Rafael adolfo

Universidade Presbiteriana Mackenzie

GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA POR MEIO DA DIGESTÃO DE PAPEL COM
O USO DE BIODIGESTORES
Rafael Adolfo de Oliveira Couto (IC) e Waldemar Alfredo Monteiro (Orientador)
Apoio: PIBIC CNPq

Resumo

Seguindo o ideal de necessidade de auto-sustentabilidade em termos energéticos, explicitada de
forma cada vez mais impactante ao longo dos últimos anos através de todos os meios de acesso a
informação, envolvendo dentre as principais metas, a criação e elaboração de um sistema energético
cada vez mais sustentável e lucrativo, como tentativa de solução neste trabalho serão discutidos
aspectos da destinação final do lixo urbano na cidade de São Paulo, analisando o “caminho do lixo”
atual, com apresentação da situação em âmbito nacional e também apresentando uma discussão de
reavaliação e remanejo do sistema atual juntamente com a validação do sistema proposto no mesmo.
Como alternativa é apresentada a possibilidade da utilização de biodigestores em média escala
minimizando em parte a destinação do lixo urbano, com definições técnicas, descrições dos tipos de
sistemas possíveis, aplicações possíveis dentro da sociedade e conclusão de uma simulação
estritamente teórica. Na etapa final deste trabalho trata-se exatamente desta simulação apresentando
a tentativa de aplicação do sistema proposto no campo da Universidade Presbiteriana Mackenzie
com a utilização de todo o papel produzido mensalmente como biomassa para biodigestores que
trabalhariam juntamente com microturbinas para geração de energia elétrica, gerando um resultado
um tanto impreciso com relação ao falso-positivo, porém não podendo descartar totalmente a
possibilidade de implantação do sistema.

Palavras-chave: biodigestores, celulose, energia elétrica

Abstract

Following the ideal of self-sustainable energy, need to be made ever more impressive over the past
few years through all means of access to information, involving among the main goals, the creation
and development of an energy system increasingly sustainable and lucrative, as trial solution in this
work will be discussed aspects of final disposal of urban waste in the city of São Paulo by analyzing
the "junk path" current, with presentation of the situation at the national level and also presenting a
discussion of reassessment and re-handling current system along with the validation of the proposed
system. Alternatively presented here will discuss the possibility of the use of bio-digesters in medium
scale minimizing in parts the urban garbage disposal, with technical definitions, descriptions of types
of systems possible, possible applications within society and completing a simulation strictly
theoretical. In the final step of this work will deal with exactly this simulation showing the attempt of
implementing the proposed system in the field of Universidade Presbiteriana Mackenzie with the use
of all paper consumed monthly by this institution as biomass for biodigesters which would work
together with microturbines for electric power generation, generating a result somewhat inaccurate
with respect to the false-positive, but not being able to discard completely the possibility of deploying
the system.

Key-words: biodigesters, cellulose, electric power

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VII Jornada de Iniciação Científica - 2011

INTRODUÇÃO

Um grave problema encontrado atualmente em todas as grandes metrópoles do mundo é a
destinação final do lixo domiciliar e industrial e o que é possível de se fazer com essa massa
coletada para benefício da sociedade. As opções atuais para destino se dividem em aterros
sanitários, controlados ou não-controlados. Sendo opções que funcionam no aspecto
econômico – financeiro, mas deixam a desejar no aspecto ambiental, podendo causar
contaminação de solos, de água, do ar, através da emissão de gases poluentes, na maior
parte gás carbônico (CO2) e metano (CH4), além de não terem nenhum enfoque, na maioria
das vezes, em reutilizar o material para trazer algum benefício a sociedade.

O meio de se reverter essa situação aqui proposta é a instauração de biodigestores em
aterros juntamente com a aplicação de turbina a gás, deixando assim o sistema livre de
problemas como contaminações e poluições, e ainda com o produto da biodigestão, o
biogás, tornar possível a geração de energia elétrica para a utilização em residências e
indústrias.

No projeto inicial a intenção da pesquisa era criar um sistema de biodigestão trabalhando
como biomassa apenas o papel e a celulose, realizando o trabalho teórico nas bibliotecas da
CETESB, IEE - USP, IPEN – USP, e o da Universidade Presbiteriana Mackenzie, e
experimental no aterro LARA, localizado em Mauá - SP, porém durante a pesquisa
encontraram-se algumas dificuldades de acesso ao aterro e poucas publicações com a
mesma idéia.

Neste artigo será apresentada uma tentativa de solução aplicada a papel e celulose feita
somente através de pesquisas teóricas, identificando e descrevendo cada processo
envolvido no sistema, desde a obtenção da biomassa até a geração da energia elétrica por
meio de microturbinas, mostrando a eficiência e o rendimento do processo, apresentando o
conteúdo de modo teórico e também realizando uma análise de quantos aterros e lixões
existem no estado de São Paulo e quais deles poderiam aplicar esse processo de
conversão energética ao lixo, mostrando que é possível gerar-se energia sem agredir o meio
ambiente por meio de sistemas de fácil instalação e manutenção, com um preço ainda um
pouco elevado, porém com um processo que traz uma eficiência considerável com relação
aos métodos atuais e garante uma boa conservação do meio ambiente.

REFERENCIAL TEÓRICO

Segundo LIMA (1991) o método de aterrar o lixo como forma de destino final é
extremamente antigo, historicamente acredita-se que esse processo venha da Mesopotâmia
2500 a.C, onde os resíduos eram enterrados em trincheiras e, passado algum tempo, os

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mesopotâmicos abriam as trincheiras e retiravam a matéria decomposta para utilização
como fertilizante.

Segundo a CETESB (2006) encontram-se três tipos de aterros com suas respectivas
definições:

Aterros comuns – caracterizados pela simples descarga de lixo sem qualquer tratamento,
também conhecidos como lixões, sendo este método o mais prejudicial ao meio ambiente,
devido a poluições do solo, da água e do ar, porém, infelizmente, ainda é o mais utilizado
devido ao seu baixo custo de implantação. Na figura 1 apresenta-se um típico aterro comum
ou o chamado lixão;

Figura 1 – Aterro comum ou lixão.
Fonte: IPT (1998).
Aterros controlados – Uma variável da prática anterior com o recurso de cobertura diária de
um material que não se mistura com o lixo, onde essa cobertura não resolve
satisfatoriamente o problema da poluição onde os líquidos e gases provenientes da poluição
não são levados a termo.

Aterros sanitários – por definição é considerado um processo utilizados para a disposição de
resíduos sólidos no solo, particularmente o lixo domiciliar, que fundamentado em critérios de
engenharia e normas operacionais específicas, permite uma confinação segura, em termos
de controle da poluição ambiental e proteção ao meio ambiente, apresentando como
vantagens:

-Disposição adequada do lixo;

-Grande capacidade de absorção diária de resíduos;

-Condições para decomposição de matéria orgânica presente no lixo (condições essas que
são muito importantes para a implantação de biodigestores).

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Os problemas relacionados aos aterros sanitários incluem a possibilidade de poluição das
águas superficiais e lençóis subterrâneos pela ação do chorume, além da formação de
gases nocivos ao meio ambiente e odor desagradável. A figura 2 apresenta
esquematicamente um aterro sanitário com todos os seus setores.

Figura 2 – Aterro Sanitário com todos os setores.
Fonte: IPT (1998).
Outra opção para a destinação do lixo é a compostagem e a incineração, métodos aqui
citados, mas sem detalhes devido ao foco da proposta.

A compostagem é definida como o ato de transformar os resíduos orgânicos, através de
processos físicos, químicos e biológicos, em uma matéria biogênica mais estável e
resistente à ação das espécies consumidoras, sendo denominado como composto, o
fertilizante orgânico, resultado final do processo de compostagem.

Segundo LIMA (1991), a incineração teve origem em 1874 na cidade de Nottingham
(Inglaterra). O sistema Fryer, como ficou conhecido devido ao seu criador Alfred Fryer, tinha
uma metodologia muito simples; consistia em um forno onde o lixo era disposto
manualmente e incinerado com a utilização de carvão, a retirada de gases era natural e
controlada manualmente por meio de registros na chaminé. A incineração é definida como
um processo de redução de peso e volume do lixo através da combustão controlada. Os
gases provenientes da combustão, geralmente CO2 (gás carbônico), SO2 (dióxido de
enxofre), N2 (Nitrogênio), O2 (Oxigênio), e CO (monóxido de carbono), quando a combustão
é incompleta.

No Brasil, devido à quantidade de lixo que não é destinada aos processos corretos de
tratamento dos resíduos, como jogar em rios, em fossas, entre outras opções, acredita-se
ser necessária uma avaliação dos problemas desse tratamento incorreto, tendo uma

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priorização de medidas necessárias e a classificação das condições da disposição, abaixo
segue alguns exemplos;

• Problemas Sanitários - Os problemas encontrados são geralmente: fogo,
péssimo odor e vetores de doença (macrovetores e microvetores).
• Problemas Ambientais - Os aspectos provocados são: poluição do ar,
poluição de águas (superficiais e/ou subterrâneas), poluição do solo alem do
problema estético.
• Problemas Operacionais - São problemas que geram dificuldades para a
sociedade como vias de acesso, intransitáveis durante período de chuvas, ausência
de controle da área (falta de cercas, falta de guardas ou fiscalização, presença de
catadores, entre outros), ausência de controle de resíduos (inspeção, balança,
segregação de materiais), ausência de critérios para disposição do lixo no solo
(metodologia correta no tratamento do resíduo).

Apesar de opções legalizadas pelo Estado para a destinação final do lixo urbano, existiam
alguns lixões ou vazadouros irregulares por todo o Brasil, ou seja, sem cadastro correto na
CETESB ou na prefeitura da respectiva cidade, trabalhando de forma errônea o tratamento
do lixo, o que agravava ainda mais as condições ambientais da região com o falso
tratamento dos resíduos.

A partir daqui começa um grande problema no estado de São Paulo, cada habitante produz
uma média de 1,259 kg de resíduos por dia, quantidade considerada relativamente pequena
comparada com outros estados, por exemplo como Brasília e Rio de Janeiro, que fornecem
1,698 kg e 1,617 kg de resíduos, respectivamente. E, na normalidade, com relação à média
de lixo por habitantes na União Européia (1,2 kg). Isto fornece diariamente 17.000 toneladas
de lixo produzido na cidade de São Paulo.

No estado de São Paulo, devido a leis ambientais rigorosas que se focam no descarte
irresponsável de resíduos sendo fiscalizadas pela Companhia Ambiental do Estado de São
Paulo (CETESB) foram interditados vários lixões irregulares e alguns aterros, atitude
honrosa na qual esses lixões irregulares causavam muitos problemas ambientais. Porém,
com a atitude de melhorar o despejo de resíduos no estado, criou-se outro problema: em
2007 o estado contava com uma média de 150 lixões, atualmente só existem três em
operação; os aterros Bandeirantes e São João, juntos recebiam 320.000 toneladas por mês
em 1996, agora estão interditados, sendo o de Bandeirantes feito em 2007 e o de São João,
aterro que funcionou durante dezessete anos e acumulou aproximadamente 28 milhões de
toneladas de lixo, em 2010. Ou seja, São Paulo não tem onde colocar mais lixo urbano e a

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partir desse contexto começou-se uma pesquisa para a melhoria desta apresentando
vantagens econômicas, ambientais e energéticas.

A alternativa discutida aqui para esta situação é a prática da reciclagem terciária, que
segundo IPT/CEMPRE (2000), define-se como;

Reciclagem terciária - processo que recupera produtos químicos ou energia dos resíduos,
como por exemplo, recuperação energética a partir da incineração ou mesmo a partir de
sistemas integrados com biodigestores e recuperação de biogás.

As principais vantagens deste processo estão relacionadas à economia de energia e ao
alivio de massa de lixo destinada a aterros ou lixões. Podendo ser implantada em aterros
sanitários com o uso de biodigestores que nada mais é do que uma conversão biológica do
lixo com fins energéticos, uma vez que os resíduos urbanos passaram a ser uma fonte
inesgotável de energia alternativa, com alta eficiência na exclusão de qualquer tipo de
contaminação, seja do solo, do ar ou da água, e a captação e a utilização do biogás como
combustível energético.

Esse biogás que se gerado em aterros não controlados contribui para uma pior situação do
efeito estufa devido à grande porcentagem de metano (CH4), comprovando que a geração
do biogás sem controle é diretamente ligada às questões ambientais globais, abaixo dar-se-
á uma atenção especial ao biogás.

Em 1776, o pesquisador italiano Alessandro Volta descobriu que o metano já era conhecido,
incorporado ao “gás do pântano”, como resultado da decomposição de resíduos vegetais em
locais confinados.

Com relação à criação dos biodigestores, muitos autores citam a Índia como origem dos
mesmos, mais especificamente em Bombaim, perto do fim do século XIX, e esse projeto era
destinado a um hospital de hansenianos. Entre a década de 50 e 60 houve criação do
primeiro biodigestor de sistema contínuo e milhares de pesquisas com biodigestores.

Com a propagação da idéia do biodigestor, países como China, Inglaterra, França e
Alemanha começaram a realizar pesquisas e até algumas implantações, por exemplo, em
Exeter (Inglaterra) projetou-se em 1890 uma fossa séptica com a utilização do gás
produzido para a iluminação pública.

A idéia do biodigestor nasce na Índia por necessidade energética do país durante e depois
da Segunda Guerra Mundial, onde através da criação de dois institutos de pesquisas (o
primeiro o Instituto de Pesquisas Agrícolas em 1939 e o segundo o Gobar Gas Institute em
1950) tornou-se possível a implantação de quase meio milhão de biodigestores naquele
país.

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Devido ao mesmo contexto de desastre após a guerra é que os países europeus
começaram pesquisas envolvendo processos de biodigestão e cogeração.

Com o grande trabalho da Índia como Gobar Gas, que significa, em indiano, gás de esterco,
um vizinho próximo se interessou pela idéia e começou a incentivar trabalhos na área. Esse
vizinho era a China; devido ao alto crescimento populacional a China deveria desenvolver-
se energeticamente para suprir toda a população; a instauração começou em 1958 e já em
1972 o país contava com 7,2 milhões de biodigestores na região do Rio Amarelo, região
escolhida devido as suas características climáticas que favoreciam o processo.

Atualmente países de primeiro e terceiro mundo utilizam as técnicas dos biodigestores,
através de dois modelos principais o indiano e o chinês, o indiano criado para suprir o déficit
de energia criado com mais sofisticação e tecnologia, e o chinês criado para a geração do
biofertilizante com pouca utilização do biogás, modelo esse mais econômico e simples.

A conversão biológica do lixo com recuperação de energia pode ser definida como um
processo de decomposição ou de transformação da matéria orgânica, por ação de
microrganismos em substâncias mais estáveis, como o dióxido de carbono, água, gás
metano, gás sulfídrico, mercaptanas e outros componentes minerais.

Na definição de biodigestão é de extrema importância citar a diferença entre os tipos de
biodigestores, vantagens econômicas e energéticas antes de qualquer análise sobre o
biogás. Os modelos de biodigestores mais conhecidos são, respectivamente, o indiano, o
chinês e o de fluxo ascendente.

O modelo indiano (Fig.3) é o mais recomendado quando se trabalha com materiais que
exalam fortes odores, pois o selo d’água isola a mistura em fermentação do meio externo,
além do mais o biodigestor indiano se caracteriza por apresentarem grande capacidade de
armazenamento de biogás, facilitando seu uso em picos de consumo. A única e grande
desvantagem deste modelo está relacionada à parte financeira, pois o gasômetro requer a
confecção de uma oficina especializada e posterior transporte até o biodigestor.

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Figura 3 - Biodigestor indiano
Fonte: http://www.virtae.com/reciclagem/indiano.jpg
Outro modelo conhecido é o biodigestor chinês (Fig.4) que é mais indicado quando a
matéria-prima apresenta-se mais fibrosa, justamente pelo modelo citado não apresentar
parede divisória e possuir um tanque de descarga, facilitando muito o transporte da matéria-
prima com baixos índices de entupimentos. A desvantagem do modelo chinês é relacionada
à baixa capacidade de armazenamento de gás e requer mão-de-obra especializada para a
construção.

Figura 4 – Biodigestor chinês
Fonte:http://3.bp.blogspot.com/_wNNOKQiy6z4/S1WuskCRFPI/AAAAAAAAADU/yyOcOsOzstk/s320/Biodigestor
+2+-+Chines.JPG

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O terceiro modelo mais utilizado é o biodigestor de fluxo ascendente (Fig.5) muito favorável
quando a matéria-prima apresenta baixa porcentagem em sólido, como em esgotos por
exemplo, pois a ação da gravidade retém as partículas com maior massa e permite a
passagem das partículas com menor massa, interferindo no volume do biodigestor, sendo o
mesmo assim diminuído, reduzindo o custo de implantação.

Figura 5 – Biodigestor de fluxo ascendente
Fonte: PERAZZO NETO (2006).
Nos três tipos de biodigestores a produção do biogás se dá por meio de bactérias digestivas
metanogênicas que decompõe a matéria orgânica em condições anaeróbicas, o biogás é
constituído basicamente de metano (CH4) e dióxido de carbono (CO2), podendo apresentar
resquícios de nitrogênio (N), hidrogênio (H) e gás sulfídrico (H2S), e junto com o biogás
obtém-se também o que chamamos de biomassa, que nada mais é do que a matéria
orgânica que sobrou do processo da digestão da mesma, podendo ser muito bem utilizada
como fertilizante para plantações.

A produção do gás metano (CH4), a partir da matéria orgânica, se processa em 90 dias. A
produção inicia-se após 20 dias e, assim, a produção vai crescendo até chegar ao seu ponto
de máximo na terceira semana, e, a partir daí, a produção começa a decair novamente até
parar completamente, conforme o Gráfico 1.

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Gráfico 1 - Produção diária de metano por dia de digestão.
Fonte: CAEEB (1981).
A produção do biogás, como já mencionada acima, é possível através da fermentação
metagênica, que nada mais é que uma decomposição que acontece na ausência de ar,
chamado de digestão anaeróbica, processada por bactérias que obtém dos seus alimentos,
o oxigênio necessário a vida.

Essa decomposição é dividida em três partes conhecidas respectivamente por acidificação,
salificação e metanização. Em seguida será descrito como cada processo ocorre.

Acidificação - durante esta fase, os carboidratos são decompostos produzindo vários tipos
de ácidos, causando uma queda no pH e na formação de odores da matéria orgânica,
transformando as moléculas em moléculas menores e solúveis ao meio.

Salificação - durante a salificação, os ácidos são decompostos juntamente com alguns
compostos nitrogenados, tendo como produto dessa reação amônia, aminas e pequenas
quantidades de CO2, N2, H2 e CH4. Resultando também no aumento do pH da solução.

Metanização - nesta ultima fase ocorreu a destruição completa da celulose e dos compostos
nitrogenados, os ácidos orgânicos de baixo peso produzidos durante as outras fases são
decompostos em CO2 e CH4, finalizando assim o processo de digestão da matéria orgânica.

Todo esse processo é favorecido ou não por meio de alguns fatores cruciais no processo.
Segundo LIMA (1991) são eles:

Influência da temperatura – Há duas faixas de temperatura em que as bactérias anaeróbicas
podem desenvolver-se naturalmente. Estas faixas são denominadas de “estágio mesofílico”

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e “estágio termofílico”. As bactérias mesofílicas vivem no gradiente de 29 a 45 ºC e as
termofílicas na faixa de 45 a 70 ºC.

Influência do pH – O pH do meio de cultura pode afetar consideravelmente o processo de
metanização. Para evitar uma queda excessiva do pH, ou uma elevada produção de ácidos
voláteis que podem ser potencialmente tóxicos aos microrganismos, recomenda-se a
manutenção de lodo digerido no digestor, em quantidade pelo menos igual ou maior que o
volume de substâncias sólidas introduzidas. O lodo digerido tem a propriedade de balancear
a taxa de conversão dos microrganismos e de equilibrar a produção de ácidos voláteis.

Influência de substâncias tóxicas presentes nos detritos – O lixo urbano é originado das
atividades diárias do homem. Sua composição apresenta variações de difícil
equacionamento, pois o homem está sempre provocando mudanças em sua vida.
Dificilmente uma pessoa repete as mesmas ações do dia anterior. Este comportamento
aleatório se reflete na composição do lixo. Desse modo, nas análises da qualidade dos
resíduos, podem-se encontrar substâncias que inibem o processo de digestão, como
antibióticos, detergentes, ácidos, óleos, metais entre outros.

Com todos esses fatores torna-se um pouco difícil o cálculo para estabelecer a quantidade
de biogás e de CH4 puro obtido no mesmo; é o tipo de matéria orgânica usada no
biodigestor, mas é um diferencial interessante. O processo possibilita a utilização de
qualquer material rico em celulose, como o papel ou amido, sendo mais usadas as fezes
animais (Tabela 1), informando a quantidade necessária de alguns materiais necessários
para a produção de 1m3 de biogás.

Tabela 1. Material orgânico utilizado para produção de Biogás
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MATÉRIA ORGÂNICA UTILIZADA. MASSA PARA A PRODUÇÃO DE 1m DE BIOGÁS.
Esterco fresco de vaca. 25 kg.
Esterco de suíno. 12 kg.
Esterco seco de galinha. 5 kg.
Resíduos vegetais. 25 kg.
Lixo. 20 kg.
Fonte: BARRERA (1993).

O biogás é uma mistura feita basicamente de CO2 e CH4 (metano), sendo este ultimo um
combustível que aqui será analisado e apresentado o seu valor energético; o resto da
composição do gás apresenta traços de outros compostos como apresentado na Tabela 2.

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Tabela 2. Composição química do biogás.
COMPOSTOS PORCENTAGEM NO BIOGÁS (%)
Metano (CH4). 50 a 70
Dióxido de carbono (CO2). 30 a 40
Hidrogênio (H2). 1a3
Azoto (N2). 0,5 a 2,5
Oxigênio (O2). 0,1 a 1
Sulfureto de hidrogênio (H2S). 0,1 a 0,5
Amoníaco (NH3). 0,1 a 0,5
Monóxido de carbono (CO). 0 a 0,1
Água (H2O). Variável
Fonte: www.biodigestor.zzl.org, 2007.
O metano, composto encontrado em maior quantidade no biogás, tem um potencial
energético extremamente poderoso com relação a outras energias, chegando a superar
algumas delas e se igualar a outras; o poder calorífico do biogás com 60% de metano é de
5.222 kcal/m3, podendo substituir derivados do petróleo, lenha, álcool, entre outros. A
Tabela 3 apresenta estes resultados.

3
Tabela 3. Equivalência energética de 1m de biogás (100 % de umidade relativa, 15° 150 mm coluna d’água).
C,
3
COMBUSTÍVEL EQUIVALÊNCIA a 1m de BIOGÁS.

GLP 1,43 Kg
Óleo diesel 0,55 l
Gasolina 0,61 l
Álcool carburante 0,80 l
Lenha 3,50 Kg
Carvão vegetal 0,80 Kg
Energia elétrica 1,20 kWh
Fonte: Perazzo Neto (2006).
O metano é também conhecido como gás dos pântanos, por formar-se na putrefação das
substâncias orgânicas, especialmente celulose; é um gás com muitas referências atuais,
pois além de ser um ótimo combustível é também um dos grandes causadores do efeito
estufa, juntamente com o dióxido de carbono (CO2), vapor d’água (H2O), oxido nitroso (N2O),
ozônio (O3) e clorofluorcarbonetos (CFC´s).

MÉTODO

Após a descrição de todos os processos envolvidos no processo de destinação final do lixo,
aplicação da reciclagem terciaria com utilização de biodigestores para obtenção de biogás,
descrever-se-á como pode ser feito o processo de geração de energia elétrica.

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Esse processo é feito após a produção de biogás e através de alguns possíveis tipos de
turbinas, que funciona basicamente, através de algum gás pressurizado que faz com que ele
movimente suas turbinas, gerando energia. As turbinas se dividem em quatro tipos, sendo o
que difere uma da outra é o material usado, os tipos são: (1) turbina a vapor ou a gás,
turbina que será usada como referência no projeto; (2) turbina a jato; (3) turbina a água,
utilizada em hidrelétricas; (4) turbina a vento, também conhecida como moinho de vento.

A grande vantagem das turbinas a gás é o seu rendimento e sua área de ocupação
comparada a um motor de pistão por exemplo. Mas sua grande desvantagem é o preço, as
turbinas a gás têm um preço muito elevado devido ao seu projeto e sua construção ser
extremamente complicada, situação que piora a sua manutenção.

Figura 6 - Sistema de Cogeração com o uso de microturbinas funcionando a biogás.
Fonte: paginas.fe.up.pt/~fmb/PTE2/.../ PTE2_Microturbinas.pdf
As turbinas são compostas por três elementos, compressor, câmara de combustão e
turbina. O compressor é responsável pela admissão do ar em alta pressão, a câmara de
combustão cuida da queima do combustível e pressurização do gás produzido, e por fim a
turbina extrai a energia do gás vindo da câmara de combustão. As mais utilizadas no
processo geração de energia elétrica através do biogás são as microturbinas, motores de
combustão interna e turbinas a gás. A figura 6 ilustra um sistema de geração de energia
elétrica através de microturbinas com a utilização do biogás.

A diferenciação entre cada tipo de turbina a ser utilizada é semelhante à escolha do tipo de
biodigestor, onde melhor eficiência não combina com melhor preço. Sendo que a escolha
mais barata é a microturbina com menor eficiência entre as três e com o valor mais baixo de
manutenção, um detalhe importante é que a microturbina não precisa de um tratamento no
combustível para a utilização, ato que deve ser feito nos motores e nas turbinas a gás,
sendo a última a opção mais cara, com maior eficiência, com tamanho físico relativamente

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pequeno, porém requer alta pressão dos gases. Na tabela 4 tem-se uma descrição
detalhada de cada opção para a geração de energia elétrica.

Tabela 4. Opções possíveis para geração de energia elétrica com a utilização do biogás.
Vantagens Técnicas e Desvantagens Técnicas Custos de Implantação,
Opções Possíveis
Econômicas e Econômicas Operação e Manutenção
Baixo índice de emissões.
Baixa eficiência.
Operação com combustível
Tem sido testado Custo de implantação US$
combinado.
geralmente com melhor 700 a US$ 1200 por kW
MICROTURBINA Equipamento com tamanho
resultado para gás instalado.
(25 a 75 kW) reduzido e peso leve.
natural. Custo de O&M < US$0,01
Não requer pré-tratamento
Desempenho e tempo de por kW instalado.
do combustível.
vida limitado.
Custo de manutenção baixo.
Problemas devido a
MOTOR A Baixo custo. particulados na estrutura
Custos de implantação:
COMBUSTÃO Alta eficiência. construtiva.
US$ 1100 a US$ 1300 por
INTERNA Tecnologia muito difundida e Corrosão de peças no
kW instalado.
(1 a 3 MW) bastante utilizada. motor.
Altas emissões de NOx.
Baixo custo operacional. Baixa eficiência em parte
Custos de implantação
TURBINA A GÁS Resistente a corrosão. de sua capacidade.
US$ 1200 a US$ 1700 por
(3 a 10 MW) Pequeno tamanho físico. Requer alta pressão de
kW instalado.
Baixas emissões de NOx. gases.
Fonte: Biogás: Pesquisas e Projetos no Brasil / CETESB.

RESULTADOS E DISCUSSÃO

A intenção deste trabalho foi promover a geração de energia elétrica através de um método
totalmente sustentável e com uma matéria-prima barata e extremamente fácil de se
encontrar.

A tentativa de aplicação seria na Universidade Presbiteriana Mackenzie com a utilização de
todo o papel descartado na universidade como biomassa para o processo de biodigestão, e
com a obtenção do biogás aplicá-lo as turbinas a gás para obtenção de energia elétrica.

A Universidade Presbiteriana Mackenzie, local de estudo do caso, forneceu a massa total
adquirida entre os meses de janeiro e abril do ano 2010, foram de aproximadamente 150
toneladas de papel em seus vários tipos, como papel milimetrado até papel toalha,
distribuindo-se em uma média de 1,3 toneladas de papel por dia, quantidade que deve ser
utilizada como biomassa juntamente com as podas de gramíneas feitas no campus da
universidade. Resulta em um volume aproximado de 1,6 m3, considerando o papel molhado,
por dia. A partir dessas informações é necessário determinar as condições do biodigestor.

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Como a produção de biogás se dá em uma média de 90 dias, vamos considerar a massa de
papel utilizada em três meses como biomassa, isso resulta em aproximadamente 117
toneladas de papel, considerando a densidade do papel de 997,05 kg/m3, que é a densidade
da água à temperatura de 25o C, devido à alta porcentagem do mesmo no papel, teremos
um volume de carga próximo de 117 m3. Para isso utilizaríamos 11 biodigestores indianos
com 11,3 m3 cada um de volume de carga e 5 m3 de carga de biogás.

A partir deste ponto torna-se difícil determinar precisamente a quantidade de microturbinas
que deveriam ser instaladas devido à ausência de testes de campo e também da
determinação exata da potência necessária para a utilização na Universidade. Pode-se
determinar como seria o sistema e a sua eficiência; isto está apresentado na figura 7.

Figura 7 - Representação de um sistema de geração de biogás com aproveitamento energértico.

A microturbina funcionaria em um ciclo aberto, que nada mais é do que um ciclo onde há a
transformação de energia mecânica em energia elétrica, sem aproveitamento da energia
térmica dos gases provenientes da turbina. Uma fabricante famosa de microturbinas é a
Capstone Turbine Corporation que fabrica microturbinas na faixa potencial de 28 a 60 kW
(Figura 8) com eficiência de 24% até 30% com baixo custo de implantação, baixa
manutenção e grande vida útil, em média 2 anos, comparado as outras opções possíveis.

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Figura 8: Microturbina “estilo” Capstone Turbine Corp.
Fonte: http://www.afinidadelectrica.com.ar/articulo.php?IdArticulo=161.

CONCLUSÃO

A partir do trabalho realizado torna-se evidente que não existe a certeza do sistema
funcionar em todos os seus aspectos. Porém também não se deve descartar totalmente a
hipótese de que possa funcionar a contento. Há necessidade da realização de testes de
avaliação e de aprimoramento.

Destaque importante também para uma possível solução da destinação final do lixo urbano,
com reutilização da matéria orgânica para geração de energia elétrica, solução possível, e
com grandes vantagens ambientais, porém com extremo custo em larga escala.

REFERÊNCIAS

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Contato: adolfo_oliveiracouto@yahoo.com.br; adolfo_couto191@hotmail.com e
tecnologia@mackenzie.br

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