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Resíduos Orgânicos e Biogás: Manejo Ambiental e Sustentabilidade

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Enquanto produção de energia renovável, o biogás é um tema prioritário para a UFFS. Discutir o tema do biogás traz à tona a problemática dos impactos da produção agropecuária, bastante intensificada na região. Envolve pensar a produção agropecuária e sua sustentabilidade, a qualidade das águas subterrâneas e superficiais, a produção de energia de forma descentralizada. O tema do biogás passou a ser trabalho de extensão e pesquisa na UFFS. Nossa abordagem buscou congregar a experiência e conhecimento de muitos profissionais e instituições. Uma das iniciativas para promover esta integração ocorreu em 2011: o “Ciclo de Seminários sobre Energias Renováveis: alternativa Biogás”, organizado pela UFFS durante o ano de 2011, no campus Chapecó, Santa Catarina, que contou com 20 intervenções na forma de palestras, sob a liderança da Assessora da Reitoria da UFFS Iara Dreger. A produção de biogás a partir de resíduos agropecuários se relevou um tema complexo e transversal, e a qualidade das intervenções e debates durante este evento nos estimulou a produzir o presente livro. Cinco anos depois da criação da UFFS, o livro “Resíduos Orgânicos e Biogás: Manejo Ambiental e Sustentabilidade” é uma pequena contribuição para o desenvolvimento e inovação nos temas concernentes à produção de biogás. Esperamos que ele seja um estímulo para novas ações e iniciativas. Com a publicação desta coletânea de contribuições, a UFFS quer agradecer e reconhecer publicamente o trabalho diligente de todos os autores, não somente no que diz respeito à elaboração do material científico e acadêmico, mas principalmente no que se refere ao envolvimento e militância de todos em favor da sustentabilidade produtiva e da preservação ambiental. Um reconhecimento especial à Iara Dreger que, durante quase 4 anos, como assessora da reitoria, promoveu essa temática, de forma séria e competente, no âmbito da Universidade e fora dela. O que está sendo semeado, certamente, produzirá frutos generosos, para o proveito de todos.
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Resíduo Orgânicos e Biogás:
manejo ambiental e sustentabilidade
Universidade Federal da Fronteira Sul
Julho/ 2015
Chapecó
Resíduo Orgânicos e Biogás:
manejo ambiental e sustentabilidade
U58r
Iara Dreger, Geraldo Ceni Coelho, organizadores.
Resíduos orgânicos e biogás: manejo ambiental e suenta-
bilidade / Universidade Federal da Fronteira Sul. --
Chapecó: Ed. UFFS, 2015
282 p.
ISBN 978-85-64905-21-4
1. Biogás - pesquisa. 2. Biogás - produção. 3. Resíduos
orgânicos. I. Título.
CDD 665.776
Ficha catalográca elaborada pela
Divisão de Formação de Acervos e Tratamento da Informação da UFFS
Resíduos Orgânicos e Biogás: Manejo
Ambiental e Sustentabilidade
Iara Dreger; Geraldo Ceni Coelho (orgs.)
UFFS – Universidade Federal da Fronteira Sul
Chapecó-SC
Revisão Técnica/ Revisão de Texto
Iara Dreger, Geraldo Ceni Coelho
Diagramação
Douglas Rodrigues da Silva
H V Pontes - Ad Intra Empresarial ME
Sumário
APRESENTAÇÃO ����������������������������������������������� 7
PREFÁCIO ������������������������������������������������������ 9
Parte 1 - Sobre a produção de biogás e seus processos
O processo de produção de biogás e a geração de energias
renováveis, elétrica e térmica ���������������������������������������� 17
Iara Dreger
Parte 2 - A produção de biogás no Brasil e na América
Latina - Experiências
A unidade experimental de biogás na propoa UFFS: geração de
enérgias, elétrica e térmica, a produção de biofertilizante, de
resíduo zero e de conhecimento científico �������������������������35
Iara Dreger
Conversão de biogás em eletricidade: projetos do CENBIO/IEE/
USP ������������������������������������������������������������������������59
Vanessa Pecora Garcilasso, Suani Teixeira Coelho, Criiane Lima Cortez
Usinas de biogás na América Latina com tecnologia de ponta:
projeto Peru �������������������������������������������������������������83
Karl Kolmsee, Willi Haan
Projeto alto Uruguai transforma problema ambiental em enérgia
limpa: biogás e captura do hidrogênio ������������������������������91
Sadi Baron
Parte 3 - Efluentes Biodigeridos e in-natura -
experiências no Brasil
Compoagem de dejetos suínos – fundamentos e cuidados ���111
Martha Mayumi Higarashi
O uso agronômico dos efluentes da suinocultura ����������������125
Rodrigo da Silveira Nicoloso
Tratamento dos efluentes de biodigeores para fins de reuso de
água: eudo econômico para a suinocultura ���������������������149
Marcelo Miele, Airton Kunz, Ricardo L. R. Steinmetz, Marcelo Bortoli,
Juliano C. Corrêa
Viabilidade econômica da unidade de compoagem de dejetos
suínos em Santa Catarina �������������������������������������������� 163
Jonas Irineu dos Santos Filho, Paulo Armando Victória de Oliveira,
Martha Higarashi, Mauro Sulenta, João Dionísio Henn
A compoagem e algumas reflexões ambientais ����������������175
Alfredo Caamann
Qualidade do fertilizante, transporte e uso dos dejetos de
animais na agricultura �����������������������������������������������181
Eloi Erhard Scherer
A suinocultura e a queão ambiental em Santa Catarina ������193
Cláudio Rocha de Miranda, Cícero Juliano Monticeli
Termo de compromisso de ajuamento de condutas na
suinocultura em Santa Catarina ������������������������������������213
Clenoir Antônio Soares, Gentil Bonêz, Sandro Luiz Tremea, Cinthya
Mônica da Silva Zanuzzi
Parte 4 - Geração descentralizada de energia elétrica
O setor elétrico brasileiro, o mercado e a comercialização de
enérgia elétrica – uma visão geral e o caso Granja São Roque -
geração de enérgia elétrica proveniente do biogás de dejetos
suínos �������������������������������������������������������������������225
André Auguo Spillere Milanezi
Geração diribuída a partir do biogás ����������������������������239
Joni Coser
Mercado livre de enérgia elétrica e economia no faturamento –
eudo de caso da UNOCHAPECÓ �����������������������������������263
Lenoir Carminatti
A UFFS, Universidade Federal da Fronteira Sul, é uma Uni-
versidade Pública Federal. Nascida a partir dos movimentos sociais que
lutaram sua instalação, a UFFS foi criada pela Lei 12.029 de 15 de
setembro de 2009, para promover o desenvolvimento cientíco, tecno-
lógico, econômico, social, cultural e ético na região da chamada Grande
Fronteira do MercoSul (Sudoeste do Paraná, Oeste de Santa Catarina,
Norte e Noroeste do Rio Grande do Sul). Já nos debates que antecede-
ram sua criação, os temas prioritários de suas ações, nas dimensões do
ensino, pesquisa e extensão, foram elencados. Entre eles, o das energias
renováveis e a problemática ambiental foram destaque. Na graduação,
esta preocupação se materializou com a criação de cursos voltados para
a atuação nos temas de meio ambiente e agropecuária (Agronomia com
ênfase em Agroecologia, Engenharia Ambiental, entre outros). Tais
prioridades voltaram a ser debatidas e raticadas na I COEPE – Con-
ferência de Ensino, Pesquisa e Extensão da UFFS, um ciclo de debates
que objetivou discutir os rumos da UFFS, naquele momento (2010)
em início de atividades.
Enquanto produção de energia renovável, o biogás é um tema
prioritário para a UFFS. Discutir o tema do biogás traz à tona a proble-
mática dos impactos da produção agropecuária, bastante intensicada
na região. Envolve pensar a produção agropecuária e sua sustentabili-
dade, a qualidade das águas subterrâneas e superciais, a produção de
energia de forma descentralizada.
O tema do biogás passou a ser trabalho de extensão e pesquisa
na UFFS. Nossa abordagem buscou congregar a experiência e conheci-
mento de muitos prossionais e instituições. Uma das iniciativas para
APRESENTAÇÃO
promover esta integração ocorreu em 2011: o “Ciclo de Seminários so-
bre Energias Renováveis: alternativa Biogás”, organizado pela UFFS du-
rante o ano de 2011, no campus Chapecó, Santa Catarina, que contou
com 20 intervenções na forma de palestras, sob a liderança da Assessora
da Reitoria da UFFS Iara Dreger. A produção de biogás a partir de
resíduos agropecuários se relevou um tema complexo e transversal, e a
qualidade das intervenções e debates durante este evento nos estimulou
a produzir o presente livro.
Cinco anos depois da criação da UFFS, o livro “Resíduos Or-
gânicos e Biogás: Manejo Ambiental e Sustentabilidade é uma pequena
contribuição para o desenvolvimento e inovação nos temas concernen-
tes à produção de biogás. Esperamos que ele seja um estímulo para
novas ações e iniciativas.
Com a publicação desta coletânea de contribuições, a UFFS
quer agradecer e reconhecer publicamente o trabalho diligente de todos
os autores, não somente no que diz respeito à elaboração do material
cientíco e acadêmico, mas principalmente no que se refere ao envol-
vimento e militância de todos em favor da sustentabilidade produtiva
e da preservação ambiental. Um reconhecimento especial à Iara Dreger
que, durante quase 4 anos, como assessora da reitoria, promoveu essa
temática, de forma séria e competente, no âmbito da Universidade e
fora dela. O que está sendo semeado, certamente, produzirá frutos ge-
nerosos, para o proveito de todos.
Jaime Giolo
Reitor da UFFS
PREFÁCIO
A GERAÇÃO DE BIOGÁS COMO
ALTERNATIVA DE SUSTENTABILIDADE
Geraldo Ceni Coelho
Joviles Vitório Trevisol
1
Sustentabilidade é um tema corrente nos dias de hoje. Denida
de modo simples, signica suprir as necessidades do presente sem com-
prometer a satisfação das necessidades das gerações futuras. Observando-
se que a capacidade de consumo da humanidade cresce expressivamente,
a sustentabilidade torna-se um desao cada vez maior, visto que o pla-
neta tem uma capacidade limitada de produção de alimentos e outros
bens. Sabe-se que mais da metade da capacidade de produção primária
do planeta está hoje a serviço da espécie humana (PIMM 2005). Por ou-
tro lado, a manutenção da capacidade produtiva do planeta depende de
determinados ciclos e processos de renovação. Entre estes, os principais
são o ciclo do carbono e a homeostase climática, a manutenção do pH
dos oceanos, a manutenção da camada estratosférica do ozônio, o ciclo
da água doce, a conservação da biodiversidade e da cobertura orestal,
os ciclos do nitrogênio e do fósforo (ROCKSTRÖM et al. 2009). Na
medida em que as atividades humanas impactam estes ciclos, a susten-
tabilidade pode tornar-se fora do alcance, levando o planeta e sua capa-
1 UFFS – Universidade Federal da Fronteira Sul – campus Chapecó, Santa Catarina, Brasil cenicoelho@
gmail.com, joviles.trevisol@us.edu.br
cidade produtiva a um colapso. Três destes ciclos ou processos podem
já ter sido comprometidos para além dos limites da sustentabilidade: a
homeostase climática (que depende largamente da concentração de CO
2
na atmosfera), a manutenção da biodiversidade, e o ciclo do nitrogênio.
Sobre este último, sabe-se que a conversão industrial de N
2
da atmos-
fera para formas reativas destinadas à agropecuária (fertilizantes) ultra-
passa toda a capacidade planetária (não-antropogênica) de conversão.
A produção industrial de amônia a partir do N
2
atmosférico representa
hoje valores anuais de 80 milhões de toneladas de nitrogênio. A xação
biológica de nitrogênio através de plantas cultivadas na agricultura (em
especial as leguminosas) alcança 40 milhões de toneladas. Além destes
processos a queima de combustíveis fósseis (20 milhões de toneladas
por ano) e a queima de biomassa (10 milhões de toneladas por ano)
representam outras formas de liberação de nitrogênio reativo para o am-
biente (ROCKSTRÖM et al. 2009). Este nitrogênio deveria retornar à
atmosfera, fechando o ciclo, porém este processo (desnitricação) não
alcança a demanda gerada pela intensicação das atividades humanas.
Assim, há um acúmulo de nitrogênio em formas reativas nos ecossis-
temas. Acrescenta-se que parte deste nitrogênio transforma-se em NO
x
(óxidos nitrogenados), gases com grande capacidade de retenção de calor
na atmosfera (efeito estufa).
A atividade agropecuária intensiva apresenta impactos impor-
tantes sobre os ciclos supramencionados. A agropecuária intensiva de
connamento, estruturada dentro de uma lógica industrial, implica
grande concentração de animais em pequenos espaços, o que requer
alimentos provenientes de outras regiões, gerando grande concentração
de nutrientes (com destaque para o nitrogênio e fósforo) em uma área
restrita. O excesso de nitrogênio e fósforo no solo ou nos aquíferos pro-
move a chamada eutrozação, ou seja, excesso de nutrientes, que por
sua vez compromete a qualidade da água para os ecossistemas locais e
para o uso humano.
A agropecuária intensiva de connamento gera acúmulo não
só de nitrogênio, mas também de fósforo. O acúmulo de fósforo e
seu carreamento para os mananciais de água superciais contribuem
grandemente para a eutrozação e a proliferação de microorganismos
indesejáveis que podem comprometer a qualidade da água, como as
cianobactérias. Por outro lado, constata-se que a maior parte das pro-
priedades de suinocultores não está adequada à legislação ambiental no
sul do Brasil (DAGA et al. 2007), contribuindo para a contaminação
dos aquíferos. A contaminação atinge também a água subterrânea sig-
nicativamente, e grandes extensões de terra em regiões de agropecuária
intensiva apresentam lençóis freáticos contaminados por conta do ex-
cesso de nitrogênio (RICHTER; ROELCKE 2000).
A agroindústria beneciadora de carne usualmente considera
que a responsabilidade sobre a adequação ambiental recai sobre os pro-
prietários rurais, o que implica custos adicionais à atividade.
Analogamente, as cidades médias e grandes também represen-
tam uma concentração acentuada de animais (seres humanos) com gran-
de dependência de nutrientes que vem de fora e, também, são geradoras
de enormes quantidades de resíduos com elevados níveis de nutrientes
minerais. Discutir o manejo de resíduos e a produção de biogás não se
restringe, pois, à agropecuária, pois estas tecnologias podem contribuir
também para a mitigação de impactos das aglomerações humanas.
Se pensamos em produção de energia distribuída a partir de
biomassa de resíduos da agropecuária, a interface com o sistema ener-
gético deve ser analisada. A energia distribuída representa um novo e
grande desao para o setor energético brasileiro, considerando a pro-
jeção para seu crescimento nos próximos anos. Entretanto, verica-se
um cenário favorável à energia distribuída, que tende a ser tornar mais
favorável com o tempo. Dois aspectos contribuem neste sentido, a di-
minuição dos custos de instalação, que já vem ocorrendo e deverá pros-
seguir, e a massicação do uso, com as novas regulamentações para o
setor (por exemplo, a resolução ANEEL Resolução Normativa ANEEL
nº 482/2012 que dene o Sistema de Compensação para microgera-
ção distribuída). Em países onde a geração distribuída vem crescendo,
observam-se efeitos positivos, como a estabilização da curva de carga
diária, geração de reserva descentralizada que atua como apoio à rede
geral, e redução das aquisições de energia no atacado, aquisições estas
portadoras de custos crescentes (WRIGHT et al. 2007).
O livro Resíduos Orgânicos e Biogás: Manejo Ambiental e Susten-
tabilidade é uma contribuição para pensar de forma sistêmica e multii-
disciplinar holística os vários problemas que afetam os ciclos ecológicos
fundamentais do planeta, tendo como foco a questão dos resíduos
da agropecuária no sul do Brasil. O livro nasceu de um conjunto de
seminários sobre a temática do biogás desenvolvidos na Universidade
Federal da Fronteira Sul durante o segundo semestre de 2011. Sob a
coordenação das Pró-Reitorias de Pesquisa e Pós-Graduação (PROPEPG)
e de Extensão e Cultura (PROEC), o “Ciclo de Seminários sobre Energias
Renováveis: alternativa Biogás” trouxe a Chapecó duas dezenas dos
principais especialistas sobre o tema, vinculados a diferentes instituições
de pesquisa e de inovação tecnológica. As palestras ministradas durante
o Ciclo foram transformadas em artigos, cujos textos nais chegam a
público por meio do presente livro.
Produzir biogás a partir de resíduos signica pensar os resíduos
em si, sua produção e manejo, as possibilidades técnicas e gerenciais de
produção de energia de diversos tipos (elétrica, térmica) a partir dos re-
síduos, a geração de fertilizantes de melhor qualidade, diminuindo im-
pactos e, ao mesmo tempo, gerando renda. O livro traz ainda reexões
sobre o nosso sistema de geração e distribuição de eletricidade, visto
que esta dimensão também traz implicações para a geração da energia
distribuída, na qual o biogás tem contribuição relevante.
A primeira parte do livro traz aspectos fundamentais da pro-
dução de biogás em seus aspectos microbiológicos e bioquímicos. Em
seguida, são apresentadas experiências sobre a produção de biogás no
Brasil e em outros países da América do Sul.
Na terceira parte, o livro apresenta uma discussão sobre os resí-
duos da agropecuária, através da contribuição de diferentes autores de
diferentes instituições. Enfocando predominantemente os resíduos da
suinocultura, mostra que existem muitas formas de processamento e
destino para os mesmos. Aborda-se também o caso mais especíco da
suinocultura em Santa Catarina e as necessárias adequações ambientais.
Na quarta e última seção, o livro discute a geração e distribuição
da energia elétrica, tendo em vista os conceitos de geração distribuída e
mercado livre de energia, a partir de experiências concretas de produção
e consumo.
Embora nossa agropecuária (de um lado), e nossa produção
energética (de outro), estejam longe de alcançar níveis satisfatórios de
sustentabilidade no Brasil, o livro “Resíduos Orgânicos e Biogás: Manejo
Ambiental e Sustentabilidademostra que já existem caminhos e mé-
todos exequíveis. Esperamos que o livro seja não só uma contribuição
técnica, mas um estímulo aos caminhos alternativos, para que uma sus-
tentabilidade maior seja concretizada.
Referências
DAGA, J.; CAMPOS, A. T.; FEIDEN, A.; KLOSOWSKI, E. S.; CÂ-
MARA, R. J. 2007. Análise da adequação ambiental e manejo dos deje-
tos de instalações para suinocultura em propriedades na região oeste do
Paraná. Engenharia Agrícola, v. 27, n. 3, p. 587-595.
PIMM, S. Terras da terra. Londrina, Editora Planta, 2005.
RICHTER, J. & ROELCKE, M. 2000. The N-cycle as determined
by intensive agriculture – examples from central Europe and China.
Nutrient Cycling in Agroecosystems, v. 57, n. 1, p. 33-46.
ROCKSTRÖM, J., W. STEFFEN, K. NOONE, Å. PERSSON, F. S.
CHAPIN, III, E. LAMBIN, T. M. LENTON, M. SCHEFFER, C.
FOLKE, H. SCHELLNHUBER, B. NYKVIST, C. A. DE WIT, T.
HUGHES, S. VAN DER LEEUW, H. RODHE, S. SÖRLIN, P. K.
SNYDER, R. COSTANZA, U. SVEDIN, M. FALKENMARK, L.
KARLBERG, R. W. CORELL, V. J. FABRY, J. HANSEN, B. WALK-
ER, D. LIVERMAN, K. RICHARDSON, P. CRUTZEN, AND J.
FOLEY. 2009. Planetary boundaries: exploring the safe operating
space for humanity. Ecology and Society v. 14, n. 2 <http://www.eco-
logyandsociety.org/ vol14/iss2/art32/ >, acessado em 25 de dezembro
de 2013.
WRIGHT, J. T.; D. E. CARVALHO; R. G.; J. C. R. LOPES. Previsão
do impacto futuro de tecnologias disruptivas de geração distribuída so-
bre o segmento de distribuição de energia elétrica. < http://www.aneel.
gov.br/biblioteca/ citenel2007/pdf/it108.pdf >, acessado em 27 de de-
zembro de 2013.
Parte 1 - Sobre a produção de
biogás e seus processos
17
|
Resíduos Orgânicos e Biogás: Manejo Ambiental e Suentabilidade, I. Dreger & G. C. Coelho (orgs.)
CAPÍTULO 01
1
O PROCESSO DE PRODUÇÃO DE
BIOGÁS E A GERAÇÃO DE ENERGIAS
RENOVÁVEIS, ELÉTRICA E TÉRMICA
Iara Dreger
1
Diferentes áreas do conhecimento cientíco e técnico são
importantes para o êxito do processo de produção do biocombustível
biogás e a geração de energias renováveis, elétrica e térmica, além do
biometano. Dentre elas, a química, a mecânica, a elétrica, a agrono-
mia, a logística, a economia, a administração, a automação, a gestão
ambiental, a saúde pública e a biologia. Esta última é a responsável pelo
bom desempenho das atividades bacterianas e pela biodegradação de
biomassas, que são fatores determinantes para a produção quantitativa
e qualitativa de biogás. Tal desempenho assegura a disponibilidade e
o potencial energético do biogás que, por sua vez, permite a geração
contínua e de potência constante de eletricidade e de energia térmica.
Para alcançar e garantir as metas mencionadas, são necessários o enten-
dimento e a aplicação de parâmetros biológicos, físicos, mecânicos e
químicos especícos, relativos às diferentes fases do processo de produ-
1 Master of Science em Gestão Ambiental com foco em Energias Renováveis pela Universidade
de Ciências Aplicadas de Colônia (FH-Koeln/Alemanha). Assessora do Reitor para Energias
Renováveis da Universidade Federal da Fronteira Sul; Coordenadora do Projeto da Unidade
UFFS de Biogás. iaradreger@hotmail.com
18
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Universidade Federal da Fronteira Sul
ção de biogás e de geração de energias. Noções básicas serão descritas
neste capítulo, fundamentadas em literatura cientíca e técnica, bem
como em experiências e resultados sobre a tecnologia aplicada em ou-
tras regiões do mundo.
1. Processo Biológico
O biogás é um produto metabolizado por bactérias e produ-
zido a partir da biodegradação de subtratos orgânicos (biomassas), em
ambiente considerado anaeróbio. O processo é constituído basicamente
de quatro fases, das quais participam diferentes bactérias (EDER et al.,
2006; GRUBER, 2005; FERNANDES, 1997).
Na fase 1, conhecida como processo de hidrólise, bactérias ae-
róbicas e enzimas atuam em ambiente com pH ácido, entre 4,5 e 6, na
conversão de substâncias orgânicas de peso molecular elevado (como
proteínas, carboidratos, gorduras e celulose) em compostos de baixo
peso molecular (como aminoácidos, açúcares, ácidos graxos e água).
Na fase 2, a fermentação acidogênica é realizada por um grupo
diversicado de bactérias, a maioria delas facultativa. Com o pH entre
6 e 7,5, elas consomem os resquícios de oxigênio molecular no sistema,
preparam o ambiente anaeróbio para as bactérias metanogênicas e tra-
balham, especialmente, na produção de ácidos graxos monocarboxíli-
cos, alcoóis de baixo peso molecular e gases como o dióxido de carbono
(CO
2
), hidrogênio (H), ácido sulfídrico (H
2
S) e amônia (NH
3
).
Na fase 3, bactérias convertem os ácidos orgânicos em ácido
acético e fórmico, precursores da produção de metano. Neste momen-
to, ocorre a fermentação acetogênica, avaliada como determinante para
a produção do biometano (CH
4
). As bactérias desta fase são extrema-
mente sensíveis à temperatura ambiente no biodigestor.
Na fase 4, em ambiente alcalino, ocorre a fermentação meta-
nogênica e a produção do biogás, composto de metano e dióxido de
carbono (CH
4
+CO
2
), com resquícios de umidade (H
2
O) e outros gases
residuais acima mencionados.
19
|
Resíduos Orgânicos e Biogás: Manejo Ambiental e Suentabilidade, I. Dreger & G. C. Coelho (orgs.)
As fases da biodigestão (fermentação, degradação) diferen-
ciam-se entre si quanto ao tempo necessário à conclusão do metabo-
lismo de biodegradação, dentro outros fatores, tais como a reprodução
da população bacteriana. Na fase 1, por exemplo, o intervalo necessário
para a atividade bacteriana varia entre 20 minutos e 10 horas, enquanto
que na fase 3, o metabolismo pode alcançar 10 dias.
Existem três tipos de populações bacterianas que atuam na
produção de biogás, desempenhando suas atividades em ambientes com
temperaturas diferenciadas e suas bactérias são conhecidas como psicró-
las, mesólas e termólas. As bactérias psicrólas produzem o biogás
em temperaturas abaixo de 25°C. O tempo de retenção de biomassas no
biodigestor varia entre 75 e 100 dias e o volume de produção é baixo. Já
as bactérias mesólas são aquelas que produzem em temperaturas entre
25 e 45°C, com boa atividade microbiana e retenção de biomassas no
biodigestor entre 30 e 50 dias. São bactérias menos sensíveis à variação
de temperatura dentro do limite de 2°C acima ou abaixo do valor óti-
mo de 38°C para a produção de biogás. Por último, a população das
termólas que produz em temperaturas acima de 45°C, com excelente
atividade microbiana e retenção de 15 dias no biodigestor. São bactérias
extremamente sensíveis a variações de temperaturas para além de 1°C
acima ou abaixo do valor ótimo de 55°C para a produção de biogás.
Nas regiões do mundo onde a tecnologia está consolidada, as
bactérias mesólas são as mais comumente usadas. Um dos fatores
que favorece ea opção eá relacionado com a disponibilidade de
energia térmica para o aquecimento do habitat bacteriano, energia esta
proveniente da cogeração (processo de geração combinado de eletri-
cidade e de calor). Unidades com bactérias psicrólas não são mais
usadas neas regiões devido ao lento processo de biodegradação e
a baixa produção de biogás. as unidades operando em ambiente
termofílico vêm sendo construídas em maior numero, desde o início
deste século, especialmente pela disponibilidade de energia térmica de
cogeradores sempre maiores e mais potentes.
A alimentação balanceada dos micro-organismos nesses biodi-
gestores é fundamental para o equilíbrio biológico do sistema. Substra-
tos de estruturas simples, fáceis e rápidos de serem biodigeridos como
a glicerina, por exemplo, se dispostos em excesso no fermentador pro-
20
|
Universidade Federal da Fronteira Sul
vocam a queda do pH. Já estruturas complexas, como a da celulose,
necessitam de maior tempo para a biodegradação, e a lignina é difícil
de ser biodigerida. As bactérias necessitam também de vitaminas, mi-
nerais, oligoelementos e compostos nitrogenados solúveis, disponíveis
em dejetos e estercos, capins ou forrageiras, restos orgânicos de cozinha,
bagaço triturado de cana de açúcar, vinhaça e soro de leite. Metais pe-
sados, em baixas concentrações, são igualmente importantes: níquel,
cobalto, ferro e outros. Volumes exagerados desses orgânicos e inorgâni-
cos, entretanto, podem interferir negativamente no processo biológico
e até extinguir populações bacterianas.
Remédios químicos, desinfetantes e antibióticos devem ser
evitados. Em caso de tratamento de animais com antibióticos, é im-
portante que a biomassa não seja utilizada na unidade de produção de
biogás durante o período do tratamento.
2. Biomassas, Minerais e Codigestão
As biomassas que compõem o cardápio para a codigestão
(biodigestão com mais de uma biomassa) estabelecem o tempo de re-
tenção hidráulica dos substratos no biodigestor (ver subtítulo Processo
Anaeróbio: Parâmetros Técnicos para a Biodigestão). Atrelado a isso, a
temperatura do habitat bacteriano é também um fator de fundamental
importância, e ambos os fatores são determinantes para o planejamento
de uma unidade.
As proteínas, gorduras e carboidratos das biomassas são importan-
tes produtores de biogás: 71% das proteínas e 68% das gorduras são trans-
formadas em metano. Os carboidratos,por sua vez, produzem signicativo
volume de biogás, mas somente 50% de metano (EDER et al., 2006).
O teor de massa seca (MS) e o teor orgânico da matéria seca
(oMS) das biomassas são parâmetros importantes para a composição do
cardápio. O teor de matéria seca (MS) fornece dados sobre o percentual
de massa remanescente, após extraída a água de uma biomassa. Já o teor
orgânico da matéria seca (oMS) é determinado pelo percentual orgânico
de uma biomassa, após a remoção completa da água e de todos os mi-
nerais. Ambos denem a taxa de carregamento do biodigestor e o volume
21
|
Resíduos Orgânicos e Biogás: Manejo Ambiental e Suentabilidade, I. Dreger & G. C. Coelho (orgs.)
de produção de biogás (ver subtítulo Processo Anaeróbio: Parâmetros
Técnicos para a Biodigestão).
Processos anaeróbios de produção de biogás podem ser classi-
cados a partir do teor de massa seca (MS) no biodigetor em fermentação
úmida (MS<15%) e fermentação seca (MS>15%) (DREGER, 2007).
São vários os fatores que interferem na escolha das biomassas
para a codigestão, entre eles, a efetiva disponibilidade da matéria orgâ-
nica durante o ano e/ou a possibilidade de armazenamento, e as licenças
ambientais para o transporte e aplicação dos substratos.
Em geral, todos os substratos orgânicos são passíveis de de-
composição. Substratos mais sólidos, entretanto, são indicados para a
decomposição aeróbia ou compostagem. Biomassas excedentes da pro-
dução de animais connados, como dejetos e estercos, são ideais para
a biofermentação anaeróbia. Também resíduos animais de frigorícos,
como gorduras e sangue, são substratos considerados bons produtores
de biogás. Para a utilização de resíduos do corpo animal, entretanto, é
recomendável a higienização da biomassa, antes ou depois da biodiges-
tão, que pode ser efetivada via energia térmica.
Substratos de fácil decomposição como o lodo de estações de
tratamento de esgoto (ETE’s) ou o lixo orgânico urbano triturado po-
dem trazer consigo terra e pequenas pedras, exigindo assim, que o fer-
mentador seja projetado com um sistema de descarga de sedimentos.
Para vegetais energéticos da lavoura, igualmente bons produ-
tores de metano, faz-se necessário incluir, no cálculo da viabilidade eco-
nômica da unidade, o custo da cultura agronômica, da área de depósito
da silagem e dos equipamentos para a transferência da biomassa sólida
do exterior ao interior do biofermentador. Para essa transferência física,
o equipamento comumente usado é uma estação de dosagem, que com-
preende um container sobre uma balança e uma rosca sem m, passível
de ser conectada ao sistema de automação da unidade. Existe ainda a
possibilidade do manuseio das biomassas de forma indireta, via sistema
hidráulico, misturando-se a biomassa mais densa com uma biomassa
mais líquida para a impulsão através de uma bomba. Dentre os vegetais
energéticos, as forrageiras são uma alternativa para o enriquecimento
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Universidade Federal da Fronteira Sul
do cardápio de biomassas no Brasil, com destaque para o capim-do-su-
dão (Sorghum sudanense Stapf) e o capim-elefante (Pennisetum purpu-
reum Schumach) (DREGER, 2007). Ambos são culturas permanentes
de 15 a 20 anos que podem ser colhidas até quatro (4) vezes ao ano e
produzem até 200 toneladas por ha por ano de massa fresca (MF) (MI-
RANDA, s/d; CARVALHO, 1994; CASTILHOS, 1987). Adaptam-
se, ainda, à baixa disponibilidade de água, apresentando alta capacidade
de germinação e crescimento, e boa habilidade para perlhamento e
rebrota. Apesar da semelhança física dos vegetais, apresentam caracte-
rísticas de biodegradabilidade distintas.
Como referência para uma composição mineral do cardápio e
objetivando evitar o excesso de nitrogênio no processo, pode-se partir
da relação (GRUBER, 2005):
C : N : P = 75 : 5 : 1 até 125 : 5 : 1
C - Carbono, N - Nitrogênio, P - Fósforo
3. Processo Anaeróbio: Parâmetros Técnicos para
a Biodigestão
As variações técnicas para a biodigestão podem ser distingui-
das pelo tipo de alimentação do fermentador como processo ‘batch’ (ou
batelada) e processo continuado. No processo em batelada, a biomassa
permanece no biodigestor durante o tempo estipulado para a biodegra-
dação, sem que seja adicionada nova biomassa. A produção de biogás
não é continuada, a higienização da biomassa alcança bons índices, a
manutenção do fermentador pode ser feita com facilidade e o percentu-
al do teor de massa seca (MS) pode ser alto.
O processo continuado de alimentação do fermentador pode ser
processado através do método de uxo contínuo ou de mistura completa.
É o processo mais comumente aplicado para biomassas da agropecuária,
em outras regiões do mundo.
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Resíduos Orgânicos e Biogás: Manejo Ambiental e Suentabilidade, I. Dreger & G. C. Coelho (orgs.)
No método de uxo contínuo, o fermentador é cilíndrico e
horizontal, com volume limitado em até 1.000 m³. Este fermentador
é alimentado de forma contínua e a biomassa segue um uxo interno
sequencial, com uma produção de biogás continuada. Cabe ressaltar
que a manutenção deste fermentador apresenta limitações.
No método de mistura completa, o fermentador cilíndrico
vertical, com volume construído de até 6.000 m³, é alimentado con-
tinuadamente. As biomassas frescas são misturadas às biomassas em
cofermentação/codigestão e o processo de biodigestão tem seu início
imediato. Apresenta, ainda, a possibilidade de biodegradação em duas
etapas e biodigestores distintos com a separação de fases, ou seja, as fases
1 e 2 em um biodigestor e as fases 3 e 4 em outro.
O grau de degradação das biomassas relaciona-se com o per-
centual de decomposição do teor orgânico de matéria seca (oMS), no
período estipulado para a decomposição de determinada(s) substân-
cia(s) orgânica(s). Uma decomposição completa até a mineralização só
é possível, teoricamente, sem a presença de lignina. Na prática, o per-
centual de degradação de biomassas ocorre entre 30 e 70% no sistema
de produção de biogás de mistura completa. Quanto menor o percentual
de decomposição das biomassas, menos eciente é o processo de erradi-
cação de odores, excrementos, demanda biológica de oxigênio (DBO)
e outros.
A forma física do fermentador e o teor orgânico de matéria seca
(oMS) das biomassas limitam a taxa de carregamento (T
x
C) do fermen-
tador, mensurada por quilograma (kg) de teor orgânico da matéria seca
(oMS) por dia e pelo volume do fermentador (Vf) em metros cúbicos
(GRUBER, 2005):
T
x
C = oMS • d
-1
/ Vf
A taxa de carregamento (ou carga orgânica do biodigestor) é
considerada um dos principais parâmetros para o controle do sistema
e determinante no dimensionamento de um biodigestor. Costuma-se
24
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Universidade Federal da Fronteira Sul
adotar o valor máximo de 3 kg oMS d
-1
/m³ para fermentadores cilíndri-
cos verticais de mistura completa (Biogas Nord, 2007). Em fermentadores
cilíndricos horizontais por uxo, a taxa de carregamento pode chegar a 10
kg OMS d
-1
/m³ (EDER et al., 2006).
O tempo de retenção hidráulica corresponde ao tempo que os
substratos permanecem no fermentador para a biodegradação. É calcu-
lado pelo volume do fermentador, dividido pelo volume de biomassa
por dia (GRUBER, 2005):
tRH
f
= Vf / Vb • d
-1
Onde Vf é o volume do fermentador (m
3
) e Vb é o volume da
biomassa (m
3
). Quanto menor o tempo de retenção, mais econômico é
considerado o processo. Biomassas excedentes da produção animal dife-
rem signicativamente entre si quanto ao tempo de retenção em fermen-
tadores com populações bacterianas mesólas, uma vez que o esterco de
aves é biodigerido em até 30 dias, os dejetos suínos e bovinos em cerca
de 40 dias e o estrume seco de bovinos em até 50 dias.
A temperatura ambiente ideal em processos mesólos (38°C)
ou termólos (55°C) pode ser alcançada através da transferência de calor
às biomassas, que pode ocorrer de forma externa ou interna do biodi-
gestor. Na transferência de calor externa, as biomassas do fermentador
passam continuadamente, via bombeamento, por um módulo externo
alimentado por energia térmica. Já o processo interno ocorre através
de tubulações de aquecimento, dispostas junto à parede ou no interior
da parede do fermentador. Há uma terceira possibilidade de integrar o
sistema de aquecimento aos agitadores, mais usada para fermentadores
cilíndricos horizontais.
Para o controle dos processos biológicos e químicos de produ-
ção, faz-se necessário que sejam medidos e documentados regularmente
alguns parâmetros do fermentador, dentre eles: a temperatura ambiente
no biodigestor, a taxa de carregamento, o tempo de retenção de biomas-
sas, a composição de ácidos graxos - ou da capacidade tampão, ou da
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Resíduos Orgânicos e Biogás: Manejo Ambiental e Suentabilidade, I. Dreger & G. C. Coelho (orgs.)
concentração dos íons H
+
no gás (EDER et al., 2006), e a medição dos
índices dos gases adicionais, neste caso, do H
2
S e do NH
3
. Para estas
medições individuais existem equipamentos no mercado, assim como
para a automação de uma unidade. No caso da automação, o controle
ocorre tanto junto da unidade como pode ser acompanhado online pelo
laboratório de biomassas e biogás e outras instâncias de interesse.
A agitação de biomassas em biodigestores cilíndricos baseados
no processo de mistura completa assegura condições ótimas para a dis-
tribuição e a circulação da massa fresca (MF) no fermentador, garantin-
do a alimentação continuada das bactérias e o aumento dos índices de
biodegradação, o que implica na produção de maior volume de biogás.
Esta agitação evita as biomassas estanques e o assentamento de partícu-
las, e distribui as partículas em suspensão. A agitação dos substratos no
fermentador pode ocorrer basicamente de três formas: 1) pneumática,
através da pressão de biogás via compressor; 2) hidráulica, através de
bombas ou outros e 3) mecânica, com agitadores. Existem várias al-
ternativas de agitadores mecânicos: horizontais, tipo pás, com energia
térmica integrada; tipo liquidicador, dispostos no centro do fermen-
tador; agitadores de hélices, com motor externo ou motor mergulhado
na biomassa.
Podemos concluir desta forma que, para o dimensionamento
de uma unidade de produção de biogás, é necessário denir os teores de
massa seca e de matéria orgânica da massa seca da biomassa, além de men-
surar o volume/dia e o período de permanência no biodigestor. Para o
bom funcionamento da unidade, todavia, são essenciais o sistema de
alimentação do biodigestor, a agitação das biomassas e a temperatura
ambiente constante.
Um eventual décit na produção do biogás pode ser causado,
basicamente por quatro fatores: pela composição errada do cardápio de
biomassas, por uma elevada taxa de carregamento no fermentador, pelo
décit de alimentos e/ou pela falta de nutrientes para as bactérias ou,
ainda, por substâncias tóxicas nas biomassas.
26
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Universidade Federal da Fronteira Sul
4. O Biodigestor ou Biofermentador
A grandeza física do biodigestor é determinada pelo volume
das biomassas, pela temperatura do habitat bacteriano e pelo tempo
de retenção para a biofermentação. Aconselha-se o cálculo da estrutura
física com uma margem de 20% de segurança, visando à eventual ne-
cessidade de troca futura de biomassas e/ou a possibilidade de amplia-
ção da produção de biogás.
Um fermentador de forma física cilíndrica horizontal ou verti-
cal, normalmente de metal ou de concreto armado, pode ser construído
na superfície ou enterrado no solo. As opções entre uma ou outra forma
de construção relacionam-se, em geral, com o nível do lençol freático,
os custos com o movimento de terra e, não raramente, com a detonação
de pedras.
Os principais componentes de um fermentador são: o volume
construído, a pintura ou revestimento interior, a janela para controle vi-
sual da biodigestão, os equipamentos de medição dos parâmetros inter-
nos, incluso a medição da baixa e da alta pressão, as bombas de sucção
e pressão, os agitadores, as tubulações de aquecimento, o isolamento
térmico do biodigestor, quando necessário, e o depósito de biogás.
Outros equipamentos da unidade são: os depósitos para as
biomassas in natura, o depósito para o euente nal biodigerido, a casa
de máquinas para o(s) cogerador(es) e o quadro elétrico, o escritório
para a gestão do empreendimento, a delimitação e a proteção física da
unidade, as instalações e os equipamentos para a conexão da energia
gerada à rede de distribuição de eletricidade da concessionárias, além de
outros dispositivos de monitoramento e proteção.
5. O Biogás
A cogeração depende da qualidade e da pureza do biogás
(CH
4
+CO
2
) que, por sua vez, depende da remoção de gases residuais
na composição do biocombustível, como o ácido sulfídrico (H
2
S), a
amônia (NH
3
) e a umidade (H
2
O)
.
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Resíduos Orgânicos e Biogás: Manejo Ambiental e Suentabilidade, I. Dreger & G. C. Coelho (orgs.)
No caso do ácido sulfídrico (H
2
S), a concentração deste gás
pode variar, em média, entre 200 a 1.500 ppm (ml/m³). Seu efeito
letal ao ser humano ocorre em menos de uma hora para concentração
de 100 ppm e para proporções a partir de 1.000 ppm pode causar a
morte em minutos (EDER et al., 2006). Se aplicado diretamente no
cogerador para a combustão, é convertido em água (H
2
O) e dióxido
de enxofre (SO
2
), esse último classicado como elemento de risco à
saude humana e ao meio ambiente, além de afetar negativamente o
mecanismo de conversão mecânica da máquina. Portanto, a captura do
H
2
S, também conhecida como dessulfurização, além de ser importante
à saúde humana é ambientalmente correta, propicia menor desgate ao
motor, menor custo de manutenção e, consequentemente, maior vida
útil do equipamento. A dessulfurização pode ser realizada via biológica,
química, física ou ainda, de forma combinada.
Igualmente, a amônia provoca uma redução na qualidade do
biogás. Uma forma simples para a sua captura é a redução de tempe-
ratura do biogás, através de processos físicos como a lavação do biogás
ou a aplicação do ltro de carvão ativado, anterior à sua combustão.
Quando produzido, o biogás é misturado 100% com vapor
d’água (H
2
O), o qual reduz signicativamente a eciência do cogera-
dor e ocasionando a perda de pressão do biogás (2G, 2007). Portanto,
retirar a umidade do biogás antes da combustão é imprescindível. O
processo pode ser efetuado de forma física através de caixas de conden-
sação de umidade.
Para a cogeração, a opção pelo tipo do cogerador é fator de-
terminante à eciência econômica e ecológica do processo. São carac-
terísticas importantes para a eciência e economicidade do cogerador:
a) ser produzido em série para ter preço competitivo, b) ter um ciclo
de vida longo, c) as peças de reposição serem de fácil acesso e de fácil
manutenção, capazes de serem manuseadas pelo agricultor, d) mínimas
emissões de gases, e) que a troca de óleo possa acontecer com grandes
intervalos, f) ser resfriado a água através de circuito fechado, g) ser re-
sistente a resquícios de umidade e de gases residuais no biogás. No en-
tanto, encontrar essas premissas resolvidas em um único cogerador não
é tarefa simples e, por isso, alguns compromissos devem ser assumidos
no momento da escolha da máquina.
28
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Universidade Federal da Fronteira Sul
A energia térmica e o ar quente, subprodutos da geração de ele-
tricidade, devem ser incorporados no sistema de aproveitamento ener-
gético e considerados nos cálculos de viabilidade econômica da unidade.
A geração de energia elétrica pode ser continuada ou gerada
em intervalos como, por exemplo, em horário de ponta no Brasil (das
18h00min às 21h00min), quando o custo da energia elétrica para o
comércio, a indústria e instituições de ensino, passa a ser cerca de dez
(10) vezes maior que fora deste horário.
6. O Euente Final de uma Unidade de Produção
de Biogás
O euente nal de uma unidade de produção de biogás é rico
em minerais como nitrogênio (N), fósforo (P
2
O
5
) e potássio (K
2
O),
também conhecidos pela sigla NPK, composição comumente usada
como biofertilizantes em culturas agrícolas temporárias e permanentes.
Os valores para a adição do nitrogênio em culturas agronômi-
cas na Alemanha, por exemplo, são, para pastagem, 210 kg N/ha·ano
-1
e para culturas temporárias, 170 kg N/ha/a (EDER et al., 2006).
O Estado de Santa Catarina possui uma única normativa
relacionada à aplicação de euentes como biofertilizante. Trata-se da
Instrução Normativa IN-11 da Fundação do Meio Ambiente de Santa
Catarina/FATMA, 2001, que estipula o volume de 50 m³·ha
-1
·ano
-1
de
dejetos suíno in natura para uso em solos cultiváveis.
Os valores médios de NPK em dejetos suínos em Santa Cata-
rina, com matéria seca a 1,6%, segundo Oliveira (2004), são: N
tot
2,2
kg/Mg, P
2
O
5
0,6 kg/Mg, e K
2
O 0,9 kg/Mg, e se referem à forma bruta
para ciclo completo da produção animal.
No que se refere aos teores de NPK em cama de aviários,
Corrêa e Miele, s/d, citam os valores, respectivamente, de 25,9; 20,6
e 10,0 g kg
-1
, enquanto ANDREOTTI et al. (2005) constataram
19,3; 16,5 e 41,1 g kg
-1
e OLIVEIRA et al. (2006) 35,3; 30,7 e
30,0 g kg
-1
.
29
|
Resíduos Orgânicos e Biogás: Manejo Ambiental e Suentabilidade, I. Dreger & G. C. Coelho (orgs.)
Além do uso direto em solos cultiváveis, o euente nal do
processo da biodigestão poderá ser: 1) separado via mecânica, em fa-
ses semisseco e úmido; 2) transformado em biodiesel, em briquetes ou
pellets para a combustão; 3) compostado; 4) submetido à remoção do
nitrogênio e fósforo através de processo físico-químico ou biológico.
7. Considerações Finais
Para além do investimento nanceiro, cientíco, tecnológico
e de inovação para a produção do biocombustível biogás para a geração
de energias renováveis, elétrica e térmica, e a produção de biofertilizan-
tes, uma unidade de biogás pode contribuir para a sustentabilidade am-
biental e econômica de sistemas de produção no meio rural e urbano,
bem como, à qualidade de vida humana.
Assim como as biomassas da agropecuária, as biomassas
residuais de usinas de produção de etanol e de biodiesel e da in-
dústria de alimentos, o lodo de estações de tratamento de esgoto e
o lixo orgânico urbano são energeticamente ricos para a produção
de biogás.
Se aplicados os conceitos de responsabilidade ambiental, so-
cial e econômica à destinação correta do euente biodigerido da biofer-
mentação, a unidade de biogás pode vir a ser um sistema sustentável de
geração de energias com produção de resíduo zero. No caso da biodiges-
tão de biomassas da pecuária de connamento, o processo propicia um
destino especíco aos euentes, possibilitando o fechamento completo
desse ciclo de produção animal.
8. Referências Bibliográcas
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des de produção de biogás na Alemanha.
CARVALHO, Margarida Mesquita et al. (1994). Capim-Elefante: Pro-
dução e Utilização. Ministério da Agricultura, do Abastecimento e da
30
|
Universidade Federal da Fronteira Sul
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de Gado de Leite.
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brote. Porto Alegre/RS.
CELESC Distribuição S.A. (s/d). Requisitos para a Conexão de Mi-
cro ou Mini Geradores de Energia ao Sistema Elétrico da Celesc Dis-
tribuição. Manual de Procedimentos. 28 Pgs. Disponível em < http://
novoportal.celesc.com.br/portal/images/arquivos/normas/normativa
%20micro-mini%20gerao.pdf >, acessado em 05/04/2013.
CORRÊA, Juliano Corulli e MIELE, Marcelo (s/d). Manejo Ambien-
tal na Avicultura, 152 Pgs. Cap. 3: A Cama de Aves e os Aspectos Agro-
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pa.br/bitstream/doc/920818/1/acamadeaveseosaspcteos.pdf>, acessado
em 08/04/2013.
DORTZBACH, Denilson et al. (s/d). Estimativa de NPK do dejeto
suíno e área de lavoura de soja e milho possível de ser adubada no
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DREGER, I. 2007. A produção de biogás através de substratos da agro-
pecuária como solução ecológica econômica para a região do Alto Rio
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Tecnologia para os Trópicos e Subtrópicos - Universidade de Ciências
Aplicada de Colônia/Alemanha (FH-Koeln).
EDER, B.; SCHULZ, H. 2006. Biogas Praxis: Grundlagen, Planung,
Anlagenbau, Beispiele, Wirtschaftlichkeit. 3ª edição. 238 Pgs. Oeko-
buch Verlag, Staufen bei Freiburg/Alemanha.
FERNANDES, C. 1997. - Esgotos Sanitários - Capitulo Diges-
tão Anaeróbia. Ed. Univ./UFPB, João Pessoa, Paraíba. Reimpressão
Jan/2000. http://www.dec.ufcg.edu.br/saneamento /DigeAnae.html,
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GRUBER, W. (2005). Biogasanlagen in der Landwirtschaft. Aid infoW-
dienst e.V., n° 1453. 51 Pgs. Bonn/Alemanha.
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Resíduos Orgânicos e Biogás: Manejo Ambiental e Suentabilidade, I. Dreger & G. C. Coelho (orgs.)
MIRANDA, M. (s/d). Avaliações de Clone de Capim-Elefante. Pesqui-
sa em andamento. EPAGRI/CEPAF, Chapecó/SC.
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biogasanlagen/biogas-entschwefelung/chemische.html, acessado em
22/03/2013.
2G (2007). Empresa de montagem de cogeradores na Alemanha.
Parte 2 - A produção de biogás
no Brasil e na América Latina -
Experiências
35
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Resíduos Orgânicos e Biogás: Manejo Ambiental e Suentabilidade, I. Dreger & G. C. Coelho (orgs.)
A UNIDADE EXPERIMENTAL DE
BIOGÁS NA PROPOSTA UFFS:
GERAÇÃO DE ENERGIAS, ELÉTRICA
E TÉRMICA, A PRODUÇÃO DE
BIOFERTILIZANTE, DE RESÍDUO
ZERO E DE CONHECIMENTO
CIENTÍFICO
Iara Dreger
1
1. Introdução
Representativa parcela da produção econômica da Mesorre-
gião da Grande Fronteira do MERCOSUL (noroeste do estado do Rio
Grande do Sul, oeste do estado de Santa Catarina e sudoeste do estado
do Paraná), que abrange os cinco campi da Universidade Federal da
Fronteira Sul (UFFS), com uma população aproximada de 3,2 milhões
habitantes, é alavancada pela pecuária de connamento de suínos e
1 Master of Science em Gestão Ambiental com foco em Energias Renováveis pela Universidade de Ciências
Aplicadas de Colônia (FH-Koeln/Alemanha). Assessora do Reitor para Energias Renováveis da Universida-
de Federal da Fronteira Sul; Coordenadora do Projeto da Unidade UFFS de Biogás; iaradreger@hotmail.
com
CAPÍTULO 02
2
36
|
Universidade Federal da Fronteira Sul
aves. Com elevado nível de tecnicação, são atividades desenvolvidas
em pequenas e médias propriedades rurais.
Interdependente à produção animal, a agroindústria de pro-
cessamento de carnes e seus derivados faz-se fortemente presente, em
especial, no oeste do estado de Santa Catarina. Desde o início da dé-
cada de 1970, esses setores integram o cenário econômico nacional, em
contínua ascensão, atualmente expandindo a produção animal para ou-
tras regiões do país e a comercialização de carne para vários continentes.
Com o aumento gradativo da produção pecuária, entretanto,
o volume dos dejetos suínos e dos estercos de aves também têm aumen-
tado signicativamente, para além da capacidade de absorção dessas
biomassas in natura como fertilizantes em solos agrícolas. Passa a existir,
assim, um passivo ambiental que implica na poluição dos mananciais
hídricos, do solo e do ar, e é responsável por impactos socioambientais
e econômicos relevantes.
Contrapondo-se à situação desse passivo, a demanda regional
e nacional por fertilizantes minerais é expressiva e crescente, lembrando
que o Brasil é um dos maiores produtores de grãos do mundo.
Com característica geográca de relevo topográco comu-
mente acidentado, a Mesorregião é banhada por rios de médio e peque-
no porte, que alimentam, em sua maioria, as bacias hidrográcas do rio
Uruguai e do rio Paraná. Também o subsolo dessa região assenta parte
de um importante manancial hídrico de água doce, transfronteiriço e
de proporções gigantescas, o reservatório natural Aquífero Guarani.
2. A proposta da UFFS quanto à Unidade de
Produção de Biogás
Entendido como um elemento estruturador e dinamizador
do processo de desenvolvimento regional e nacional, a Universidade
Federal da Fronteira Sul propõe o projeto e a execução da Unidade Ex-
perimental UFFS de Biogás, com foco na sustentabilidade ambiental,
social e econômica, por meio de arranjos tecnológicos inovadores. Esses
arranjos visam à aplicação de tecnologias de ponta para a biofermenta-
37
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Resíduos Orgânicos e Biogás: Manejo Ambiental e Suentabilidade, I. Dreger & G. C. Coelho (orgs.)
ção anaeróbia, a geração descentralizada de energias renováveis, elétrica
e térmica, a produção de biofertilizantes, de resíduo zero e de conheci-
mento cientíco.
Com características multidisciplinaridades e correlacionadas,
o empreendimento envolve as três áreas cientícas da Academia, ou
seja, as Ciências Biológicas, as Exatas e as Humanas, o que deverá fa-
vorecer o desenvolvimento da pesquisa acadêmica. Favorece ainda o
desenvolvimento e a aplicação de novas tecnologias e de equipamen-
tos, bem como a capacitação de recursos humanos e a transferência
de conhecimento tecnológico sobre o produto aos usuários. Quanto à
abrangência das áreas cientícas correlatas à Unidade de Biogás temos:
Biológica: seleção de micro-organismos de fontes na-
turais e/ou bancos nacionais e internacionais; identi-
cação de micro-organismos selecionados e classicados
como promissores no processo em estudo; uso de mar-
cadores moleculares aplicados à biotecnologia; mode-
lagem da biodegradação; ciclo de vida bacteriana; ca-
racterização de biomassas e percentuais de produção de
metano (CH
4
) e outros gases adicionais; fermentação
de biomassas compostas (cofermentação); temperatu-
ras, pH, índex REDOX e agitação dos substratos no
fermentador; relação input - output C : N (carbono e
nitrogênio) e N / P / K (nitrogênio, fósforo e potássio);
sistemas biológicos de remoção de minerais; sistema e
equipamentos de controle do processo biológico;
Química: controle das características e da qualidade do
biogás - uma composição de metano (CH
4
), dióxido
de carbono (CO
2
) e outros gases; resfriamento do bio-
gás para a combustão; desenvolvimento e controle de
processos para a captura de gases como ácido sulfídrico
(H
2
S), amônia (NH
3
), amônio (NH
4
), umidade (H
2
O),
CH
4
, hidrogênio (H) e CO
2
; processos para a precipi-
tação química de sólidos e de minerais dos euentes; sis-
temas e equipamentos de controle do processo químico;
Engenharia Civil e Arquitetura: estruturas físicas, mate-
38
|
Universidade Federal da Fronteira Sul
riais construtivos e custos de biodigestores, de depósitos
de euentes in natura e biodigeridos, de reservatórios de
biogás; projeto e execução de pavilhões otimizados para
a produção de animais;
Engenharia Mecânica: agitadores mecânicos de biomas-
sas, bombas, balanças, roscas sem m, cogeradores (mo-
tor e gerador de energias, elétrica e térmica), separadores
mecânicos e químicos para euentes, módulos de seca-
gem de euentes.
Engenharia Elétrica: projeto elétrico para a Unidade de
Biogás; disposição da energia elétrica em rede; licencia-
mento junto a Agência Nacional de Energia Elétrica
(ANEEL);
Engenharia Hidráulica: potencial energético, aplicação
e viabilidade econômica da energia térmica em diferen-
tes processos; relógios de medição; materiais e qualidade
de tubulações para água quente.;
Engenharia da Computação: desenvolvimento de pro-
gramas para a automação e o controle digital de unida-
des de produção;
Engenharia Agronômica: avaliação de espécies de co-
bertura de solos (ecosiologia, produção de tomassa,
efeitos alelopáticos e ciclagem de nutrientes) e de for-
rageiras (produção, qualidade e propriedades da forra-
gem, avaliação de cultivares, efeitos da fertilização com
resíduos orgânicos);
Engenharia Ambiental e Sanitária: gestão técnica de
projetos/arranjos tecnológicos; projetos ambientais es-
pecícos em escala regional, nacional e internacional;
otimização de processos para o tratamento de euentes
biodigeridos e a remoção de minerais;
Economia: logística, investimentos, comercialização/
mercados e dividendos de unidades de produção (agro-
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Resíduos Orgânicos e Biogás: Manejo Ambiental e Suentabilidade, I. Dreger & G. C. Coelho (orgs.)
pecuária, biogás, energias, biofertilizantes, biocombus-
tíveis);
Veterinária: controle de qualidade da cama de aviário
(forração de solo para a produção de aves de corte), da
ração animal e do uso da água na produção animal.
O projeto deverá promover a participação de pesquisadores da
UFFS e pesquisadores de outras Instituições de Ensino Superior (IES),
de Empresas de Pesquisa e de Desenvolvimento Tecnológico, a partir de
parcerias em nível estadual, nacional e internacional.
3. Parâmetros técnicos fundamentais da Unidade
de Produção de Biogás
Alguns parâmetros são condicionantes para o êxito do empre-
endimento, que visa à produção de volume continuado de biogás, inde-
pendentemente de variáveis externas, especialmente as condicionantes
meteorológicas. Dentre esses parâmetros, destacam-se parâmetros físi-
cos, biológicos e químicos:
1. Os fermentadores robustos, de mistura completa;
2. A biofermentação mesofílica à temperatura ideal de
38°C a 40°C;
3. A biodegradação de biomassas compostas;
4. A agitação controlada das biomassas no biodigestor;
5. O controle continuado dos parâmetros biológicos e quí-
micos;
6. A captura dos gases adicionais;
7. O resfriamento do biogás anterior à combustão;
8. A geração contínua e de potência constante de energias
renováveis, elétrica e térmica;
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Universidade Federal da Fronteira Sul
9. O tratamento do euente nal biodigerido;
10. A produção de biofertilizantes;
11. O resíduo zero.
A produção de Resíduo Zero é um dos desaos do projeto.
Envolve propostas inovadoras para o tratamento do euente biodige-
rido, através da aplicação de novos métodos, processos e tecnologias.
A adição de vegetais energéticos da lavoura, por sua vez, visa o
enriquecimento do percentual de massa seca para a biodigestão, objeti-
vando uma maior produção de biogás. Propõe-se, inicialmente, a adi-
ção do capim-elefante (Pennisetum purpureum Schumach), um vegetal
bastante conhecido dos produtores agrícolas do Brasil, pouco exigente
quanto à qualidade do solo e irrigação.
O teor de massa seca (MS) e o teor orgânico da matéria seca
(oMS) das biomassas no biofermentador é crucial para o êxito da pro-
dução quantitativa de biogás. Correspondem, respectivamente, ao per-
centual de massa remanescente de uma biomassa depois de extraída a
água e, ao percentual orgânico de uma biomassa, após a remoção com-
pleta da água e de todos os minerais. Tais teores determinam se uma
biofermentação é considerada úmida (MS < 15 %) ou seca (MS > 15
%) (DREGER, 2007, RENOWABLE ENERGIE CONCEPTS, s/d).
No caso da fermentação úmida, em cujo espectro move-se o projeto da
Unidade UFFS de Biogás, o teor de massa seca considerada ideal é de
12% de MS (DREGER, 2007). Esse percentual corresponde ao apro-
veitamento ótimo do biofermentador para uma excelente produção de
volume de biogás. Tal teor de massa seca exige agitadores robustos no
fermentador.
Quanto aos teores energéticos das biomassas propostas para a
composição do cardápio da Unidade UFFS de Biogás:
Os dejetos suínos da região oeste do estado de Santa
Catarina, segundo Oliveira, 2004, apresentam em mé-
dia, 1,6 % de massa seca (MS), valor considerado baixo.
Entretanto, se ajustado o manejo do uso da água nas
propriedades produtoras, é possível atingir um teor de
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Resíduos Orgânicos e Biogás: Manejo Ambiental e Suentabilidade, I. Dreger & G. C. Coelho (orgs.)
até 6 % MS.
Para o esterco seco de aves, esse teor é de cerca de 70 %
MS e de 28% a 55% no esterco úmido (PALHARES,
2004).
O capim-elefante, por sua vez, apresenta um teor mé-
dio de 18% MS (CARVALHO, 1994; CASTILHOS,
1987), com variações entre 14 e 42% de MS.
Para o cardápio composto para a cofermentação com dejetos
suínos e esterco de aves, é aconselhável que prevaleça uma relação de vo-
lume próxima a 80:20 entre as duas biomassas. Trata-se de uma propor-
ção eciente para a manutenção da estabilidade biológica do sistema,
considerando o signicativo percentual de nitrogênio (N) no esterco
de aves. Já o volume da forrageira, nessa composição, é variável, e sua
adição tem como referência o alcance do valor ótimo de 12% MS para
a fermentação úmida.
Outras biomassas poderão vir a complementar o cardápio da
Unidade como, os resíduos orgânicos de restaurantes e/ou orgânicos ur-
banos (teor MS variável de até 40 %), a gordura de frituras (95 % MS),
a glicerina residual da produção de biodiesel (98 % MS), ou ainda,
dentre outras, o vegetal aquático lemna, macrótas aquáticas da família
Araceae, com cerca de 10% MS (MOHEDANO et al.., 2012), vegetal
propenso à remoção biológica de minerais do euente biodigerido da
Unidade quando disposto em lagoas.
Biomassas vegetais como as lemnas e o capim-elefante podem
vir a ser boas opções para equilibrar a relação C:N na biodigestão e nos
euentes, cabendo estudos complementares neste tema.
A qualidade das biomassas, além de determinam o volume de
produção, determinam a qualidade de biogás. Existem biomassas que
remetem à maior produção de CH
4
, outras à maior produção de CO
2
.
Diferenciam-se entre si, também, quanto à produção dos gases adicio-
nais no biogás, em especial, o H
2
S.
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Universidade Federal da Fronteira Sul
4. A Cogeração de Energias, Elétrica e Térmica
É fatídico armar que a qualidade das biomassas aplicadas
na biodigestão mesofílica de mistura completa determina o volume de
produção de biogás, o biocombustível para a cogeração, tecnologia em
que o calor produzido na geração elétrica é usado no processo produtivo
sob a forma de água quente ou vapor.
Consequentemente, o volume de produção de biogás é deter-
minante para o êxito econômico do empreendimento. Entretanto, não
somente a qualidade das biomassas, mas também algumas normativas
vigentes da Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL) favorecem
o uso de alguns tipos de substratos para a produção de biogás e a gera-
ção de eletricidade, como o disposto na Resolução Normativa ANEEL
n° 271 de 03/07/2007. Em conformidade com a Normativa e relacio-
nado ao tipo de biomassa poluente, o produtor de energia elétrica do
biogás pode vir a ser isentado em até 100% das taxas de transmissão e
de distribuição para a comercialização da eletricidade. Tais taxas corres-
pondem, em média, a 35% do valor da fatura de energia elétrica paga
pelo cliente à distribuidora de energia.
O contrato para a geração de energia elétrica entre o produtor
da energia elétrica renovável de biomassas e a ANEEL, segundo a legis-
lação atual, pode vigorar como:
a) Autoprodutor, ou seja, quando a produção da energia elé-
trica gerada é consumida, em circuito fechado, sem acesso à
rede de distribuição de eletricidade ou,
b) Produtor Independente, que permite a comercialização,
total ou parcial, da eletricidade gerada, para clientes em ter-
ritório nacional, sem limite de fronteiras geográcas. Exis-
tem duas vias para comercialização de eletricidade no Brasil:
o Mercado Regulado e o Mercado Livre de Energia.
No Mercado Regulado, o valor da energia para a comercia-
lização é “um valor administrado”, não competitivo para as energias
renováveis produzidas e geradas com tecnologia de ponta a partir do
biogás (situação 2013).
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Resíduos Orgânicos e Biogás: Manejo Ambiental e Suentabilidade, I. Dreger & G. C. Coelho (orgs.)
No Mercado Livre de Energia, o valor da eletricidade para
a comercialização concorre com o valor do kWh da energia elétrica
fornecido pelas distribuidoras e pago pelo consumidor nal, na fatura.
No Brasil existem grupos especializados na comercialização
independente de energia elétrica. Potenciais clientes consumidores da
energia renovável no mercado livre são, em geral, as indústrias, as fábri-
cas e as empresas que produzem e manufaturam produtos para a expor-
tação, bem como instituições nanceiras, comerciais e de ensino. Não
obstante, a opção pela compra da energia renovável remonta à imagem
da empresa e seu produto e não somente às vantagens econômicas de
menor custo da eletricidade.
No caso de uma unidade de baixa produção de energia como
o módulo de 50 kW de potencia elétrica proposto, a comercialização
da energia elétrica gerada depende da disponibilidade de excedente da
geração, consequência da relação “geração versus demanda própria”. A
proporção da demanda própria é consequente do consumo de energia
dos equipamentos elétricos e dos processos complementares instalados.
A escolha do equipamento mecânico de combustão do biogás
para a cogeração é importante e reete na ecácia ambiental e econômi-
ca dessa fase de produção da Unidade. Para cogeradores com tecnologia
de ponta e refrigerados a água, o índice de eciência para a geração de
energias elétrica e térmica é de aproximadamente 41% para cada uma
das formas de energias e 18% de perdas (informado por Empresa 2G -
Cogeradores, Alemanha).
Além da geração de eletricidade, outros processos são passíveis
de serem aplicados ao biogás, como a produção do biometano (CH
4
),
do hidrogênio (H) e do dióxido de carbono (CO
2
). Todos os três ele-
mentos são comerciáveis: o dióxido de carbono para a indústria de bebi-
das, por exemplo; o hidrogênio e o metano, como biocombustíveis. O
processo de separação do biometano, ou puricação do biogás, bastante
visado para o emprego no Brasil, apresenta alguns gargalos econômi-
cos a serem considerados, dentre eles o baixo valor desse produto no
mercado nacional. No caso do hidrogênio, pesquisado há décadas e
considerado o combustível do futuro, ca aos pesquisadores brasileiros
a oportunidade de pesquisa sobre a captura, a aplicação e a viabilidade
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Universidade Federal da Fronteira Sul
econômica desse elemento químico como biocombustível para motores
e a geração de eletricidade.
5. Processos Complementares para o Tratamento
do Euente da Biodigestão Anaeróbia
Considerado como um importante subproduto da biodiges-
tão anaeróbia de biomassas, o euente nal do processo apresenta um
relevante valor agregado no mercado nacional de fertilizantes e, conse-
quentemente, uma importante contribuição à viabilidade econômica
dos processos complementares a serem instalados junto da Unidade de
Biogás.
A primeira normatização sobre o biofertilizante de euentes
orgânicos, no Brasil, é a recente Instrução Normativa IN 25/2009 do
MAPA - Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento, que re-
gulamenta o seu uso como fonte alternativa para a fertilização de solos.
Dentre esses estão os biofertilizantes simples/in natura de dejetos e de
camas de aviário, de compostos orgânicos, de mistura de resíduos e de
material compostado. Atualmente, o Governo Federal fomenta estudos
e projetos que envolvem uma série de Instituições de Pesquisa, entre
elas a Empresa Brasileira de Pesquisa (EMBRAPA), sobre tecnologias
para o aumento da eciência de biofertilizantes e a identicação de for-
mas alternativas de nutrientes para a agricultura brasileira, com tendên-
cias para regulamentar o uso desse tipo de material (OLIVEIRA, 2013).
Já o Banco Nacional de Desenvolvimento Econômico e Social
(BNDES) prevê para os próximos anos a ampliação de oito vezes dos
desembolsos para projetos de produção de biofertilizantes, um dos se-
tores mais decitários da economia brasileira (BioMassa&BioEnergia,
2013).
O euente nal da biodigestão mesofílica é rico em sais mi-
nerais como o nitrogênio (N), o fósforo (P
2
O
5
) e o potássio ( K
2
O),
portanto, um excelente biofertilizante. É composto de frações líquida
e sólida, processado e balanceado, livre de patógenos e sem odor, com
uma baixa demanda biológica de oxigênio (DBO).
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Resíduos Orgânicos e Biogás: Manejo Ambiental e Suentabilidade, I. Dreger & G. C. Coelho (orgs.)
Considerando o gradativo aumento da produção animal em
connamento e a saturação do solo da região pela aplicação do exce-
dente dessa como biofertilizante in natura, entende-se como necessário
o tratamento do euente nal da Unidade UFFS de Biogás tendo como
meta o Resíduo Zero. Dentre as opções para o tratamento e/ou a remo-
ção de nutrientes minerais do euente composto biodigerido destacam-
se três segmentos de atuação:
a) A compostagem do euente biodigerido nal;
b) A separação das frações em fase líquida e fase semisseca;
c) O tratamento e/ou a remoção de minerais da fase líquida.
Cada um desses segmentos, com características especícas,
exige diferentes processos e tecnologias. Alguns desses agem no trata-
mento do euente e o transformam em um produto nal, enquanto
outros removem os minerais e o transformam em água de reuso.
5.1. Compostagem
Trata-se de um processo que demanda carbono (C) no euen-
te biodigerido, elemento essencial para a compostagem e que, segundo
a pesquisadora Higarashi (2011) ainda não foi estudado no Brasil. O
processo exige signicativo volume de biomassa seca vegetal, a aplicação
continuada de energia motora e uma estrutura física construída.
5.2. Separação de Fases
A separação de fases pode através de centrífuga mecânica
ou precipitação química. Em ambos os processos, a fração semisseca
constitui um biofertilizante com aproximadamente 30% de massa seca
(MS), balanceado, sem necessariamente adicional de secagem. No cál-
culo básico da viabilidade econômica da Unidade UFFS de Biogás, o
biofertilizante semisseco responde por um retorno nanceiro signica-
tivo, segundo valor do mercado calculado pela Embrapa Suínos e Aves.
Em se aplicando a evaporação da fração líquida do biofertilizante semis-
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Universidade Federal da Fronteira Sul
seco, através de processos mecânicos e térmicos, é possível a obtenção
do adubo orgânico seco. O teor mineral na fração semisseca ou seca
deve ser analisada caso a caso. Seus percentuais de NPK são diretamente
relacionados à composição dos substratos biodigeridos.
5.3 Utilização da Fração Líquida
A fração líquida do euente biodigerido também tem valor
comercial se utilizado na adubação de solos agrícolas. Seu retorno às
propriedades como biofertilizante, entretanto, requer um sistema de
bombeamento ou transporte rodoviário. Se comparados com o euente
in natura da suinocultura, atualmente coletado, transportado e distri-
buído por administrações municipais na região oeste do estado de Santa
Catarina por meio de serviços prestados aos produtores pelas Secretarias
da Agricultura, o valor investido nesta logística oscila entre R$ 8,00 e
R$ 10,00 a tonelada (ano 2013).
Algumas alternativas para a remoção de elementos minerais
do euente líquido são:
A“remoção biológica” por meio da aplicação de vegetais
aquáticos. Dentre esses, por exemplo, e segundo pes-
quisa cientíca desenvolvida pela UFSC – Universidade
Federal de Santa Catarina, as lemnas (macrótas da fa-
mília Araceae) são bastante ecientes. Considerando os
representativos teores de proteína bruta e amido da ma-
cróta, essas poderiam vir a realimentar o biofermenta-
dor como biomassa vegetal ou ainda, segundo Moheda-
no et al. (2012), serem processadas como alimentação
vegetal para animais ou para a produção de biodiesel.
Da mesma forma, e segundo pesquisa que começa a ser
desenvolvida pela Embrapa Suínos e Aves, algas pode-
rão vir a responder de forma positiva no tratamento de
euentes. No caso das lemnas, requerem espaço físico
signicativo para o arranjo de lagoas de tratamento, exi-
gem o controle do crescimento e a remoção continuada
de excedentes vegetais.
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Resíduos Orgânicos e Biogás: Manejo Ambiental e Suentabilidade, I. Dreger & G. C. Coelho (orgs.)
A evaporação do nitrogênio, em até 90%, através de pro-
cesso mecânico e aeróbio de nitricação e denitricação
- pesquisa desenvolvida pela Embrapa Suínos e Aves.
A recuperação do fósforo, através de precipitação quí-
mica. O processo requer a aplicação de força mecânica
(centrífuga) e/ou leito de secagem (KUNZ, 2011).
O produto excedente da remoção de elementos minerais da
fase líquida do euente biodigerido é a água de reuso. Em conformida-
de com padrões indicadores sanitários e ambientais, essa poderá vir a
possibilitar o desenvolvimento de novas atividades. Tal recurso hídrico
pode vir a ser aplicado na piscicultura, por exemplo, ou subsidiar a
conservação e o uso eciente da água em propriedades, tanto para a
produção animal quanto para a irrigação de culturas agrícolas.
O êxito dos processos biológicos mencionados anteriormente
está diretamente relacionado à manutenção da temperatura no sistema.
Para períodos de baixa temperatura ambiente, comuns no inverno da
Mesorregião da Fronteira Sul, os processos poderão usufruir da energia
térmica e/ou do ar quente disponíveis da cogeração, visando manter a
eciência desses. O acoplamento de processos, também no contexto
da biodigestão e do euente biodigerido, favorece a redução de custos,
passando a ser instrumento intermediário e facilitador.
Em se aplicando processos complementares para o tratamento
do euente biodigerido, visando à produção de Resíduo Zero, é im-
portante ressaltar a importância econômica, ambiental e social dos sais
minerais contidos no euente. Neste contexto, devem ser priorizados os
processos que possam resgatar e manufaturar esses minerais, em lugar
de processos de remoção.
Pesquisadores da Embrapa Suínos e Aves defendem uma pers-
pectiva segura de crescimento para a comercialização do biofertilizante
nos próximos anos no Brasil, entendido como um novo segmento de
mercado. Se comparado com o valor comercial do adubo orgânico para
jardinagem comercializado hoje, este pode variar de R$ 750,00, passan-
do por R$ 3.000,00 e chegando a R$ 7.500,00/toneladas (OLIVEIRA,
2013).
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Universidade Federal da Fronteira Sul
6. Dimensionamento da Unidade Experimental
UFFS de Biogás
O diagrama funcional da Unidade Experimental UFFS de
Biogás, disposto a seguir (Figura 1), demonstrar as áreas correlatas à
Unidade, descritas neste capítulo.
A Unidade Experimental UFFS de Biogás está sendo proposta
como modular, sendo que o módulo está dimensionado para a geração de
50 kW de potência elétrica do biogás, o equivalente a cerca de 380.000
kWh/a de energia elétrica, correspondente ao consumo de eletricidade
de 316,6 pessoas/ano a uma taxa de 1.200 kWh/ano por pessoa.
As biomassas propostas para a composição do cardápio para a
biofermentação são:
a) Dejetos suínos;
b) Esterco seco peneirado de camas de aviário de frangos de engorda;
c) Capim-elefante.
Alternativas adicionais são:
a) Esterco úmido de aves poedeiras;
b) Resíduos orgânicos urbanos;
c) Lodo de estações de tratamento de esgoto urbano.
Para a geração dos 50 kW de potência elétrica estão sendo
propostos dois cálculos para a composição do cardápio destinado à bio-
digestão, fazendo uso das mesmas biomassas da agropecuária regional e
tendo como produto volumes similares de biogás. O diferencial entre os
dois cardápios está no volume de cada biomassa para a biodigestão. Es-
ses volumes denem a grandeza dos fermentadores, pós-fermentadores
e das áreas de armazenagem para os euentes in natura.
Para o “Cardápio I” estamos propondo 12 % de teor de ma-
téria seca (MS), sendo que para o “Cardápio II” o teor é de 6,1 % MS
(Tabelas 1 e 2, respectivamente) nos fermentadores.
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Para a geração de 8.760 horas/ano de eletricidade, correspon-
dente a 365 dias/ano, passa ser necessário considerar a disposição de um
segundo cogerador, considerando a capacidade de funcionamento do
cogerador limitada a cerca de5.000 horas/ano.
Uma unidade de produção é composta por fermentador(es) e
um pós-fermentador(es), este último, capaz de acrescer 20% no volume
de biogás produzido na Unidade. Não necessariamente precisará ser
aquecido, portanto, pode vir a ser construído com tecnologia menos
complexa, desde que a biomassa seja agitada continuadamente. Como
alternativa temos a aplicação de pós-fermentadores tipos “lagoa cober-
ta” e/ou o sistema Upow Anaerobic Sludge Blanket (UASB).
Nas Tabelas 3 e 4 encontram-se dispostos os volumes dos
euentes nais dos cardápios com 12 % MS e 6 % MS.
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Universidade Federal da Fronteira Sul
7. Parâmetros Gerais para o Cálculo da
Viabilidade Econômica da Unidade UFFS de
Biogás
Os valores relativos à viabilidade econômica do empre-
endimento, e que serão descritos a seguir, devem ser creditados como
uma referência e não como valores absolutos. O estudo detalhado sobre
a viabilidade econômica da unidade proposta será desenvolvido sequen-
cialmente a esta edição.
8. Análise Financeira para o Módulo “Unidade de
Biogás para a Geração de Energias, Elétrica e
Térmica
Nas Tabelas 1 e 2 é possível observar o valor referente ao volu-
me do biogás produzido por ambos os cardápios de aproximadamente
180.000 m³/ano com potencial para gerar 390.000 kWh/a de eletrici-
dade (EE).
Em se estabelecendo paralelos entre os kWh/ano gerados pela
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Resíduos Orgânicos e Biogás: Manejo Ambiental e Suentabilidade, I. Dreger & G. C. Coelho (orgs.)
Unidade, a comercialização desta eletricidade no Mercado Livre de
energia e, o valor da energia elétrica paga pela UFFS à distribuido-
ra com base na fatura de 11/2011, qual seja, R$ 0,465 kWh ou R$
465,00 o MW, a receita da geração seria de R$ 181.350,00/ano. En-
tretanto, considerando-se os tributos de cerca 30% na fatura da ener-
gia elétrica de uma concessionária, aplicou-se o valor de R$ 325,50/
MW (R$ 465,00 menos 30%), equivalente a uma receita bruta de R$
126.945,00/ano (EE) para a comercialização da eletricidade – Tabela 5.
Se inclusa a comercialização da energia térmica (ET), a receita referen-
de à comercialização de energias passa a ser R$ 136.145,00/ano (EE +
ET) – Tabela 5.
Para dimensionar os investimentos referentes à construção, os
equipamentos e o custo para colocar a Unidade em funcionamento, op-
tou-se pela adoção do valor europeu de mercado, aproximadamente €
4.000 ou R$ 10.554,40 por kW de potência elétrica instalada (2,6386
Reais = 1 Euro. Cotação pelo Banco Central do Brasil, 06/2013). Em
se tratando de um módulo de 50 kW de potência elétrica instalada, o
valor aproximado do empreendimento é de R$ 527.720,00. Devem ser
acrescidos a esse valor os custos do projeto da Unidade de Biogás, dos
projetos ambientais e do projeto para a ANEEL, do terreno, da terra-
planagem e do acesso à rede de distribuição de energia elétrica local.
Os custos de manutenção da Unidade de Biogás são de apro-
ximadamente 10% do valor do investimento/ano.
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9. Análise Financeira para o MÓDULO
COMPLEMENTAR de “Tratamento do
Euente Final” da Unidade de Biogás:
Separação das Fases Sólida e Líquida
Considerando os volumes do biofertilizante semisseco (Tabelas
3 e 4) a um valor de R$ 375,00/tonelada, a metade do valor comercial
de R$ 750,00/tonelada da compostagem orgânica (OLIVEIRA, 2013),
a receita bruta é de R$ 166.500,00/ano (444,0 Mg/ano * R$ 375,00)
e de R$ 175.875,00/ano (469,00 Mg/ano * R$ 375,00) para Unidades
com teor de 12 % e 6 % de MS no biodigestor, respectivamente. A
receita nal do biofertilizante para a Unidade a 12% MS (Tabela 3) é
de R$ 158.500,00/ano e pode ser conferida na Tabela 6.
Para a viabilidade econômica de módulos complementares
para o tratamento de euentes biodigeridos da Unidade, é importante
que a receita da comercialização do biofertilizante respalde os cuos
dos inveimentos necessários para que se alcance a meta do Resíduo
Zero. Em outras palavras, a opção por um ou outro processo para o
tratamento do euente nal, acoplados à biofermentação, deve estar
diretamente relacionada à receita da comercialização do biofertilizante
e/ou minerais.
Pode-se concluir, nesta análise de viabilidade econômica, que
a maior renda da Unidade é resultante do biofertilizante e não mais das
energias.
10. Considerações nais
Se implantadas tecnologias para o tratamento do euente nal
do sistema e, se atingido o propósito do Resíduo Zero, ainda que a res-
posta econômica da Unidade fosse uma paridade entre os investimentos
e a receita, a resposta socioambiental pode ser sucientemente forte
para defender a realização do empreendimento.
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Universidade Federal da Fronteira Sul
Os valores econômicos da proteção ambiental, de bens natu-
rais e da manutenção da qualidade de vida humana, relacionados ao
impacto ambiental dos resíduos poluentes da produção da pecuária,
não são, ainda, mensuráveis. Se computados no custo da cadeia pro-
dutiva da carne, esse produto que hoje se apresenta economicamente
acessível, pode nos custar caro no futuro. Já às fontes de geração de
energias renováveis, consideradas onerosas na atualidade, se interna-
lizadas as vantagens ambientais dessas, poderão vir a serem energias
acessíveis.
Nesse contexto, a proposta conceitual, o projeto e a cons-
trução da Unidade UFFS de Biogás para a Geração de Energias, E-
trica e Térmica, e a Produção de Resíduo Zero têm como premissa
favorecer o desenvolvimento da pesquisa acadêmica, a aplicação de
novos processos, tecnologias e equipamentos, a capacitação de recur-
sos humanos, bem como, a transferência tecnológica entre o produto
e o usuário.
11. Referências Bibliográcas
ANEEL 2007. Resolução Normativa ANEEL n° 271,
03/07/2007 <http://www.aneel.gov.br/cedoc/ren2007271.
pdf >. acessado em março 2013.
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KUNZ, A. 2011: Em palestra sobre o sistema SISTRATES de Remo-
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ra (EMBRAPA, Suínos e Aves), durante o Ciclo de Seminários sobre
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Resíduos Orgânicos e Biogás: Manejo Ambiental e Suentabilidade, I. Dreger & G. C. Coelho (orgs.)
CAPÍTULO 03
3
CONVERSÃO DE BIOGÁS EM
ELETRICIDADE: PROJETOS DO
CENBIO/IEE/USP
Vanessa Pecora Garcilasso
Suani Teixeira Coelho
Criiane Lima Cortez
1
1. Apresentação
O Instituto de Energia e Ambiente (IEE) é um instituto espe-
cializado da Universidade de São Paulo e tem suas atividades baseadas
na extensão universitária, pesquisa e ensino. Na extensão universitária,
o IEE colabora, há mais de 50 anos, com o desenvolvimento tecnoló-
gico nacional, prestando serviços de ensaios de equipamentos, calibra-
ções, certicações e realizando cursos de especialização e pós-graduação
nas áreas de energia e eletricidade. Na pesquisa, o IEE desenvolve es-
tudos nas áreas de engenharia elétrica e energia em geral e, no ensino,
oferece cursos de pós-graduação, extensão e prossionalizantes, na área
de energia.
1 CENBIO – Centro Nacional de Referência em Biomassa / IEE – Instituto de Energia e Ambiente da
Universidade de São Paulo. Av. Professor Luciano Gualberto, 1289 – Cidade Universitária – São Paulo /
SP – CEP: 05508-010 vpecora@iee.usp.br; cortez.cristiane@gmail.com; suani27@hotmail.com
60
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Universidade Federal da Fronteira Sul
As atividades didáticas do IEE estão relacionadas ao Programa
de Pós-Graduação em Energia (PPGE) e ao programa de Pós-Gradua-
ção em Ciência Ambiental (PROCAM).
O PPGE oferece Cursos Strictu Sensu de Mestrado Acadê-
mico e Doutorado, Interdisciplinares, na área de Energia. Criado em
1989 como um Programa Interunidades, vinculado às Unidades IEE,
IF, FEA, e EP, desde 2014 se tornou um Programa do Instituto de
Energia e Ambiente da USP, mantendo o seu caráter interdisciplinar.
As cinco linhas de pesquisa do programa são: Planejamento Integrado
de Recursos; Análise Econômica e Institucional de Sistemas Energé-
ticos; Fontes Renováveis e Não Convencionais de Energia; Energia,
Sociedade e Meio Ambiente e Redes Elétricas, Equipamentos e Qua-
lidade de Energia. O PPGE tem desenvolvido atividades na área de
geração descentralizada no meio rural tanto com energias renováveis
como com energias não renováveis. Na área de energias renováveis há
a área de sistemas fotovoltaicos e a área de bioenergia. O programa
participa do Programa de Recursos Humanos da ANP, em particular
dos Grupos técnicos de Biocombustíveis da ANP, estando aqui loca-
lizado o PRH4.
O PROCAM oferece Cursos Strictu Sensu de Mestrado
e Doutorado. É um Programa Interdisciplinar, criado em 1989, que
visa formar pesquisadores capazes de proporem alternativas às diver-
sas demandas da sociedade nas questões socioambientais. Temas como
aquecimento global, conservação da biodiversidade, áreas contamina-
das, gestão dos recursos hídricos e dos resíduos sólidos urbanos, en-
tre outros, compõem os maiores desaos atuais. Por isso, os problemas
socioambientais deixaram de ser uma novidade e foram incorporados
às políticas públicas de vários governos, além de serem foco de impor-
tantes movimentos sociais. Integram seu corpo docente pesquisadores
das Ciências da Vida, Ciências da Terra, Ciências Humanas, Ciências
Exatas e Ciências Aplicadas, que têm no exercício da interdisciplinari-
dade o principal desao. Reunidos, buscam entender a complexidade
dos problemas gerados pelas diversas formações sociais e sua relação
com o meio ambiente.
Com a missão principal de implementar a geração de energia
a partir da biomassa utilizando processos ecientes, o CENBIO/IEE/
61
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Resíduos Orgânicos e Biogás: Manejo Ambiental e Suentabilidade, I. Dreger & G. C. Coelho (orgs.)
USP foi criado em 1996 e desde então realiza pesquisas e desenvolve
estudos tecnológicos, econômicos, políticos e socioambientais referen-
tes à conversão e uso da biomassa, em parceria com grupos nacionais e
internacionais, nos setores cientíco, tecnológico, industrial e agroin-
dustrial.
Há quase duas décadas, o CENBIO/IEE/USP vem promo-
vendo o uso da biomassa como um mecanismo para o desenvolvimento
sustentável do Brasil e como uma fonte eciente de energia capaz de
gerar empregos, principalmente, nas áreas rurais. Desde sua concepção,
tem se distinguido por centralizar informações a partir de fontes nacio-
nais e internacionais, buscando novos intercâmbios e disseminando-as,
de modo a estender o uso da biomassa a todo o país.
Ainda na parte de difusão de conhecimento, o CENBIO/IEE/
USP fornece informação a diversos segmentos da sociedade (pesquisa-
dores, engenheiros, técnicos, professores e estudantes universitários e
de ensino médio, população em geral, diversas instituições e empresas
nacionais e estrangeiras), o que pode ser traduzido pelos inúmeros aces-
sos por mês ao portal do CENBIO/IEE/USP; das mensagens mensais
recebidas via correio eletrônico; grande número de telefonemas; soli-
citações para entrevistas em diversos órgãos da imprensa escrita, TV e
rádio; convites para palestras em diversas regiões do país e do exterior;
consultas e solicitações para subsídios a decisões de órgãos governamen-
tais como Ministério de Minas e Energia, Ministério da Ciência, Tec-
nologia e Inovação, e participação em eventos no Congresso Nacional
com vistas a discutir a situação das energias renováveis.
A seguir são apresentados os projetos referentes a biogás de-
senvolvidos pelo CENBIO/IEE/USP.
2. Conversão Energética do Biogás proveniente
do Tratamento de Esgoto
Dos 5.564 municípios do Brasil, apenas 3.069 possuem coleta
de esgoto e destes, somente 1.587 possuem tratamento do esgoto cole-
tado (IBGE, 2008).
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Universidade Federal da Fronteira Sul
Quando o euente é lançado diretamente nos corpos d’água
sem tratamento, acarreta contaminação do solo e das águas superciais
e subterrâneas, constituindo assim, perigosos focos de disseminação de
doenças.
Dentre as diversas alternativas disponíveis para o tratamen-
to de euentes líquidos, destaca-se a digestão anaeróbia. Os digestores
anaeróbios, ou biodigestores, são equipamentos utilizados para diges-
tão de matérias orgânicas presentes nos euentes líquidos, processo que
permite a redução de seu potencial poluidor, além da recuperação da
energia na forma de biogás.
Neste contexto, o CENBIO/IEE/USP desenvolveu dois pro-
jetos de geração de energia elétrica a partir do biogás proveniente do
tratamento de esgoto. São eles:
3. Projeto Energ-Biog - Geração de Energia
Elétrica a partir do Biogás de Tratamento de
Esgoto da ETE da SABESP em Barueri
O projeto Energ-Biog foi nanciado pela Financiadora de
Estudos e Projetos (FINEP) / CT – ENERG, mediante convênio nº
23.01.0653.00, e pela Companhia de Saneamento Básico do Estado de
São Paulo (SABESP).
Instalado na Estação de Tratamento de Euente (ETE) de
BarueriSP e pioneiro na América Latina, o projeto visou a analisar o
desempenho, em termos técnicos, econômicos e ambientais, de uma
microturbina (Figura 1a) e um motor ciclo Otto (Figura 1b) ambos
de 30 kW, para geração de energia elétrica com biogás proveniente do
tratamento de esgoto, além da possibilidade de utilização destas tecno-
logias em outras ETEs do Estado de São Paulo.
Embora os motores, de modo geral, possuam maior eciên-
cia de conversão elétrica, as microturbinas a gás podem apresentar um
aumento de sua eciência global de conversão, quando operadas em
sistemas de cogeração (calor e eletricidade) (COSTA et al., 2001).
63
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Resíduos Orgânicos e Biogás: Manejo Ambiental e Suentabilidade, I. Dreger & G. C. Coelho (orgs.)
Assim, ao nal dos testes, foi possível avaliar a possibilidade
de uso de microturbinas/motores a gás para geração em municípios de
pequeno porte.
3.1. Puricação do Biogás
A presença de substâncias não combustíveis no biogás, como
água e dióxido de carbono, prejudica o processo de queima, tornan-
do-o menos eciente. Além destes, outros contaminantes podem estar
presentes, como é o caso do gás sulfídrico (H
2
S), que pode acarretar
corrosão precoce, diminuindo tanto o rendimento, quanto a vida útil
da tecnologia utilizada.
No biogás gerado na ETE da SABESP em Barueri, foram en-
contradas impurezas que poderiam comprometer o bom funcionamen-
to do sistema de puricação (secadores por refrigeração), de compressão
(compressor de paletas) e de geração de energia elétrica (microturbina
e motor), presentes na instalação. As principais impurezas encontradas
no biogás foram a umidade, o H
2
S e o CO
2
.
O Quadro 1 apresenta a composição média do biogás gerado
na ETE da SABESP em Barueri.
64
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Universidade Federal da Fronteira Sul
No entanto, a microturbina utilizada na instalação foi projeta-
da para operar com níveis de CO
2
entre 30% e 50%. Devido a este fato,
não foi necessária a sua retirada do biogás.
Para a retirada da umidade presente no biogás foram utiliza-
dos, ao longo da linha, ltros coalescentes e dois secadores por refrige-
ração; um antes e outro após o compressor. Quanto à remoção do H
2
S
gasoso, foi utilizado um ltro de carvão ativado, enquanto que, para a
remoção do H
2
S solubilizado na água, foram utilizados secadores por
refrigeração e ltros coalescentes.
A Figura 2 representa o esquema das instalações do sistema de
puricação/ compressão do biogás e da microturbina.
65
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Resíduos Orgânicos e Biogás: Manejo Ambiental e Suentabilidade, I. Dreger & G. C. Coelho (orgs.)
3.2. Aspectos Econômicos e Ambientais
1) Geração de 30 kW (ISO) com uma Microturbina
Vida útil considerada da microturbina = 40.000 horas
De posse do custo total de investimento em equipamentos,
que considera Microturbina de 30 kW a biogás, compressor de pa-
lhetas, secadores por refrigeração, ltro coalescente, ltro de carvão
ativado, tubulação, válvulas esfera, conexões, tubulação de exaustão
com isolamento térmico e obra civil, totalizando US$ 65.858,42 (R$
151.046,28
2
), pode-se calcular a relação de custo pelo quilowatt insta-
lado.
Outro fator considerado é o de que a microturbina gera 30
kW nas condições ISO, ou seja, pressão de 1,0 atmosfera (nível do mar)
e temperatura de 15°C. No caso da microturbina instalada na ETE da
SABESP em Barueri / SP, foi considerada uma variação de pressão e de
temperatura, fatores estes que causam uma perda no rendimento do
equipamento, reduzindo a potência máxima para valores entre 23 e 28
kW.
Porém, foi considerado que, para a operação adequada da mi-
croturbina, ocorre a utilização do sistema de puricação e compressão
do biogás, que incluem equipamentos como os secadores por refrige-
ração e o compressor, que consomem energia elétrica (entre 4,5 e 6,5
kW). Com base nesses dados foi possível calcular a energia elétrica lí-
quida entregue à rede.
2) Geração de 30 kW (ISO) com um Grupo gerador adaptado
Tempo útil operacional do grupo gerador = 5.000 horas/ano
De posse do custo total de investimento em equipamentos,
2 Valor baseado no Dólar comercial de venda do dia 01/04/2002 (1 US$ = 2,2935 R$), época em que
os equipamentos foram adquiridos, e não incluem IPI.
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Universidade Federal da Fronteira Sul
que são: grupo gerador de 30 kW adaptado para operar a biogás, tubu-
lação, válvulas esfera, conexões, tubulação de exaustão com isolamento
térmico e obra civil, totalizando US$ 10.760,82 (R$ 24.680,00
3
); po-
de-se calcular a relação de custo pelo quilowatt instalado.
No caso do grupo gerador instalado na ETE da SABESP
em Barueri, também foi considerada uma variação de pressão e de
temperatura, fatores estes que causam uma perda no rendimento do
equipamento, reduzindo a potência máxima entre 25 e 28 kW. Com
base nesses dados, foi possível calcular a energia elétrica líquida en-
tregue à rede.
O Quadro 2 apresenta a comparação entre as relações de custo
da instalação por quilowatt gerado para ambas as tecnologias.
Tomando-se como referência o tempo de vida útil dos equi-
pamentos, pode-se concluir, conforme o Quadro 2, que a viabilidade
econômica entre as duas alternativas apresentadas e discutidas acima,
mostra-se favorável à escolha pela tecnologia dos grupos-geradores.
Embora o custo de geração utilizando microturbinas seja alto,
em comparação com os grupos-geradores, deve-se levar em conta que a
vantagem do uso dessa tecnologia está diretamente vinculada à questão
ambiental, principalmente no que se refere à emissão de NO
x
(óxidos
de nitrogênio), gases de efeito estufa cuja capacidade de contribuir para
3 Valor baseado no Dólar comercial de venda do dia 01/04/2002 (1 US$ = 2,2935 R$), época em que
os equipamentos foram adquiridos. Não foram considerados os custos com automação e monitora-
mento.
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Resíduos Orgânicos e Biogás: Manejo Ambiental e Suentabilidade, I. Dreger & G. C. Coelho (orgs.)
o aquecimento global equivale a 315 vezes a capacidade do CO
2
(CO-
ELHO et al. 2006).
Com os dados obtidos das análises de exaustão da microtur-
bina, foi possível perceber que a taxa de emissão de NO
x
mostrou-se
inferior a 1 ppm, levando-se em conta que o fabricante do equipamento
garante uma taxa de emissão de NO
x
inferior a 9 ppm. Sendo assim, a
grande vantagem da utilização deste tipo de tecnologia está diretamente
vinculada ao ganho ambiental, quando comparada com a tecnologia de
grupos geradores de combustão interna (ciclo – Otto), responsáveis por
uma taxa de emissão de NO
x
na ordem de 3.000 ppm.
No entanto, quando a análise nanceira das tecnologias é con-
siderada, o resultado é extremamente desfavorável para a microturbina.
Além do custo do equipamento em si, a microturbina exige que o gás
combustível apresente propriedades mais controladas que os motores
convencionais, acarretando o uso de sistemas de puricação do gás, o
que não se faz necessário para o grupo-gerador, pois, além de suportar
o uso de um biogás “in natura”, dispensa a necessidade de compressão,
uma vez que o seu princípio de funcionamento se dá por aspiração.
4. Projeto PUREFA (Programa de Uso
Racional de Energia e Fontes Alternativas
da Universidade de São Paulo) - Geração de
Energia Elétrica a partir do Biogás Proveniente
do Tratamento de Esgoto do Conjunto
Residencial da USP
O projeto Programa de Uso Racional de Energia e Fontes
Alternativas (PUREFA) foi um projeto da Universidade de São Paulo
(USP), coordenado pela Escola Politécnica, nanciado pela Financia-
dora de Estudos e Projetos (FINEP), em um edital voltado à infra-
estrutura (CT-INFRA), que teve três objetivos principais: implantar
medidas de gestão e de ação de eciência energética visando a reduzir
o consumo na Universidade; ampliar a geração distribuída na USP a
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Universidade Federal da Fronteira Sul
partir de recursos renováveis e não convencionais de energia e implantar
políticas de incentivo permanente ao uso eciente e racional de energia.
O CENBIO/IEE/USP desenvolveu duas metas deste projeto,
relativas ao uso do biogás para geração de eletricidade.
A primeira, teve por objetivo implementar um sistema de
captação, puricação e armazenamento do biogás, produzido por um
reator UASB – Upow Anaerobic Sludge Blanket, também conheci-
do como biodigestor RAFA – Reator Anaeróbio de Fluxo Ascendente
(Figura 3a) localizado no Centro Tecnológico de Hidráulica (CTH)
da USP. O esgoto tratado era proveniente do Conjunto Residencial da
USP (CRUSP).
A segunda, teve por objetivo a utilização do biogás, armazena-
do na meta anterior, como combustível em um sistema de geração de
energia elétrica. Para isso, foi instalado um motor ciclo Otto de 18 kW
(Figura 3b).
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Resíduos Orgânicos e Biogás: Manejo Ambiental e Suentabilidade, I. Dreger & G. C. Coelho (orgs.)
Para se estimar a produção diária de biogás, a partir dos valores
da Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO), foi necessário determi-
nar os parâmetros do euente antes e após seu tratamento no biodiges-
tor (Quadro 3).
A partir dos dados obtidos nas análises, e por meio dos cálcu-
los realizados, foi possível estimar a vazão diária de biogás: cerca de 4,3
m
3
/dia.
Para garantir o monitoramento diário da vazão de biogás, foi
instalado um conjunto medidor-totalizador de vazão. A vazão média
registrada pelo equipamento foi 4 m
3
/dia de biogás, medido a 8 cm.c.a
e temperatura de 25 ºC.
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Universidade Federal da Fronteira Sul
4.1. Puricação do Biogás
Foi desenvolvido, pela equipe do CENBIO/IEE/USP, um sis-
tema de puricação composto por dois compartimentos, que foi insta-
lado na linha de captação do gás. Antes do biogás ser alimentado neste
sistema, passa por um recipiente onde ca retida a água condensada
durante sua passagem pela tubulação. O primeiro compartimento é
composto por dois tipos de peneira molecular, sendo que uma delas visa
à retirada da umidade e a outra à retirada do ácido sulfídrico (H
2
S) e
sílica gel azul, utilizada como indicador, pois quando saturada de água,
possui coloração diferente. O segundo contém limalha de ferro, visan-
do assegurar a retirada de H
2
S, que possivelmente não tenha reagido
com o primeiro elemento ltrante.
Os resultados das análises do biogás antes e após o sistema
de puricação são apresentados no Quadro 4. A eciência do sistema
de puricação proposto se comprova pelo decréscimo signicativo das
concentrações do sulfeto de hidrogênio e água.
4.2. Armazenamento do Biogás
O biogás produzido por meio do tratamento anaeróbio do
esgoto proveniente do CRUSP era armazenado em gasômetro, antes de
ser direcionado ao motor ciclo Otto. Esta medida foi adotada devido
à baixa quantidade de biogás produzido, que não era suciente para
operar o motor continuamente.
Portanto, o gasômetro instalado no projeto (Figura 4), cujo
volume útil era de 10 m
3
, tinha capacidade de armazenar o biogás pro-
duzido por 2 a 3 dias para, então, alimentar o motor por 1 a 2 horas.
Além do gasômetro, do grupo gerador e do sistema de puri-
cação do biogás, outros equipamentos foram instalados no projeto:
Conjunto sensor-totalizador de biogás: utilizado para
monitorar a quantidade de biogás produzido/armaze-
nado;
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Resíduos Orgânicos e Biogás: Manejo Ambiental e Suentabilidade, I. Dreger & G. C. Coelho (orgs.)
Manômetro em “U”: medidor de pressão utilizado para
monitorar a pressão do biodigestor e do gasômetro;
Painel de comando e painel de testes (Figura 5) do gru-
po gerador.
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Universidade Federal da Fronteira Sul
Com os equipamentos devidamente instalados foi possível o
start up” do sistema, permitindo a realização dos testes de desempenho
dos equipamentos, tempo de operação, energia gerada e análise dos ga-
ses de exaustão do grupo gerador (Quadro 5).
Segundo o IPT – Instituto de Pesquisa Tecnológica (Eng. Síl-
vio Figueiredo, com. pessoal), as emissões estão diretamente relacionadas
à carga. Durante a análise, o grupo gerador em questão estava submetido
a uma carga de 2,4 kW no painel de testes (aproximadamente 17% de
sua carga máxima) e, por ser uma carga relativamente baixa, acarretou
maior emissão de hidrocarbonetos totais. Como o ajuste da admissão do
ar ainda não estava em seu ponto ótimo, a queima cou ainda mais in-
completa e, como consequência, mais hidrocarbonetos foram emitidos.
4.3. Aspectos Econômicos e Ambientais
O sistema de digestão anaeróbia que tratava o esgoto prove-
niente do CRUSP evitou problemas ambientais pelo não lançamento
do esgoto “in natura” em corpos d’água. Por outro lado, a quantidade
de biogás produzido era insuciente para alimentar o grupo gerador de
18 kW continuamente, sem paradas. Daí a necessidade de armazena-
mento do biogás, antes de ser queimado no motor.
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Resíduos Orgânicos e Biogás: Manejo Ambiental e Suentabilidade, I. Dreger & G. C. Coelho (orgs.)
Dois casos foram analisados. O primeiro, situação real, foi es-
tudada a geração de 2,4 kW de energia elétrica, que é simulada por uma
carga composta por lâmpadas e resistências. Essa energia gerada era
equivalente a 0,039% da energia consumida pelo CTH. No segundo
caso, foi estudada a geração de 14 kW de energia elétrica, equivalente à
potência máxima do motor, permitindo o funcionamento contínuo do
sistema de geração de energia elétrica. Essa energia gerada seria equiva-
lente a 8,1% da energia consumida pelo CTH, situação esta que seria
viável, caso a energia fosse utilizada pelo CTH.
Devido ao fato da quantidade de energia gerada pelo sistema
ser bem inferior à demanda do CTH, além de envolver custos adicio-
nais que não estavam previstos no projeto, não houve conexão dessa
energia com a rede local. Por esse motivo, a energia foi demonstrada
pelo painel de testes.
As metas desenvolvidas no estudo de caso tiveram como na-
lidade vericar a viabilidade do uso de biogás para geração de energia
elétrica em um motor ciclo Otto. Sendo assim, a viabilidade econômica
do sistema não foi levada em consideração, já que se tratou de projeto
piloto/demonstrativo.
Outros dois projetos desenvolvidos referem à “Conversão
Energética do Biogás proveniente de Resíduos Sólidos Urbanos (RSU)”
e à “Conversão Energética do Biogás proveniente de Dejetos Animais
e que serão comentados a seguir.
5. Conversão Energética do Biogás proveniente de
Resíduos Sólidos Urbanos (RSU)
O aterro sanitário é a forma de disposição nal dos RSU, que
consiste no connamento do lixo depositado no solo, coberto com ca-
madas de terra, isolando-o do meio ambiente. Deve atender às normas
ambientais e operacionais especícas, de modo a evitar danos à saúde
pública e à segurança, minimizando os impactos negativos.
Os RSU, quando acumulados de maneira contínua nos ater-
ros, sofrem ação de agentes naturais como água de chuva emicro-orga-
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Universidade Federal da Fronteira Sul
nismos , que inuenciam na decomposição desses resíduos provocando
a superposição de mecanismos físicos, químicos e biológicos. Durante
o processo de digestão anaeróbia da matéria orgânica presente no lixo,
ocorre a formação de dois vetores poluidores do meio ambiente: o cho-
rume, líquido poluente, de cor escura e odor nauseante, originado da
decomposição de resíduos orgânicos, e o biogás.
Geralmente, em um aterro sanitário, tubos de coleta de biogás
são colocados na horizontal quando o lixo ainda está sendo deposita-
do. Em alguns pontos determinados na área do aterro são colocados
tubos verticais perfurados, conectados aos horizontais, possibilitando
a extração do biogás. Em cada tubo vertical é conectada tubulação de
transporte do biogás, que vai encaminhá-lo ao sistema de queima em
are ou, então, ao sistema de geração de energia.
O chorume é captado por meio de tubulações horizontais, im-
plementadas durante o aterramento do lixo, e escoado para tanques de
tratamento ou então para tanques de retenção, onde é armazenado e,
posteriormente, transportado para uma estação de tratamento.
Para que o chorume não acarrete poluição dos recursos hídri-
cos, além de ser devidamente coletado, deve ser feita a impermeabili-
zação do solo, por meio de camadas de argila e geomembrana de po-
lietileno de alta densidade (PEAD), antes do aterramento dos resíduos.
Se biogás gerado em aterros sanitários não for captado e con-
trolado corretamente, representa riscos ao meio ambiente e à popula-
ção, pois pode migrar para as áreas próximas ao aterro ou emanar pela
superfície deste.
A recuperação do biogás produzido em aterro sanitário pos-
sibilita a geração de energia elétrica e térmica. Um projeto de apro-
veitamento do biogás é implementado de acordo com as necessidades
energéticas do local.
Neste contexto, o CENBIO/IEE/USP desenvolveu um proje-
to de geração de energia elétrica a partir do biogás proveniente de RSU
em aterro sanitário, o “Aproveitamento do Biogás Proveniente do Tra-
tamento de Resíduos Sólidos Urbanos para Geração de Energia Elétrica
e Iluminação a Gás”.
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Resíduos Orgânicos e Biogás: Manejo Ambiental e Suentabilidade, I. Dreger & G. C. Coelho (orgs.)
Um dos objetivos do projeto em questão, nanciado pelo Mi-
nistério de Minas e Energia (MME), consistiu em implementar um
sistema de geração de energia elétrica a partir do biogás proveniente dos
RSU em aterro sanitário.
O aterro sanitário selecionado para a instalação do projeto foi
o da Essencis - CTR Caieiras. A Central de Tratamento de Resíduos
- Caieiras (CTR) foi inaugurada em março de 2002 e recebe resíduos
Classe I e Classe II. Controlada pelo Grupo Essencis, possui área total
de 3.500.000 m
2
, sendo 1.500.000 m
2
destinados somente ao aterra-
mento de lixo. O uxo diário de resíduos na época em que foi desen-
volvido o projeto era da ordem de 10.000 t/dia, sendo cerca de 70%
orgânico.
O aterro possui um sistema de impermeabilização para evitar
a contaminação do solo e do lençol freático, atendendo às características
de estanqueidade, durabilidade, resistência mecânica e a intempéries, e
compatibilidade com os resíduos a serem aterrados.
O aterro também conta com um sistema de coleta e armaze-
namento de chorume, o qual é levado para tratamento em uma ETE.
Existem drenos de saída do biogás possibilitando sua captação, puri-
cação e queima em “are.
Para o levantamento de dados técnicos do aterro foi preciso
conhecer os aspectos que envolvem a produção, composição e caracte-
rísticas dos resíduos sólidos urbanos coletados, além de avaliar o com-
portamento destes parâmetros ao longo dos anos.
Para o cálculo do potencial de geração de biogás no aterro, foram
utilizadas as metodologias sugeridas pelo IPCC (1996; 2006a; 2006b).
Em 2009, o aterro da Essencis produzia, em média, 15.000
m
3
/h de biogás (medido a 20 mbar e temperatura de 35 ºC), com 50%
de metano. Em função da vazão de metano, o aterro apresentava nesse
mesmo ano potencial de geração de energia de, aproximadamente, 13
MW.
Conforme descrito nos projetos anteriores, para a conversão
energética do biogás, os motores de combustão interna possuem maior
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Universidade Federal da Fronteira Sul
eciência, além de serem mais baratos. Por esse motivo, a tecnologia de
geração de energia elétrica adotada no projeto em questão foi o motor
ciclo Otto a biogás.
A partir dos dados cedidos pelo aterro sanitário da Essencis
– CTR Caieiras e por meio dos cálculos realizados, foi possível dimen-
sionar o sistema de geração de energia elétrica.
O grupo gerador adquirido e instalado pelo projeto foi de 200
kW (Figura 6) o equipamento de maior potência, com tecnologia na-
cional, disponível comercialmente na época em que foi adquirido.
A execução do projeto proporcionou a realização de análise de
viabilidade econômica, bem como a estimativa da receita gerada pela
comercialização dos créditos de carbono através da queima do biogás
no grupo gerador.
Quanto à análise das possibilidades de replicação do projeto,
parte-se da premissa de se apresentar como uma boa alternativa para
aterros menores, encontrados em outros municípios brasileiros, que ne-
cessitam menos biogás, com menor concentração de CH
4
. Além disso, o
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Resíduos Orgânicos e Biogás: Manejo Ambiental e Suentabilidade, I. Dreger & G. C. Coelho (orgs.)
sistema é de fácil manuseio e requer pequena quantidade de pessoal es-
pecializado, podendo ser operado pelos próprios funcionários do aterro.
Por utilizar tecnologia nacional, o projeto apresenta-se repli-
cável já que possui menor custo de investimento, melhor acesso a peças
de reposição, diminuindo o custo de O&M (Operação e Manutenção).
A quantidade de grupos geradores necessários para compor o
sistema de geração de energia a biogás, em um aterro sanitário, depende
da quantidade de biogás disponível no aterro para ser utilizado como
combustível.
O biogás produzido em aterro sanitário pode ser utilizado
como combustível em sistemas de geração de energia elétrica e/ou tér-
mica, proporcionando ao aterro economia em relação aos gastos com a
energia elétrica adquirida da rede, proveniente da concessionária local,
além de possibilitar a obtenção e comercialização dos créditos de carbo-
no e receita com a venda da energia excedente.
6. Conversão Energética do Biogás proveniente
de Dejetos Animais
Na zona rural, a atividade mais importante para a produção e
utilização do biogás é o manejo e disposição dos dejetos suínos, devido
ao seu alto potencial poluidor.
No Brasil, a suinocultura é uma atividade predominante em
pequenas propriedades rurais. Além de xar o homem no campo, é
importante do ponto de vista econômico e social, pois emprega mão de
obra tipicamente familiar e constitui uma importante fonte de renda e
de estabilidade social.
Os dejetos suínos são produzidos e coletados em todas as
etapas da suinocultura: gestação, maternidade, engorda (ou creche) e
terminação. Para o seu tratamento, são utilizados biodigestores rurais
(Figura 7), onde ocorre a decomposição anaeróbia da matéria orgânica.
Durante o tratamento, ocorre a formação do biogás, que pode ser utili-
zado para a geração de energia elétrica e/ou térmica.
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Universidade Federal da Fronteira Sul
O resíduo formado no biodigestor durante a digestão anaeró-
bia dos dejetos animais, também conhecido como lodo, pode ser utili-
zado como fertilizante. O euente tratado, que sai do biodigestor, pode
ser utilizado na fertirrigação.
Neste contexto, o CENBIO/IEE/USP desenvolveu um pro-
jeto de aproveitamento energético do biogás proveniente de resíduos
animais (suínos e bovinos) com estimativa de redução de gases efeito
estufa, denominado “Metodologia de estimativa de reduções de GEE
provenientes da biodigestão de resíduos animais”.
Este projeto, nanciado pelo Renewable Energy & Energy Ef-
ciency Partinership (REEEP) / Winrock International e desenvolvido
pelo CENBIO/IEE/USP e Usinazul, teve como objetivo desenvolver
um programa de fácil utilização e de livre acesso que permite estimar
a quantidade de biogás produzido a partir do tratamento dos resíduos
animais bovinos e suínos.
O programa é direcionado a pequenos e médios criadores de
animais e calcula, além da geração de biogás, o potencial de geração
de energia elétrica, a estimativa do dimensionamento dos equipamen-
tos necessários e os custos de instalação dos equipamentos de: trata-
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Resíduos Orgânicos e Biogás: Manejo Ambiental e Suentabilidade, I. Dreger & G. C. Coelho (orgs.)
mento dos resíduos, geração de eletricidade, queima direta do biogás
excedente (ares). Além disso, o programa realiza uma análise básica
de viabilidade econômica e também estima as emissões de carbono
evitado pela implantação do projeto, e a receita gerada pelos créditos
de carbono.
O programa utiliza três modelos para os cálculos. O mode-
lo de tecnologia estima a geração de biogás e eletricidade, e os tama-
nhos dos equipamentos necessários; também analisa a demanda de
energia na fazenda com base nos dados de entrada fornecidos pelo
usuário.
O modelo de redução de carbono calcula a redução das
emissões de carbono tendo como valor de referência os dados for-
necidos pelo usuário em relação ao destino atual dado aos resíduos.
Essa redução é calculada a partir das metodologias de pequena escala
aprovadas pelo IPCC (Intergovernmental Panel for Climate Chan-
ge).
O modelo nanceiro estima os investimentos necessários, as
despesas operacionais, as receitas e economia a serem obtidas, as recei-
tas advindas do carbono, e as taxas de retorno do projeto.
O programa foi elaborado em plataforma MS Excel e encon-
tra-se disponível no site do CENBIO/IEE/USP (http://cenbio.iee.
usp). A Figura 8 apresenta parte da página inicial do programa (dados
de entrada) e a Figura 9 apresenta a página nal (dados de saída/resul-
tados). Para facilitar a utilização do programa, a equipe executora do
projeto desenvolveu um manual do usuário, que também está dispo-
nível no site do CENBIO/IEE/USP.
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Resíduos Orgânicos e Biogás: Manejo Ambiental e Suentabilidade, I. Dreger & G. C. Coelho (orgs.)
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2003 - 2005.
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- 2005.
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Resíduos Orgânicos e Biogás: Manejo Ambiental e Suentabilidade, I. Dreger & G. C. Coelho (orgs.)
CAPÍTULO 04
4
USINAS DE BIOGÁS NA AMÉRICA
LATINA COM TECNOLOGIA DE
PONTA: PROJETO PERU
Karl Kolmsee
1
Willi Haan
2
1. Introdução
Três temas centrais dominam o discurso atual sobre as políti-
cas energéticas:
1. A segurança energética, com a preocupação de fornecer a
energia necessária para sustentar as projeções de cresci-
mento econômico e as necessidades de garantir uma in-
clusão energética da população insucientemente abas-
tecida para possibilitar um desenvolvimento econômico
e social, digno e sustentável.
2. Os custos de investimento, particularmente relevantes
num país de dimensões continentais, como o Brasil, di-
1 Smart Utilities Solutions (SUS) GmbH, Alte Traubinger Str. 17 (82340) Feldang –Alemanha, karl.
kolmsee@smart-utilities.de
2 Representante SUS no Brasil, willi.haan@smart-utilities.de
84
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Universidade Federal da Fronteira Sul
cilmente a ser ligado e abastecido via a rede de trans-
missão, eis que necessitando soluções viáveis de geração
descentralizada de energia.
3. A preservação ambiental, no qual o Brasil em termos ge-
rais conta com um panorama favorável, devido a sua
matriz energética, amplamente baseada em recursos hí-
dricos. O tema, porém, é relevante, principalmente em
dois aspectos:
a geração descentralizada, atualmente sustentada a óleo
diesel que, além de ser contaminante, é custoso, parti-
cularmente em áreas remotas como na Amazônia;
o uso das imensas quantidades amplamente desperdiça-
das dos materiais orgânicos energéticos, tal como resí-
duos orgânicos urbanos, euentes orgânicos industriais
e dejetos da produção agrária. A produção de biogás
com base nestes resíduos combina de forma conável,
uma produção energética de autoabastecimento com
um tratamento adequado de materiais prejudiciais ao
meio ambiente.
O Brasil conta com vastos recursos de euentes orgânicos utili-
záveis para a produção industrial de biogás, provenientes, por exemplo,
da produção de bioetanol, do setor agroindustrial e – até agora pouco
atendido para um uso eciente na conversão energética – os resíduos
sólidos urbanos e os dejetos da produção de ovos em grande escala.
No Brasil, já existem instalações avícolas com até 9 milhões
de galinhas produtoras de ovos. A disposição do esterco é um problema
cada vez maior, por causa de seu potencial poluidor e da enorme quan-
tidade. Uma distribuição sem tratamentos em plantações adjacentes
tem limitações ambientais e a compostagem, como solução tradicional,
tem limites econômicos pelos altos custos de transporte a um mercado
que possa absorver as quantidades de esterco produzido. Como regra
geral, pode-se calcular o ponto de equilíbrio econômico para desfazer-
se destes resíduos, com uma produção de 1 milhão de galinhas e uma
distância de transporte não maior que 100 km. Contudo, considera-se
85
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Resíduos Orgânicos e Biogás: Manejo Ambiental e Suentabilidade, I. Dreger & G. C. Coelho (orgs.)
o processo anaeróbico para a produção de biogás como uma alternativa
viável. Porém, pelo alto teor de nitrogênio (> 5%) do esterco, existem
poucos exemplos de conversão de esterco em biogás com empresas aví-
colas.
2. Experiência SUS
A Smart Utilities Solutions (SUS) GmbH - Germany, dese-
nhou e construiu uma planta de biodigestão no Peru, usando o esterco
de 4 milhões de galinhas. Já existia um sistema estabelecido na fazenda,
porém de pouca eciência, por car tempo demais fora de serviço du-
rante o ano. O SUS modernizou e ampliou essa instalação com mais
dois biodigestores de 3.000 m³ cada um e introduziu uma linha ino-
vadora de pré-tratamento dos resíduos, separando areia, carbonato e
penas do esterco. Dessa maneira, conseguiu reduzir a sedimentação nos
reatores de biodigestão e, consequentemente, tempo de parada do siste-
ma por manutenção. Foi desenvolvido também um sistema de lavagem
biológico do gás, permitindo assim seu uso para substituir, entre outros,
o gás propano, mais custoso na criação dos pintos.
Os euentes da produção do biogás, o biol, foi injetado no
sistema de irrigação por gotejamento da fazenda, para um uso como
fertilizante orgânico de alto valor nutritivo, e puricado dos seus ele-
mentos agressivos para as plantações e o meio ambiente.
3. Resultados e Discussão
A rentabilidade de uma planta de biogás está principalmente
denida por dois fatores:
1. Os custos de oportunidade para desfazer-se do esterco
fresco, e
2. O rendimento econômico do biogás junto com um uso
do biol.
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Universidade Federal da Fronteira Sul
Ambos os fatores podem variar em cada caso, de planta em
planta. O custo de oportunidade no uso do biol depende da possibili-
dade do seu uso como fertilizante nos cultivos na região. O rendimento
do biogás depende da dieta dos animais e do tipo de produção no esta-
belecimento: em plantas automatizadas de produção de ovos, o esterco
pode ser usado quase fresco, sem perdas no seu valor energético. Em
plantas de produção de carne de frangos com retirada da cama a cada
meio ano, reduz-se o valor energético. De maneira geral, comparando-
se com esterco suíno ou de gado, o rendimento é mais alto e o tempo
de gasicação é mais curto.
Independente da procedência do material se requer sempre
algum tratamento antes da entrada no biodigestor. Penas, areia e o alto
conteúdo de carbonato de cálcio causam sedimentação, impedindo
um processo contínuo de produção. Essa instalação de pré-tratamento
inclui uma tecnologia para remover areia, carbonato e penas, e pode
também incluir uma trituradora como pré-tratamento mecânico, ou
um pré-tratamento térmico. O desenho especíco depende tanto do
material como também do uso dos resíduos, depois da bio-digestão.
87
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Resíduos Orgânicos e Biogás: Manejo Ambiental e Suentabilidade, I. Dreger & G. C. Coelho (orgs.)
A tecnologia usada no Peru baseia-se nas plantas de trata-
mento das águas residuais, e é adaptada para o uso em sistemas de
biodigestão. As experiências de dois anos de funcionamento conr-
mam a necessidade de desenvolver uma tecnologia própria para o uso
de esterco de aves.
O digestor tem dois tipos de tecnologias, que depende do ma-
terial disponível e do uso nal dos euentes produzidos pelo processo
de biodigestão.
Com material fresco da produção de ovos e uma disponibi-
lidade de injeção dos euentes num sistema próprio de irrigação nas
plantações da fazenda – como o caso do Peru – prefere-se um processo
contínuo em digestores do tipo ‘reator contínuo de retromistura’ (Figu-
ra 3). Neste caso, o material não pode ter mais que 15% de conteúdo
de massa seca, motivo pelo qual o esterco deve ser diluído com água.
No caso de plantas de produção de carne de frangos com ca-
mada de palha de arroz ou de serragem de madeira, com massa seca
bem acima de 60% e difícil de diluir, usa-se digestores de tipo “batch
(por lotes de matéria-prima); a desvantagem deste sistema é o seu pro-
cesso descontínuo.
Ambas as tecnologias requerem trocador de calor (calefação)
para manter a temperatura constante em 38°C. Adicionalmente, o di-
gestor tipo tanque requer um sistema de agitação.
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Universidade Federal da Fronteira Sul
Enquanto o processo anaeróbico em geral e a produção de gás
são tecnologias bem conhecidas, a puricação do gás, produto nal do
processo, requer um desenho especial. O biogás, em comparação com
o gás natural, tem um alto conteúdo de CO
2,
água e – dependendo da
origem – enxofre. A água é separada facilmente por condensação. O
conteúdo de CO
2
em biogás de esterco é na faixa de 35 a 40%, o que
permite um uso direto em motores de combustão, fornos ou caldeiras.
Mais problemático é o conteúdo de ácido sulfídrico que, se passa dos
3.500 ppm, pelo que se requer uma planta de dessulfurização, no caso
presente desta planta, biológica.
O biol, como euente do biodigestor, é um fertilizante de
grande valor, com alto conteúdo de amônio. No caso de biodigestão de
tipo tanque, apresenta forma líquida, no caso da tecnologia ‘batch’ (em
batelada), o euente nal é seco.
O gás, uma vez dessulfurado, pode ser usado diretamente na
calefação para a criação dos pintos, em motores de geração de ener-
gia elétrica ou em caldeiras de vapor. Desta maneira, com o uso dos
resíduos agrícolas, facilita-se um autoabastecimento energético para
o usuário.
Para a operação da planta de biogás de tipo tanque, requer-se
algum pessoal para a alimentação do digestor, sem necessidade de ou-
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Resíduos Orgânicos e Biogás: Manejo Ambiental e Suentabilidade, I. Dreger & G. C. Coelho (orgs.)
tros operadores. Porém, necessita de uma pessoa para o controle diário,
treinada na interpretação dos dados no painel de controle no manejo
básico do processo.
4. Conclusões
Biogás é uma boa alternativa tecnológica para o tratamento
eciente e rentável de resíduos orgânicos, possibilitando um autoabas-
tecimento com eletricidade e/ou gás para seu uso energético. Porém,
o desenho de uma planta de biogás não se restringe só ao digestor em
si, abrangendo a linha completa, com o pré-tratamento do material e
o tratamento dos produtos nais do processo. Uma vez estabelecida, a
planta requer pouca manutenção, e pode ser manejada por operadores
com algum treinamento.
Os dejetos, tanto da produção agrária como do processamen-
to agroindustrial, como frigorícos, são contaminantes e submetidos
a regulamentações ambientais cada vez mais rigorosas. O processo de
biodigestão purica estes euentes dos elementos poluentes, fazen-
do-os disponíveis como adubo orgânico de alto valor econômico e
nutritivo.
O Brasil tem um enorme potencial ainda por ser explora-
do para o uso da biodigestão. Além de origem da produção agrária e
agroindustrial de animais, temos a vinhaça, da produção de bioetanol,
e os resíduos orgânicos do lixo urbano, entre outros.
A biodigestão no Brasil é ainda subutilizada e representa um
imenso potencial energético, particularmente como contribuição con-
ável em uma política econômico-ecológica, reduzindo custos de inves-
timento por produzir energia de forma descentralizada e – diferente da
geração fotovoltaica ou eólica - de forma contínua, durante as 24 horas
do dia.
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Resíduos Orgânicos e Biogás: Manejo Ambiental e Suentabilidade, I. Dreger & G. C. Coelho (orgs.)
CAPÍTULO 05
5
PROJETO ALTO URUGUAI
TRANSFORMA PROBLEMA
AMBIENTAL EM ENERGIA LIMPA:
BIOGÁS E CAPTURA DO HIDROGÊNIO
Sadi Baron
1
O aproveitamento da energia renovável e de maneira descen-
tralizada é fundamental para o desenvolvimento humano e o futuro
sustentável do Planeta. É importante pensar e desenvolver tecnologias
que melhorem a vida das pessoas em todos os continentes.
As diferentes formas de produção da energia elétrica devem
servir para que os indivíduos tenham acesso a esse bem, independen-
temente do local onde residam e das suas condições econômicas. Po-
rém, apesar dos avanços tecnológicos, uma grande parcela da população
mundial não tem essa oportunidade, devido às condições de pobreza
em que se encontra. Nesse sentido, o Projeto Alto Uruguai – Cidada-
nia, Energia e Meio Ambiente, poderá contribuir para a elaboração de
políticas internacionais de solidariedade humana e tecnológica.
O Projeto está sendo implantado na divisa do Brasil com a
1 Sociólogo, Especialista em Gestão Social de Políticas Públicas e Mestre em Gestão Social e
Dinâmica Regional, Secretaria do Projeto Alto Uruguai e Professor Titular de Sociologia da
Universidade do Contestado - UnC. sadibaron@hotmail.com
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Universidade Federal da Fronteira Sul
Argentina, em uma área conhecida por Alto Uruguai, que se caracteriza
pela forte presença de agroindústrias, principalmente a de produção
intensiva de suínos, que gera riquezas, mas também preocupações am-
bientais.
A região Sul do País, onde se insere o projeto, representando
49,5% do rebanho nacional (BGE 2012), o que se constitui em fator
importante de crescimento econômico. Contudo as externalidades ne-
gativas da atividade vêm causando grandes problemas ambientais, tais
como a contaminação de águas superciais e subterrâneas e a emissão
de gases causadores do efeito estufa.
O setor suinícola é responsável pela produção de resíduos
de alta carga orgânica, com uma contribuição por animal, que pode
chegar até aproximadamente 340g DBO
5
/animal.dia
-1
(Overcash et al
1982).Enquanto um ser humano contribui em média com cerca de 54g
DBO
5
/hab.dia. O setor também é responsável pela produção de gases
que contribuem para o aquecimento global, como o metano (CH
4
),
gerado no processo de digestão anaeróbia dos resíduos suínos, e que
apresenta um potencial de efeito estufa cerca de 21 vezes superior ao do
dióxido de carbono (CO
2
). (EPA 2006).
1. Histórico
O trabalho do Projeto Alto Uruguai é um piloto de caráter
nacional, que visa transformar em modelo de produção e consumo sus-
tentável de energia em uma região de 29 municípios situados em Santa
Catarina e no Rio Grande do Sul (Figura 1).
Ele teve início a partir da realização do SeminárioEnergia
e Desenvolvimento”, em 2003. O evento, que foi convocado pelo
Movimento de Atingidos por Barragens (MAB), Prefeitura Municipal
de Chapecó (SC) e Universidade Comunitária da Região de Chapecó
(UNOCHAPECÓ), permitiu aprofundar o debate sobre as relações
entre o desenvolvimento regional e as formas de produção e consumo
de energia na região.
Ao nal do Seminário, as entidades promotoras concordaram
93
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Resíduos Orgânicos e Biogás: Manejo Ambiental e Suentabilidade, I. Dreger & G. C. Coelho (orgs.)
em elaborar as premissas de um projeto piloto. Como eixo da proposta
inicial estava a ideia de que ele deveria assegurar o protagonismo das
organizações de base e, em primeiro lugar, do MAB. As instituições
deniram uma agenda de atividades para detalhar o projeto, discutir
modalidades de organização e elaborar um plano de trabalho. O lança-
mento aconteceu em 5 de maio de 2004, na cidade de Chapecó, com
a participação de mais de 600 lideranças oriundas dos municípios da
região. Um ano depois foi assinado o convênio entre a Eletrobrás e a
Eletrosul para dar início à implementação das ações.
O Projeto Alto Uruguai contou com o apoio das prefeituras
locais e é coordenado pela Eletrobrás, Eletrosul, MAB, UNOCHAPE-
CÓ e Instituto de Pesquisa e Planejamento Urbano e Regional (IPPUR/
UFRJ). Seu compromisso é contribuir para a sustentabilidade ambien-
tal, propondo a conversão de um problema, representado pela degrada-
ção causada pela suinocultura, em uma solução, ou seja, a produção de
energia e biofertilizante.
94
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Universidade Federal da Fronteira Sul
Foram instaladas 35 unidades de biodigestores em proprieda-
des rurais selecionadas a partir de um amplo processo participativo, que
utilizou tanto critérios técnicos como sociais. Essas propriedades estão
localizadas em 25 municípios, sendo 19 em Santa Catarina e 6 no Rio
Grande do Sul.
O modelo de biodigestor utilizado é o canadense, construído
com geomembrana e integrado pelas câmaras de digestão e de biogás
(Figura 2). Neste reator, ocorre o processo de digestão anaeróbia, tendo
como um dos produtos resultantes o biogás.
Esses biodigestores contribuíram para a diminuição da carga
orgânica de resíduos das instalações suinícolas e, consequentemente,
reduzirão a poluição hídrica e do solo. Também podem contribuir na
diminuição da emissão de gases de efeito estufa gerados pela atividade
e promoverão o aproveitamento energético do biogás. Este pode ser
utilizado para diferentes nalidades, tais como: cozer alimentos; refri-
geração; aquecimento de água; acionamento de motores a explosão (por
exemplo, para a produção de energia elétrica em geradores ou bombe-
amento de água); aquecimento de instalações de animais e moradias;
iluminação, entre outras.
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Resíduos Orgânicos e Biogás: Manejo Ambiental e Suentabilidade, I. Dreger & G. C. Coelho (orgs.)
Assim, o biodigestor pode, a partir do uso de uma fonte de
energia renovável, ajudar a agregar valor a produtos agrícolas, con-
tribuindo para a sustentabilidade econômica dos produtores rurais
de forma descentralizada, e ainda democratizando a produção de
energia.
Levantamentos realizados junto aos 35 produtores benecia-
dos mostram uma avaliação positiva, principalmente na diminuição de
insetos e do cheiro de gases oriundos dos resíduos (Figura 3). Outra
questão importante é o embelezamento (gura 04), a mudança pai-
sagística da propriedade que ocorre com a instalação do biodigestor,
melhorando a autoestima do produtor.
2. Monitoramento dos Biodigestores
As propriedades beneciadas pelos biodigestores rurais man-
têm um rebanho de 17.096 suínos, divididos nas modalidades de creche
(3.000 animais), terminação (12.061), ciclo completo (300) e unidade
produtora de leitões (1.735).
A criação de suínos connados nessas pequenas propriedades
tem ultrapassado a capacidade de suporte do ambiente local, ou seja,
elas geram mais resíduos do que o solo suporta para sua disposição e
conversão da matéria orgânica em nutrientes assimiláveis para as lavou-
ras. O excedente tem contribuído para a contaminação dos solos e da
água, daí a importância de se promover a redução da carga orgânica dos
dejetos de suínos.
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Universidade Federal da Fronteira Sul
Em monitoramento realizado em nove propriedades de Itapi-
ranga (SC), na comunidade de Santa Fé Baixa, foi vericada uma signi-
cativa diminuição dessa carga, considerando avaliações feitas antes da
entrada do dejeto e depois, na saída do biodigestor.
As análises empreendidas da DQO e da DBO servem para
observar a biodegradabilidade dos despejos, sendo que a DBO acusa
somente a fração biodegradável dos compostos orgânicos. Na análise
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Resíduos Orgânicos e Biogás: Manejo Ambiental e Suentabilidade, I. Dreger & G. C. Coelho (orgs.)
da DQO emprega-se um oxidante químico forte e assim é avaliada a
quantidade de oxigênio dissolvido consumido em meio ácido que leva
à degradação de matéria orgânica.
Como é possível constatar no Quadro 1, os valores de DQO
encontrados nas amostras têm signicativa redução no euente, e atin-
gem um índice médio de 83,6%, mas que ultrapassa 90% na maioria
dos sistemas. Também ocorre uma signicativa redução dos sólidos to-
tais e dos totais voláteis (Quadro 2).
Podemos perceber a grande quantidade de sólidos totais pre-
sente na entrada dos biodigestores (Quadro 2), normal quando se trata
de euentes da suinocultura. A redução média desse parâmetro foi de
64,6%, chegando a até 90% em algumas unidades, sendo que na maio-
ria das saídas dos biodigestores o valor de sólidos totais dos euentes
cou em torno de 4,0 g/L. Já para os sólidos totais voláteis, a redução
média foi de 74,9%, mas atingiu 97% em algumas unidades. Os só-
lidos voláteis, em sua maioria, são representados por matéria orgânica.
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Universidade Federal da Fronteira Sul
Os biodigestores, além de melhorarem a qualidade do euen-
te, produzem o metano, como já apontado, que é um dos gases de efeito
estufa. Assim, aliado à sua utilização como fonte de energia renovável,
foram instalados em todas as unidades do Projeto queimadores (are
aberto, Figura 5), que com a simples queima desse gás fazem com que
deixem de ser emitidas mais de 3.940 toneladas de CO
2
eq/ano.
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Resíduos Orgânicos e Biogás: Manejo Ambiental e Suentabilidade, I. Dreger & G. C. Coelho (orgs.)
O Projeto Alto Uruguai, do ponto de vista de uso prático do
biogás, propõe seu emprego como fonte de energia térmica para o aqueci-
mento de instalações de aves e suínos no inverno, bem como nas residên-
cias para a água do banho, lavagem de roupas, louças e outros afazeres.
Para as atividades produtivas, o Projeto também contempla o
uso do biogás para resfriamento de leite, fornecimento de água quente
para limpeza de instalações leiteiras, cozimento de leite, preparação de
geleias, queijos, pães e outros.
Atualmente, estão em fase de execução dois trabalhos para a
produção de energia elétrica com biogás, ambos em Santa Catarina, que
serão apresentados a seguir.
3. Central de biogás em Itapiranga (SC)
Na comunidade de Santa Fé Baixo, o projeto visa à construção
de uma mini central de energia. A usina está orçada em R$ 640 mil,
onde serão instaladas duas unidades de 75 KWh capazes de produzir
150 KWh de energia elétrica, o suciente para atender mais de 600
famílias. O biogás será obtido por dez biodigestores já implantados nas
propriedades (Figura 6).
As propriedades selecionadas possuem um total de 5.040
suínos, os quais devem produzir dejetos sucientes para obter-se anu-
almente 773.508 m
3
de gás com a geração de 1.179.2 MWh/ano de
energia elétrica. É importante lembrar que aos benefícios apontados,
ainda é necessário contabilizar o biofertilizante resultante do processo e
a venda dos créditos de carbono (MDL), que podem dobrar os ganhos
nais dos produtores, (Planilha ITAIPU).
4. Célula combustível
Atualmente, a relevância das fontes de energia não poluentes
tem assumido um papel cada vez mais preponderante em todos os seus
campos de aplicação, como por exemplo, o desenvolvimento de par-
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Universidade Federal da Fronteira Sul
ques eólicos, os painéis fotovoltaicos ou a adoção de células de combus-
tível em automóveis.
O desenvolvimento de novas fontes de energia com grande ca-
pacidade de aplicação, disponibilidade e portabilidade, que possam ser
convertidas em diferentes formas sem prejudicar o ambiente, nada mais
é do que a chave para o progresso industrial e o acompanhamento da
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Resíduos Orgânicos e Biogás: Manejo Ambiental e Suentabilidade, I. Dreger & G. C. Coelho (orgs.)
evolução dos padrões de vida atuais, bem como das normas e diretivas
cada vez mais restritivas.
As células de combustível são usadas em centrais de produção
de energia com potências reduzidas (menos de uma dezena de MW).
Ficam colocadas perto dos equipamentos consumidores, podendo as-
sim ser consideradas uma tecnologia de geração dita distribuída.
Apostando na produção local (descentralizada) poupa-se no
investimento da construção de grandes linhas de transporte de energia,
na sua proteção e em outros equipamentos auxiliares, bem como na
manutenção dessas infraestruturas.
Outro aspecto de economia é o custo de exploração, uma vez
que as perdas energéticas, com a produção descentralizada, são consi-
deravelmente reduzidas nas linhas e nos transformadores (elevadores e
abaixadores), bem como na redução de aparelhagem de proteção. Os
custos relacionados com a produção também baixam, pois o rendimen-
to das células de combustível é substancialmente mais elevado.
A grande barreira que atualmente existe diz respeito ao custo
ainda elevado dessa tecnologia, resultado da necessidade de investigação
tecnológica adicional, do preço dos materiais e dos processos de fabri-
cação, o que tem restringido o uso das células de combustível. Com o
decurso do tempo e eventuais novas descobertas, a produção em grande
escala das células de combustível, e a crescente escassez de fontes de
energia não renováveis, serão fatores que irão levar a uma nova losoa
de produção energética na área da energia elétrica.
Uma célula de combustível pode ser denida como um dis-
positivo eletroquímico que transforma continuamente a energia quí-
mica em energia elétrica (e algum calor) desde que lhe seja fornecido
o combustível e o comburente. O combustível é o hidrogênio, ou um
composto que possua este elemento na sua constituição química, e o
comburente é o oxigênio. O hidrogênio utilizado no processo pode ser
obtido de várias fontes: eletrólise da água, gás natural, propano, meta-
nol, ou outros derivados do petróleo como qualquer hidrocarboneto.
O oxigênio é retirado do ar, podendo também ser obtido a partir da
eletrólise da água, (Eletrosul 2012).
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Universidade Federal da Fronteira Sul
Uma célula de combustível é constituída por dois eletrodos.
Entre eles existe um eletrólito (ver gura 7). A função do eletrólito é
atuar como um meio que permite a passagem dos íons de um eletrodo
para o outro.
Exteriormente, existe uma ligação elétrica entre os dois ele-
trodos (ânodo e cátodo) onde é ligado o receptor (a carga). Uma pilha
de combustível é constituída por uma associação em série de células de
combustível. Cada célula individual produz apenas uma tensão aproxi-
mada de 0,8 V. Consegue-se assim, formar uma pilha de combustível
em que se obtém a tensão de saída pretendida para uma determinada
aplicação prática. Assim, a tensão de saída resulta da multiplicação da
tensão individual de cada uma das células pelo número total de células
existentes na pilha. Caso pretenda-se elevar o valor da corrente que uma
pilha de células de combustível pode fornecer, as mesmas devem ser
ligadas em paralelo, (Eletrosul 2012 – Célula em fase de teste).
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Resíduos Orgânicos e Biogás: Manejo Ambiental e Suentabilidade, I. Dreger & G. C. Coelho (orgs.)
5. Aproveitamento do hidrogênio em Chapecó
-SC
Em Chapecó foi realizada uma tentativa para a instalação da
primeira central de geração de energia elétrica de hidrogênio movida a
biogás de dejeto suíno do Brasil, como parte do Programa de Pesquisa e
Desenvolvimento da Eletrosul em parceria com a Universidade do Sul
de Santa Catarina – UNISUL (Figura 8).
A unidade foi instalada na propriedade de Ivo Roque Cella, na
Linha Colônia Cella. Com suas 300 matrizes, o biodigestor instalado
produz anualmente mais de 16.999 m
3
de gás. Estes, transformados em
energia elétrica, signicam 27.623 KWh/ano, sendo que a propriedade
consome em torno de 7 mil KWh/ano. Com a simples queima do bio-
gás, que já acontece, a propriedade deixou de emitir 111 toneladas de
CO
2
equivalente durante 2010.
A experiência foi interrompida devido a problemas no “re-
formador” de hidrogênio que teria o papel de separar o hidrogênio do
biogás. Nessa mesma unidade está em fase de instalação um gerador de
energia atendendo a demanda de energia do produtor e buscando apro-
veitar as instalações e o biogás disponível na propriedade.
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Universidade Federal da Fronteira Sul
6. Outras ações
Além das duas experiências citadas, os demais 24 produto-
res beneciados com os biodigestores vão aproveitar o biogás de forma
diversicada, o que também inclui a secagem de grãos e a geração de
energia elétrica, entre outras já mencionadas. A proposta é que essas
unidades transformem-se em um laboratório de experiências no apro-
veitamento do biogás e sirvam de referência para o desenvolvimento
sustentável dos pequenos produtores da região.
Outro aspecto importante do trabalho é a geração descentrali-
zada, ou a chamada “Geração Distribuída” (Figura 9). Com a produção
da energia elétrica próxima ao local de consumo é possível evitar perdas
de transmissão, e há melhora do sistema de distribuição.
O Projeto também contribui para a economia de energia
ao promover a realização de cursos de capacitação para professores
das redes municipais e estaduais, para agentes comunitários e aos
participantes do Planejamento Energético Municipal (PLAMGE),
o que proporciona aos gestores municipais uma redução nos gastos
com energia, aumento da eciência e melhor atendimento da popu-
lação.
Os meios de comunicação social, como rádios, jornais e tele-
visões, são utilizados para a divulgação dessas tecnologias e socialização
do tema. Também são fornecidas dicas de como economizar energia e
divulgadas as ações do Projeto, que são avaliadas e monitoradas a cada
dois meses.
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Resíduos Orgânicos e Biogás: Manejo Ambiental e Suentabilidade, I. Dreger & G. C. Coelho (orgs.)
A proposta é ampliar o Projeto Alto Uruguai para mais 55
municípios do oeste e extremo-oeste catarinense, bem como para mu-
nicípios do Rio Grande do Sul, com a instalação de mais três centrais
geradoras a biogás.
O Projeto Alto Uruguai colabora de forma armativa e con-
creta no sentido da produção de energias limpas e para o desenvol-
vimento sustentável. Sua experiência de aproveitamento da biomassa
residual em pequenas propriedades rurais pode servir de referência para
outros países com deciência na geração de energia elétrica.
O acesso à informação e o avanço da tecnologia são funda-
mentais para o desenvolvimento humano. Aos países em melhores
condições econômicas compete o estabelecimento de parcerias inter-
nacionais de transferência de tecnologia e, principalmente, de ações
que venham a promover o progresso das pessoas. Assim, estarão aju-
dando na construção de um mundo melhor, sustentável, com me-
lhores condições para a população e para a própria sobrevivência no
Planeta.
7. Referências bibliográcas
BLEY Junior, C.; Galainkin, M. Itaipu/FAO. Agroenergias da biomassa
residual: perspectivas energéticas, socioeconômicas e ambientais. Foz
do Iguaçu/Brasília: CIP, 2009.
106
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Universidade Federal da Fronteira Sul
EPA - Environmental Protection Agency. Methane. Disponível em:
www.epa.gov/methane/. Acesso em: 09/08/2006.
IPCC, Intergovernmental Panel on Climate Change. Climate Change
2007: e Physical Science Basis; Summary for Policymakers, Working
Group I, Paris, França. 2007.
IBGE – Fundação Instituto Brasileiro de Geograa e Estatística/- PNSB
– Pesquisa Nacional de Saneamento Básico / Número de distritos com
tratamento de esgoto sanitário por tipo de sistema de tratamento, 2000.
FUNDESTE/UNOCHAPECÓ. Monitoramento ambiental da mi-
crobacia Santa Fé Baixo do município de Itapiranga e monitoramen-
to sanitário ambiental das propriedades que compõem o Projeto Alto
Uruguai. Chapecó - SC, 2010.
OVERCASH, M. R. 1982. Transport of potential pollutants in runo
water from areas receiving animal waste. A review. Water Research V.
14, p. 421 – 436.
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Resíduos Orgânicos e Biogás: Manejo Ambiental e Suentabilidade, I. Dreger & G. C. Coelho (orgs.)
Parte 3 - Euentes Biodigeridos e
in-natura - experiências no Brasil
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Universidade Federal da Fronteira Sul
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Resíduos Orgânicos e Biogás: Manejo Ambiental e Suentabilidade, I. Dreger & G. C. Coelho (orgs.)
COMPOSTAGEM DE DEJETOS
DE SUÍNOS – FUNDAMENTOS E
CUIDADOS
Martha Mayumi Higarashi
1
A geração de resíduos é uma consequência inerente do pro-
cesso de produção animal e, a partir do momento em que o sistema
passou a adotar os modelos industriais de produção, com ganhos de
escala e concentração dos rebanhos, o gerenciamento dos seus passivos
ambientais passaram a ganhar espaço nas estratégias de busca pela sus-
tentabilidade do setor agropecuário.
Historicamente, os dejetos suínos sempre foram empregados
como fonte de nutrientes e matéria orgânica para solos agrícolas na
consorciação lavoura/pecuária. Entretanto, a partir do momento em
que a produção de dejetos passou a ultrapassar a capacidade de suporte
das regiões de maior concentração de animais, o acúmulo dos resíduos
passou a ser motivo de apreensão devido ao seu alto potencial poluente.
Nestas situações, a implantação de tecnologias para o tratamento dos
excedentes pode fazer-se necessária.
De forma bastante simplicada, o tratamento de dejetos de
suínos pode ser separado em duas vias alternativas de rotas tecnológicas:
1 Química, D.Sc., Pesquisadora A, Embrapa Suínos e Aves, Concórdia SC, martha.higarashi@embrapa.br
CAPÍTULO 06
6
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Universidade Federal da Fronteira Sul
a líquida (biodigestor, lagoas, reatores, entre outros) e a sólida (com-
postagem e cama sobreposta). No presente capítulo, o foco será dado
aos tratamentos realizados em fase sólida, cuja estabilização da matéria
orgânica se dá através do processo biológico aeróbio da compostagem.
Segundo Zhu (2006), a compostagem pode ser denida como:
“Um Processo biológico no qual a degradação dos resíduos
ocorre via processos aeróbios, mediada por microrganismos
(bactérias, fungos e actinomicetos) que, sob condições con-
troladas, desdobram a matéria orgânica biodegradável em
um material estável semelhante ao húmus. Os microrganis-
mos utilizam a matéria orgânica em seus processos metabó-
licos convertendo-a em biomassa microbiana. Tal processo
destrói agentes patogênicos, converte o nitrogênio da forma
amoniacal, instável, para formas orgânicas mais estáveis e
reduz o volume do resíduo”.
Essa denição ressalta a importância do controle das condi-
ções do processo, visando não somente o tratamento dos resíduos, mas
também tendo como ponto focal a produção do composto com um
padrão de qualidade, condição esta imprescindível, quando se almeja
a agregação de valor e abertura de mercado para o produto resultante.
Na forma tradicional de condução da compostagem, os ma-
teriais são misturados e preparados de forma consistente e controlada
(pilha de resíduos), a m de se obter uma massa homogênea onde as
bactérias e outros microrganismos termofílicos trabalharão em sinergia,
sob condições aeróbias, de modo a promover a quebra/desdobramento
dos resíduos em um processo que ocorre, fundamentalmente, em duas
fases, conforme descrito abaixo.
Etapas em uma operação de compostagem
tradicional:
- Primeira Etapa
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Resíduos Orgânicos e Biogás: Manejo Ambiental e Suentabilidade, I. Dreger & G. C. Coelho (orgs.)
Alta taxa de atividade biológica
Decomposição rápida
Alta temperatura
Principais quebras das moléculas orgânicas
- Segunda Etapa
Baixa taxa de atividade biológica
Decomposição mais lenta
Temperaturas mais baixas
Conclusão das quebras das moléculas orgânicas
Estabilização de material composto
Alguns parâmetros são fundamentais para que a compostagem
se desenvolva da forma esperada, assim o controle destes, muitas vezes,
faz-se necessário. Os principais são:
1. Balanço de nutrientes (Relação C/N)
Os microrganismos envolvidos no processo desenvolvem-se
mais ecazmente quando a relação C/N situa-se entre 20 e 35. Se a rela-
ção C/N é muito alta (> 40), a decomposição ocorrerá de forma muito
lenta, prolongando a tempo necessário para a completa degradação. Se
a relação C/N é muito baixa (<20), o nitrogênio é convertido à amônia
em níveis superiores àqueles que as bactérias aeróbias podem suportar,
resultando na geração de odores.
2. Temperatura
O calor é gerado conforme os microrganismos iniciam a de-
gradação do resíduo e esse aquecimento desempenha um papel impor-
114
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Universidade Federal da Fronteira Sul
tante na velocidade da degradação da matéria orgânica, no tipo e na
quantidade de bactérias que atuam na pilha, e na capacidade de des-
truir patógenos. A temperatura também é um bom indicador da ecá-
cia operacional da compostagem. Em condições ideais, a temperatura
interna da pilha irá variar de 45-65
o
C e as mudanças da temperatura
ocorrerão à medida que o processo de compostagem avança e a pilha é
perturbada por revolvimento e adição de novo material.
3. Umidade
A faixa alvo para a compostagem situa-se entre 45 a 60%, sen-
do que a umidade excessiva inibe o uxo de ar através da pilha, causan-
do condições anaeróbias que podem levar a emissão de odores pútridos,
temperaturas baixas na pilha e problemas com moscas. Por outro lado, a
falta de umidade leva a taxas de decomposição lentas e também a baixas
temperaturas.
4. Porosidade e Aeração
Para operar ecientemente um sistema para compostagem
de euentes líquidos, a fonte de carbono/substrato utilizada deve
ter estrutura, densidade e tamanho de partículas adequadas para
permitir as trocas gasosas em taxas que sustentem a viabilidade das
bactérias (a concentração de O
2
recomendada deve situar-se entre 5
e20%).
Materiais com elevada densidade tendem a inibir os uxos ga-
sosos, diminuindo e até interrompendo o processo de compostagem,
por outro lado, materiais volumosos com tamanhos de partículas gran-
des e de baixa área de superfície permitem que o ar circule em demasia
no sistema, fazendo com que a temperatura caia para valores abaixo do
nível ideal, retardando ou interrompendo o processo.
As características dos dejetos de suínos são muito variáveis e
dependentes do manejo de água implantado nas granjas (OLIVEIRA;
SILVA, 2006).
115
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Resíduos Orgânicos e Biogás: Manejo Ambiental e Suentabilidade, I. Dreger & G. C. Coelho (orgs.)
Como é possível vericar, relacionando as características (Ta-
bela 1) e as condições para a adequada compostagem, os dejetos de su-
ínos apresentam excesso de água (94-98%) e relação C/N muito baixa
(≈5). Portanto, o processo aeróbio não ocorre espontaneamente e para
desencadeá-lo é necessário que o mesmo seja induzido.
No início da década de 1990 a Embrapa Suínos e Aves intro-
duziu no Brasil o sistema de criação de suínos em cama sobreposta, o
qual consiste na criação dos animais sobre um leito profundo de subs-
trato (maravalha, casca de arroz, palhas, etc.). Nos estudos desenvolvi-
dos sobre o sistema, foi vericado que a lenta incorporação dos dejetos
dos animais aos substratos, levava as camas a condições propícias para
o desenvolvimento da compostagem, sendo que ao nal de um ano
de utilização, as camas apresentavam características compatíveis a um
composto orgânico (Tabela 2), de acordo com as especicações legais
(MAPA, 2009).
116
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Universidade Federal da Fronteira Sul
Assim, foi comprovado ser possível realizar a compostagem dos
dejetos líquidos de suínos através da redução da umidade e aumento da
relação C/N pela incorporação destes a um substrato rico em carbono.
Partindo-se desse principio, foram desenvolvidos diversos estudos para
estabelecer as melhores condições para a co-compostagem dos dejetos
líquidos dos suínos (dejetos combinados com outros substratos), sendo
que foi demonstrado ser possível a incorporação de 8-9 L de dejetos
para cada 1 kg de maravalha, quando a incorporação e revolvimento são
feitos manualmente e 10-12 L quando o sistema é mecanizado, por este
último permitir o maior fracionamento da impregnação e revolvimen-
tos mais frequentes (OLIVEIRA; HIGARASHI, 2006).
As principais vantagens e desvantagens da compostagem são
listadas na Tabela 3.
Traçando-se o paralelo entre as vantagens e desvantagens da
tecnologia, chega-se a conclusão que a mesma é bastante promissora,
entretanto, para assegurar a implantação bem sucedida da composta-
gem dentro da realidade atual da suinocultura brasileira, alguns gar-
galos e obstáculos deverão ser superados, dentre os quais podem ser
destacados:
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Resíduos Orgânicos e Biogás: Manejo Ambiental e Suentabilidade, I. Dreger & G. C. Coelho (orgs.)
1. Manejo de água nas granjas
Como os substratos usualmente empregados na compostagem
apresentam alto teor de moléculas orgânicas pouco biodegradáveis, o
dejeto acaba por se constituir na principal fonte de matéria orgânica lá-
bil para os microrganismos aeróbios. No entanto, existe uma limitação
imposta pelo teor máximo de umidade (≈ 60%) suportado na compos-
tagem que restringe a quantidade de dejetos que poderá ser adicionada
a cada impregnação. Portanto, é necessário que estes sejam suciente-
mente concentrados para sustentar a atividade microbiológica nas lei-
ras, suprindo o sistema com matéria orgânica e nutrientes.
Estudo recente demonstrou que dejetos com alta diluição (<
3% de sólidos totais) ou aqueles cuja fração orgânica já foi degradada
pela via anaeróbia, por permanecerem armazenados durante períodos
muito prolongados, podem inviabilizar o tratamento pela composta-
gem, tanto por não atingir as temperaturas necessárias para a adequada
sanitização (Tabela 4) como pelo baixo teor de nutrientes no composto
resultante (Tabela 5).
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Universidade Federal da Fronteira Sul
2. Falta de substratos
Em regiões com alta concentração de produção de suínos e
aves, a maravalha é uma matéria-prima muito valorizada por ser em-
pregada em camas de leitões e frango de corte. No intuito de evitar a
competição com o setor, tem sido desenvolvidos estudos para avaliar a
possibilidade de utilização de substratos alternativos, tais como palhas e
serragem, em substituição a maravalha. É importante ressaltar que são
necessárias algumas modicações no manejo da compostagem (volume
e frequência da impregnação, taxas de revolvimento, tempo de matura-
ção, entre outros) para cada diferente substrato empregado, entretanto
os resultados para palha de azevém (Tabela 6), por exemplo, demons-
traram ser possível a utilização destes sem maiores prejuízos a qualidade
nal do composto produzido (ADHIKARI et al., 2009; HIGARASHI
et al., 2011).
3. Mão de obra
A falta de mão de obra e envelhecimento dos trabalhadores no
campo é um assunto recorrente nas discussões relativas à implementa-
ção de qualquer tecnologia que implique no aumento de atividades nas
rotinas de trabalho das granjas. Nesse sentido, a adoção da composta-
gem manual em granjas de pequeno porte, sem dúvida, implicaria em
um acréscimo expressivo tanto em horas como esforço.
Para contornar esse problema, algumas empresas nacionais
vêm desenvolvendo ou adaptando equipamentos voltados para a au-
tomatização dos processos de impregnação dos dejetos sobre os subs-
tratos e revolvimento da mistura (OLIVEIRA; HIGARASHI, 2006).
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Resíduos Orgânicos e Biogás: Manejo Ambiental e Suentabilidade, I. Dreger & G. C. Coelho (orgs.)
Independente do modelo dos equipamentos escolhido, a automatização
da compostagem só se viabiliza para maiores escalas de produção, por-
tanto, para pequenos produtores é necessária a organização de arranjos
mais complexos, envolvendo a formação de associações para implanta-
ção de plantas coletivas de tratamento via compostagem.
4. Mercado e demanda por composto
Uma vez suplantadas as diculdades técnicas acima descritas,
ainda resta outro grande desao para o efetivo estabelecimento da com-
postagem como alternativa sustentável e viável de tratamento dos de-
jetos da suinocultura: a aceitação e absorção do fertilizante produzido
pelo mercado consumidor.
As tendências mostram-se favoráveis ao crescimento da de-
manda por compostos e fertilizantes orgânicos em geral, visto que este
nicho vem ganhando cada vez mais espaço no País. O aumento do in-
teresse da população pelos produtos orgânicos levou o governo a regu-
lamentar os critérios e padrões mínimos de qualidade para compostos
orgânicos, estabelecidos através da Instrução Normativa n
o
25 de 23 de
Julho de 2009 do Ministério da Agricultura Pecuária e Abastecimento
(MAPA).
Tal regulamentação representa uma ameaça e uma oportuni-
dade para a utilização dos resíduos da produção de animais connados
como fertilizantes. Se, por um lado, restringe-se o uso indiscriminado
destes materiais residuais não processados (sem padrão ou garantia de
qualidade e segurança sanitária), por outro, abre a possibilidade de agre-
gação de valor aos compostos produzidos de forma comprovadamente
controlada e bem conduzida, por meio da obtenção de certicação e re-
gistros junto aos órgãos competentes, mediante apresentação de laudos
e análises laboratoriais.
O processo de certicação de fertilizantes orgânicos ainda é
bastante complexo e moroso, no entanto, possibilita a entrada em um
mercado altamente exigente e em franca expansão.
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Universidade Federal da Fronteira Sul
Principais problemas encontrados na
compostagem de resíduos animais – avaliação no
campo
- Mistura de resíduos incompatíveis:
Um exemplo clássico desse tipo de problema é o de se incor-
porar os dejetos suínos com camas de aviários para a correção do seu
teor de umidade. Tanto os dejetos suínos como as camas apresentam
a relação C/N < 10, portanto a mistura apresentará um balanço de
nutrientes inadequado para a compostagem, resultando na emissão de
odores e gases tóxicos (principalmente amônia) e morosidade na estabi-
lização do composto.
- Adição de cal, Ca(OH)
2
:
A adição de cal para acelerar a compostagem de resíduos ani-
mais era uma prática relativamente comum há alguns anos, entretanto
já está entrando em desuso. O princípio da prática está na indução da
perda de nitrogênio na forma de NH
3
, de acordo com o equilíbrio:
A adição de Ca(OH)
2
desloca o equilíbrio da reação (1) para a
direita, levando a formação de gás amônia que tende a ser emitido para
a atmosfera. Como visto anteriormente, os dejetos animais, em geral,
apresentam relação C/N baixa, assim a aceleração da perda do N anteci-
paria o desencadeamento do início da compostagem, pelo atingimento
da relação C/N ideal (25 a 35).
Entretanto, a emissão de NH
3
apresenta uma série de incon-
venientes: (a) odores; (b) NH
3
emitido é um gás poluente e tóxico e (c)
o nitrogênio é um importante nutriente do composto que se perde para
a atmosfera.
121
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Resíduos Orgânicos e Biogás: Manejo Ambiental e Suentabilidade, I. Dreger & G. C. Coelho (orgs.)
Para reduzir a perda do nitrogênio na forma de NH
3(g)
, deve
se corrigir a relação de C e N pela adição de um substrato rico em C
ou buscar reter o N, quer seja pelo controle de pH (acidicar o meio),
retenção física (uso de adsorventes como carvão ou argilas minerais) ou
precipitação (gesso).
- Uso de euente de biodigestor em substituição ao dejeto bruto:
A possibilidade de utilização de euentes do biodigestor como
matéria-prima de compostagem é bastante atrativa, pois, possibilitaria
a agregação de valor tanto pela geração de energia renovável, via biogás,
como pela produção de composto por meio do qual se possibilitaria ex-
portar os excedentes de nutrientes das propriedades. Entretanto, tanto
a biodigestão anaeróbia como a compostagem são processos mediados
por microrganismos anaeróbios e aeróbios, respectivamente, os quais
desdobram a matéria orgânica biodegradável em biomassa microbia-
na. Assim, ambos os processos competem pela matéria orgânica lábil
contida nos dejetos, portanto, caso o biodigestor esteja funcionando de
forma eciente, o mesmo deverá remover de 75% a 85% dos sólidos
voláteis do dejeto, o remanescente provavelmente não seja suciente
para sustentar apropriadamente as atividades dos microrganismos me-
diadores da compostagem.
O que se observa na compostagem que faz uso desses euentes
é a pouca elevação da temperatura e a consequente saturação da bio-
massa devido à baixa taxa de evaporação de água, causando morosidade
e, frequentemente, a parada total do processo. Para se viabilizar o uso
associado dessas tecnologias, seriam necessários estudos que envolves-
sem a separação de fases (compostagem da fração sólida) ou redução do
tempo de retenção hidráulica no biodigestor para assegurar maior teor
de matéria orgânica ao euente deste.
Considerações Finais
A compostagem apresenta-se como uma alternativa promisso-
ra de tratamento dos dejetos e tem potencial para reduzir a dependência
122
|
Universidade Federal da Fronteira Sul
pelos fertilizantes minerais por promover o uso eciente dos nutrientes
presentes nos resíduos agropecuários, atendendo parcialmente ao mer-
cado em franca expansão dos produtos orgânicos. O principal desao
para a efetiva adoção da tecnologia é assegurar a qualidade dos compos-
tos produzidos, evitando a entrada de produtos resultantes de processos
implantados sem o devido controle e cuidado, o que colocaria em risco
a credibilidade da tecnologia.
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123
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Resíduos Orgânicos e Biogás: Manejo Ambiental e Suentabilidade, I. Dreger & G. C. Coelho (orgs.)
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empa.ch/plugin/template/empa/*/59249/---/l=2 . Acesso em 17 jul.
2011.
125
|
Resíduos Orgânicos e Biogás: Manejo Ambiental e Suentabilidade, I. Dreger & G. C. Coelho (orgs.)
CAPÍTULO 07
7
O USO AGRONÔMICO DOS
EFLUENTES DA SUINOCULTURA
Rodrigo da Silveira Nicoloso
1
O Brasil é, atualmente, um dos maiores produtores de com-
modities agrícolas do mundo. O Censo Agropecuário de 2006, realiza-
do pelo IBGE, apontou que o país tinha, naquele ano, cerca de 76 mi-
lhões de hectares de lavouras e 172 milhões de hectares de pastagens em
produção (IBGE, 2006). A safra brasileira de grãos, no ano de 2011,
atingiu a marca de 160,1 milhões de toneladas (IBGE, 2012). Os dados
do IBGE apontam que o aumento da produção de grãos no país pode
ser atribuído ao aumento da eciência e produtividade agrícola, visto
que a área plantada aumentou cerca de 20% ou aproximadamente 9
milhões de hectares entre 1980 e 2011, enquanto que a produção de
grãos triplicou no mesmo período.
A crescente produção agrícola brasileira também elevou consi-
deravelmente a demanda por fertilizantes para atender as diferentes ca-
deias produtivas. Dados da Associação Nacional para Difusão de Adu-
bos (ANDA) demonstram que o consumo aparente de nitrogênio (N)
no Brasil saltou de 905,6 para 3.642,8 mil toneladas de N entre 1980 e
2011 (IPNI, 2012). Para o fósforo e potássio, o consumo aparente des-
tes nutrientes cresceu de 1.853,9 e 1.306,6 mil toneladas de P
2
O
5
e K
2
O
1 Pesquisador, Embrapa Suínos e Aves. BR 153, Km 110. Caixa Postal 21. CEP 89700-000. Concórdia
-SC. rodrigo.nicoloso@embrapa.br
126
|
Universidade Federal da Fronteira Sul
em 1980, para 4.296,6 e 4.932,6 mil toneladas dos mesmos nutrientes
em 2011, respectivamente. Os dados revelam ainda que apenas 22,47
e 8 % do N, P
2
O
5
e K
2
O consumidos são produzidos no Brasil, o que
demonstra a dependência do país para importação de matéria prima e a
exposição do setor à volatilidade de preços do mercado internacional de
fertilizantes. Neste sentido, a exploração de fontes alternativas de ferti-
lizantes como os euentes da suinocultura é uma estratégia importante
do ponto de vista econômico e também como opção para ciclagem de
nutrientes entre os sistemas de produção, contribuindo também para a
mitigação do potencial poluidor destes resíduos, se corretamente em-
pregados como fertilizantes na agropecuária.
Tomando o rebanho suíno total alojado no país (38, 9 milhões
de cabeças em 2010; IBGE, 2010), a produção média de dejetos por
suíno (8,6 L animal
-1
dia
-1
; Oliveira, 1993) e uma concentração média
de 2,8 kg N, 2,4 kg P
2
O
5
e 1,5 kg K
2
O por m
3
de dejetos (CQFS-RS/
SC, 2004), estima-se que a suinocultura brasileira produza anualmente
122,1 milhões de m
3
de dejetos, com um potencial fertilizante agregado
de 341,9, 293,0 e 183,1 mil toneladas de N, P
2
O
5
e K
2
O, respectiva-
mente. Ou seja, o reaproveitamento dos dejetos como fertilizantes pode
promover a ciclagem de nutrientes equivalente a até 6 % da demanda
de N-P
2
O
5
-K
2
O da agropecuária brasileira. Esta estimativa é certamen-
te exagerada, visto que nem todo o dejeto está disponível para uso agrí-
cola (nas produções de microescala ou de subsistência), mas de qual-
quer maneira reete o potencial do reaproveitamento destes euentes
visando à redução da demanda por insumos externos. A natureza física
e a alta diluição dos euentes da suinocultura impõem restrições ao seu
uso agrícola devido ao elevado custo de transporte e distribuição que,
dependendo da distância a ser percorrida, inviabiliza economicamente
o seu aproveitamento em áreas agrícolas. Desta maneira, seu uso é re-
corrente nas lavouras mais próximas às unidades de connamento. A
aplicação destes resíduos ao solo em excesso, desconsiderando critérios
técnicos de recomendação de fertilizantes ou as legislações pertinentes
que regulam as taxas de aplicação destes resíduos em áreas agrícolas, e os
níveis máximos aceitáveis de nutrientes e contaminantes no solo, pode
impactar signicativamente o ambiente, causando a contaminação do
solo, atmosfera e recursos hídricos. Entretanto, existem tecnologias de
tratamento dos dejetos líquidos de suínos que, além de reduzirem seu
127
|
Resíduos Orgânicos e Biogás: Manejo Ambiental e Suentabilidade, I. Dreger & G. C. Coelho (orgs.)
potencial poluidor, podem melhorar a qualidade do biofertilizante pro-
duzido, seja por aumentar sua eciência agronômica em disponibilizar
nutrientes para as culturas agrícolas, seja por aumentar a concentração
de nutrientes no fertilizante orgânico, reduzindo assim custos de aplica-
ção. Considerando estes aspectos, o presente capítulo tem por objetivo
discutir o uso agronômico dos euentes da suinocultura como ferti-
lizantes, considerando suas características físico-químicas, os critérios
técnicos para recomendação de uso agronômico, os potenciais riscos
ambientais associados a aplicação destes resíduos ao solo, e também
estratégias de mitigação destes impactos ambientais.
1. Caracterização dos euentes da suinocultura
Os dejetos líquidos de suínos possuem características distintas
em função da categoria animal (fase de criação) e também em função
da própria composição da ração que os animais consomem. Outro fator
relevante é a diluição dos dejetos pelo consumo de água para limpeza
das instalações, desperdício em bebedouros ou inltração de água da
chuva, que afeta signicativamente a concentração de nutrientes nestes
euentes. Na tabela 1, são apresentados valores médios de concentração
de N, P
2
O
5
e K
2
O em dejetos líquidos de suínos em função do teor de
matéria seca do euente.
Os valores apresentados na Tabela 1 são valores médios ob-
servados em levantamentos de campo e podem, no entanto, apresentar
grandes variações em função das características do sistema de produção.
Apesar de serem valores de referência, a recomendação do uso dos de-
jetos líquidos de suínos como fertilizante requer a análise dos dejetos
antes da aplicação. A análise laboratorial apresenta maior conabilidade
do que métodos mais expeditos, como a medida da densidade dos de-
jetos e sua correlação com os teores de matéria seca e nutrientes apre-
sentados na Tabela 1. Outro fator importante é a necessidade de boa
homogeneização dos dejetos na esterqueira antes da coleta de amostras
ou aplicação dos dejetos na lavoura, visto que os sólidos tendem a se
acumular no fundo da esterqueira, e isto também promove a segregação
dos nutrientes entre o líquido em suspensão e os sólidos decantados.
128
|
Universidade Federal da Fronteira Sul
Os sistemas de tratamento dos dejetos líquidos de suínos tam-
bém alteram signicativamente a composição química dos biofertili-
zantes. Considerando que são muitas as alternativas existentes para o
tratamento dos euentes da suinocultura, a análise a seguir se concen-
trará pelos sistemas de tratamento mais comuns em uso no Brasil: bio-
digestão e compostagem (Tabela 2).
129
|
Resíduos Orgânicos e Biogás: Manejo Ambiental e Suentabilidade, I. Dreger & G. C. Coelho (orgs.)
Os dejetos líquidos de suínos tratados por biodigestão apresen-
tam maior teor de N amoniacal do que os dejetos não tratados, o que
pode favorecer a disponibilidade imediata deste nutriente no solo agrí-
cola. No entanto, é importante destacar o efeito de segregação de nu-
trientes que ocorre entre o euente líquido do biodigestor e o lodo que
se acumula no fundo do biodigestor. Visto que o fósforo está associado
à matéria orgânica dos dejetos e apresenta baixa solubilidade em água,
mais de 80% do fósforo se acumula no lodo no fundo do biodigestor e
menos de 20% está solúvel no euente líquido. Apesar das informações
a respeito do potássio serem escassas, espera-se que a maior parte do
potássio associado aos dejetos tratados por biodigestão esteja contido
no euente líquido do biodigestor, devido a elevada solubilidade deste
nutriente.
Já os dejetos tratados por compostagem apresentam uma natu-
reza física diferente dos dejetos não tratados ou biodigeridos. O com-
posto orgânico é um fertilizante sólido com baixo conteúdo de umida-
de, normalmente abaixo de 50%. Desta maneira, a sua concentração
de NPK é bastante superior aos euentes líquidos, o que gera menores
custos de transporte e aplicação no campo, podendo ainda viabilizar a
sua comercialização como fertilizante orgânico. Devido a sua caracterís-
tica física e ao processo de compostagem em si, os nutrientes presentes
no composto orgânico estão em uma forma bastante diferente da obser-
vada nos euentes líquidos. Giacomini e Aita (2008) observaram que o
composto orgânico obtido a partir da cama sobreposta de suínos (com-
posto gerado a partir da criação de suínos sobre leito de maravalha)
apresentava apenas 10% do seu teor de N total na forma de N amonia-
cal. Considerando que esta é a fração prontamente disponível para as
culturas agrícolas e que o N orgânico necessita ser mineralizado no solo
para então se tornar disponível para absorção radicular, espera-se que
a eciência agronômica deste tipo de fertilizante, pelo menos no que
se refere aos N, seja inferior as dejetos líquidos de suínos não tratados
ou biodigeridos. No mesmo trabalho, aqueles autores observaram que
para uma mesma dose de N total adicionada ao solo (140 kg N ha
-1
), a
recuperação aparente de N pelo milho foi de 22% da quantidade de N
adiciona ao solo via dejetos líquidos de suínos e 11% quando a fonte de
N foi o composto orgânico. Desta maneira, estima-se que a eciência
agronômica do N oriundo do composto orgânico seja em torno de 50%
130
|
Universidade Federal da Fronteira Sul
inferior aos dejetos líquidos de suínos. Esta informação deve ser levada
em consideração no momento da denição da dose de fertilizante a
ser aplicada ao solo visando suprir adequadamente as necessidades das
culturas agrícolas.
2. Critérios técnicos para recomendação de
biofertilizantes
O uso dos dejetos na agricultura deve considerar os critérios
técnicos de fertilidade do solo (concentração de nutrientes no solo e
demanda pelas culturas), concentração de nutrientes no fertilizante or-
gânico e também a eciência agronômica dos nutrientes presentes nos
dejetos em relação aos fertilizantes minerais solúveis. Atendidas estas
premissas, espera-se que a quantidade de nutrientes aplicados ao solo via
dejetos líquidos de suínos ou bovinos atenda a demanda por nutrientes
das culturas agrícolas de maneira similar aos fertilizantes minerais.
A menor eciência dos fertilizantes orgânicos em relação aos
fertilizantes minerais solúveis deve-se à forma como os nutrientes se
encontram nestes euentes. Bertrand e Arroyo (1984) na França, e
Scherer et al. (1996) em Santa Catarina, analisaram 108 e 98 amos-
tras de dejetos líquidos de suínos, respectivamente, e observaram que
aproximadamente 60% do nitrogênio estava na sua forma amoniacal,
enquanto que os restantes 40% encontravam-se na forma orgânica. O
nitrogênio amoniacal tem disponibilidade imediata para as culturas
agrícolas quando aplicado ao solo, porém também está imediatamente
sujeito a perdas por processos de volatilização de amônia, nitricação
seguida de lixiviação, ou escoamento supercial. Por outro lado, o ni-
trogênio orgânico necessita ser mineralizado, em um processo mediado
pelos microrganismos do solo, para estar disponível para as culturas
agrícolas, o que condiciona que apenas 80% do teor de nitrogênio total
dos dejetos líquidos de suínos seja considerado disponível para o pri-
meiro cultivo após a adubação (CQFS-RS/SC, 2004). Devido às ele-
vadas perdas de N que ocorrem após a aplicação, não se considera que
o dejeto líquido de suínos tenha efeito residual de N para o cultivo em
sucessão. O mesmo processo também limita a disponibilidade de efe-
131
|
Resíduos Orgânicos e Biogás: Manejo Ambiental e Suentabilidade, I. Dreger & G. C. Coelho (orgs.)
tiva do P
2
O
5
aportado ao solo via dejetos líquidos de suínos (90% no
primeiro cultivo). No entanto, o fósforo ainda apresenta efeito residual
(10%) para o cultivo em sucessão. Já o potássio, está 100% disponível
para as plantas já no primeiro cultivo, não tendo efeito residual para o
segundo cultivo.
A recomendação de adubação com dejetos líquidos de suínos
ou qualquer outro fertilizante orgânico também deve ser planejada vi-
sando atender a demanda do nutriente (N, P
2
O
5
ou K
2
O) exigido em
menor quantidade pelo cultivo a ser adubado, evitando-se a adição de
doses excessivas de nutrientes ao solo, o que eleva o risco de contami-
nação ambiental. Para melhor entendimento do que foi exposto, usa-
remos como exemplo o cálculo de adubação para uma lavoura com as
seguintes características de fertilidade na camada 0-10 cm de um solo
manejado sob plantio direto: Argila 45%, pH 6,0, MOS 3,5%, CTC
12 cmol
c
/dm
3
, P (Mehlich-I) 12 mg/dm
3
, K (Mehlich-I) 110 mg/dm
3
;
na qual será cultivado o milho em sucessão à aveia preta com uma ex-
pectativa de rendimento de 9 toneladas de grãos por hectare. Consi-
derando as recomendações de adubação e calagem da CQFS-RS/SC
(2004), determinou-se com base nestes dados que a necessidade de adu-
bação para esta cultura será de 145 kg de N/ha, 120 kg P
2
O
5
/ha e 80 kg
K
2
O/ha. Esta lavoura deverá ser adubada com dejeto líquido de suínos
com as seguintes características: 3,8 kg N/m
3
, 3,4 kg P
2
O
5
/m
3
e 1,9 kg
K
2
O/m
3
. Considerando a eciência agronômica do NPK presente nos
dejetos (80, 90 e 100%, respectivamente), a dose a ser aplicada de de-
jetos para atender a demanda de cada um dos nutrientes será de: 47,8,
39,2 e 42,1 m
3
/ha para atender as demandas de N, P
2
O
5
e K
2
O, respec-
tivamente. A dose a ser efetivamente aplicada deve ser a de 39,2 m
3
/ha
visando atender a demanda de P
2
O
5
da lavoura e a falta de N e K deve
ser suplementada através de fertilizantes minerais, como a uréia (55 kg/
ha) e cloreto de potássio (9 kg/ha) Nesta caso, pode-se dar preferência
pelo uso de fertilizantes solúveis em água que podem então ser mistura-
dos ao dejeto no momento da aplicação visando a adubação com dose
balanceada em apenas uma operação. A escolha das outras doses implica
adubação excessiva de P e K (na dose 47,8 m
3
/ha) ou excesso de P e falta
de N (na dose 42,1 m
3
/ha), o que aumenta signicativamente o risco de
contaminação ambiental. O mesmo raciocínio pode ser aplicado para o
uso agronômico de qualquer fertilizante orgânico, mas sempre levando
132
|
Universidade Federal da Fronteira Sul
em consideração as características intrínsecas a estes materiais, como a
sua concentração de nutrientes e sua eciência agronômica, e também a
presença de contaminantes que podem limitar o seu uso agrícola, con-
forme a Instrução Normativa 27/2006 do MAPA.
Levando-se em conta os aspectos aqui mencionados, os dejetos
líquidos de suínos são fertilizantes orgânicos ecientes para a nutrição
das culturas agrícolas. No entanto, a melhoria da sua eciência, espe-
cialmente no que se refere à dinâmica do N, passa pelo controle das
perdas deste elemento por lixiviação de nitrato, volatilização de amônia
e outros processos. As perdas de N do solo têm aspectos ambientais
relevantes que serão discutidos a seguir.
3. Riscos ambientais associados ao uso agrícola
dos dejetos
Os dejetos produzidos por todas as categorias e espécies de
animais connados são potencialmente poluidores do ambiente, sendo
que essa poluição pode ocorrer tanto nos locais onde os animais são
criados, como nas estruturas de armazenamento dos dejetos e, princi-
palmente, durante e após a aplicação dos mesmos no campo. A polui-
ção pode se reetir na qualidade do ar, através de emissões gasosas de C
e N e de compostos voláteis responsáveis pelo mau odor; na qualidade
da água, pela lixiviação e/ou transferência por escoamento supercial
de nutrientes e microrganismos patogênicos; na qualidade do solo, pelo
acúmulo de nutrientes e metais.
Em função da importância econômica e social do setor produ-
tivo em questão, do volume de dejetos líquidos produzidos e do seu ele-
vado potencial poluidor, serão enfocados aqui os principais problemas
ambientais que poderão ocorrer após o uso agrícola dos dejetos produ-
zidos pela suinocultura. Será dada ênfase aos processos potencialmente
poluidores relativos aos ciclos biogeoquímicos do N, através da lixivia-
ção de nitrato (NO
3
-
) e volatilização de amônia (NH
3
), considerando
que estes são os principais processos de perdas de N do solo agrícola,
com prejuízos tanto ambientais como econômicos.
133
|
Resíduos Orgânicos e Biogás: Manejo Ambiental e Suentabilidade, I. Dreger & G. C. Coelho (orgs.)
3.1. Lixiviação de Nitrato (NO
3
-
)
Sempre que a precipitação pluviométrica superar a evapo-
transpiração aumenta a probabilidade de que o NO
3
-
presente na solu-
ção do solo se desloque no perl, acompanhando o movimento d´água.
Se nesse trajeto o NO
3
-
não for interceptado pela assimilação de raízes
de plantas e/ou por microrganismos, ele poderá se lixiviado e atingir o
lençol freático causando a sua poluição. Na maioria das situações, o uso
agrícola dos dejetos de animais como fertilizantes aumenta o risco de
lixiviação de NO
3
-
, em relação à ureia e ao sulfato de amônio. Isso por-
que, normalmente, a quantidade de N aplicada com os dejetos excede
a demanda de N das culturas. Além disso, a recomendação técnica para
os fertilizantes nitrogenados consiste em parcelar a dose, aplicando 1/3
na semeadura e 2/3 em cobertura e, portanto, em maior sincronia com
a demanda de N das culturas em relação aos dejetos. Não obstante,
os dejetos são aplicados, normalmente, em dose única, antecedendo a
semeadura.
O maior potencial de lixiviação de NO
3
-
com o uso dos de-
jetos, em relação à adubação mineral, é bem ilustrada pelos resultados
de Daudén et al. (2004) para a cultura do milho através do uso de
lisímetros, comparando a lixiviação de NO
3
-
após a aplicação de doses
crescentes de dejetos líquidos de suínos aplicadas na semeadura (50 a
200 Mg ha
-1
=
231 a 924 kg de N-NH
4
+
ha
-1
), com a adubação mine-
ral (100 kg NH
4
NO
3
ha
-1
na semeadura e adicionais 175 kg ha
-1
em
cobertura). Utilizando dois níveis de irrigação (alta e baixa eciência)
e avaliando também um tratamento combinando a aplicação de deje-
tos na semeadura (231 kg de N-NH
4
+
ha
-1
) com adubação mineral em
cobertura (125 kg de NH
4
NO
3
ha
-1
) estes autores vericaram que, ao
nal de cinco meses, a quantidade de N-NO
3
-
lixiviada aumentou de
26,1 kg ha
-1
na adubação mineral para 313,5 kg ha
-1
na maior dose de
dejetos. Quando a quantidade de N aplicada ao solo foi superior a 275
kg de N ha
-1
, a quantidade de N-NO
3
-
que lixiviou aumentou em 4,6
kg ha
-1
para cada 10 kg de N ha
-1
aplicado. Com base nestes resultados,
os autores concluíram que a aplicação de doses menores de dejetos na
semeadura do milho, complementadas com adubação mineral e com
um bom manejo da irrigação, constitui a melhor estratégia para reduzir
134
|
Universidade Federal da Fronteira Sul
o potencial de contaminação dos cursos d’água com NO
3
-
. De maneira
geral, as perdas de NO
3
-
por lixiviação se relacionam diretamente com
as quantidades de N aplicadas ao solo com os dejetos, e com a quantida-
de de água drenada; e inversamente com a eciência no uso do N pelas
culturas (SIELING, et al., 1997; DAUTÉN et al., 2004; TRINDADE
et al., 2008).
Esse problema de lixiviação de NO
3
-
após a aplicação dos deje-
tos de animais no solo é agravado pela rápida oxidação do N amoniacal
dos dejetos até NO
3
-
, pela ação de bactérias nitricadoras, conforme de-
monstrado em inúmeros trabalhos como, por exemplo, aqueles de Aita
et al. (2007) e Feder e Findeling (2007). Ao aplicarem 80 m
3
ha
-1
de
dejetos líquidos de suínos em plantio direto de milho, Aita et al. (2007)
vericaram que o N amoniacal adicionado ao solo com os dejetos, cuja
quantidade variou de 91 a 160 kg de N-NH
4
+
ha
-1
, foi todo nitricado
nos primeiros 15 a 20 dias após a aplicação dos dejetos. Essa elevada
taxa de nitricação do N amoniacal dos dejetos, de 5,73 kg de N ha
-1
dia
-1
, resulta no acúmulo de quantidades elevadas de NO
3
-
no solo du-
rante a fase inicial de desenvolvimento das culturas, quando ainda pra-
ticamente não há demanda de N pelas mesmas. Como isso, aumenta
o potencial de lixiviação deste ânion no solo, caso haja drenagem de
água no perl. Além de representar um risco à saúde humana e animal
pela contaminação das águas subterrâneas, a lixiviação de NO
3
-
também
tem impactos negativos do ponto de vista econômico, já que ela reduz
a quantidade de N mineral disponível às plantas, podendo prejudicar
sua produtividade.
3.2. Volatilização de Amônia (NH
3
)
A volatilização de amônia (NH
3
) poderá ocorrer tanto durante
como após a aplicação ao solo dos dejetos de animais, e implica redução
do potencial fertilizante nitrogenado dos dejetos, além de poluição am-
biental. Isso porque, após a sua emissão, a NH
3
poderá retornar ao solo
via deposição atmosférica provocando desequilíbrios em ecossistemas na-
turais. Ao retornar ao solo, a NH
3
poderá também ser transferida aos ma-
nanciais e provocar eutrocação e/ou agir indiretamente sobre a emissão
de NO e N
2
O durante e após a sua nitricação (SINGH et al., 2008).
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Resíduos Orgânicos e Biogás: Manejo Ambiental e Suentabilidade, I. Dreger & G. C. Coelho (orgs.)
Uma característica dos dejetos de animais manejados na for-
ma líquida e que permanecem armazenados em esterqueiras ou lagoas
anaeróbicas antes da sua aplicação no campo, refere-se ao elevado teor
de N na forma amoniacal que, em dejetos de suínos, pode atingir valo-
res superiores a 60% do N total (SCHERER et al., 1996). Isso se deve
ao fato de que bactérias fermentativas, principalmente Clostridium spp.,
convertem compostos nitrogenados orgânicos dos dejetos em amônia, a
qual não é nitricada em função da anaerobiose do ambiente. Portanto,
quando esses dejetos são aplicados no campo, acima de 50% do N total
neles contido já estará na forma amoniacal, o que poderá ser positivo
do ponto de vista de disponibilidade de N às plantas, mas também re-
presenta uma grande susceptibilidade a perdas de N por volatilização de
NH
3
, cuja magnitude depende das características dos próprios dejetos e
das condições do ambiente no momento da aplicação.
Quanto às características dos dejetos, o teor de N amoniacal,
o pH e o teor de matéria seca (MS) têm sido relacionados como aqueles
que exercem maior inuência sobre a volatilização de NH
3
após a apli-
cação dos dejetos no campo (HUIJIMANS et al., 2003). À medida que
aumenta o pH dos dejetos há um predomínio da forma gasosa (NH
3
)
em relação à forma iônica (NH
4
+
), o que favorece a emissão de NH
3
para
a atmosfera (MCCROY; HOBBS, 2001). Todavia, é importante desta-
car que a volatilização de NH
3
não depende apenas do pH dos dejetos,
mas sim do pH da camada supercial do solo quando a aplicação dos
dejetos é feita, sem a sua incorporação ao solo, conforme ocorre nas
lavouras conduzidas no siema de plantio direto.
Com relação à MS dos dejetos, há concordância na literatu-
ra de que, quando estes são aplicados na superfície do solo, as perdas
de N por volatilização de NH
3
são diretamente proporcionais ao seu
teor de MS (SOMMER et al., 2006). Esse efeito é explicado pelo fato
de que quanto maior a MS e a presença de partículas maiores do que
1 mm maior será o selamento da superfície do solo, provocado pelas
partículas dos dejetos, o que diculta a inltração da fração líquida,
onde se encontra a maior concentração de N amoniacal (SOMMER et
al., 2006). Com a obstrução dos poros o N amoniacal dos dejetos ca
mais exposto aos fatores atmosféricos incidentes sobre a superfície do
solo que favorecem a sua volatilização.
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Universidade Federal da Fronteira Sul
Além das características dos dejetos, as condições do clima,
principalmente a temperatura do ar (HUIJIMANS et al., 2003) e a
velocidade do vento (GORDON et al., 2001), e do solo, com destaque
para a umidade (SOMMER et al., 2006) no momento da aplicação
dos dejetos no campo exercem forte inuência sobre a emissão de NH
3
para a atmosfera. Quando os dejetos são aplicados em plantio direto a
umidade do solo irá condicionar a velocidade com que a fração líquida
dos dejetos irá inltrar no mesmo. Assim, a umidade excessiva do solo
dicultará a inltração dos dejetos e o N amoniacal neles contido cará
mais exposto à ação da radiação solar e do vento, que estão entre os
principais fatores climáticos que afetam a volatilização de NH
3
. Esse
problema pode ser agravado na presença de quantidades elevadas de
resíduos culturais na superfície do solo, já que estes poderão funcionar
como um anteparo, dicultando ou atrasando o contato e a inltração
da fração líquida dos dejetos no solo (ROCHETTE et al., 2001).
Esse conjunto de fatores edafoclimáticos que afetam a volatili-
zação de NH
3
age de modo interativo e, por isso, a importância e a ne-
cessidade de observar as condições existentes no momento da aplicação
dos dejetos, procurando-se evitar os horários do dia com temperaturas
mais elevadas e com a ocorrência de ventos de forte intensidade, além de
evitar condições de solo com excesso ou falta de umidade. É importante
destacar que a perda de N por volatilização de NH
3
é mais intensa nas
primeiras horas após a aplicação dos dejetos na superfície do solo, como
mostram diversos trabalhos com dejetos de suínos (ROCHETTE et al.,
2001; MEADE et al., 2011) e de bovinos (GORDON et al., 2001).
Essa cinética de emissão de NH
3
após a aplicação de dejetos líquidos de
suínos em plantio direto de milho é ilustrada pelos resultados de alguns
trabalhos realizados nos últimos anos na Universidade Federal de Santa
Maria, RS por DAMASCENO (2010), PUJOL (2012), MIOLA et al.
(2012) e OLIVEIRA et al. (2012) (Figura 1).Tais resultados indicam
que 40 a 80% da quantidade total de N perdido por volatilização de
NH
3
ocorreu nas primeiras 18 a 30 horas após a aplicação dos dejetos
no campo (Figura 1a). Portanto, as condições existentes no momento
da aplicação dos dejetos em plantio direto serão determinantes da mag-
nitude das perdas de N por volatilização de NH
3
, cujos reexos terão
impacto econômico e ambiental.
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Universidade Federal da Fronteira Sul
4. Mitigação de impactos ambientais e aumento
da eciência agronômica dos biofertilizantes
4.1. Lixiviação de Nitrato (NO
3
-
)
Algumas estratégias têm sido avaliadas pela pesquisa com o
objetivo reduzir as perdas de N por lixiviação de nitrato (NO
3
-
), desta-
cando-se a aplicação parcelada dos dejetos e, principalmente, o uso de
produtos para inibir a nitricação do N amoniacal dos dejetos. Embora
a estratégia de parcelar da dose de dejetos recomendada às culturas,
aplicando 1/3 na semeadura e 2/3 em cobertura, forneça o N em maior
sincronia com a marcha de absorção deste nutriente pelas plantas e,
com isso, possa melhorar o seu aproveitamento, em relação à aplica-
ção em dose única (SCHRÖDER, 1999; DAUDÉN et al., 2004), ela
impõe uma série de restrições operacionais para a sua execução. Isso
porque a aplicação da dose em cobertura deverá ser realizada quando a
cultura está em desenvolvimento, o que diculta a entrada na lavoura
das máquinas para a aplicação dos dejetos. No entanto, quando existem
condições de se realizar tal operação, seja a aplicação dos dejetos reali-
zada através de tanques distribuidores ou fertirrigação, os resultados de
pesquisa tem sido promissores. Ao comparar a dose de 60 m
3
ha
-1
de
dejetos de suínos, aplicada na semeadura do milho, à aplicação parcela-
da (20 m
3
ha
-1
na semeadura e 42 m
3
ha
-1
em cobertura), Pujol (2012)
constatou que a aplicação parcelada reduziu a concentração de NO
3
-
no
perl do solo nos primeiros 30 dias de cultivo do milho, quando as
plantas possuem baixa taxa de absorção de nutrientes, indicando o me-
nor potencial de perda de N por lixiviação de NO
3
-
.
Outra estratégia é o uso de produtos para inibir a nitricação
do N amoniacal dos dejetos de animais, a qual tem aumentado nos úl-
timos anos, conforme indicam diversas publicações recentes sobre esse
tema. Embora já tenham sido identicados diversos produtos, tanto
sintéticos quanto biológicos, com a capacidade de inibir temporaria-
mente a ação das bactérias nitricadoras, o mais empregado atualmente
para esse m é a dicianodiamida (DCD). Ao inibir a ação da enzima
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amônia monooxigenase (AMO), a qual converte NH
3
em nitrito (NO
2
-
) na primeira etapa da nitricação, a DCD retarda o aparecimento de
NO
3
-
no solo, diminuindo o potencial de perdas de N por lixiviação.
A maioria dos trabalhos realizados até o momento para avaliar
a eciência da DCD em reduzir a lixiviação de NO
3
-
após a adição de
dejetos de animais no campo foi conduzida em lisímetros e com aplica-
ção de doses elevadas de N na forma de urina, em que os autores pro-
curaram simular o acúmulo de urina que ocorre nos piquetes com alta
concentração de vacas em lactação (DI; CAMERON, 2012) e ovelhas
(WILD, 2009). A adição de DCD aos dejetos de suínos, no momento
da sua aplicação no campo, com o objetivo de reduzir a lixiviação de
NO
3
-
, foi avaliado em um número ainda limitado de situações (VAL-
LEJO et al., 2005). Alguns resultados de trabalhos realizados recente-
mente em países europeus para avaliar tanto a lixiviação de NO
3
-
após a
aplicação de dejetos em lisímetros, como o efeito da DCD em mitigar
essas perdas, são mostrados na Tabela 3. Quando os dejetos foram adi-
cionados ao solo sem a dicianodiamida, a proporção do N aplicado e
que foi lixiviado na forma de NO
3
-
variou de 9,6 a 62,9%, enquanto na
presença do inibidor de nitricação, a lixiviação de NO
3
-
foi reduzida,
variando de 1,7 a 40,1% do N total aplicado ao solo com urina e com
dejetos de suínos.
4.2. Volatilização de Amônia (NH
3
)
Além de levar em conta as condições de solo e de clima no
momento da aplicação dos dejetos, algumas estratégias podem ser em-
pregadas para minimizar as perdas de N por volatilização de NH
3,
como
o uso de aditivos ou a injeção dos dejetos no solo. O emprego de aditi-
vos, com destaque para o ácido sulfúrico, clorídrico e fosfórico, tem se
mostrado eciente em reduzir a volatilização de NH
3
, embora a magni-
tude desse efeito seja variável e ainda restrita a condições experimentais,
devido a limitações técnicas e econômicas para seu uso em condições de
campo (ROTZ, 2004).
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Universidade Federal da Fronteira Sul
Duas estratégias cuja adoção vem aumentando nos últimos
anos em diversos países, e com grande eciência no controle da volati-
lização de NH
3,
consistem na incorporação dos dejetos no solo (SMI-
THet al., 2009; WEBBet al., 2010) e, no caso dos dejetos líquidos, a
sua injeção no solo (MORKEN; SAKSHAUG, 1998; SMITHet al.,
2000), com máquinas especialmente desenvolvidas para esta nalidade.
O objetivo destas duas práticas consiste em fazer com que o solo pro-
teja o N amoniacal dos dejetos dos fatores ambientais responsáveis pela
transferência de NH
3
para a atmosfera, principalmente o sol incidente
e o vento. Em função da cinética de emissão de NH
3
descrita anterior-
mente, com taxas elevadas nas primeiras horas após a aplicação dos
dejetos na superfície do solo, é imprescindível que a sua incorporação
seja feita o mais rápido possível. No trabalho realizado por Webb et al.