Biogás

Produção artificial de biogás

Biogás é uma mistura gasosa composta principalmente de gás metano (CH₄) e é obtido pela digestão anaeróbia (em ausência de oxigênio) de matéria orgânica, onde microrganismos atuam em um ecossistema balanceado com limites de temperatura, pH, nutrientes e teor de umidade. A produção de biogás pode ocorrer de forma natural, como nos aterros sanitários ou com a implantação de uma usina de biogás (ver: Biodigestor e Biofermentador), cujo processo é totalmente limpo, eficaz e sustentável.

É classificado como biocombustível por ser uma fonte de energia renovável.

Matéria prima para produção de biogás

Qualquer matéria orgânica pode ser adicionada aos biodigestores anaeróbicos para produção de bioenergia.

• produção animal: suinocultura, pecuária e avicultura (dejetos e rejeitos);
• Resíduos agrícolas (cascas, folhagens e palhas, restos de cultura);
• Resíduos industriais (bagaços, descartes, efluentes e gorduras, Restos de restaurantes de unidades fabris, efluentes industriais com elevada carga orgânica, entre outros.);
• Resíduos orgânicos municipais advindos da atividade humana (esgoto, resíduos domésticos orgânicos, resíduos de manutenção de parques e jardins);
• vinhaça;
• amido;
• Glicerina resultante da produção de biodiesel;

Composição

Molécula de metano: o principal componente do biogás.

O biogás é considerado um combustível gasoso que possui um conteúdo energético muito elevado, um alto poder calorífico, semelhante ao do gás natural. Sendo o metano o principal constituinte do biogás, este não tem cheiro, cor, nem sabor, mas o biogás apresenta um leve odor desagradável devido alguns gases presentes em sua composição. É composto por hidrocarbonetos de cadeia curta e linear.

O biogás é composto de:

• metano (CH₄): 55 – 70% do volume de gás produzido;
• dióxido de carbono (CO₂): 30 – 45% do volume total;
• traços de hidrogênio (H₂), nitrogênio (N₂), oxigênio (O₂) e gás sulfídrico (H₂S), entre outros.

Condições anaeróbicas q-u-e-m m-u-d-a-r i-s-s-o e v-i-a-d-o

A digestão anaeróbia representa um sistema ecológico delicadamente balanceado, onde cada microrganismo tem uma função essencial. A produção de metano ocorre em diferentes ambientes naturais tais como pântanos, solo, sedimentos de rios, lagos e mares, assim como nos órgãos digestivos de animais ruminantes. Mas as condições ótimas de vida para as bactérias anaeróbicas produzirem o biogás são:

Inexistência de Ar

O oxigênio (O₂) do ar é letal para as bactérias anaeróbicas. Se houver oxigênio no ambiente, as bactérias anaeróbicas paralisam seu metabolismo e deixam de se desenvolver. As bactérias anaeróbicas produzem o metano. Em uma usina de biogás, o biodigestor (biofermentador) deve estar hermeticamente vedado contra a entrada de ar (oxigênio), caso contrário, a produção de biogás não ocorre porque as bactérias anaeróbicas morrem, o biogás produzido será então rico em CO₂ e não em metano. Assim, o biofermentador deve assegurar uma completa anaerobiose do ambiente necessária para o metabolismo das bactérias anaeróbicas.

Temperatura adequada

Ver artigo principal: Biodigestor termofílico

A temperatura no interior do biofermentador é um parâmetro importante para a produção de biogás. As bactérias que produzem metano são muito sensíveis a alterações de temperatura. O crescimento microbiano pode ocorrer em três faixas de temperatura: termofílica (45 – 70ºC), mesofílica (20 – 45ºC) e psicrofílica (0 – 20ºC), porém a maioria dos digestores anaeróbios (fermentadores) tem sido projetados na faixa mesofílica, onde o nível ótimo de temperatura, a melhor formação de metano, ocorre entre 30 e 40ºC. Assim, outro papel do biofermentador também é o de assegurar certa estabilidade de temperatura para as bactérias.

Controle de pH

Mudanças no pH do meio afetam sensivelmente as bactérias envolvidas no processo da digestão anaeróbia. A faixa de operação dos biofermentadores é entre pH 6,0 e 8,0, sendo que as bactérias produtoras de metano tem um crescimento ótimo na faixa de pH entre 6,6 e 7,4. Valores de pH abaixo de 6,0 e acima de 8,3 devem ser evitados, pois podem inibir completamente as bactérias produtoras de metano.

Nutrientes

A presença de alguns macronutrientes (carbono, nitrogênio, potássio, fósforo e enxofre) e de alguns micronutrientes (sais minerais, vitaminas e aminoácidos) são fundamentais ao desenvolvimento dos microrganismos (bactérias). Para que no interior de um biodigestor ocorra uma boa fermentação, o equilíbrio entre os nutrientes é indispensável. O conhecimento da composição química e do tipo de biomassa utilizado é muito importante, como por exemplo, os dejetos animais são ricos em nitrogênio; os residuos de culturas vegetais são ricos em carbono; os sais minerais estão presentes nos dejetos animais e resíduos vegetais.

Utilização

O biogás pode ser usado como gás combustível em substituição ao gás natural ou gás liquefeito de petróleo (GLP), ambos extraídos de fontes de recursos não-renováveis. O biogás pode ser utilizado na geração de energia elétrica, através de geradores; como energia térmica na produção rural, por exemplo, no aquecimento de instalações para animais muito sensíveis ao frio ou no aquecimento de estufas de produção vegetal.

O biogás pode ser usado para gerar energia elétrica.

Após a obtenção do biogás o resíduo sólido dos biofermentadores pode ser utilizado como adubo orgânico e o efluente líquido pode ser aplicado nas lavouras, como biofertilizante, sem problemas de contaminação dos lençóis freáticos, pois, além de água contém nutrientes como nitrogênio, fósforo e potássio.

Todas essas utilidades, juntamente com a eliminação dos resíduos da propriedade rural, estimulam o produtor rural, possibilitando uma nova fonte de rendimento e/ou solucionando os problemas de disponibilidade de combustível no meio rural. O biogás produzido em aterros sanitários, extraído da decomposição dos resíduos orgânicos, é também uma forma de energia renovável. Para a extração são implantados sistemas de canalização, no início do processo de aproveitamento da área de aterro. Quando as células são encerradas, o gás produzido pode ser encaminhado para termoelétricas e utilizado como biocombustível.

Equivalência energética

Ônibus movido a biogás na cidade de Berna ( Suíça ).

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

• 0,40 kg de GLP (gás de cozinha);
• 0,61 a 0,70 litros de gasolina;
• 0,55 litros de óleo diesel;
• 0,80 litros de álcool;
• 1,25 a 1,43 kWh de eletricidade;
• 1,60 a 3,50 kg de lenha.

O biogás também pode ser purificado para a geração de biometano, que tem se destacado cada vez mais no mercado. Produtoras de automóveis, caminhões e veículos de utilidade pública investem em frotas, que podem ser abastecidos em postos de biogás, por toda Europa.

A purificação pode ser feita com uso de água ou com uso de produtos químicos, a tecnologia varia de acordo com as condições da planta da usina e com a quantidade de biogás disponível. Qualquer que seja a tecnologia aplicada para a purificação o rendimento e a eficiência do processo chega a 99%. O biometano tem o mesmo poder calorifico da gasolina, 1m³ de biometano equivale a 1 litro de gasolina.

Bibliografia

CHERNICHARO, Carlos Augusto de Lemos. Reatores anaeróbios. Belo Horizonte : Ed. da UFMG, 1997. (Princípios do tratamento biológico de águas residuárias; V. 5).

DEUBLEIN, Dieter; STEINHAUSER, Angelika. Biogas from Waste and Renewable Resources. Ed. Wiley - VCH, 2008.

WALSH, James L. Jr.; ROSS, Charles, C.; SMITH, Michael S.; HARPER, Stephen R.; WILKINS, W. Allen. Handbook on Biogas Utilization. Ed. U.S. Department of Energy, 1988.

Ver também

• Biocombustível
• Combustíveis alternativos
• Energia renovável
• Infecções
• Resíduo
• Usina de biogás

Ligações externas

• «Como Construir um Biodigestor»