Estimativa do potencial de produção de biogás em um aterro sanitário para aproveitamento energético

Abstract

A geração de energia elétrica e o panorama dos resíduos sólidos vêm se alterando recentemente no Brasil, devido aos impactos ambientais acumulados pelas atividades ao longo dos anos. Unindo essas tendências, começam a surgir empreendimentos que visam aproveitar o biogás de aterros sanitários para gerar energia e trazer maior rentabilidade. Porém, os mecanismos complexos de degradação anaeróbia em aterros representam uma incerteza para a execução dessas atividades. Essa dissertação tem por objetivo determinar as características naturais do biogás de um aterro sanitário no município de Brusque/SC e estabelecer um modelo matemático adequado para estimar o potencial de produção de biogás, visando seu aproveitamento energético. As características do biogás foram determinadas por meio de coletas de dados de vazão e composição do biogás em um dreno do aterro. Para estimar a quantidade total de biogás produzida pelo aterro, foram aplicados três modelos matemáticos, propostos pelo Banco Mundial, pela Agência de Proteção Ambiental dos Estados Unidos (EPA) e pelo Painel Intergovernamental sobre Mudanças do Clima (IPCC). Os dados de campo indicam que o biogás possui boa qualidade, com concentração de CH4 de aproximadamente 57% e baixas concentrações de H2S e O2, porém com vazão relativamente reduzida no dreno analisado, em média 12,61±1,60 Nm³/h, inferior à vazão requerida pelo motor do projeto de pesquisa. Dentre os três modelos aplicados para estimar a produção de biogás pelo aterro, o mais adequado foi o modelo Scholl-Canyon, proposto pelo Banco Mundial, com uma produção média de 25.026.642 m³CH4/ano, com um pico de 83.524.480 m³CH4 no ano de 2031. A partir dessa estimativa, foi calculado o potencial máximo de geração de energia elétrica a partir do biogás, levando a uma média de 3,5 MW, com valor máximo de 11,7 MW. Isso seria suficiente para abastecer continuamente em média 16.050 residências, no período de 2012 a 2051, o que representa 48% das residências do município de Brusque/SC.

Abstract : Energy generation processes and the prospects around solid residues have been changing recently in Brazil, due to the accumulation of environmental impacts through the years. Uniting these tendencies, some national enterprises have begun to focus on utilizing biogas from landfills to generate energy and bring more profitability. However, the complex mechanisms of anaerobic degradation in landfills represent an uncertainty in the planning process for these activities. The objective of this dissertation is to determine the natural characteristics of the biogas from a solid waste landfill in Brusque/SC and to establish an adequate mathematical model that can estimate the biogas production potential of such landfill, aiming its electric energy conversion. Flow rate and composition of the biogas were analyzed after site data collection in one drain of the landfill. To estimate the total amount of landfill gas produced, three mathematical models were applied, proposed by the World Bank, the United States Environmental Protection Agency (EPA) and the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC). The field data indicate the biogas has fine quality, with CH4 concentration of approximately 57% and low concentrations of H2S and O2, however the flow rate from the analyzed drain was relatively low, with an average of 12.61±1.60 Nm³/h, which is lower than what is required by the combustion engine from the research project. Among the three mathematical models applied to estimate the landfill gas production, Scholl-Canyon model, proposed by the World Bank, was considered more appropriate, with an average production of 25,026,642 m³CH4/year, reaching a maximum value of 83,524,480 m³CH4 in 2031. From this estimative, the maximum energy generation potential was calculated, leading to an average of 3.5 MW, with a maximum value of11.7 MW. That would be enough to continuously provide electric energy for an average of 16,050 residences from 2012 to 2051, representing 48% of the residences in Brusque/SC.