bioqu micos A gera o de biog s decomposi o anaer bia dos substratos em biog s e sua utiliza o constituem uma das op es de enrique cimento por processos bioqu micos Import ncia do Biog s como Fonte de Energia Renov vel na Alemanha VETORES BIOENERG TICOS Colheita coleta disponibiliza o Tratamento Armazenamento ES ll
536. stitut f r W rmetechnik Technische Universi t t Graz 1997 Ramesohl S Hofmann F Urban W Burmeister F Analyse und Bewertung der Nutzungsm glichkeiten von Biomasse Estudo financiado pela BGW e DVGW 2006 Rank P Wartung und Service an biogasbetriebenen Blockheizkraftwerken Biogas Journal N 2 2002 Fach verband Biogas e V 2002 Richter G Grabbert G Shurrab M Biogaserzeugung im Kleinen Gwf Gas Erdgas 1999 N 8 pp 528 535 Swedish Gas Center Report SGC 118 Adding gas from biomass to the gas grid Malm 2001 disponivel em http www sgc se dokument sgc118 pdf Schlattmann M Effenberger M Gronauer A Abgas emissionen biogasbetriebener Blockheizkraftwerke Landtechnik Landwirtschaftsverlag GmbH M nster 06 2002 schmittenertec GmbH http www schmitt enertec de deutsch bhkw bhkw_technik htm Acesso em 31 07 09 Schneider M Abw rmenutzung bei KWK innova tive Konzepte in der Verbindung mit Gasmotoren Ko operationsforum Kraft W rme Kopplung Innovative Konzepte f r neue Anwendungen N rnberg 28 de se tembro de 2006 Schnell H J Schulungen f r Planer und Serviceperso nal Biogas Journal N 2 2002 Fachverband Biogas e V Sch nbucher A Grundlagen und Berechnungsmethoden f r Ausr s Thermische Verfahrenstechnik tungen und Prozesse Springer Verlag Heidelberg 2002 6 31 6 32 6 33 6 34 6 35 6 36 Scholz V Schmersahl R
537. stra um exemplo de linha de g s A instala o de equipamentos para a drenagem do condensado particularmente importante em linhas de g s uma vez que pequenas quantidades de con densado j s o suficientes para ocasionar perdas da press o de g s e interrup o do fluxo na tubula o Figura 6 8 Usina de cogera o com linha de g s DBFZ 130 6 2 1 8 Opera o manuten o e locais de instala o O uso de biog s em usinas de cogera o exige que de terminadas condi es b sicas sejam observadas e sa tisfeitas Al m da opera o em si tamb m necess rio observar os intervalos de manuten o estipulados e os requisitos do local de instala o da usina de coge ra o Opera o Gra as a diversos recursos de monitoramento regula o e controle as usinas de cogera o em geral operam em regime totalmente automatizado Para avaliar a opera o da usina os seguintes dados devem ser regis trados em um di rio de opera es para que se identifi quem tend ncias horas de opera o acumuladas n mero de partidas temperatura da gua do radiador do motor temperatura de fluxo e retorno da gua de aqueci mento press o da gua do radiador press o do leo temperatura do g s de combust o contrapress o do g s de combust o consumo de combust vel pot ncia efetiva t rmica e el trica Via de regra os dados podem ser registrados e docu mentado
538. substratos a pre o infe rior 8 2 2 Custos Essencialmente esses itens se estruturam da seguinte forma Custos vari veis de substratos insumos indiretos manuten o reparos e an lise laboratorial e Custos fixos custos dependentes de investimentos p ex deprecia o juros seguros e custos traba lhistas Esses itens s o explicados detalhadamente a seguir 8 2 2 1 Custos vari veis Custos do substrato Os custos do substrato podem chegar a 50 dos cus tos totais Esse o caso especialmente de usinas que produzem biog s com base em culturas energ ticas Os custos estimados para os diversos substratos se en contram na tabela 8 2 A soma dos custos de substra tos se encontra nas tabelas 8 12 8 13 e 8 14 Em fun o de perdas no armazenamento e conserva o vari veis conforme o substrato a massa a ser armazenada su perior massa efetivamente utilizada na usina Insumos indiretos Entre os insumos indiretos destacam se a energia el trica consumida o leo de igni o leo lubrificante leo diesel bem como lonas de PVC e sacos de areia para a cobertura da silagem No caso de inje o de g s inclui se o propano adicionado para o condicio namento do g s Manuten o e reparo Conforme o componente os custos de manuten o e reparo giram em torno de 1 a 2 do custo de inves timento Alguns componentes disp em de dados mais exatos o que permite calcular o custo em fun o
539. t es seca e mida Os tanques de biodigest o principalmente os ho rizontais e de a o s o confeccionados na f brica e ent o fornecidos O transporte do tanque at o local de uso no entanto s poss vel at um determinado tamanho O tanque pode ser utilizado como biodi gestor principal para pequenas usinas ou como pr digestor em usinas maiores dotadas de digestor principal com mistura completa reservat rio circu lar Biodigestores horizontais tamb m s o operados em paralelo visando a maiores produ es 53 050 Guia Pr tico do Biog s Gera o e Utiliza o Telhado infl vel Lona imperme vel n Soprador gt de ar de apoio Isolamento Me Figura 3 22 Biodigestor de mistura completa com agitador de eixo longo e demais equipamentos Anlagen und Apparatebau Liithe GmbH Biodigestor horizontal Remo o de substrato Canaliza o de calor Tanque de a o Isolamento Motor de agita o Agitador de palhetas residuos pr tratados Calibrador Subst ncias do biofertilizante Biodigestor de fluxo pistonado L quido extra do por press o Figura 3 24 Reator de fluxo pistonado digest o seca Strabag Umweltanlagen O principio do fluxo pistonado reduz o risco de que substrato n o completamente fermentado seja ex tra do do digestor assegurando o tempo de reten o necess rio para todo o material 3 3 Processamento em batelada O processamento intermi
540. ta de in cio de opera o s o de import ncia decisiva para a determina o das ta xas de remunera o 7 3 2 1 Conceito de usina conforme a EEG A EEG considera como usina toda constru o para a gera o de eletricidade a partir de fontes de energia renov veis portanto todas as usinas de biog s com cogera o de energia Ao do posicionamento da legis la o anterior a 2009 n o mais necess rio que a usina seja aut noma na gera o de eletricidade a partir de fontes renov veis de energia Isso institui um novo conceito de usina conforme a nota explicativa da lei Do ponto de vista jur dico n o f cil classificar configura es em que duas ou mais unidades de coge ra o est o conectadas a uma usina de biog s Apesar de a Ag ncia de Esclarecimento EEG ter publicado uma recomenda o em 1 de julho de 2010 ref 2009 12 ainda n o existe um consenso definitivo acerca dessa quest o As exposi es a seguir s o opi ni o pessoal nica e exclusiva do autor e n o t m ne nhum car ter de obrigatoriedade nem substituem a consultoria jur dica no caso particular Conforme opini o do autor v rias usinas de co gera o operadas no local da usina de biog s e com partilhando dos mesmos recursos para a gera o de Condi es Legais e Administrativas Tabela 7 1 Taxas de remunera o para usinas de biog s inauguradas em 2011 Remunera o at 150 kW 11 44 b sica para at 500 kW 9 00
541. ta velocidade em modo de opera o em intervalos 500 a 1 500 RPM e faixa de pot ncia at 35 kW H lice grande e baixa velocidade em modo de opera o em intervalos 50 a 120 RPM e faixa de pot ncia at 20 kW Aplica o e todos os substratos na digest o mida em biodigestores verticais e n o adequado para viscosidades extremamente altas Vantagens H lice gera turbul ncia o que proporciona um bom grau de mistura no biodigestor e a elimina o de sobrenadantes e sedimenta o em fun o da boa mobilidade mistura precisa em todas as reas do biodigestor H lice grande proporciona timo grau de agita o no biodigestor embora produza menos turbul ncia oferece maior pot ncia de propuls o por kW em compara o com o AMS em alta velocidade de opera o Desvantagens Geral grande quantidade de pe as m veis no biodigestor em fun o dos trilhos guia a manuten o exige a abertura do biodigestor embora geralmente n o seja necess rio esvazi lo quando equipado com guincho possibilidade de ocorrer sedimenta o e flutua o em fun o do regime intervalado da mistura H lice possibilidade de forma o de cavernas em substratos ricos em mat ria seca agitador opera em falso H lice grande a orienta o do agitador deve ser definida antes de ser ligado Particularidades e a execu o da tubula o guia pelo teto do biodigestor tem de ser imperme vel a
542. tais dissolvidos pesados Zn gt 150 mg l apresentam efeito Cr gt 100 mg l inibidor Descontaminag o pela precipita o de sulfeto Desinfetan N E Efeito inibit rio varia tes antibi com o composto ticos 2 3 Par metros operacionais 2 3 1 Carga org nica volum trica e tempo de reten o no biodigestor Geralmente a constru o de uma usina de biog s prioriza os aspectos econ micos Na defini o das di mens es do biodigestor por exemplo nem sempre se almeja obter o rendimento m ximo de g s ou a de composi o completa da mat ria org nica presente no substrato Se a decomposi o total da mat ria org nica fosse o principal objetivo isso exigiria tempos muito longos de reten o do substrato no biodigestor o que poss vel apenas com tanques de alta capaci dade uma vez que algumas subst ncias se decom p em apenas depois de muito tempo ou nem se de comp em Portanto deve se procurar obter uma capacidade adequada de decomposi o com um custo aceit vel Nesse sentido um importante par metro operacio nal a carga org nica volum trica COV que indica quantos quilos de mat ria org nica seca MOS devem ser carregados no biodigestor por m de volume de trabalho por unidade de tempo 2 1 A carga org nica volum trica expressa em kg MOS m d 25 2 09 Q 2 0 Q Guia Pr tico do Biog s Gera o e Utiliza o COV Mme kg MOS m d Vz 100 Equa o 2
543. talados elementos de aquecimento considerar as tens es originadas pelo calor assegurar a impermeabilidade a gases durante a confec o da armadura considerar as tens es em parte originadas pelos gradientes de press o na obra a fim de evitar dados e proteger as reas do concreto que n o se encontram em contato cont nuo com o substrato gas metro contra a a o de cidos corrosivos empregar camadas de ep xi ou outros materiais apropriados as autoridades frequentemente exigem a instala o de um sistema de detec o de vazamentos assegurar a resist ncia a sulfatos emprego de cimento HS e a est tica do reservat rio deve ser planejada detalhadamente levando em conta as especificidades do local com vistas a evitar rachaduras e outros danos Tabela 3 21 Valores caracter sticos e par metros operacionais do a o inoxid vel para reservat rios em usinas de biog s a o para constru o galvanizado esmaltado St 37 ou a o inoxid vel V2A no gas metro corrosivo V4A Valores caracter sticos Aplica o e para todos os digestores verticais ou horizontais e tanques Vantagens possibilidade de pr fabrica o e curto prazo de constru o flexibilidade na confec o de aberturas Desvantagens a constru o exigida do alicerce s pode ser realizada em per odos sem gelo equipamentos de agita o normalmente requerem suporte adicional Particularidades em fun o da corros o as superf cies devem ser confe
544. te a efici ncia el trica e a pot ncia e tamb m a quantidade de poluen tes emitidos A execu o da manuten o e ajuste de responsabilidade do operador da usina Isso pode ser realizado pelo pr prio administrador ou ser terceiri zado por meio de contrato com o fabricante da usina de cogera o ou com firmas especializadas que disponi bilizam equipes de manuten o especialmente para esse servi o De modo geral observa se que a configu ra o da usina para que opere dentro das faixas estipu ladas pela TA Luft tem um impacto importante sobre a qualidade da combust o a pot ncia el trica e a efici n cia el trica 5 26 6 2 1 6 Recupera o do calor Para utilizar o calor produzido durante a gera o de eletricidade necess rio recuper lo por meio de tro cadores de calor Em uma usina de cogera o movi mentada por um motor de combust o o calor pro duzido em diferentes patamares de temperatura A maior quantidade de calor pode ser extra da por meio do sistema de arrefecimento do motor a combust o O seu patamar de temperatura suficiente para que seja utilizado como energia para aquecimento e processos A figura 6 7 exibe um distribuidor de calor Para recu perar o calor do sistema de circula o de gua geral mente s o utilizados trocadores de calor de placas O calor recuperado em seguida transferido para cada um dos circuitos de calor por meio de distribuidores Figura 6 7 Distri
545. te para fluxos volum tricos menores e em locais com fontes de calor baratas 6 1 3 4 Lavagens f sicas Selexol Genosorb Sendo uma evolu o do processo Selexol o processo Genosorb se realiza sob o mesmo princ pio da lava gem com gua sob press o Em lugar da gua esse processo utiliza uma solu o de lavagem Genosorb a 7 bar que em contato com o biog s remove o di xido de carbono o sulfeto de hidrog nio e tamb m a gua A lavagem Genosorb portanto o nico m todo que permite a remo o desses tr s componentes em um s passo Por raz es econ micas por m deve ser utili zado biog s seco e dessulfurizado A solu o de lava gem regenerada por despressuriza o gradual a 50 C seguida do jateamento com ar ambiente Con forme 6 35 o fornecimento do calor necess rio pode ser auxiliado pela extra o de calor residual do com pressor de g s Segundo o fabricante o escape de me tano de 1 a 2 o qual deve ser submetido oxida o t rmica Do ponto de vista energ tico esse Tratamento do Biog s e Op es de Utiliza o Figura 6 3 Esta o de tratamento de biog s lavagem Genosorb em Ronnenberg Urban Fraunhofer UMSICHT processo exigem uma quantidade de energia ligeira mente superior utilizada na lavagem com gua sob press o e na adsor o com modula o de press o 6 35 6 1 3 5 Processo de membrana O processo de separa o por membranas relativa mente
546. te para os trabalhos de manu ten o o edif cio deve contar com suficiente ventila o para suprir a necessidade de ar dos motores Con forme o caso o uso de ventoinhas de exaust o e de ventila o pode ser necess rio A descri o detalhada dos requisitos de locais de instala o de usina de co gera o distribu da pode ser obtida nos Preceitos de Seguran a para Usinas de Biog s Est o dispon veis unidades de cogera o em contai ners isolados acusticamente para a instala o em exte riores Esses containers normalmente satisfazem os re quisitos de locais de instala o do fabricante da usina de cogera o Outra vantagem da arquitetura em con tainer a montagem completa e teste da usina pelo fa bricante Isso permite reduzir para um a dois dias o tempo entre a instala o e a entrada em opera o Exemplos de instala o de usina de cogera o s o mos trados na figura 6 9 6 2 2 Motores Stirling O motor Stirling se classifica como motor de ar quente ou expans o Ao contr rio dos motores a combust o em que o pist o movimentado pela expans o de ga ses de combust o interna no motor Stirling o pist o movimentado pela expans o de um g s encapsulado 132 o qual se dilata pela entrada de calor de uma fonte de energia externa Como h uma dissocia o da fonte de energia calor e da gera o de for a do motor Stirling propriamente dita o calor necess rio pode ser forne cido de difere
547. tensivo pode render tr s a cinco colheitas por ano Nesse contexto deve se considerar n o s os altos custos de mecaniza o mas tamb m a possibilidade de elevadas cargas de nitrog nio que podem acarretar problemas na fer menta o Contudo a silagem de gram neas tamb m pode ser colhida de reas de conserva o com explo ra o extensiva embora nesse caso o elevado teor de lignina permita apenas rendimentos reduzidos na ge ra o de g s Existem in meros m todos de produ o de silagem de gram neas o que explica as amplitudes de varia o dos valores de rendimento e propriedades da mat ria encontradas na literatura bem maiores que as indicadas na tabela 4 3 e tabela 4 4 Vale ressaltar que na produ o de silagem de gra mineas destinada a usinas de biog s a digestibilidade ou degradabilidade da mat ria deve ser prioridade Portanto se poss vel necess rio assegurar que os con te dos de mat ria seca n o ultrapassem 35 Ocorr n cias maiores desses conte dos significam mais fra es de lignina e fibras o que diminui a taxa de degrada o e o rendimento do metano em rela o mat ria org nica seca Embora essa silagem possa ser carregada no processo seu elevado teor de mat ria seca e sua consti tui o em parte com fibras longas podem ocasionar problemas t cnicos p ex r pida forma o de sobrena dante e enrolamento nas p s dos agitadores 4 1 2 4 Gr os de cereais Gr os de
548. tente ou em batelada se des tina a usinas m veis do tipo container e a digestores de baia estacion rios Nos ltimos anos esses proces 54 sos atingiram a maturidade para uso em escala comer cial e se estabeleceram no mercado Especialmente os biodigestores de baia feitos em concreto armado t m ampla aplica o na fermenta o de silagem de milho de gram neas e outros substratos que podem ser des pejados No processamento em batelada os biodigestores s o enchidos com biomassa e fechados hermetica mente Os microrganismos do in culo misturado ao substrato fresco aquecem o substrato na primeira fase na qual adicionado ar ao digestor Isso provoca a li bera o de calor associada ao processo de composta gem Depois de atingida a temperatura ideal o forne cimento de ar desligado Ap s o consumo do oxig nio aplicado entram em atividade os microrga nismos que como na digest o mida come am a con verter a biomassa em biog s O biog s capturado na tubula o coletora de g s e transferido para o local de gera o de energia 3 1 A pr tica provou ser adequada uma bateria de bio digestores com 2 a 8 unidades em geral 4 Assim poss vel atingir uma produ o semicont nua de g s A bateria de biodigestores se encontra conectada a um reservat rio de percolado o qual coleta o l quido drenado dos digestores e o transforma em biog s Al m disso o l quido percolado pulverizado sobre o ma
549. terial em fermenta o no digestor a fim de ino cul lo Um exemplo de biodigestor de baia e bateria de biodigestores mostrado na figura 3 26 T cnicas especiais Existem outras t cnicas que n o se enquadram perfei tamente nas categorias anteriormente descritas e se Tecnologia de Usinas para a Produ o de Biog s Figura 3 25 Biodigestor de fluxo pistonado exemplos pr ticos cil ndrico esquerda retangular com gas metro montado no topo direita Novatech GmbH esquerda DBFZ direita Figura 3 26 Exemplo de biodigestor de baia bateria de biodigestores Weiland vTI e port o do biodigestor Paterson FNR distinguem das t cnicas mais comuns de digest o seca e mida Uma s rie de novas abordagens foi criada e atualmente n o poss vel estimar que im pacto elas ter o no futuro Uma das t cnicas especiais de digest o mida di fundida na Alemanha do Leste realiza a mistura do substrato em um processo de c mara dupla operando sob o princ pio de Pfefferkorn o inventor do processo Nesse processo a recircula o do substrato obtida pela forma o de press o resultante da produ o de g s seguida da perda de press o ao ser atingida uma determinada sobrepress o Essa t cnica dispensa o uso de energia el trica para realizar a recircula o embora a constru o do biodigestor seja mais complexa A agroind stria conta com mais de 50 usinas de biog s baseadas nessa tecnologia Seus
550. tiliza o Tabela 6 1 Processos de dessulfuriza o 6 32 Consumo Ger iretri at Insumos indiretos Pored Diretriz Processo ie Inje o de ar DVGW Problemas Mm PRIN catisfeita a el tr t rm Consumo Elimina o Biodessulfuriza o o Sim 50 2 000 N o Falta de exatid o no no digestor controle do processo Biodessulfuriza o o Sim 50 100 N o Falta de exatid o no externa controle do processo Lavador biol gico o N o 50 100 N o Complexidade elevada de g s Precipita o de o o o N o 50 500 N o Processo lento sulfeto Dessulfuriza o o o Sim 1 100 N o Efeito purificador qu mica reduzido drasticamente interna Carv o ativado o o Sim lt 5 Sim Grandes quantidades a conforme diretriz DVGW G 260 eliminadas muito vantajoso vantajoso o neutro desvantajoso muito desvantajoso Tabela 6 2 Valores caracter sticos e par metros operacionais da biodessulfuriza o no biodigestor Valores caracter sticos Aplica o Vantagens Desvantagens Particularidades Formas construtivas Manuten o e vaz es elevadas associadas podem ser observadas ap s a alimenta o do digestor com substrato fresco e durante a opera o dos agitadores Podem ocorrer e fornecimento de ar 3 6 em vol da quantidade de biog s liberada e em qualquer digestor com gas metro suficientemente grande sobre o digestor e posterior inje o na rede de g s natural n o recomendada
551. tivo de substratos e aprox 40 da opera o da usina de bio g s A combina o entre gera o de biog s e cria o de gado resulta em acentuados efeitos sin rgicos no que tange economia redu o de emiss es e at mesmo administra o da m o de obra importante que o tamanho da usina de biog s e portanto o tempo de trabalho exigido sejam adaptados s condi es operacionais Nas condi es encontradas comumente no Leste da Alemanha em que a agricultura ocupa grandes reas provou se til que o respons vel pela alimenta 186 o da unidade de gado leiteiro p ex tire proveito do seu conhecimento de processos biol gicos para su pervisar a usina de biog s O tempo de trabalho necess rio para operar uma usina de biog s se desmembra principalmente nas se guintes importantes etapas do processo Gera o colheita armazenamento ou obten o da mat ria prima substratos Opera o da usina com prepara o e carregamento de substrato Supervis o da usina com monitoramento de pro cessos manuten o conserva o e elimina o de falhas e danos bem como tarefas administrativas Deposi o de biofertilizantes Embora todas as etapas do processo sejam necess rias para a opera o da usina a elas podem ser alocadas diferentes cargas de trabalho conforme o modo de opera o e o substrato Em todo caso a elabora o do hor rio de trabalho deve ser considerada no est gio preliminar
552. to do calor tornaram se mais rigorosas para ga rantir o uso racional do calor Para ter direito ao b nus a usina tem de gerar ele tricidade por meio de usina de cogera o e utilizar uma solu o adequada de aproveitamento do calor gerado No que toca gera o de energia el trica em usina de cogera o a EEG remete Lei de Gera o Combi nada de Energia e Calor KWKG De acordo com essa lei a usina tem de ser capaz de converter simultanea mente a energia em eletricidade e calor aproveit vel Para usinas de cogera o fabricadas em s rie e com pot ncia de at 2 MW o cumprimento desse pr re quisito pode ser comprovado pela documenta o apropriada fornecida pelo fabricante na qual constam as pot ncias t rmica e el trica bem como a raz o po t ncia calor Usinas com pot ncia superior a 2 MW t m de comprovar que preenchem os requisitos da fo lha de processo FW 308 do AGFW Grupo de Traba lho para o Aproveitamento de Calor e Energia T r mica Conforme as disposi es da EEG o calor racio nalmente aproveitado quando utilizado conforme a lista positiva cf n III do Anexo 3 da EEG Entre ou tros pontos a lista positiva registra o abastecimento de determinados edif cios com o uso de no m ximo 200 kWh por ano por m de rea utilizada a inje o 153 og SI ogo J Guia Pr tico do Biog s Gera o e Utiliza o em uma rede de distribui o de calor que cumpra de terminados
553. to e leo lubrifi Tratamento do Biog s e Op es de Utiliza o cante dispositivos hidr ulicos para a distribui o de calor e dispositivos el tricos de controle e comuta o para distribuir a energia e controlar a usina S o utili zados motores tanto do ciclo Otto quanto do ciclo Die sel O uso de motores do ciclo Diesel era mais comum no passado Em projetos novos por m duas em cada tr s usinas s o equipadas com motores do ciclo Otto Esses motores funcionam sem leo de igni o con forme o princ pio do ciclo Otto sendo a diferen a ape nas na compress o O esquema construtivo de uma usina de cogera o a biog s e exemplos se encontram na figuras 6 4 e 6 5 6 2 1 1 Motores a g s de ciclo Otto Os motores a g s de ciclo Otto foram especialmente desenvolvidos para operar a g s e funcionam sob o princ pio dos motores Otto Para permitir a redu o das emiss es de xidos de nitrog nio eles s o opera dos como motores de mistura pobre com excesso de ar Na opera o com mistura pobre uma quantidade menor de combust vel convertida no motor ocasio nando a queda do seu desempenho a qual compen sada pela a o de turbocompressores Motores a g s do ciclo Otto exigem um teor de metano m nimo de 45 no biog s Teores de metano inferiores resultam na parada do motor Caso n o haja biog s dispon vel os motores a g s do ciclo Otto podem ser operados com outros tipos de g s tais como o g s n
554. to e con trole automatizado dos processos s o maiores as exi g ncias quanto ao registro e an lise dos valores medi dos pois o operador da usina n o mais se encontra disposi o para a tomada de decis es estando apenas dispon veis eletronicamente as informa es de pro cesso que podem ser utilizadas no controle Na rea da biologia o controle autom tico ainda n o atingiu o estado da t cnica em aplica es de larga escala No entanto em vista do crescente grau de in dustrializa o das usinas e grau de efici ncia alme jado cada vez maior tais sistemas ser o de uso mais disseminado no futuro Algumas das op es s o apre sentadas a seguir As explica es n o se aprofundam em detalhes os quais podem ser encontrados na res pectiva literatura t cnica 5 2 5 1 M todos padr o para o controle retroalimen tado Diversos m todos j comprovaram a sua utilidade no controle retroalimentado do processo de decomposi o anaer bia As dificuldades no controle de pro cesso retroalimentado s o o car ter n o linear do pro cesso e a complexidade dos processos envolvidos Controle PID O controle PID proporcional integral diferencial o algoritmo mais popular em aplica es industriais com controle retroalimentado e combina tr s mecanismos de controle O elemento proporcional representa o fa tor que determina a amplitude de varia o da vari vel manipulada que alterada proporcionalmente ao desv
555. tos o operador da usina n o recebe o b nus de tecnologia para essa parte 7 4 Tratamento de g s e inje o Do ponto de vista econ mico e ecol gico nem sempre recomend vel utilizar o biog s no local em que ge rado ou seja nas proximidades da usina de biog s A gera o de eletricidade sempre produz calor que mui tas vezes n o pode ser aproveitado no local da usina Por isso conforme a situa o pode ser vantajoso sepa rar fisicamente a gera o da utiliza o do biog s Al m da constru o de um gasoduto de g s bruto o qual per mite o transporte do biog s a dist ncias de algumas centenas de metros at v rios quil metros para ser usado em uma usina sat lite cf 7 3 2 1 poss vel tam 155 og J Guia Pr tico do Biog s Gera o e Utiliza o Subs dios de amortiza o para projetos de inje o de g s Esta es de tratamento e inje o de g s est o habilitadas a receber determinados incentivos conforme o Programa de Incentivo ao Mercado MAP do alem o Marktan reizprogramm Segundo o n 14 1 5 b das Diretrizes para o Incentivo a Medidas de Utiliza o de Energias Renov veis no Mercado de Energia T rmica MAP de 20 de fevereiro de 2009 as emiss es de metano na atmosfera geradas durante o tratamento podem atingir no m ximo 0 5 e o consumo de eletricidade no tratamento e inje o do g s bruto pode ser no m ximo de 0 5 kWh Nm Al m disso deve se comprovar se a e
556. tr de EE 71 Flare d uma usina de Eeer 72 Inibi o da metanog nese do cido ac tico pelo NH3 EEN 92 Esquema de monitoramento da uaimna EE 96 Regime de carregamento na Dartda ENEE 100 Curso da fase de partida biodigestor REENEN 101 Curso da fase de partida biodigestor 7 102 Curso da fase de partida biodigestor 3 2 2 2 22 2 2222 aan 102 Curso da fase de partida biodigestor 1 sob defici ncia de micronutrientes nnneeeennen 103 Possibilidades ee Ee EE 111 Controle de g s para sopramento de ar no gas metro do biodigestor s 117 Coluna de biodessulfuriza o externa direita ao lado de um gasmetro ss sssssssssssssessesseesrereeerresees 118 Esta o de tratamento de biog s lavagem Genosorb em Ronnenberg EE 123 Estrutura esquem tica de uma usina de cogera o uznnensesensesenenensenenennenennenenensenenensonensonenensenenensnsensonenen 125 Usina de cogera o com biog s m dulo completo em constru o compacta com sistema de EE 125 Efici ncia el trica de usinas de biog s para a cogera o ENEE 128 Bistrib id r de talot nn A AR ARETOA rn Dr ra ca ONA Usina de cogera o com linha de g s Constru o de uma usina de cogera o em uma edifica o ou em container 132 Modo de opera o de um motor Stirling conforme refer ncias bibliogr ficas 133 Estrutura de uma microturbina a g s ENEE 133 Princ pio de funcionamento de uma c lula de c
557. trato bem maiores Por outro lado ela tem direito ao b nus NawaRo cuja taxa de remunera o superior 6 86 ct kWh resul tando em aumentos de receita da ordem de 275 000 a Embora a usina de res duos seja remunerada com taxas inferiores tem tamb m custos inferiores com o subs trato Seria poss vel elevar a rentabilidade se houvesse uma forma de obter rendas relativas elimina o pelos res duos utilizados Apesar de processarem o mesmo tipo de substrato a usina VII obt m lucro inferior usina VI A EEG deter mina que usinas com capacidade superior a 500 kW re cebam remunera o inferior Com isso o pre o da ele tricidade da usina VIII aprox 14 inferior ao da usina VI Essa diferen a n o compensada mesmo pela maior economia proporcionada pela grande escala da usina A usina de 500 kW de fermenta o a seco propor ciona um lucro de aprox 30 000 Especialmente a maior demanda de m o de obra em fun o do geren ciamento do substrato e o maior peso dos custos fixos fazem com que o lucro seja inferior ao da usina de di gest o mida VI que tendo a mesma capacidade tamb m utiliza 100 de culturas energ ticas Como atualmente n o est o dispon veis os pre os de mercado do biometano injetado em lugar da an lise custo benef cio da esta o de inje o apenas os custos s o listados Os custos relacionados em cada item se referem ao processo completo at a inje o na rede de g
558. treinamento oferecidos pelos fabricantes das usinas de cogera o poss vel realizar alguns traba lhos por conta pr pria 6 12 Al m dos planos de manuten o s o oferecidos tamb m contratos de servi os Os pormenores do con trato de servi os devem ser observados antes da com pra da usina de cogera o Considerar principalmente os seguintes pontos que trabalhos ser o realizados pelo operador que forma de contrato de servi os ser acordada quem fornecer os materiais operacionais qual ser o per odo de vig ncia do contrato o contrato inclui uma grande inspe o como ser o tratados os problemas n o previstos As presta es inclu das no contrato de servi os de pende entre outros fatores de que atividades s o rea lizadas pelo pr prio operador da usina O grupo de es pecialistas em m quinas motrizes da Associa o Alem de Constru o de M quinas e Equipamentos Tratamento do Biog s e Op es de Utiliza o elaborou a especifica o e o modelo de contrato para trabalhos de manuten o e conserva o Com base nessa especifica o teve origem a diretriz VDI 4680 Fundamentos para a elabora o de contratos de servi os para usinas de cogera o Nela podem ser encon tradas as informa es sobre o conte do e a estrutura dos contratos 6 2 Conforme a VDMA admitem se diferentes formas de contrato de servi os O contrato de inspe o abrange todas as medidas para a
559. trientes ter em mente que se trata de metais pesados que em altas concentra es podem ter efeito inibidor e s o considerados subst n cias nocivas Em todo caso a adi o deve seguir o princ pio de tanto quanto necess rio e t o pouco quanto poss vel 5 1 9 Nitrog nio am nio am nia O nitrog nio contido na mat ria org nica convertido em am nia NH durante a decomposi o A am nia por sua vez dissocia se na gua formando o am nio Por ser necess rio no crescimento celular o nitro g nio um nutriente indispens vel para a vida Por outro lado h evid ncias de que elevadas con centra es de am nia am nio no substrato inibem a metanog nese Os mecanismos que acarretam a inibi o ainda n o s o completamente entendidos Apa rentemente as bact rias t m a capacidade de se adap tar a elevadas concentra es Assim dif cil estabelecer limites claros dada a especificidade com que cada processo reage eleva o da concentra o de am nia am nio H fortes ind cios de que o efeito inibidor adv m da fra o n o dissociada ou seja da am nia e que se firma uma depend ncia entre o efeito inibidor da con centra o existente da temperatura e do valor de pH Disso resulta a consequ ncia comprovada na pr tica de que usinas termof licas s o mais sens veis a eleva das concentra es de am nio que usinas mesof licas A rela o representada pela seguinte equa o A
560. tro desse per odo a forma o de metano a partir do res duo se encerra lagoas cerca de 5 dos reservat rios de biofertilizan tes foi classificada como n o pass vel de ser moder nizada 10 11 No caso de a aptid o moderniza o ser restrita deve se contar com custos mais elevados que os valo res anteriormente citados Alternativamente em usi nas de um est gio pode se estudar a viabilidade da constru o de mais um biodigestor pois nesses casos h um potencial de metano residual elevado princi palmente em tempos de reten o curtos o que se tra duz em receitas adicionais O xido nitroso se origina durante a nitrifica o do am nio ou a desnitrifica o do nitrato Como em es terco ou biofertilizantes armazenados em atmosfera estritamente anaer bia s h a presen a de am nio e n o ocorre a nitrifica o a forma o de xido nitroso se limita camada sobrenadante dependendo do seu tipo e aera o Isso se evidencia tamb m em estudos de emiss es de xido nitroso de esterco e biofertili zantes os quais levam em parte a resultados bem dis tintos quanto influ ncia da fermenta o nas emis s es de xido nitroso Via de regra as emiss es de N O de tanques de esterco s o desprez veis quando comparadas s emiss es de CH e NH n o tendo in flu ncia sobre o balan o de gases do efeito estufa 10 11 A instala o de uma cobertura imperme vel a gases permite evitar totalmente es
561. u mus und Kompost 172008 pp 64 67 Faustzahlen Biogas 2009 2 edi o revista e ampliada KTBL Hrsg Darmstadt Realiza o de um Projeto A concretiza o de um projeto de biog s abrange v rias etapas come ando pelo conceito e estudo da via bilidade passando pelo planejamento da usina e fina lizando com a sua entrada em funcionamento Durante a realiza o do projeto o promotor do pro jeto p ex o empres rio agr cola pode assumir diver sas fases da implementa o dependendo do seu en volvimento e dos recursos humanos e financeiros dispon veis A figura 11 1 exibe as diferentes fases a gera o de ideias o estudo de viabilidade a prepara o do investimento o licenciamento a constru o da usina e sua entrada em opera o IDEIA ESBOCO DO PROJETO AN LISE DE RENTABILIDADE ESTUDO DE VIABILIDADE PREPARATIVOS DOS INVESTIMENTOS PLANEJAMENTO DA LICEN A PLANEJAMENTO DA EXECU O CONSTRU O DA USINA COLOCA O EM FUNCIONAMENTO Figura 11 1 Etapas de realiza o de um projeto para a gera o e aproveitamento de biog s A seguir s o apresentadas checklists resumidas com o intuito de fornecer uma vis o geral das etapas de realiza o e explicar os principais trabalhos de um projeto 11 1 Ideia e esbo o do projeto Ap s o projeto de biog s ter sido decidido reco menda se que o promotor do projeto elabore um es bo o como base para a concretiza o e refer ncia
562. u diesel A mudan a para um combust vel alternativo se d sem contratempos e 126 pode ser necess ria para fornecer calor ao processo durante a partida da usina de biog s Conforme a EEG somente podem ser utilizados leos de igni o regenerativos como o metil ster de canola ou outras biomassas reconhecidas O uso des ses leos no entanto deve respeitar as exig ncias mi nimas de qualidade dos fabricantes de motores Os valores caracter sticos e os par metros operacionais de motores com igni o a compress o se encontram na tabela 6 9 Tratamento do Biog s e Op es de Utiliza o Tabela 6 10 Limites de emiss es da TA Luft de 30 07 2002 para motores de combust o conforme N 1 4 inclusive 1 1 e 1 2 4 Regulamento Alem o de Prote o contra Emiss es 6 16 Mon xido de carbono xido de nitrog nio Di xido de enxofre e tri xido de enxofre indicados como di xido de enxofre Total de part culas Subst ncias org nicas Formalde do 6 2 1 3 Redu o de poluentes e tratamento dos gases de combust o Conforme a Lei Alem de Prote o contra Emiss es BImSchG necess ria a autoriza o para operar motores de combust o estacion rios destinados ao uso com biog s e com pot ncia t rmica nominal de 1 MW ou superior A Diretriz T cnica Alem para o Controle da Polui o Atmosf rica TA Luft estipula valores limite a serem respeitados Se a pot ncia t r mica nominal instalad
563. u outras subst ncias pesadas na diges t o mida S o utilizados tanques dotados de separa 62 e em fun o da montagem do motor fora do digestor permitem a manuten o de forma simples e sem interrup o do processo e reparo das h lices e eixo dif cil pois t m de ser retirados do biodigestor ou este deve ser esvaziado e o biodigestor deve conter aberturas para manuten o e observar as normas de seguran a durante trabalhos no biodigestor dores de subst ncias pesadas para separ las Determinados substratos tais como esterco de gali nha por m aglutinam a areia fortemente mat ria org nica de modo que nos tanques somente possi vel separar pedras e outras subst ncias pesadas gros seiras Uma grande parte da areia liberada somente durante o processo de degrada o biol gica no biodi gestor Tecnologia de Usinas para a Produ o de Biog s Tabela 3 25 Valores caracter sticos e par metros operacionais de agitadores de p s e de carretel em biodigestores verticais e horizontais Valores caracter sticos e agitadores de giro lento em opera o intervalada consumo de pot ncia grandemente influenciado pelo substrato e local de uso na digest o seca demanda bem mais elevada em fun o da resist ncia oferecida pelo substrato e velocidade do funcionamento varia conforme o substrato e deve ser determinada na fase de partida e material resistente corros o em geral a o inoxid vel revestido
564. ua carga m xima neces s ria uma densidade de medi o superior da opera o normal dada a instabilidade do processo que o torna muito mais suscet vel a paradas Na partida o biodigestor deve ser enchido no menor tempo poss vel at que todas as sa das e en tradas veda es de l quidos estejam cobertas de l quido Durante a partida preciso ter em mente que no gas metro do biodigestor pode ocorrer a for ma o de misturas gasosas explosivas Por isso o enchimento deve ocorrer rapidamente Se n o hou ver in culo dispon vel em quantidade suficiente para a partida dissolver o in culo com gua para manter baixo o volume do gas metro Os agitadores devem ser operados submersos durante a partida evitando assim a ocorr ncia de fa scas 99 oT Guia Pr tico do Biog s Gera o e Utiliza o Ap s o enchimento o conte do do reservat rio pode ser aquecido uniformemente Em seguida pode ser iniciado o carregamento do substrato Na primeira entrada em opera o a fase de par tida pode ser acelerada pela adi o de uma quanti dade suficiente de bact rias envolvidas no processo de digest o Quanto maior a adi o de in culo mais curta a fase de in cio O ideal que o biodigestor seja enchido completamente com biomassa fermentada proveniente de outra usina Quando dispon vel utili zar tamb m uma mistura de biomassa fermentada de diferentes usinas esterco e gua Ao adicionar
565. ualiza o Outro importante componente das solu es de auto ma o s o os PCs e as op es em pain is com fun o de visualiza o Eles s o conectados entre si por um sistema bus e juntos constituem a solu o de automa o Em quase todas as usinas se utiliza a fun o de visualiza o que constitui o atual estado da t cnica S o comuns os pain is oferecidos em diversos mode los e apropriados para a representa o de uma pe quena parte de uma usina poss vel p ex o uso de um painel para a visua liza o da bomba de transporte do substrato Em modo autom tico ele permite a exibi o no local de todos os dados importantes tais como a rota o e a temperatura do motor quantidade bombeada falhas etc Ap s ser comutada para o modo manual a bomba pode ser controlada manualmente A tecnologia de pain is evoluiu tanto que hoje em dia permite comple xas visualiza es e tarefas de controle A solu o cl ssica a visualiza o baseada em PC Ela permite representar desde subprocessos espe c ficos at complexas centrais de controle Uma cen tral de controle um equipamento em que chegam to das as informa es e que permite a interven o humana nos processos e na usina A fim de possibilitar o acesso aos dados do CLP pe los aplicativos no sistema operacional Windows foi implementado um padr o que permite essa comunica o O servidor OPC uma plataforma de comunica o padroniz
566. ubarth J Kaltschmitt M Regenerative Energien in sterreich Systemtechnik Potenziale Wirtschaftlich keit Umweltaspekte Viena 2000 3 5 Hoffmann M Trockenfermentation in der Landwirt schaft Entwicklung und Stand Biogas Energietr ger der Zukunft VDI Berichte 1751 Congresso realizado em Leipzig 11 e 12 de mar o de 2003 3 6 Aschmann V Mitterleitner H Trockenverg ren Es geht auch ohne G lle Biogas Strom aus G lle und Bio masse top agrar Fachbuch Landwirtschaftsverlag GmbH M nster Hiltrup 2002 3 7 Beratungsempfehlungen Biogas Verband der Land wirtschaftskammern e V VLK Beratungsempfehlun gen 2002 3 8 3 9 3 10 3 11 3 12 3 13 3 14 3 15 3 16 Block K Feststoffe direkt in den Fermenter Land wirtschaftliches Wochenblatt pp 33 35 27 2002 Wilfert R Schattauer A Biogasgewinnung und nut zung Eine technische kologische und konomische Analyse DBU Projekt 15071 Zwischenbericht Institut f r Energetik und Umwelt gGmbH Leipzig Bundes forschungsanstalt f r Landwirtschaft FAL Braun schweig Dezember 2002 Zement Merkblatt Landwirtschaft LB 3 Beton f r land wirtschaftliche Bauvorhaben Bauberatung Zement Zement Merkblatt Landwirtschaft LB 13 Dichte Beh l ter f r die Landwirtschaft Bauberatung Zement Gers Grapperhaus C Die richtige Technik f r Ihre Biogasanlage Biogas Strom aus G lle und Biomasse top agrar
567. ubstrato A homogeneidade do substrato introduzido de suma import ncia para a estabilidade do processo fer mentativo A oscila o da carga e a troca da composi o do substrato exigem que os microrganismos se adaptem s diferentes condi es o que se reflete nega tivamente no rendimento de biog s Via de regra os substratos bombe veis s o homogeneizados por meio de agitadores no tanque de carga A homogeneiza o tamb m pode ocorrer no biodigestor se forem realiza dos o bombeamento direto de substratos diferentes no caso de l quidos ou a introdu o direta no caso de s lidos A tecnologia de agitadores apresentada na se o Agitadores A mistura em um tanque de carga corresponde grosso modo aos sistemas de biodigesto res de mistura completa ver cap tulo 3 2 2 1 se o T cnicas com mistura completa Higieniza o Sob determinadas circunst ncias necess rio inte grar usina de biog s um processo de pr trata mento t rmico para que atenda conformidade dos 39 3 Ev Q 080 GO Guia Pr tico do Biog s Gera o e Utiliza o Tabela 3 7 Valores caracter sticos e par metros operacionais de equipamentos de fragmenta o com fun o de transporte integrada Valores e possibilitam fluxos de transporte de at 720 m h caracter sticos e altura de transporte de at no m ximo 25 m e pot ncia de entrada 1 7 22 kW Aplica o e substratos bombe veis compost
568. ubstrato carregado valores m dios m nimos e m ximos obtidos de 64 usinas de biog s Programa de Medi o de Biog s II 10 8 20 22 C M dia 3 7 14 Min m x 0 8 9 2 0 1 5 4 37 C Media 10 1 5 0 Min m x 2 9 22 6 1 1 15 0 Em usinas multiest gio registra se a tend ncia de um potencial de g s residual menor tanto na faixa de 20 22 C como a 37 C tabela 10 6 Isso se ex plica principalmente pelo tempo de reten o mais longo t pico da opera o multiest gio que tem o 197 O O i Guia Pr tico do Biog s Gera o e Utiliza o efeito de reduzir o potencial de g s residual figura 10 1 Em fun o do elevado potencial de aquecimento global do CH 1 g CH corresponde a 23 g CO deve se centrar no objetivo de reduzir ou evitar as emiss es de CH dos reservat rios de biofertilizantes Usinas que n o sejam equipadas com um reservat rio final imperme vel a gases devem al m de dispor de modo multiest gio biodigestores em cascata cum prir no m nimo um dos seguintes requisitos tempo de reten o hidr ulica m dio do volume to tal de substrato utilizado de no m nimo 100 dias a uma temperatura de fermenta o constante ao longo do ano de no m nimo 30 C ou Carga org nica volum trica lt 2 5 kg MOS m amp d O c lculo do volume de substrato deve considerar to dos os carregamentos no s biodigestor es portanto tamb m a gua e ou material recirculado p
569. ui o de gases de fontes renov veis a G260 regula menta a qualidade do g s e a G685 a contabiliza o do biog s injetado O preparo do biometano para que atenda aos requisitos de qualidade previstos nessas normas e recomenda es t cnicas de responsabili dade do fornecedor o ajuste fino poder calor fico su perior odor press o de responsabiliade da distri buidora Isso deve ser realizado com o m ximo de exatid o poss vel a fim de evitar zonas mistas e de os cila o A nica diferen a essencial na configura o de uma usina de biog s destinada inje o na rede de distribui o que ela dispensa a unidade de cogera o Por isso considerar haver alternativas para a disponibiliza o de eletricidade e calor do processo A processo pode ser alimentado com energia el trica da rede o biodigestor e os equipamentos de trata mento p ex para o tratamento do biog s com ami nas podem ser aquecidos por meio de uma caldeira Outra possibilidade a opera o em paralelo de uma usina de cogera o dimensionada com capacidade para fornecer a energia necess ria aos processos O biog s restante seria injetado na rede de distribui o 6 3 2 Inje o em microrredes de g s Uma microrrede de g s consiste na conex o de uma usina de biog s com um ou mais equipamentos de processamento de g s usina sat lite de cogera o por meio de tubos O seu uso recomend vel quando n o poss vel ut
570. uipamento adicional para transporte em pequena escala e pode ser introduzido como solu o ou na forma de pellets e gr os e nenhuma ou muito pouca manuten o necess ria 119 og O Guia Pr tico do Biog s Gera o e Utiliza o Tabela 6 6 Valores caracter sticos da dessulfuriza o com carv o ativado Valores e uso de carv o ativado impregnado iodeto de pot ssio carbonato de pot ssio ou dopado permanganato caracter sticos de pot ssio Aplica o e todos os sistemas de gera o de biog s e para a dessulfuriza o fina em concentra es de 150 a 300 ppm Vantagens custos de investimento moderados timas taxas de dessulfuriza o valores lt 4 ppm poss veis 6 25 com o uso de carv o ativado dopado a inje o de oxig nio n o tem impacto negativo sobre o processo evita forte corros o dos componentes no gas metro do biodigestor em compara o com a biodessulfuriza o interna t cnica adequada para a inje o de biog s Desvantagens n o apropriado para biogases sem oxig nio e vapor d gua exce o carv o ativado impregnado a regenera o onerosa e implica elevados custos operacionais vapor d gua com temperaturas acima de 450 C 6 4 elimina o do carv o ativado n o poss vel aproveitar o enxofre extra do Particularidades a dessulfuriza o com carv o ativado usada quando se necessita de gases com teores de enxofre especialment
571. uisitos da BiomasseV Por essa raz o o biog s propriamente dito deve ser gerado exclusivamente de biomassa como definida no BiomasseV Subsequente mente para a gera o de eletricidade pode ser utili zado o biog s juntamente com outra biomassa em sentido amplo por exemplo g s do tratamento de efluentes cf 3 n 11 do BiomasseV Desde 1 de janeiro de 2009 a remunera o da EEG pela inje o de energia por usinas de maior porte geralmente est associada cogera o de eletricidade e calor De acordo com essa altera o da lei a eletrici dade de usinas de biog s com pot ncia superior a 5 MW s s o merecedoras da remunera o se forem geradas com o aproveitamento simult neo do calor Essa restri o tem como objetivo incentivar os opera dores a construir grandes usinas de biog s somente nas proximidades de consumidores de calor 7 3 3 2 B nus para a utiliza o de biomassas dedicadas A EEG concede um b nus para o uso de recursos re nov veis em alem o denominados de NawaRo tam b m referidos como culturas energ ticas ou biomassas dedicadas que visa compensar o fato de a utiliza o de mat rias de origem unicamente vegetal ser mais cara que o uso de biomassa oriunda por exemplo de res duos Assim pretende se a otimiza o do aprovei tamento da biomassa gerada em atividades agr colas silviculturais e horticulturais especialmente em usi nas menores em que uma opera o base de biomas
572. ulo cont m pormenores sobre o baga o do malte subproduto que representa a maior fra o Vale lembrar que com exce o da terra diatom cea as demais fra es tamb m se prestam bem ao uso em usinas de biog s No entanto atualmente apenas uma parte das quantidades produzidas pode ser efetiva mente utilizada pois os subprodutos t m tamb m ou tros destinos tais como a ind stria aliment cia leve dura ou o uso como ra o cevada mida p de malte As propriedades e os valores de produ o se encontram resumidos no cap tulo 4 4 78 Tabela 4 5 Produ o de biog s padr o de subprodutos de origem vegetal conforme a lista positiva da EEG 2009 Baga o do malte fresco ou prensado 21 se Res duos de hortali as 100 27 Hortali as refugo 150 41 Cereal res duos 960 259 Gr os destilados de cereais trigo da 68 18 produ o de lcool P de cereais 652 176 Glicerol do processamento 1 346 364 de leos vegetais Ervas e plantas medicinais 220 59 Batatas refugo 350 95 Batata em pasta teor m dio de amido Ge gua residual da produ o de amido de 43 12 batata guas residuais da produ o de amido de 11 3 batata Polpa de batata da 229 62 produ o de amido Cascas de batata 251 68 Res duo do destilado de batata da produ o de 63 17 lcool Mela o da produ o de 629 170 a car da beterraba Baga o de frutas fresco 187 51 n o tratado Farelo de canola 1 038 281 To
573. um projeto de usina de biog s e com base nas informa es contidas nos cap tulos pre cedentes apresenta ao leitor recomenda es e che cklists para a constru o opera o e contrata es da usina O cap tulo 12 se prop e a motivar a elabora o de conceitos e lan ar iniciativas Ele tamb m apre senta argumentos em favor da produ o e uso de bio g s como forma de apoiar campanhas de rela es p blicas cujo papel fundamental na realiza o de um projeto de recupera o de energia de substratos org nicos para a produ o de biog s 1 4 P blico alvo O guia dirigido a todos os interessados na produ o e uso do biog s e queles de alguma forma envolvidos em um projeto de biog s A publica o portanto voltada primariamente para as pessoas e institui es empenhadas na realiza o desse tipo de projeto O p blico alvo inclui agricultores empresas do ramo agr cola e seus parceiros Na qualidade de produtores de substrato e energia eles t m um potencial interesse na recupera o e uso da energia do biog s Al m disso os res duos de uma usina de biog s t m alta 17 og A l os Guia Pr tico do Biog s Gera o e Utiliza o qualidade e podem ser utilizados como adubos agri colas O p blico alvo inclui tamb m geradores e recicla dores de res duos org nicos tais como empresas de disposi o de res duos e prefeituras Investidores ins titucionais e privados bem com
574. um subproduto da fabrica o de lcool a partir de cereais beterraba batata ou frutas Na fabrica o a cada litro de lcool produzida uma Descri o de Substratos Selecionados quantidade 12 vezes maior de gr os destilados que ap s secos s o usados principalmente como ra o animal ou adubo 4 12 Na maior parte dos casos po r m o uso de gr os destilados restrito em fun o dos baixos teores de mat ria seca e consequente mente dos custos relativamente elevados de trans porte Nesse contexto vejamos as oportunidades que se apresentam para a gera o de biog s associada fa brica o de lcool A fermenta o dos gr os destila dos promove a forma o de biog s o qual pode ser aproveitado em uma usina de cogera o de energia el trica e calor que por sua vez suprem as necessida des da fabrica o de lcool Isso possibilita uma utili za o em cascata das biomassas dedicadas configu rando uma alternativa sustent vel e de uso eficiente dos recursos em rela o a processos de reaproveita mento dos gr os destilados adotados at ent o As propriedades f sico qu micas das mat rias e as produ es de g s se encontram respectivamente nas tabelas 4 6 e 4 7 no cap tulo 4 4 4 2 3 Produ o de biodiesel A produ o de biodiesel tem como subprodutos a torta prensada de canola e o glicerol bruto mat rias com voca o para o uso como cossubstratos em usinas de biog s agr colas g
575. uma capacidade de armazena mento de no m nimo 180 dias 3 2 3 2 Biofertilizantes s lidos A biomassa fermentada s lida se origina na fermenta o a seco e tamb m como fra o do produto da di gest o Conforme a utiliza o eles s o depositados em locais pavimentados a c u aberto ou em galp es reservat rios descobertos em alguns casos m veis e em containers Geralmente o armazenamento se d Tecnologia de Usinas para a Produ o de Biog s Tabela 3 34 Valores caracter sticos e par metros operacionais de c pulas de lona dados em parte de 3 3 Valores caracter sticos Aplica o Vantagens Desvantagens Particularidades Formas construtivas Manuten o e dispon vel para volumes de gas metro de at 4 000 m e sobrepress o 5 100 mbar e permeabilidade da lona estimativa de 1 5 o de perda de biog s por dia e materiais borracha but lica liga de polietileno e polipropileno borracha de EPDM e para todas as usinas de biog s com biodigestor vertical e p s digestor com o maior di metro poss vel dispensam edif cio adicional n o exigem mais espa o como o metano se encontra fortemente misturado a outros gases em um grande espa o a sua atual concentra o no gas metro do biodigestor n o pode ser medida e portanto n o reflete a atividade dos microrganismos sem um telhado adicional o isolamento t rmico do gas metro insignificante sem telhado extra sensibilidade a
576. ura 3 4 Esquema de uma usina de biog s agr cola com utiliza o de cosubstrato ATB di es do contrato de fornecimento e o pagamento justo Em ess ncia deve se pesar o substrato fornecido e registrar todos os dados de entrada Substratos decla rados como res duos merecem especial aten o uma vez que conforme a sua classifica o pode se exigir que sejam documentados ou que se satisfa am exig n cias de autoridades Por essa raz o tamb m s o cole tadas amostras de reserva de substratos cr ticos para uso posterior Maiores informa es sobre as disposi es legais e administrativas podem ser encontradas no cap tulo 7 3 2 1 2 Armazenamento Essencialmente a fun o de dep sitos de substrato manter uma quantidade necess ria de substrato para alimentar o sistema de algumas horas at dois dias A concep o do dep sito depende dos substratos utili zados A rea necess ria para o dep sito definida conforme as quantidades de mat ria esperadas e os per odos em que o fluxo de substrato dever ser equi librado Se houver aquisi o de cossubstratos estipu la es contratuais tais como quantidade e frequ ncia do fornecimento s o fatores a serem considerados Se a higiene dos cossubstratos for cr tica substratos de origem industrial por exemplo deve se garantir ri gorosamente a estrita separa o entre a esta o de re cebimento e as opera es agr colas Deve se excluir a possi
577. ustram o equipamento 3 2 2 1 Tipos de biodigestor O tipo de biodigestor adotado est intimamente li gado ao seu processo de fermenta o Na digest o de substrato podem ser utilizados os processos de mis tura completa a t cnica de fluxo pistonado ou proces sos especiais 52 Tecnologia de Usinas para a Produ o de Biog s Tabela 3 19 Caracter sticas de biorreatores com t cnica do fluxo pistonado conforme 3 1 e 3 3 Valores e dimens es biodigestores horizontais at 800 m biodigestores verticais at aprox 2 500 m caracter sticos Aplica o e material normalmente de a o ou a o inoxid vel tamb m concreto armado e digest o mida adequada para substratos bombe veis com elevado teor de mat ria seca e digest o seca os equipamentos de transporte e agita o devem ser adaptados ao substrato e destinados alimenta o semicontinua e continua Vantagens constru o compacta e de baixo custo em usinas pequenas separa o dos est gios de digest o no fluxo pistonado sobrenadantes e camadas de sedimenta o evitados em fun o da arquitetura tempos de reten o curtos arquitetura compacta permite perda de calor reduzida e aquecimento eficiente digest o mida podem ser utilizados agitadores potentes confi veis e que proporcionam economia de energia Desvantagens os tanques exigem espa o cumprimento dos tempos de reten o pela elimina o de curtos circuitos
578. uzem a produ o de g s Em alguns casos adotam se solu es t cni cas como trocadores de calor e tanques de carga aque cidos 42 Transporte de substrato bombe vel O transporte de substratos bombe veis na usina de biog s se d principalmente por meio de bombas movidas a motores el tricos As bombas podem ser controladas por temporizadores ou computadores permitindo automatizar o processo parcial ou comple tamente Em muitos casos todo o transporte do subs trato na usina realizado de forma centralizada por uma ou duas bombas localizadas em uma cabine de controle ou esta o de bombas A coloca o da tubu la o se d de forma que todas as situa es operacio nais tais como alimenta o esvaziamento completo dos tanques avarias entre outras possam ser con troladas por meio de v lvulas guilhotina de f cil acesso A figura 3 11 mostra um exemplo de instala o de bombas e tubula o em uma usina de biog s Figura 3 11 Bombas em uma usina de biog s WELtec BioPower GmbH Deve se assegurar que as bombas sejam facilmente acess veis e volta delas seja deixado suficiente es pa o para o trabalho Apesar das medidas preventivas e da boa prepara o do substrato existe a possibili dade de entupimento das bombas o que deve ser ra pidamente reparado Outro aspecto importante o fato de as pe as m veis das bombas sofrerem des gaste Elas est o sujeitas a elevados esfor os e n
579. v N O O D x DI mm O v Oo o vi N 2 E DI Cultura Cultura energetica lchorume energeticalchorume 100 0 E Produ o de biomassa Cr dito de adubo BF O Total 70 130 Transporte de biomassa Cr dito de chorume Cultura matriz energ tica chorume el trica alem 40 60 EE Convers o de biomassa W Matriz el trica DE Figura 12 2 Emiss es de gases do efeito estufa kg CO eg kWh de usinas modelo de biog s em compara o com a matriz el trica alem BF biofertilizante 12 5 usina uma possibilidade de melhorar os efeitos am bientais o tratamento do biog s para obter quali dade de g s natural e a canaliza o para um local com alta demanda de calor o ano todo no qual ent o rea lizada a convers o A Figura 12 2 mostra as emiss es dos gases do efeito estufa emiss es de GEE procedentes da gera o de energia el trica com biog s de diversas usinas em compara o com as emiss es de gases do efeito estufa da matriz el trica alem 2005 12 5 Esse c l culo considera usinas modelo de biog s para as quais se assumiu unicamente o uso de culturas energ ticas ou a combina o de culturas energ ticas e esterco l quido como combust vel da usina As emiss es de gases do efeito estufa s o indicadas em equivalente de di xido de carbono por quilowatt hora el trico O cultivo de esp cies energ ticas est normalmente as sociado a emiss es adic
580. ve atin gir 7 000 horas por ano em carga total somente atinge esse n vel se operar quase incessantemente em carga parcial 90 da pot ncia nominal A opera o do mo tor em carga parcial significa quase sempre que ele so fre quedas em efici ncia Tais perdas de efici ncia sempre se refletem em uma redu o da quantidade de eletricidade produzida e por conseguinte na redu o do faturamento da usina O cap tulo 8 3 An lise de sensibilidade cont m um panorama detalhado das perdas econ micas devidas p ex redu o da efici ncia em 5 Do ponto de vista econ mico portanto a meta deve ser que a usina de cogera o opere em carga to tal durante 8 000 por ano necess rio observar po r m que esse n vel de carga do motor exige um vo lume de armazenamento de g s suficiente gt 7 h e um h bil gerenciamento do armazenamento de g s Em situa o normal o n vel do gas metro n o deve ultra passar 50 para poder acomodar o volume de g s adicional durante a homogeneiza o 191 oc O o SCH Guia Pr tico do Biog s Gera o e Utiliza o E Deposi o de biofertilizantes E Colheita de milho m Cultivo de milho O Cultivo e colheita de cereais D Supervis o da UBG q o N E 5 53 E o E Le ZG Quinzena Figura 9 6 Tempo de trabalho necess rio para a usina modelo III compensar o aumento de volume causado pela inci 9 2 Fontes bibliogr ficas
581. vem ser coorde nadas com outras atividades agr colas permitindo ob ter valores de refer ncia que propiciam suficiente confiabilidade No quadro geral vale ressaltar que os custos da m o de obra nas opera es de uma usina de biog s perfazem menos de 10 do total de custos n o tendo portanto um peso decisivo na rentabilidade do neg cio Mesmo assim deve se realizar o c lculo da rentabilidade nos casos em que gargalos na m o de obra dispon vel exigem a contrata o da presta o de servi os externa Observar que no futuro a maior exatid o do planejamento depender de valores de re fer ncia mais precisos O tempo de trabalho necess rio para o preparo e carregamento do substrato no biodigestor depende muito do tipo de substrato Substratos l quidos como o esterco s o geral mente armazenados no est bulo ou ao seu lado transferidos para um reservat rio de alimenta o e dali bombeados para o interior do biodigestor por uma bomba temporizada cf cap tulo 8 1 Represen ta o das usinas modelo O tempo de trabalho ne cess rio se limita a verifica es e ajustes ocasionais e deve ser coberto pelos valores de refer ncia de traba lhos de manuten o mencionados anteriormente O mesmo vale para baga os l quidos e polpas oriundas da fabrica o de vinho aguardente e suco de frutas Gorduras e leos l quidos s o bombeados dos vei culos de entrega para tanques ou fossas pr prias Tamb m nesse caso o tem
582. via Pr tico do Biog s Gef rdert durch rar r e FACHAGENTUR FR Bundesministerium f r NACHWACHSENDE Ern hrung Landwirtschaft ROHSTOFFE e V und Verbraucherschutz aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages A Projeto Brasil Alemanha de Fomento ao Aproveitamento Energ tico do Biog s O PROBIOG S um projeto inovador no pa s coordenado pelo Minist rio das Cidades e pela GIZ que conta com uma rede de parcerias nasesferas governamental acad mica e empresarial Para alcan ar o objetivo de ampliar oaproveitamento energ tico de biog s no Brasil o PROBIOGAS tem como principais linhasde atua o apoio t cnico aos agentes relevantes parao desenvolvimento de pol ticas p blicas normas t cnicas e projetos de refer ncia capacita o de institui es estrat gicas nossetores de energia e saneamento facilita o do desenvolvimento de parceriasde neg cio e de pesquisa cria o de redes decompet ncia entreBrasil e Alemanha O projeto financiou a vers o em portugu s do LeitfadenBiogas Informa es www cidades gov br saneamento www giz de brasil snsa darin cidades gov br probiogas giz de alem Cidades DEUTSCHE ZUSAMMENARBEIT FAS GOVERNO FEDERAL PAIS RICO E PAIS SEM POBREZA biogasportal info Guia Pratico do Biogas Gera o e Utiliza o Publicado pela Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e V FNR com o apoio do Minist rio da Nutri o Agricultura e D
583. volumes de dados L gica fuzzy Exige pouca quantidade de dados requer Pode ser utilizado quando o processo for n o linear conhecimento especializado se n o houver modelo eem cen rios de entrada e sa da pode integrar de simula o conhecimento especializado manuseio f cil desvio em rela o ao estado desejado e inicia as medi das necess rias para que se retorne a tal estado Ao contr rio do controle simples o retroalimen tado considera a rea o do processo na opera o de controle Controles simples n o s o adequados para o processo de digest o pois o mecanismo de controle n o tem a capacidade de registrar perturba es n o previstas no processo e reagir adequadamente Todo tipo de controle de processo mesmo aqueles realiza dos pelo operador exige valores medidos que permi tem a descri o do estado do processo com suficiente precis o Caso contr rio os dist rbios no processo n o podem ser detectados a tempo havendo o risco de perdas graves no desempenho Em usinas de biog s o controle de processo retroa limentado se d pelo processo biol gico e na maior parte dos casos realizado pelo operador da usina Por meio da compara o dos valores medidos dispo n veis com os valores emp ricos e valores nominais o operador estima o estado atual do processo A efic cia desse m todo depende muito da disponibilidade e do conhecimento t cnico do pessoal Se for implementado um monitoramen
584. watt hora Na vi s o do autor por m essa regra de exclus o n o deve contemplar usinas de gera o de eletricidade que rece bem o biog s diretamente da usina de gera o de g s por meio de uma microtubula o de g s cf 7 3 2 1 A sistem tica da lei EEG est em seu favor pois tais usi nas n o obt m da tubula o o g s natural classificado como biometano mas sim o biog s genu no de modo que em absoluto n o teria sido necess ria a re fer ncia fic o jur dica do 8 27 2 do n VI 2 b linha 3 do Anexo 2 da EEG Al m do mais uma nica tubu la o de g s n o constitui uma rede de g s na acep o do n VI 2 b linha 3 do Anexo 2 da EEG Caso contr rio a exce o sempre se aplicaria desde que sujeita a uma diferencia o legal imprecisa conforme o compri mento das tubula es e perderia o car ter de uma re gra de exce o uma vez que toda a usina de cogera o com biog s est ligada ao biodigestor por meio de uma tubula o de g s 152 B nus de conserva o da paisagem Tamb m parte do grupo de b nus NawaRo o b nus de conserva o da paisagem remunera as atividades de desbaste corte e poda Se na usina de biog s forem utilizadas predominantemente plantas e partes de plantas produzidas em atividades de conserva o a remunera o regulamentada se eleva em 1 96 centavos de euro por quilowatt hora para usinas postas em opera o no ano de 2011 Este b nus tam b
585. wirtschaftlicher Betriebe in einem Was serschutzgebiet 10 6 Steinm ller S M ller P Pietsch M 2007 Phytohy gienische Anforderungen an Kl rschl mme Rege lungsnotwendigkeiten und m glichkeiten In Pers pektiven der Kl rschlammverwertung Ziele und Inhalte einer Novelle der Kl rschlammverordnung KTBL Schrift 453 KTBL Darmstadt 10 7 D hler et al 2002 Anpassung der deutschen Metho dik zur rechnerischen Emissionsermittlung an interna tionale Richtlinien sowie Erfassung und Prognose der Ammoniakemissionen der deutschen Landwirtschaft und Szenarien zu deren Minderung bis zum Jahre 2010 Berlim 10 83 FNR 2009 Ergebnisse des Biogasmessprogramm II G lzow 10 9 Clemens J Wolter M Wulf S Ahlgrimm H 2002 Methan und Lachgas Emissionen bei der Lage rung und Ausbringung von Wirtschaftsd ngern in KTBL Schrift 406 Emissionen der Tierhaltung pp 203 214 10 10 Roth U Niebaum A J ger P 2006 Gasdichte Abde ckung von G rrestlagerbeh ltern Prozessoptimierung und wirtschaftliche Einordnung In KTBL Schrift 449 2006 Emissionen der Tierhaltung Messung Beurtei lung und Minderung von Gasen St uben und Keimen KTBL Darmstadt 328 S 10 11 Niebaum A Roth U D hler H 2008 Bestandsauf nahme bei der Abdeckung von G rrestlagerbeh ltern In Emissionsvermeidung beim Betrieb von Biogasanla gen Forum de especialistas da KRdL 4 de november de 2008 Bundesmini
586. xa de degrada o m xima e taxa de produ o de g s portanto s o definidos pelo di mensionamento da usina e pelo substrato utilizado Esses par metros t m de ser mantidos t o constantes quanto poss vel pelo operador da usina O estado es tacion rio contudo n o pode ser atingido na pr tica uma vez que imposs vel excluir completamente a possibilidade de falhas p ex altera es das proprie dades do substrato paradas de bombas introdu o de desinfetantes no sistema etc Essas falhas levam a desvios do estado ideal que precisam ser detectados a fim de que a causa possa ser identificada e o problema sanado Esse desvio do estado estacion rio pode ser detec tado diretamente pela diferen a entre os fluxos de ma t ria Na pr tica por m a medi o precisa da composi o da mat ria que entra e sai algo oneroso e em muitos casos at mesmo a medi o do substrato efetivamente introduzido e do volume de g s de fato produzido problem tica o que inviabiliza o c lculo preciso sem lan ar m o de caros m todos e equipa 85 oT Guia Pr tico do Biog s Gera o e Utiliza o mentos Por isso em muitas usinas se adotam solu es parciais que nem sempre bastam para garantir estabilidade ao processo A seguir s o apresentados os par metros de medi o mais usuais e dispon veis para a avalia o do pro cesso biol gico 5 1 1 Taxa de produ o de biog s Na qualidade de pro
587. xplorado A tecnologia adotada pelas usinas para esgotar o potencial energ tico j atingiu um timo padr o acompanhando o aumento no rigor dos requisitos do licenciamento Com frequ ncia o seu alto n vel com 226 par vel ao de equipamentos industriais de outros ra mos Os sistemas se tornaram muito mais confi veis e seguros O aumento dos casos de acidente em usinas noticiados regularmente pela imprensa se explica pelo grande aumento de usinas na Alemanha e em casos isolados devido usina n o satisfazer as exig n cias t cnicas em sua constru o A maioria dos com ponentes de sistemas por m ainda oferece potencial de aprimoramento sobretudo no que tange efici n cia da usina Fundamentalmente a gera o e utiliza o do bio g s representam um canal extremamente vantajoso e ecol gico de disponibiliza o de energia quando em compara o com vetores energ ticos f sseis Essa van tagem se faz notar principalmente quando na gera o do biog s se utilizam res duos que n o exigem custos adicionais de preparo Dessa perspectiva vale desta car que o biog s um vetor energ tico que propicia um aproveitamento eficiente e o mais completo possi vel Nos ltimos dez anos a Alemanha foi capaz de quintuplicar o seu parque de usinas de biog s A po t ncia total das usinas cresceu de 45 MW 1999 para 1 853 MW fins de 2009 Por usina a pot ncia el trica instalada m dia aumento de 53

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