BIOGÁS: energia verde, renovável e limpa!

Por que o biogás é uma opção de energia renovável?

O biogás é uma mistura de gases resultantes do processo de decomposição da matéria orgânica por bactérias na ausência de oxigênio, ou seja, em um processo anaeróbio. O principal componente desta mistura é o metano, um gás com alto potencial energético. Assim, é possível gerar gás a partir do lixo e obter eletricidade, calor e combustível limpo. Qualquer resíduo orgânico tem potencial para produzir biogás, por isso ele é uma fonte inesgotável de energia renovável, e se apresenta como solução para gestão de resíduos oriundos de atividades no meio rural e urbano.

O biogás tem grande importância ecológica para a sustentabilidade do planeta.

Com a produção do biogás por meio do reaproveitamento de dejetos naturais, deixa-se de contaminar lençóis freáticos, rios, açudes e o solo. Além disso, evita-se lançar na atmosfera gases de efeito estufa, como o metano e dióxido de carbono que são produzidos pela decomposição desses dejetos. Assim, é possível destinar resíduos agrícolas a uma gestão alternativa e sustentável.

O biogás pode ser classificado como biocombustível, passando de um acentuado poluidor ambiental a uma forma de obter energia que pode auxiliar o ser humano a abandonar a dependência de combustíveis fósseis (petróleo e carvão). Dessa maneira ainda pode promover os três pilares da sustentabilidade: desenvolvimento social, ambiental e econômico. Quer saber como?

Biomassa: resíduos orgânicos como matéria-prima para a produção de biogás

A presença dos macronutrientes (carbono, nitrogênio, potássio, fósforo e enxofre) e de alguns micronutrientes (sais minerais, vitaminas e aminoácidos) são fundamentais para o desenvolvimento de microrganismos (metano bactérias). O conhecimento da composição química e do tipo de biomassa utilizada é muito importante, como por exemplo, os dejetos animais são ricos em nitrogênio; os resíduos de culturas vegetais são ricos em carbono; os sais minerais estão presentes nos dejetos animais e resíduos vegetais.

Qualquer matéria orgânica biodegradável pode ser adicionada aos biodigestores anaeróbicos para a produção de biogás e alternativa de energia, como:

• Produção animal: dejetos, rejeitos e carcaças da suinocultura, pecuária, avicultura e piscicultura;
• Resíduos agrícolas: cascas, folhagens, palhas, grãos e restos de cultura;
• Resíduos industriais: bagaços, descartes, efluentes, gorduras, restos de restaurantes e efluentes industriais com elevada carga orgânica;
• Resíduos orgânicos municipais advindos da atividade humana: esgoto, resíduos domésticos orgânicos, resíduos de manutenção de parques e jardins, entre outros.

Como se pode destinar os resíduos agrícolas de uma forma sustentável?

Estudos afirmam que o setor do agronegócio tem acentuado sua participação nos impactos provocados ao meio ambiente, sendo responsável pelo maior volume de biomassa produzida. A biomassa é uma das maiores fontes de energia disponíveis nas áreas rurais e agroindustriais, e apresenta-se na forma de resíduos vegetais e animais. No Brasil, verifica-se o grande potencial de disponibilidade agronômica dos principais resíduos do agronegócio brasileiro, indicando que mais de 50% dos resíduos do setor podem ser reutilizados para produção de energia a partir da obtenção do biogás, visto que o país se tornou um dos maiores produtores mundiais de bovinos, suínos e frangos.

Com relação à resíduos orgânicos, no que diz respeito a produção de banana, estima-se que para cada tonelada da fruta colhida, são produzidas aproximadamente 4 toneladas de resíduos vegetais. Segundo a EPAGRI no ano de 2014 a banana foi a fruta mais consumida no mundo, representando 13% de todas as frutas produzidas. O Brasil é o quarto maior produtor mundial de banana, com mais de 6.7 milhões de toneladas da fruta, conforme dados do IBGE.

Ensaios laboratoriais que utilizaram folha de bananeira com dejeto bovino tiveram um equilíbrio de nutrientes (nitrogênio e fósforo), podendo verificar um alto percentual de resultados que influenciam e colaboram na produção do biogás. Dessa forma, confirma-se a necessidade do desenvolvimento de processos que priorizem a valorização de resíduos do agronegócio, seja de origem animal ou agrícola, diante do grande potencial na produção do biogás.

Composição do biogás

A composição do biogás depende do material orgânico utilizado e do tipo de tratamento anaeróbio que ele sofre. Contudo, de forma geral o biogás é uma mistura gasosa composta principalmente por:

• Metano (CH4): 50 – 70%;
• Dióxido de carbono (CO2): 25 – 50%;

e ainda traços de outros gases como:

• Hidrogênio (H2): 0 – 1%;
• Gás sulfídrico (H2S): 0 – 3%;
• Oxigênio (O2): 0 – 2%;
• Amoníaco (NH3): 0 – 1%;
• Nitrogênio (N2): 0 – 7%.

O gás metano (CH4) (Figura 1) disponível no biogás é considerado um combustível gasoso que possui alto conteúdo energético e alto poder calorífico, semelhante ao gás natural. Sendo o metano o principal constituinte do biogás, este não tem cheiro, cor, nem sabor, mas o biogás apresenta odor desagradável devido outros gases presentes em sua composição.

Figura 1: Molécula de metano (CH4).
Fonte: StockFresh

Mas como o metano é produzido a partir de matéria orgânica?

A produção de metano ocorre naturalmente em diferentes ambientes naturais tais como pântanos, solo, sedimentos de rios, lagos e mares, assim como nos órgãos digestivos de animais ruminantes.

As bactérias anaeróbicas produzem o metano por meio de biodigestão anaeróbica, não envolvendo oxigênio, pois este é letal para essas metano bactérias anaeróbicas (Figura 2). A nível bacteriano, a biodigestão anaeróbia acontece em quatro etapas: hidrólise, acidogênese, acetogênese e metanogênese. Cada uma dessas etapas contribui para quebrar as ligações moleculares complexas para formar compostos mais simples até transformá-los em metano, água e outros gases.

Figura 2: Archeas Metanogênicas responsáveis pela geração de metano no processo de fermentação anaeróbia.
Fonte: Portal do biogás

De forma resumida, o processo de produção de biogás (Figura 3) se baseia na utilização de biomassa, que são resíduos sólidos (subprodutos orgânicos), que sofrem fermentação biológica (30-60 dias) em um biodigestor e assim permite a obtenção de energia, calor e de um subproduto rico em nutrientes que pode ser utilizado como fertilizante em cultivos agrícolas diversos.

Figura 3: Ciclo de geração do biogás.
Fonte: Portal Amazônia.

A produção do biogás pode ocorrer a nível industrial!

Em uma usina de biogás, o biodigestor (biofermentador ou bioreator) deve estar totalmente vedado impossibilitando a entrada de ar (oxigênio), caso contrário, ocorrerá a morte das bactérias anaeróbicas causando o fim da produção do biogás metano. Nos biodigestores, a biodigestão anaeróbia ocorre nos chamados fermentadores. A temperatura no interior do biodigestor é um parâmetro importante para a produção de biogás. As bactérias que produzem metano são muito sensíveis a alterações de temperatura, e a formação de metano ocorre entre 30 e 40°C. Assim, outro papel importante do biodigestor é assegurar certa estabilidade de temperatura para as metano bactérias. Mudanças no pH do meio também podem afetar sensivelmente as bactérias envolvidas no processo da digestão anaeróbia. A faixa de operação dos biodigestores é entre pH 6,0 e 8,0, sendo que as bactérias produtoras de metano têm um crescimento ótimo na faixa de pH entre 6,6 e 7,4. Segue abaixo uma animação para ilustrar melhor esse processo.

As possíveis aplicações do uso do biogás como fonte de energia

A preocupação com emissões de dióxido de carbono a partir de fontes fósseis contribuíram para a necessidade de substituir derivados de petróleo. O processo de transformação microbiológica de resíduos sólidos orgânicos em energia é bastante atrativo do ponto de vista ambiental e econômico (Figura 4).

• alternativa energética;
• geração de energia térmica e elétrica;
• combustível de baixo custo por se originar de um subproduto;
• recurso natural sustentável e renovável;
• melhor gerenciamento dos dejetos agrícolas;
• substituição ao gás liquefeito de petróleo (GLP).

Figura 4: Representação dos usos possíveis para o biogás.
Fonte: BETAEQ.

O biogás ainda pode passar por um processo de enriquecimento baseado na remoção do gás carbônico. Produz-se assim o biometano (combustível verde) que pode apresentar até 98% de metano em sua composição. O metano produzido a partir de biomassa já vem sendo utilizado como alternativa ao gás natural veicular e permite uma diminuição de até 90% das emissões de gás carbônico quando comparado à utilização de combustíveis fósseis. Comparado com a gasolina, o biometano pode ser até 40% mais barato, e comparado com o etanol esse valor é de 35% mais barato.

Equivalência energética

Um metro cúbico (1 m³) de biogás equivale energeticamente a:

• 1,5 m³ de GLP (gás de cozinha);
• 0,61 a 0,70 litros (0,00061m³ a 0,00070m³) de gasolina;
• 0,55 litros (0,00055m³) de óleo diesel;
• 0,80 litros (0,00080m³) de álcool;
• 1,25 a 1,43 kWh de eletricidade;
• 1,60 a 3,50 kg de lenha.

Alunos:
Andressa Caroline Sirena
Jorge Andre Engel