Uso da glicerina bruta em biodigestão anaeróbica: Aspectos tecnológicos, ambientais e ecológicos

MA-Thesis / Master von Sabine Robra

Inhaltsverzeichnis:

Manual para efetuar a compra:

1. Cliquar no botão acima, ao lado direito: BESTELLEN, aí abre uma outra janela.

2. Aquí clique em „Bestellung für Unternehmen“ (pedido para uma empresa), caso você queira pedir em nome da sua empresa ou em „Bestellung für Privatpersonen“ para pedido particular, ou „Bestellung für Studierende“ para pedido para estudante. Vai abrir outra janela.

3. Aqui clique no botão „Preis eBook“ (preço eBook) Depois, ao lado da palavra „Versand“ (como enviar), tem de escolher a opção „Schweiz und übriges Ausland“ (Suiça e todos os outros paises).

No campo „Zahlweise“ (meio de pagamento), tem que escolher „per Kreditkarte“ (cartão de crédito).

No campo „Kontaktweg“ (indicar como você soube do trabalho) escolher „Presse“ (Publicação em revistas).

Marcar os dois campos ao lado das palavras „AGB“ (termos de negócio) e „Datenschutz“ (proteçao dos dados). Cliquar no botão „weiter“ (continuar), aí abre outra janela.

4. Agora tem que preencher alguns campos:

- Firma (empresa).

- Anrede - marcar „Herr“ ou „Frau“ (Sr ou Sra).

- Name (sobrenome).

- Vorname (nome).

- Straße (logadouro).

- PLZ/Ort (CEP, Cidade. Nota: o campo do CEP alemão só aceita 5 dígitos, aí você pode colocar o CEP brasileiro no campo ao lado, junto com o nome da cidade).

- Land (pais).

- Fon (telefone).

- Fax (fax).

- E-Mail-Adresse (endereço email).

Cliquar no botão „weiter“, aí abre outra janela, mostrando seus dados.

Depois pode clicar no botão „weiter zur Kreditkartenzahlung“ (continuar para o pagamento), pra efetuar o pagamento. Vai abrir outra janela:

5. ... com os campos:

- Kreditkartenart (Tipo de cartão) „bitte wählen“ (favor escolher) - Tipo de cartão (MasterCard/EUROCARD/VISA/American Express).

- Kreditkarteninhaber (proprietário do cartão).

- Kreditkartennummer (número do cartão).

- gültig bis / (valido até /).

- Kartenprüfzahl (os três últimos digitos no reverso do cartão (VISA e Mastercard).

No American Express, este número tem quatro dígitos e se encontra na margem direita, no centro do cartão.

Depois cliquar no „Bestellung absenden“ (enviar pedido). Em breve você vai receber uma notificação com um link para o download do trabalho.

Resumo:

O Programa Nacional de Produção e Uso de Biodiesel do Ministério da Ciência e Tecnologia traz a perspectiva de crescimento da oferta de glicerina gerada como coproduto no processo de produção do biodiesel, levantando questões sobre alternativas economicamente viáveis e ambientalmente corretas para a utilização desta substância.

Devido à sua composição rica em carbono de fácil degradação, a glicerina possui propriedades favoráveis à co-digestão anaeróbica em biodigestores, aproveitando resíduos orgânicos disponíveis regionalmente. A economia da região Sul da Bahia está baseada na agropecuária e no turismo, sendo que, os resíduos orgânicos gerados nestas atividades não têm sido aproveitados nem tratados adequadamente, provocando poluição e desperdício de materiais e energia. Por outro lado, muitos destes resíduos constituem-se em substratos apropriados para a biodigestão.

Neste trabalho foi projetado e construído um biodigestor em escala laboratorial. Estudou-se, em sistema contínuo o potencial de produção de biogás da glicerina bruta como co-substrato na biodigestão de estrume de gado, em proporções de 5%, 10% e 15% m/m de glicerina bruta. O experimento foi conduzido durante 72 dias. O processo foi avaliado do ponto de vista ambiental e econômico tendo como base os parâmetros técnicos e econômicos do biodigestor da Fazenda Cascata, município de Aureliano Leal, BA, e os resultados comparados com a lenha e o gás liquefeito de petróleo (GLP), usados na secagem de cacau e o GLP na cocção de alimentos. Através da adição de glicerina bruta ao estrume de gado observou-se um aumento significativo nas quantidades de biogás produzidas por unidade de compostos voláteis adicionada.

Tendo com base a produção de biogás a partir do estrume de gado, a adição de glicerina bruta elevou a produção de biogás em 207%, 207% e 44% para 5%, 10% e 15% m/m de glicerina bruta, respectivamente, bem como o teor de metano, em 9,5%, 14,3% e 14,6% para 5%, 10% e 15% m/m de glicerina bruta, respectivamente. O tratamento com a adição de 15% m/m de glicerina bruta foi interrompido antes do final do experimento devido à um colapso do processo.

A avaliação ambiental do biogás na secagem de cacau e na cocção de alimentos foi realizada tendo como base a emissão comparativa de gases estufa para os combustíveis lenha e GLP. A emissão específica foi de 2,3, e 65,7 kg CO2eq GJ-1, para a lenha e o GLP, respectivamente, enquanto para o biogás, emissões negativas entre -186,1 kg CO2eq GJ-1 e -252 kg CO2eq GJ-1 foram calculadas, devido às emissões de metano evitadas pelo tratamento adequado do estrume de gado através da biodigestão.

A avaliação econômica seguiu o mesmo procedimento de comparação adotado na análise ambiental. Neste caso, os custos por GJ dos combustíveis foram de R$ 6,20 para a lenha, R$ 60,30 para o GLP e R$ 34,70 para o biogás produzido a partir do estrume de gado. Com a adição da glicerina bruta no substrato, os custos do biogás caíram para R$ 7,60 e R$ 6,30 para o biogás com 5% e 10% m/m de glicerina bruta, respectivamente. Palavras-chave: Biodigestão, biodiesel, estrume de bovinos, metano, energia renovável.

Índice:

1.	Introdução	17
1.1	Objetivos	18
2.	Revisão de literatura	18
2.1	O „Pico de petróleo”	18
2.2	A mudança climática	23
2.3	A injustiça social e a degradação ambiental	28
2.4	A situação energética no Brasil	30
2.5	Biodiesel e a glicerina bruta	32
2.6	Usos alternativos da glicerina bruta - Compostagem	37
2.7	Biodigestão e produção de biogás	40
3.	Fundamentos da biodigestão	41
3.1.1	Breve histórico do biogás	44
3.1.2	Evolução dos estudos em biodigestão	47
3.1.2.1	Condução de experimentos na biodigestão	50
3.1.2.2	Modelos de biodigestores para biodigestão de resíduos orgânicos	52
3.1.3	Parâmetros do monitoramento do processo dabiodigestão	53
3.2	Problemas relacionados à secagem do cacau	54
3.3	Combustíveis tradicionais	58
3.3.1	Lenha	58
3.3.1.1	Aspectos energéticos da lenha	58
3.3.1.2	Emissões causadas pela lenha	59
3.3.1.3	Aspectos econômicos da lenha	60
3.3.2	GLP	61
3.3.3	Biogás	62
3.3.4	Consumo de combustíveis na cocção de alimentos	63
4.	Material e métodos	64
4.1	Delimitação da área e do objeto de estudo	64
4.2	Experimento da biodigestão	65
4.2.1	O biodigestor em escala de laboratório	66
4.2.2	Coleta e calibração do inóculo	68
4.2.3	Caracterização do estrume de gado	69
4.2.4	Tomada, preparação e análise das amostras	69
4.2.5	Análise físico-química do estrume de gado utilizado	70
4.2.6	Glicerina bruta	70
4.2.7	Determinação da quantidade de alimentação	71
4.2.8	Definição das quantidades de biogás esperadas	72
4.2.9	Partida do biodigestor	72
4.2.10	Alimentação dos biodigestores e retirada do efluente	72
4.2.11	Monitoramento dos biodigestores	73
4.3	Avaliação dos resultados	74
4.4	Análise energético-ambiental e econômica	74
4.4.1	Análise energético-ambiental	75
4.4.1.1	Lenha	76
4.4.1.2	GLP	76
4.4.1.3	Biogás	77
4.4.1.4	Uso de combustíveis na cocção	78
4.4.2	Análise econômica	79
4.4.2.1	Lenha	79
4.4.2.2	GLP	79
4.4.2.3	Biogás	79
4.4.2.4	Uso de combustíveis na cocção	80
5.	Resultados e discussão	80
5.1	Determinação teórica do volume de biogás produzido	80
5.2	Produção do biogás	81
5.3	Rendimento do biogás relacionado à matéria fresca adicionada	82
5.3.1	Rendimento do biogás relacionado à matéria secaadicionada	84
5.3.2	Rendimento do biogás relacionado aos compostos voláteis adicionados	86
5.3.3	Teor de metano	88
5.4	Avaliação energético-ambiental e econômica	91
5.4.1	Avaliação energética	91
5.4.1.1	Lenha	92
5.4.1.2	GLP	92
5.4.1.3	Biogás	92
5.4.1.4	Consumo de combustíveis na cocção de alimentos	93
5.4.2	Avaliação ambiental	93
5.4.2.1	Emissões causadas pela lenha	93
5.4.2.2	Emissões causadas pelo GLP	94
5.4.2.3	Emissões relacionadas à produção do biogás	95
5.4.2.4	Comparação dos três combustíveis	96
5.4.3	Avaliação econômica	97
5.4.3.1	Estimativa dos custos de secagem utilizando lenha	97
5.4.3.2	Estimativa dos custos de secagem utilizando GLP	98
5.4.3.3	Estimativas dos custos de secagem utilizando biogás	99
5.4.3.4	Efeitos da glicerina bruta	100
5.4.3.5	Comparação dos três combustíveis	101
6.	Conclusões e perspectivas	103

Índice:

1.	Introdução	17
1.1	Objetivos	18
2.	Revisão de literatura	18
2.1	O „Pico de petróleo”	18
2.2	A mudança climática	23
2.3	A injustiça social e a degradação ambiental	28
2.4	A situação energética no Brasil	30
2.5	Biodiesel e a glicerina bruta	32
2.6	Usos alternativos da glicerina bruta - Compostagem	37
2.7	Biodigestão e produção de biogás	40
3.	Fundamentos da biodigestão	41
3.1.1	Breve histórico do biogás	44
3.1.2	Evolução dos estudos em biodigestão	47
3.1.2.1	Condução de experimentos na biodigestão	50
3.1.2.2	Modelos de biodigestores para biodigestão de resíduos orgânicos	52
3.1.3	Parâmetros do monitoramento do processo dabiodigestão	53
3.2	Problemas relacionados à secagem do cacau	54
3.3	Combustíveis tradicionais	58
3.3.1	Lenha	58
3.3.1.1	Aspectos energéticos da lenha	58
3.3.1.2	Emissões causadas pela lenha	59
3.3.1.3	Aspectos econômicos da lenha	60
3.3.2	GLP	61
3.3.3	Biogás	62
3.3.4	Consumo de combustíveis na cocção de alimentos	63
4.	Material e métodos	64
4.1	Delimitação da área e do objeto de estudo	64
4.2	Experimento da biodigestão	65
4.2.1	O biodigestor em escala de laboratório	66
4.2.2	Coleta e calibração do inóculo	68
4.2.3	Caracterização do estrume de gado	69
4.2.4	Tomada, preparação e análise das amostras	69
4.2.5	Análise físico-química do estrume de gado utilizado	70
4.2.6	Glicerina bruta	70
4.2.7	Determinação da quantidade de alimentação	71
4.2.8	Definição das quantidades de biogás esperadas	72
4.2.9	Partida do biodigestor	72
4.2.10	Alimentação dos biodigestores e retirada do efluente	72
4.2.11	Monitoramento dos biodigestores	73
4.3	Avaliação dos resultados	74
4.4	Análise energético-ambiental e econômica	74
4.4.1	Análise energético-ambiental	75
4.4.1.1	Lenha	76
4.4.1.2	GLP	76
4.4.1.3	Biogás	77
4.4.1.4	Uso de combustíveis na cocção	78
4.4.2	Análise econômica	79
4.4.2.1	Lenha	79
4.4.2.2	GLP	79
4.4.2.3	Biogás	79
4.4.2.4	Uso de combustíveis na cocção	80
5.	Resultados e discussão	80
5.1	Determinação teórica do volume de biogás produzido	80
5.2	Produção do biogás	81
5.3	Rendimento do biogás relacionado à matéria fresca adicionada	82
5.3.1	Rendimento do biogás relacionado à matéria secaadicionada	84
5.3.2	Rendimento do biogás relacionado aos compostos voláteis adicionados	86
5.3.3	Teor de metano	88
5.4	Avaliação energético-ambiental e econômica	91
5.4.1	Avaliação energética	91
5.4.1.1	Lenha	92
5.4.1.2	GLP	92
5.4.1.3	Biogás	92
5.4.1.4	Consumo de combustíveis na cocção de alimentos	93
5.4.2	Avaliação ambiental	93
5.4.2.1	Emissões causadas pela lenha	93
5.4.2.2	Emissões causadas pelo GLP	94
5.4.2.3	Emissões relacionadas à produção do biogás	95
5.4.2.4	Comparação dos três combustíveis	96
5.4.3	Avaliação econômica	97
5.4.3.1	Estimativa dos custos de secagem utilizando lenha	97
5.4.3.2	Estimativa dos custos de secagem utilizando GLP	98
5.4.3.3	Estimativas dos custos de secagem utilizando biogás	99
5.4.3.4	Efeitos da glicerina bruta	100
5.4.3.5	Comparação dos três combustíveis	101
6.	Conclusões e perspectivas	103

Amostra do Texto:

Capítulo 2.4, A situação energética no Brasil:

Muitos países em desenvolvimento, como, por exemplo, o Brasil, dispõem de um grande potencial de produção de biomassa a partir de diferentes fontes. Neste caso, são fortes candidatos para o desenvolvimento de tecnologias na área de bioenergia, como os óleos vegetais e o seu derivado, o biodiesel. O potencial de difusão do uso da bioenergia nesses países no futuro dependerá da disponibilidade em escala comercial de tecnologias eficientes, modernas e de reduzido impacto ambiental, que possam garantir o atendimento da crescente demanda em energia de alta qualidade.

No Brasil, no início da década de 40, a biomassa era responsável por cerca de 83% da Oferta Interna de Energia (OIE), sendo 81% correspondente à lenha extraída de florestas naturais. Em 1970, ano inicial da atual base de dados do Balanço Energético Nacional, a biomassa já participava com 47% da OIE (42% de lenha e 5% de bagaço). Nas décadas seguintes a lenha foi sendo substituída por derivados de petróleo, principalmente pelo GLP no setor residencial e pelo gás natural e óleo combustível no setor industrial.

Como se pode ver no Gráfico 7, 35,4% da matriz energética nacional em 2005 era composta por fontes renováveis de energia, dos quais cerca de 30% eram derivados da biomassa, sendo 15,0% de lenha e 15,0% de produtos da cana (caldo de cana, melaço e bagaço). Com relação ao uso moderno da biomassa, o Brasil se destaca no aproveitamento dos produtos da cana-de-açúcar como: o bioetanol e o bagaço, atingindo cerca de metade de toda a energia obtida da biomassa. Por outro lado, apenas uma fração marginal de toda a bioenergia utilizada no Brasil provém de outros resíduos orgânicos, enquanto o potencial estimado somente para os resíduos da agricultura (fora cana-de-açúcar) atinge a cifra de 37,5 Mtoe (Million ton oil equivalent). O desenvolvimento de tecnologias para o aproveitamento desse potencial energético, dentro do contexto do Desenvolvimento Limpo (DL) e da Agenda 21, através do emprego de tecnologias modernas e eficientes, pode promover o desenvolvimento regional.

Neste contexto, cabe ressaltar que a utilização de biomassa no Brasil, com fins energéticos, pode contribuir de forma significativa na redução de emissões de GEE. Atualmente a taxa brasileira de 1,69 t CO2eq tep-1 já se encontra abaixo da média mundial de 2,36 t CO2eq tep-1, porém, através do Protocolo de Quioto, as reduções adicionais de emissão no país podem contribuir para a redução das emissões globais através do MDL. O Programa Nacional de Produção e Uso de Biodiesel (PROBIODIESEL) „é um programa interministerial do Governo Federal que objetiva a implementação de forma sustentável, tanto técnica, como economicamente, da produção e uso do biodiesel, com enfoque na inclusão social e no desenvolvimento regional, através da geração de emprego e renda”. Segundo a Lei nº 11.097, de 13 de janeiro de 2005, biodiesel pode ser definido como um „biocombustível derivado de biomassa Renovável para uso em motores a combustão interna com ignição por compressão ou, conforme regulamento, para geração de outro tipo de energia, que possa substituir parcial ou totalmente combustíveis de origem fóssil”.

O biodiesel pode ser produzido a partir de uma ampla variedade de oleaginosas: dendê, babaçu, milho, girassol, soja, canola, colza, amendoim, mamona, óleos e gorduras residuais etc. Assim, cada região brasileira tem capacidade de produzir matéria-prima para a produção do biodiesel. Portanto, o programa pretende estabelecer, em todo o país, uma rede de plantas de produção de biodiesel, de grande, médio e pequeno porte. Em nível estadual, o programa correspondente, o Programa de Biodiesel da Bahia (PROBIODIESELBAHIA), pretende „tornar a Bahia um exportador de biodiesel aproveitando suas vantagens logísticas para distribuição de combustíveis”, priorizando, como matéria-prima, oleaginosas típicas da região, como: a mamona, o dendê e, no futuro, o pinhão manso. O cultivo dessas oleaginosas, produzido sob condições de agricultura familiar, deverá constituir-se em fonte de emprego e renda, especialmente nas regiões mais carentes. A Bahia é um dos estados da federação com condições edafo-climáticas mais diversificadas e favoráveis, apresenta capacidade científica, tecnológica elevada e vontade política expressa na forma de um Programa Estadual para a produção de biodiesel.