BIOGÁS
BIOMETANO CO2 INDUSTRIAL AMÔNIA VERDE
A Brasil Biomassa tem 30 anos de experiência em consultoria no desenvolvimento de projetos sustentáveis, na engenharia e tecnologia e um histórico ativo de mais de 180 projetos desenvolvidos em nível nacional e internacional.
A equipe de especialistas da nossa unidade de Inovação e Consultoria oferece às empresas suas habilidades e experiência na utilização dos tipos de biomassa em projetos de sucesso como o de produção de Biogpas, Biometano, CO2 industrial e Amônia Verde abrangendo todo o processo: business plan, estudo de viabilidade, engenharia conceitual, preparação e submissão dos projetos para investidores e bancos comerciais de financiamento, tecnologia industrial e previsão orçamentária; e gestão do projeto em todas as etapas do desenvolvimento até o relatório final.
O serviço de consultoria e engenharia e apoia as empresas em seu crescimento com base na inovação e transferência de tecnologia , identificando as oportunidades mais adequadas ao contexto empresarial específico e trabalhando com o cliente em todas as etapas.
A Brasil Biomassa possui um histórico inovador no Brasil para o desenvolvimento de projetos de biogás. Nosso conhecimento e experiência abrangem os setores de resíduos florestais, agroindustriais e da cana-de-açúcar, gestão de aproveitamento dos resíduos para projetos de biogás e biometano. Para atender ao enorme mercado de biogás energético, trabalhamos ativamente com o setor industrial para impulsionar a produção de biogás.
Desenvolvimento de Plantas de Biogás e Biometano. Trabalhamos com o desenvolvimento de plantas industriais de produção de biogás. Nosso conhecimento tecnológico e experiência em desenvolvimento de projetos de biogás podem acelerar o desenvolvimento do seu projeto e minimizar os riscos.
Serviço de Desenvolvimento de Produtos de Carbono. Ajudamos os clientes a transformar os seus resíduos (florestais, madeira, agricultura e cana-de-açúcar) em produtos de maior valor agregado (biogás energético). Desenvolvemos produtos de carbono biogênico ajustando a densidade, o tamanho das partículas, a composição, a resistência física, a área superficial e as propriedades eletroquímicas das matérias-primas.
Nos últimos anos, um número crescente de países se comprometeu a atingir emissões líquidas zero. Até abril de 2022, 131 países cobrindo 88% das emissões globais de gases de efeito estufa anunciaram metas líquidas zero. As emissões antropogênicas já levaram a um aumento da temperatura global de 1,1 °C em comparação aos níveis pré-industriais. Há um amplo entendimento de que o zero líquido até 2050 é fundamental para aumentar as chances de manter esse aumento de temperatura dentro de 1,5 °C. Esse foco renovado significa que as emissões de todos os usos finais de energia precisam ser mitigadas. Embora a eficiência energética, a eletrificação e as energias renováveis possam atingir 70% da mitigação necessária , o Biogás e Biometano será necessário para descarbonizar os usos finais onde outras opções são menos maduras ou mais caras, como indústria pesada , transporte de longa distância e armazenamento sazonal de energia. Considerando essas aplicações, o hidrogênio pode contribuir com 10% da mitigação necessária para atingir o Cenário de 1,5 °C e 12% da demanda final de energia .
Espera-se que o mercado de biogás registre um CAGR de mais de 4,5% durante o período 2025-2027. Com potencial para reduzir as emissões de gases de efeito estufa em 18-20% da atual emissão de gases de efeito estufa de 4.360 Mt CO2 e com potencial para atender 19% da demanda global de eletricidade até 2050. A previsão é do relatório divulgado pela Fortune Business Insights, que estima que o mercado global das usinas de biogás deverá representar US$ 7,71 bilhões em 2027.
O volume potencial de 458 milhões de MMBTu (milhão de BTUs) seria equivalente a cerca de 25% a 30% da demanda de gás natural até 2030.
Com expansão registrada em vários países, por conta de sua viabilidade econômica como combustível renovável, há hoje no mundo 1.020 plantas de biometano, segundo estudo de mercado da Associação Internacional de Gás Natural (Cedigaz). Embora a maior parte da produção esteja centralizada na Europa, com 2 bilhões de m³ de biometano, há tendência de globalização no gás natural renovável. Nesse ponto, o destaque fica por conta dos Estados Unidos, que expande o uso do biometano para uso veicular, e os planos em ação de China, Índia e Brasil, que criam regulamentações e metas de uso do combustível renovável.
A energia renovável permite reduzir as emissões e retardar o esgotamento dos combustíveis fósseis. Além disso, a pesquisa contínua, juntamente com os desenvolvimentos tecnológicos neste campo, ajudou o investimento e a implantação de tecnologias de energia limpa a crescer em todo o mundo. Uma opção plausível e estabelecida de conversão de resíduos em energia que tem sido amplamente adotada é a produção de biogás a partir de fluxos de resíduos ricos em orgânicos (biomassa da cana-de-açúcar como a vinhaça) por meio de processo ou tecnologia de digestão anaeróbica e convertê-lo em biogás contendo CH4.
O biogás contém 40–75% CH4 e 15–60% CO2 (por volume), com pequenas quantidades de hidrogênio (H2 ), nitrogênio (N2 ), sulfeto de hidrogênio (H2S), oxigênio (O2 ), e água (H2O).
O biogás tem uma ampla variedade de aplicações, incluindo como substituto do gás natural e óleo de aquecimento, uma atualização para utilização como combustível de transporte e uso na produção de calor e eletricidade usando a tecnologia combinada de calor e energia.
A produção de biogás é uma tecnologia bem estabelecida principalmente para a geração de energia renovável e também para a valorização de resíduos orgânicos como a vinhaça da cana-de-açúcar. O biogás é o produto final de um processo mediado por via biológica, a chamada digestão anaeróbia, em que diferentes microrganismos seguem diversas vias metabólicas para decompor a matéria orgânica.
A digestão anaeróbia de culturas energéticas como da cana-de-açúcar é de interesse crescente para reduzir as emissões de gases de efeito estufa e facilitar o desenvolvimento sustentável do fornecimento de energia.
O tratamento anaeróbico (fermentação) minimiza a sobrevivência de patógenos, o que é importante para usar o resíduo digerido como um fertilizante. Valioso (amônia) devido ao aumento da disponibilidade de nitrogênio e ao melhor efeito de fertilização a curto prazo. Atualmente, o setor de biogás está crescendo rapidamente e novas conquistas criam a base para a constituição de usinas de biogás como fábricas avançadas de bioenergia.
Nesse contexto, as usinas de biogás são a base de um conceito de economia circular voltado para a reciclagem de nutrientes, redução de emissões de gases de efeito estufa e para fins de biorrefinaria. A produção de biometano fornece uma fonte de energia renovável, pois o metano pode ser usado para substituir combustíveis fósseis na geração de calor e energia e como combustível veicular.
Acredita-se que o biogás (biometano) criado através da biomassa da cana-de-açúcar seja a base do futuro fornecimento de energia. O biogás e o biometano podem substituir os combustíveis tradicionais para fornecer calor e eletricidade. O biogás e o biometano são utilizados em diversas áreas, incluindo aplicações automotivas, geração de energia e fabricação de produtos químicos e materiais. Além disso, os resíduos secundários, que são um subproduto deste processo, são um fertilizante agrícola de alto valor, amônia verde, hidrogênio e gás carbônico industrial.
A geração de biogás usando digestão anaeróbica (AD) tem benefícios substanciais em relação a outros métodos de produção de bioenergia.
Importante destacar o exemplo de sustentabilidade da planta de biogás da Raízen que consolida portfólio de energias renováveis. Com capacidade instalada de 21 MW, unidade no interior de São Paulo produzirá energia elétrica por meio de vinhaça e torta de filtro, subprodutos da cana-de-açúcar
A unidade em Guariba é fruto da joint venture entre a Raízen e a Geo Energética, a Raízen Geo Biogás S.A., com foco na produção de biogás a partir de resíduos agrícolas. Construída junto à usina Bonfim, unidade da Raízen com uma moagem de mais de 5 milhões de toneladas de cana por ano que gera elevado volume de vinhaça e torta de filtro e atendem às necessidades de um projeto de biogás em escala comercial, a vinhaça será operada na safra e a torta, ao longo do ano inteiro. A expectativa é que essa combinação chegará em uma produção na ordem de 138 mil MWh. A planta de 363.000 m² (36,3 hectares) e 153.1000 m² de área construída, contou com investimento de R$ 153 milhões.
O projeto representa uma revolução no tratamento dos resíduos agroindustriais, consolidando a prática de economia circular adotada em seus processos produtivos.
Recentemente, a unidade recebeu autorização da CPFL e ANEEL para comercializar energia. Com a autorização, a planta passou a fornecer a energia gerada ao grid. Dos 138 mil MWh por ano de capacidade instalada, 96 mil MWh serão vendidos dentro de um contrato negociado em leilão em 2016 do qual a Raízen foi a vencedora. O valor excedente de energia poderá ser negociado no mercado livre ou outros contratos.
A energia gerada por biogás pode ser produzida durante o ano inteiro, o que oferece estabilidade energética para o sistema elétrico nacional e impacta o desenvolvimento econômico do País de maneira sustentável. da indústria para sustentabilidade em seu núcleo.
Com expansão registrada em vários países, por conta de sua viabilidade econômica como combustível renovável, há hoje no mundo 1.020 plantas de biometano, segundo estudo de mercado da Associação Internacional de Gás Natural (Cedigaz). Embora a maior parte da produção esteja centralizada na Europa, com 2 bilhões de m³ de biometano, há tendência de globalização no gás natural renovável. Nesse ponto, o destaque fica por conta dos Estados Unidos, que expande o uso do biometano para uso veicular, e os planos em ação de China, Índia e Brasil, que criam regulamentações e metas de uso do combustível renovável.
A onda das biorrefinarias e da economia circular trouxe um novo impulso para integrar o processamento de vinhaça nas destilarias autônomas existentes ou anexas. Esta tendência também se alinha com os Objetivos de Desenvolvimento Sustentável das Nações Unidas, mais diretamente com o ODS7 (Energia Limpa e Acessível) e o ODS 13 (Ação Climática), com potencial para aumentar a recuperação de energia verde armazenada na cana-de-açúcar.
A produção de etanol de cana-de-açúcar gera cerca de 360 bilhões de litros de vinhaça, um efluente líquido com demanda química média de oxigênio de 46 mil mg/L. A vinhaça ainda contém cerca de 11% da energia original do caldo da cana, mas essa energia química é diluída. Esse resíduo, geralmente descartado ou aplicado na fertirrigação, é um substrato adequado para digestão anaeróbia. Com potencial de biometano variando de 215 a 324 L de metano produzido por quilograma de matéria orgânica na vinhaça.
A digestão anaeróbica é um processo natural e onipresente onde uma comunidade microbiana trabalha sinergicamente, convertendo o carbono orgânico disponível em metano e dióxido de carbono. Este processo pode ser explicado em quatro etapas: hidrólise , acidogênese , acetogênese e metanogênese. A mistura gasosa produzida é comumente denominada biogás , contendo 60–70% de metano e 30–40% de dióxido de carbono.
Gases residuais, como hidrogênio e sulfeto de hidrogênio, também podem ser encontrados em pequenas quantidades. A fração purificada, após absorção de CO2 e, portanto, com maior concentração de metano, é denominada biometano . Esta fração pode ser pura o suficiente para ser alimentada em gasodutos de gás natural.
Dados da ABiogás indicam potencial de produção de biogás (biometano) do setor sucroenergético de 39,8 bilhões de Nm³ por ano, considerando vinhaça, torta de filtro, bagaço e palha. Atualmente são gerados 135 milhões de Nm³ de biogás por ano, considerando quatro usinas em operação no país, ou seja, é aproveitado 0,3% do potencial nacional (considerando vinhaça, torta de filtro, bagaço e palha). Isso mostra que ainda há muito espaço para o aproveitamento dos resíduos derivados do setor.
O produtor de biogás e biometano do setor sucroenergético pode encontrar uma importante fonte de energia para a descarbonização de suas operações e tratamento adequado de dois importantes resíduos, especialmente vinhaça e torta de filtro. As unidades industriais deste setor possuem grande conexão com os principais negócios de energia: mobilidade e geração de energia elétrica. Em ambos os casos, o setor sucroenergético se posiciona como conectado à agenda de redução de emissões de carbono. Os produtos à base de biometano têm grande potencial para participar da grande maioria dos negócios das usinas do setor.
Estima-se que mais de 230 milhões de toneladas (Mt) de CO2 sejam utilizadas todos os anos em todo o mundo. A indústria de fertilizantes é a maior consumidora, com 130 Mt de CO2 utilizados na produção de ureia, seguida pelo petróleo e gás, que consome 70 a 80 Mt de CO2 para recuperação melhorada de petróleo.
Muitas indústrias dependem do CO2 para as suas operações e produção quotidianas, como as cervejarias, a alimentação e bebidas e a agricultura, para citar apenas algumas.
Nos últimos anos, o biogás ganhou popularidade como combustível “verde”. Trata-se do metano produzido pela digestão anaeróbica, que pode ser utilizado para substituir o gás natural convencional em aterros sanitários ou “digestores” que convertem estrume animal ou resíduos alimentares.
O biogás normalmente contém 60% de biometano, que é um combustível renovável, e 34% de CO2 , que é um produto residual natural. Em vez de desperdiçar e emitir este CO2 residual que pode ser recuperado e reciclado, melhorando a sustentabilidade da instalação e as credenciais de economia circular. Acredita-se que o CO2 verde criado a partir do biogás tenha maior confiabilidade de fornecimento e seja um produto mais sustentável do que o CO2 normal derivado de combustíveis fósseis.
O biogás também ajuda a reduzir as emissões de metano provenientes da vinhaça que, de outra forma, poderiam escapar. Ao transformar este metano em CO2 , que é até 34 vezes menos potente como gás com efeito de estufa, a sua utilização como combustível minimiza significativamente o seu impacto climático.
O CO2 derivado da usina de biogás, que pode ser valorizado e inserido no mercado, considerando-se as possibilidades de utilização e a demanda existente no Brasil. O CO2 pode ser utilizado em diversos setores industriais para diferentes finalidades, deixando de ser classificado como um resíduo e tornando-se um recurso, um produto valorizado. A fiabilidade da produção de CO2 a partir de centrais de biogás é um argumento convincente para as empresas considerarem a transição das fontes tradicionais de CO2.
A disponibilidade de CO2 durante todo o ano, com paralisações limitadas, proporciona um fornecimento estável, essencial para as indústrias que dependem deste recurso. A indústria de alimentos e bebidas, a agricultura em estufas e as aplicações médicas e farmacêuticas podem se beneficiar enormemente com esse fornecimento consistente.
Além disso, as vantagens ambientais associadas às centrais de biogás, incluindo a redução das emissões de carbono e a geração de energia sustentável, tornam-nas num investimento valioso para um futuro mais sustentável. A decisão de adotar o biogás como fonte confiável de CO2 pode envolver alguns riscos, mas os benefícios potenciais fazem com que valha a pena correr esse risco.
A taxa de crescimento esperada do consumo global total de todos os produtos agrícolas é igual à produção, e a produção mundial em 2050 poderá ser 60% maior do que em 2023. Isto representa um aumento de 77% nos países em desenvolvimento. Como resultado, a utilização global de fertilizantes poderá aumentar de 166 milhões de toneladas em 2023 para 263 milhões de toneladas em 2050. Em particular, até 2050, os países em desenvolvimento serão responsáveis por mais de 70% da utilização global de fertilizantes. Assim, o fertilizante orgânico produzido a partir de fontes renováveis (por exemplo, biogás) é amigo do ambiente e de baixo custo. Assim, tem potencial para atender às necessidades de fertilizantes para melhorar a produção e produtividade agrícola.
O biofertilizante, por sua vez, poderá ser aproveitado como fertilizante natural para realizar adubações das lavouras, pois se trata de um produto de excelente qualidade que, quando utilizado corretamente, praticamente não polui o ambiente, além de possuir características minerais, adequadas para o desenvolvimento das plantas.
O biofertilizante gerado a partir da tecnologia do biogás tem o potencial de melhorar a produção agrícola e a produtividade para uma agricultura sustentável a um baixo custo.
A digestão anaeróbica tem potencial para produzir fertilizante orgânico com excelentes condições nutricionais, com níveis suficientes de Fósforo, Potássio, Cálcio, Magnésio, Manganês, Ferro e Zinco. Além disso, o fertilizante orgânico reduz a poluição do ambiente (fontes de água, solo) e a perda de microrganismos decompositores que são vitais para a melhoria da fertilidade do solo.
Com a redução do consumo de fertilizantes químicos, as lavouras e a pecuária têm vantagens, como a maior disponibilidade de potássio e nutrientes como o nitrogênio, além de corrigir o pH do solo . O biofertilizante também funciona como defensivo agrícola, no combate a pragas e doenças. Não poluente, favorece a multiplicação de microrganismos, fortalecendo o solo e melhorando a penetração do ar na terra. Utilizado com controle, respeitando os limites definidos pela legislação ambiental para aplicação no solo, as características de cada produto agrícola e avaliando a disponibilidade de nutrientes no digerido, não há risco de agredir o solo e causar desequilíbrios.
Assim, os biofertilizantes a partir do biogás têm potencial para aumentar o rendimento da cultura de 15% para 25%. A geração de adubo orgânico sustentável a partir da biomassa da cana-de-açúcar é uma forma potencial de alcançar uma economia circular e também pode proporcionar um ambiente saudável e mais limpo. Além disso, quando comparado com outras opções de tratamento de resíduos, tem potencial para reduzir poluentes e emissões de gases com efeito de estufa. Também auxilia na redução do aquecimento global e na melhoria e manutenção da saúde do solo.
O mercado global de amônia verde (com biomassa) pode valer US$ 1,4 trilhões até 2050, impulsionados por investimentos em tecnologias que produzem amônia usando energia renovável, de acordo com um relatório da Agência Internacional de Energia (IEA). A Amônia Verde é produzida através do tradicional processo de síntese de Haber-Bosch, da combinação entre o Hidrogênio Verde e o nitrogênio capturado do ar. É a principal matéria-prima para a produção de fertilizantes nitrogenados, como nitrato de amônio e ureia.
A amônia (NH3) é um dos produtos químicos inorgânicos mais importantes e amplamente produzidos no mundo, que pode ser usado para produzir fertilizantes agrícolas como nitrato de amônio, fosfato de amônio e ureia, como agente de captura em processos de remoção de gases ácidos.
Para refrigeração e ar condicionado em grande escala para edifícios e processos industriais, para fabricar materiais explosivos, fibras, plásticos, polímeros, papéis e ácidos e como combustível potencial para motores de combustão interna devido a uma alta taxa de octanas de células de combustível (por exemplo, células de combustível de óxido sólido) para geração de energia. A produção global de amônia tem crescido constantemente nas últimas décadas.
O biogás também pode se tornar um componente importante da produção de amônia verde. Atualmente, 80% da produção de amônia é utilizada para fertilizantes. No entanto, a amônia também é considerada um combustível de emissão zero. A maior parte da amônia é produzida pelo processo Haber-Bosch por reforma a vapor do metano.
A participação do gás natural na produção global de amônia foi de aproximadamente 68%. Além disso, foi relatado que o gás natural contribui com 70-85% dos custos de produção de amônia. Alcançar os objetivos da transformação verde exige enfrentar o desafio da produção de amoníaco sem combustíveis fósseis. A produção de amônia geralmente pode ser alcançada de duas maneiras. A via convencional utiliza gás natural ou carvão gaseificado. A amônia produzida não pode ser considerada verde, pois é produzida a partir de componentes com emissões diferentes de zero. Por sua vez, o caminho verde requer fonte de energia com emissão zero (elétrica ou térmica) para produzir hidrogênio e nitrogênio verdes que podem ser convertidos em amônia.
A via verde alternativa é a substituição do gás natural pelo biometano. Esta abordagem alternativa verde pode ajudar a atender à crescente demanda por amônia verde. Além disso, a amônia também pode ser recuperada do digerido durante a digestão anaeróbica, que é um método promissor para promover o ciclo do nitrogênio, economia de energia e redução de emissões de GEE.
Reduzir a quantidade de dióxido de carbono produzido durante o processo de fabricação de amônia é fundamental para atingir as metas de zero emissões líquidas até 2050.
A melhor maneira de reduzir as emissões de carbono ao produzir amônia é através do biogás com substrato da cana-de-açúcar com baixo teor de carbono.
GLOSSÁRIO TERMOS BIOGAS BIOMETANO CO2 INDUSTRIAL
#Biogás : Uma mistura de metano e outros gases produzida pela decomposição de matéria em um ambiente sem oxigênio (anaeróbico) com a ajuda de micróbios. O biogás é normalmente produzido em aterros sanitários e digestores anaeróbicos .
O biogás é produzido a partir da decomposição de materiais orgânicos. Esses resíduos são depositados em um biodigestor na ausência de oxigênio. Com a ajuda de uma série de bactérias, a matéria orgânica é decomposta, liberando uma mistura de gases: 45 a 85% em volume de metano (CH4) e 25 a 50% em volume de dióxido de carbono (CO2). O resultado é um gás renovável que pode ser usado para diversas aplicações.
Biogás é um gás produzido por meio da biometanização , um processo no qual a matéria orgânica é decomposta na ausência de oxigênio.
#Glossário Biogás
#Composição do biogás. O biogás consiste principalmente de metano (50-80% CH4 ) e dióxido de carbono (20-40% CO2 ) . Outros gases estão presentes em pequenas quantidades: di-hidrogênio (H2 ) , sulfeto de hidrogênio (H2S), dinitrogênio (N2 ) e vapor d'água (H2O ) . O conteúdo energético do biogás provém do metano e do di-hidrogênio.
#Usos: Produção de calor ou vapor pela combustão de biogás em uma caldeira
#Produção de eletricidade por combustão em um motor ou turbina
Produção de eletricidade e calor, também chamada de cogeração . Esta é a forma mais atual de recuperação de biogás na Europa.
O biogás também pode ser limpo para manter a fração do biometano e comprimido para produzir biocombustível ou ser injetado na rede de gás natural.
#Tratamento de biogás. Na maioria dos casos, é necessário purificar o biogás antes do uso. Recomenda-se, independentemente do sistema de recuperação, remover a água e o sulfeto de hidrogênio para não danificar o equipamento.
#Biogás , um gás sustentável. Por meio do uso de matérias-primas como esterco de gado ou resíduos agrícolas e agroalimentares, a biometanização ajuda a evitar emissões de metano que, de outra forma, seriam liberadas na atmosfera (gerando poluição) sem qualquer recuperação de energia.
O biogás e o biometano são gases renováveis que contribuem para a redução das emissões em toda a cadeia de valor. A sua utilização é essencial para acelerarmos a redução das emissões de GEE em diversos setores, incluindo a construção, a indústria, o transporte e a agricultura. O biogás e o biometano já estão disponíveis e são competitivos em termos de custos , considerando todas as externalidades positivas geradas pela produção desses gases renováveis. A Europa é atualmente o maior produtor de biogás e biometano do mundo, e será essencial aumentar a produção desses gases renováveis para atender à demanda por energia renovável até 2030 e atingir as metas climáticas em 2050.
O biogás e o biometano previnem emissões em toda a cadeia de valor, com um efeito triplo de mitigação de emissões. Em primeiro lugar, evitam emissões que, de outra forma, ocorreriam naturalmente: os resíduos orgânicos são levados para o ambiente controlado das usinas de biogás, evitando que as emissões produzidas pela decomposição da matéria orgânica sejam liberadas na atmosfera. Em segundo lugar, o biogás e o biometano produzidos substituem os combustíveis fósseis como fontes de energia. Em terceiro lugar, o uso do digestato obtido no processo de produção de biogás como biofertilizante ajuda a devolver o carbono orgânico ao solo e reduz a demanda pela produção intensiva de carbono de fertilizantes minerais.
Os motores combinados de cogeração (CHP) são uma via comum de valorização do biogás. A ideia por trás da CHP é que a cogeração de energia elétrica e térmica é mais eficiente do que a geração separada. Dependendo do projeto das usinas de biogás, parte do calor da CHP pode ser usada para apoiar o processo de fermentação da usina – por exemplo, se os reatores de biogás precisarem de calor para manter a temperatura correta. A eletricidade produzida é principalmente alimentada na rede elétrica, enquanto o calor excedente é disponibilizado para aplicações de aquecimento local.
O biogás e o biometano são gerados a partir de diferentes tipos de resíduos orgânicos , transformando os resíduos em um recurso valioso, o que constitui o princípio fundamental de uma economia circular eficiente . Resíduos alimentares ou águas residuais podem ser recuperados de nossas cidades e utilizados para produzir energia renovável, o que contribui para o desenvolvimento de uma bioeconomia local. No campo, resíduos da pecuária ou biomassa da agricultura podem ser otimizados e convertidos em energia, enquanto o digestato pode ser utilizado como fertilizante orgânico. Isso cria modelos de negócios adicionais no setor agrícola, tornando-o mais competitivo em termos de custos e promovendo a agricultura sustentável. Em muitas áreas rurais, a agricultura é uma das principais atividades econômicas.
A agricultura também contribui significativamente para a produção de energia renovável, incluindo o biogás. A combinação de atividades agrícolas com a produção de energia renovável por meio do biogás traz múltiplos benefícios: ajuda os agricultores a gerenciar seus resíduos e resíduos de forma eficiente, reduz as emissões da agricultura e melhora a qualidade do solo e a biodiversidade nas terras agrícolas.
Nesses ecossistemas saudáveis, as plantas absorvem dióxido de carbono da atmosfera, agindo como sumidouros de carbono ; o digestato usado como fertilizante orgânico devolve nutrientes ao solo; as emissões de metano do gado são levadas para o ambiente controlado de uma usina de biogás, em vez de serem liberadas na atmosfera; o uso de cultivos sequenciais protege o solo e aumenta a biodiversidade. A promoção de práticas agrícolas sustentáveis e eficientes é um importante impulsionador do desenvolvimento rural, tornando a agricultura mais sustentável e competitiva em termos de custos .
#Nitrogênio Amoniacal (N-NH4 ou N-NH3). Um parâmetro físico-químico que expressa a concentração de uma amostra em nitrogênio amoniacal em sua forma aquosa (N-NH4) ou gasosa (N-NH3). A análise do nitrogênio amoniacal é essencial no monitoramento de processos e para conhecer o valor do insumo. Sendo a amônia tóxica superior a um determinado nível em digestores, é importante monitorá-la de perto. A amônia se origina principalmente da digestão de proteínas e de sua presença inicial no insumo.
No entanto, é essencial distinguir a taxa de toxicidade aplicável à amônia livre e não necessariamente ao nitrogênio amoniacal. Portanto, é necessário calcular o teor de amônia livre em função do pH e da temperatura.
#Nitrogênio Amoniacal. Este valor nos permite padronizar a proporção de amônia em relação ao nitrogênio total da entrada.
#Digestão Anaeróbica. Processo de tratamento de matéria orgânica por fermentação na ausência de oxigênio. O processo de degradação biológica é realizado em um ou mais digestores anaeróbicos. O produto final é um digestato, na forma de uma fração mais ou menos líquida, além de biogás.
#Potencial Bioquímico de Metano. Produção potencial máxima de biogás por um substrato (m³ biogás/toneladas de SV).
#Biometanizador. Recipiente ou tanque selado, onde ocorre a digestão anaeróbica biológica de esterco animal ou matéria orgânica e de onde resulta a produção de biogás.
#Capacidade de buffer. Indica a capacidade do ambiente de ser influenciado por bases ou ácidos. Usado para caracterizar insumos e monitorar a saúde dos digestores. Uma capacidade tampão muito baixa significa que a matéria orgânica é pobre e mal tamponada, resultando em digestibilidade mais rápida. Uma capacidade tampão muito alta pode indicar a presença de ácidos orgânicos ou compostos tamponados, como proteínas.
A relação C/N representa a proporção de carbono da matéria orgânica em relação à proporção total de nitrogênio. Geralmente é calculada para insumos e digestatos.
#Perfil de Carbono e Degradabilidade. A degradabilidade é calculada por um balanço de carbono: Entrada de carbono (MO da ração) – Carbono presente no digestato = Carbono degradado. Este balanço será decomposto por um cálculo do balanço de carbono produzido pelo carbono do CH4, pelo carbono do CO2 e pelos metabólitos produzidos.
#Digestor de Mistura Completa. Um recipiente com temperatura controlada, volume constante e mistura mecânica, projetado para maximizar o tratamento biológico, a produção de metano e o controle de odores como parte de uma instalação de gerenciamento de esterco com recuperação de metano.
#Compostagem. A decomposição biológica e a estabilização da matéria orgânica sob condições que permitem o desenvolvimento de temperaturas elevadas como resultado do calor produzido biologicamente. Quando concluída, o produto final é suficientemente estável para armazenamento e aplicação no solo, sem efeitos ambientais adversos.
Contaminante. Material não biodegradável presente no SSO e que não contribui para seu potencial metanogênico.
Equivalente de galão diesel. O GDE é uma forma de mensurar o volume necessário de uma fonte alternativa de energia para que seja comparável ao potencial energético do diesel. Portanto, o GDE é uma forma de avaliar a necessidade de armazenamento de veículos movidos a GNC.
#Resíduo líquido, pastoso ou sólido derivado da biometanização de materiais orgânicos. O digestato bruto refere-se ao efluente na saída dos biometanizadores. O digestato desidratado é a fração sólida produzida na etapa de desidratação (separação sólido-líquido do digestato bruto). O digestato seco refere-se ao digestato que passou pelos processos de desidratação e secagem.
#Matéria seca. é o que se obtém quando a água é removida de um produto.
Material líquido e sólido alimentado ao digestor.
#Materiais Residuais Fertilizantes.. Materiais residuais orgânicos usados como fertilizantes em aplicações agrícolas, hortícolas e florestais ou para a reabilitação de locais degradados.
#Tempo de retenção hidráulica. O tempo médio que o efluente líquido permanece no digestor para tratamento (TRH) pode chegar a 50 dias.
#Hidrólise. Etapa durante a qual as macromoléculas (proteínas, lipídios, carboidratos) são hidrolisadas em monômeros.
#Higienização. Etapa de condicionamento dos insumos ou do digestato que consiste em aquecê-los durante um tempo determinado, para reduzir seu conteúdo em patógenos (pasteurização).
#Nutrientes. Compostos químicos orgânicos ou não orgânicos essenciais para o crescimento das plantas.
#Temperatura de operação.
Psicrofílico: 15 a 25 °C (opcional: 20 °C)
Mesofílico: 30 a 40 °C (opcional: 37 °C)
Termofílico: 50 a 60 °C (opcional: 55 °C)
#Taxa de carga orgânica. . Quantidade de matéria orgânica que chega ao sistema de digestão anaeróbica diariamente, expressa em kg de sólidos voláteis por dia por metro cúbico de digestor (kg SV/d/m³). Essa taxa de alimentação é calculada com base no desempenho do sistema e no tempo de retenção hidráulica (TRH). Isso determina a pressão nutricional do SV aplicada às bactérias. Quanto maior a TLR, menor a degradação do digestato e maior a probabilidade de reduzir a carga de microrganismos metanogênicos. Uma TLR baixa com THR alta pode criar metabólitos letais para os metanogênicos. Uma TLR entre 2,5 e 4 kg SV/J/m³ em mesófilos e entre 4 e 6,5 kg SV/J/m³ em termófilos está em conformidade com a operação adequada de um digestor.
#Parâmetros Físicos. Parâmetros que permitem controlar a quantidade e a qualidade dos insumos. Esses parâmetros também podem prever tendências durante a alimentação atípica (pH, capacidade tampão, redox.
#Digestor de fluxo Plug. Uma unidade de tratamento biológico de volume constante, fluxo contínuo e temperatura controlada, projetada para maximizar o tratamento biológico, a produção de metano e o controle de odores como parte de uma instalação de gerenciamento de esterco com recuperação de metano.
#Potencial do Hidrogênio (PH). O pH indica, através de um acompanhamento regular, a boa saúde de cada etapa do processo de digestão anaeróbica.
#Produção e %CH4. Medidas de desempenho do sistema. Devem ser o mais estáveis possível. Elas refletem o desempenho e a precisão da estabilidade de outros parâmetros, sendo, portanto, uma consequência, um sintoma.
#Nitrogênio proteico. é usado para caracterizar o teor proteico dos insumos e do digestato. A diferença entre as duas medidas nos informa sobre a proporção de proteínas degradadas.
#Reciclagem. Termo usado para descrever o uso de matéria orgânica em aplicações agrícolas, hortícolas ou florestais ou para a reabilitação de locais degradados.
#Redox. Potencial de redução-oxidação.
#Origem orgânica selecionada. Materiais orgânicos vegetais e animais derivados principalmente da preparação, consumo e distribuição de alimentos e bebidas e separados no local onde esses materiais residuais são produzidos, geralmente separados por municípios e ICIs.
#Parâmetros de status. Permite rastrear e controlar o processo de forma estável e segura (HRT, ORL, CH4, pH, T°C, capacidade tampão, Redox, FOS-TAC, balanço de carbono, N-NH3, N-NH3/Ntot, N-NH3/CT).
#Nitrogênio total. é uma medida usada para caracterizar insumos, mas permanece uma medida vaga, pois precisará ser decomposta por um cálculo de nitrogênio proteico (Nprot) e nitrogênio amoniacal (N-NH4). Este último, no entanto, será um parâmetro para monitorar o processo.
#Sólidos totais. Parâmetro físico-químico que expressa a taxa de sólidos em uma amostra líquida.
Valorização. Uso de um produto em uma aplicação de valor agregado.
#Ácidos voláteis. Eles são produzidos no digestor por bactérias formadoras de ácido e depois usados pelas bactérias formadoras de metano para produzir metano.
#Ácidos graxos voláteis.. A análise do perfil de ácidos graxos voláteis (AGV) permite identificar um estado bioquímico instável ou mesmo tóxico. Como os ácidos graxos de cadeia curta são letais para algumas bactérias, isso pode prejudicar a digestão e a produção. Esse desequilíbrio também pode criar, sob certas condições, um problema de formação de espuma. A análise do perfil de AGV não é realizada regularmente, mas sim em caso de problemas, controle de qualidade ou ao utilizar um novo insumo.
#Sólidos voláteis. Parâmetro físico-químico que expressa a taxa de sólidos voláteis em uma amostra líquida.
#Biogás: Produto gasoso da digestão anaeróbica contendo geralmente 50-60% de metano (CH4), mas também CO2, amônia, sulfeto de hidrogênio, vapor d'água e outros componentes.
#Biometano : Biogás purificado a tal ponto que o gás resultante contém até 99% de CH4, 0-5% de CO2 e outros componentes (ou seja, gases traço, impurezas, vapor d'água). Suas propriedades são semelhantes às do gás natural, tornando-o adequado para uso como combustível veicular e em aplicações de aquecimento.
#Matéria-prima
#Culturas energéticas Biomassa utilizada para fins relacionados à energia. Matéria-prima agrícola, como: milho, beterraba, capim, sorgo ou centeio verde. As culturas energéticas são ensiladas antes de serem utilizadas.
#Esterco Excrementos animais geralmente com palha ou outro material de cama.
#Silagem Armazenamento a granel de matéria-prima agrícola por fermentação de ácido láctico. Destrói a camada de cera e aumenta a digestibilidade e a produção de metano.
#Lodo Massa lamacenta ou lamacenta, depósito ou sedimento, como matéria sólida precipitada produzida por processos de tratamento de água e esgoto.
#Lama Mistura líquida de algo como lama, esterco animal ou poeira.
#Substrato/matéria-prima para digestão.
#Partes da planta de biogás
#Lagoa anaeróbica Bacia de terra usada como digestor ou como volume de armazenamento de digestato.
#Usina de biogás Usina projetada especificamente para a produção, armazenamento e utilização de biogás.
#CHP – unidade combinada de calor e energia Motor de combustão interna acoplado a um gerador para converter energia quimicamente ligada (biogás) em energia elétrica e térmica.
#Dessulfurização Método químico, biológico, físico ou combinado de redução da concentração de sulfeto de hidrogênio no biogás bruto antes de ser queimado na CHP ou atualizado para biometano.
#Tanque de armazenamento de digestato (lagoa de esterco líquido) Tanque ou lagoa no qual esterco líquido, chorume ou substrato de digestato é armazenado antes do uso subsequente.
#Digestor Recipiente onde um substrato é degradado microbiologicamente e o biogás é produzido.
#Fermentação seca Digestão anaeróbica de substrato com MS > 25% (veja abaixo em “Processo de biologia” para mais informações) que permanece empilhável durante todo o processo.
#Alimentador Dispositivo que carrega a matéria-prima no digestor.
#Queimador de gás Dispositivo de segurança, usado para queimar o excedente de biogás quando não pode ser usado na unidade de cogeração.
#Tanque de armazenamento de gás Recipiente hermético a gás ou saco plástico no qual o biogás é mantido em armazenamento temporário.
#Higienização Tratamento adicional ou desinfecção que reduz/elimina patógenos/fitopatógenos no substrato ou no digestor.
#Poço de mistura Recipiente usado para pré-tratar a matéria-prima e misturá-la antes de sua fermentação no digestor.
#Pós-digestor / digestor secundário Recipiente onde o digestor tratado no primeiro digestor é armazenado para posterior fermentação.
#Grampo de silagem Estrutura de concreto com paredes e uma base selada usada para ensilar e armazenar matéria-prima (geralmente culturas energéticas).
#Alimentação sólida Método de carregamento de estruturas não bombeáveis ou misturas de substrato diretamente no digestor.
#Ponte de pesagem Grande balança usada para pesar o caminhão que transporta a matéria-prima recebida que é transportada para a área da planta de biogás.
#Fermentação úmida Digestão anaeróbica de substrato úmido com MS < 25%. Durante a fermentação, o substrato se torna bombeável e misturável.
#Processo de biologia
#Acetogênese 3ª etapa da digestão anaeróbica: degradação de ácidos graxos de cadeia curta, ácido acético, CO2 e hidrogênio com formação de CO2.
#Acidogênese 2ª etapa da digestão anaeróbica: degradação de polímeros dissolvidos como açúcar, aminoácidos e ácidos graxos com formação de H2.
#Amônia NH3 – gás nitroso resultante da degradação de compostos contendo nitrogênio, como proteína, ureia e ácido úrico.
#Digestão anaeróbica Processo biotecnológico que ocorre na ausência de ar (oxigênio atmosférico) com o objetivo de degradar matéria orgânica.
#Biodegradação Quebra de matéria orgânica, por exemplo, resíduos vegetais e animais, em compostos mais simples por microrganismos.
#Rendimento de biogás [m³/t oDM] ou [m³/t FM] Volume de biogás produzido pelo substrato específico.
#Capacidade tampão Quantidade de ácido ou bases que podem ser absorvidas sem quaisquer alterações significativas no valor de pH.
#Razão C:N Razão da massa de carbono total para nitrogênio total na matéria orgânica.
#Co-fermentação Fermentação de matérias-primas que não são a principal matéria-prima da usina de biogás; geralmente usada para #co-fermentar resíduos orgânicos com esterco ou com lodo de esgoto
#Co-substrato Matéria-prima para digestão que não representa a maior porcentagem da matéria-prima.
#Digestato Resíduo (líquido ou sólido) da produção de biogás.
#Matéria seca (MS) [%] Conteúdo livre de umidade de uma mistura de substâncias após secagem a 105 °C.
#FOS [g CaCO2/l] (=Freie organische Säuren) – ácidos orgânicos livres.
#Tempo de retenção hidráulica (HRT) [d] O número médio de dias que a matéria-prima permanece no digestor.
#Hidrólise 1ª etapa da digestão anaeróbica: degradação de proteínas, polissacarídeos, carboidratos e gorduras com formação de CO2 e H2.
#Inibidor Substâncias/compostos que retardam ou interrompem o processo biológico.
#Digestão mesofílica Digestão anaeróbica ocorrendo em temperaturas entre 37 e 42 °C.
#Teor de metano [%] Porcentagem de metano no biogás bruto.
#Metanogênese 4ª etapa da digestão anaeróbica: degradação dos produtos das etapas anteriores com formação de metano, CO2 e água.
#Taxa de carga orgânica [kg VS/(m³*d)] Quantidade de sólidos voláteis (VS) alimentados em um digestor por dia em relação ao volume do digestor.
#Líquido de percolação (chorume) Líquido circulante na digestão seca do tipo garagem que percorre a matéria-prima continuamente para manter o processo de fermentação em andamento.
#Valor de pHEscala numérica que especifica a acidez/basicidade de uma solução que vai de 0 a 14. Soluções com um valor de pH de 7 são neutras, <7 são ácidas e >7 são básicas.
#TAC [g HACeq /l] Carbono inorgânico total; indicador da capacidade tampão alcalina.
#Digestão termofílica Digestão anaeróbica que ocorre em temperaturas entre 50 e 57 °C.
#Sólidos voláteis (SV) [% da matéria fresca] [% da matéria seca] Também: Matéria seca orgânica (MSO ou TS); os sólidos voláteis são o que permanece após o conteúdo de água e a matéria inorgânica terem sido removidos do substrato.
#Termos financeiros
#Tarifa de alimentação: Pagamento feito a residências ou empresas que geram sua própria eletricidade por meio de métodos que não contribuem para o esgotamento dos recursos naturais. É proporcional à quantidade de energia gerada.
#Produção flexível: Geração de energia elétrica e térmica com a unidade de cogeração quando a receita com a venda é maior. Este tipo de produção necessita de armazenamento adicional de biogás.
#Taxa de entrada: Cobrança sobre uma determinada quantidade de resíduos recebidos em uma unidade de processamento de resíduos.
#Biometanização. A biometanização é um processo de fermentação semelhante ao que ocorre no primeiro estômago de uma vaca . Os materiais que entram em um digestor (tanque de fermentação) sofrem degradação biológica por microrganismos. Essa fermentação tem a particularidade de ocorrer na ausência de oxigênio (digestão anaeróbica). A decomposição de materiais por biometanização produz dois tipos de produtos: biogás e digestato. A biometanização requer grandes quantidades de insumos, produzidos principalmente em setores que geram altos volumes de resíduos. É por isso que os principais usuários são agricultores, cooperativas, industriais ou municípios.
#Diferentes materiais de biometanização. Quase todos os materiais orgânicos podem ser submetidos ao processo de biometanização , cada um com um rendimento diferente. Apenas materiais altamente lenhosos devem ser evitados. As matérias-primas de entrada determinam os tipos de biometanização :
#Tratamento de materiais agrícolas e resíduos orgânicos da indústria alimentícia: os materiais podem ser líquidos (lamas, soro de leite, etc.), sólidos liquefazíeis em poucos dias de digestão (resíduos de frutas e vegetais, silagem de milho, capim ou algum esterco de palha) ou sólidos (palha ou certos tipos de esterco)
#Tratamento de efluentes líquidos: águas residuais industriais, lodo de esgoto , etc.
#Tratamento de resíduos domésticos: os resíduos domésticos têm um alto teor orgânico, mas requerem triagem prévia
#Aterro técnico: Aterros que antes recebiam resíduos orgânicos biodegradáveis agora são cobertos, permitindo a recuperação do biogás que escapa. No entanto, como os resíduos biodegradáveis precisam ser coletados com mais precisão, o processo subsequente desaparecerá nos próximos anos.
#Saídas diferentes. A degradação de matérias-primas pela biometanização leva à criação de dois tipos de produtos:
Biogás , um gás composto principalmente por metano (CH4 ) e dióxido de carbono (CO2 ) , tem diversas aplicações energéticas: pode ser utilizado em instalações de cogeração , injetado em redes de gás natural ou até mesmo utilizado como biocombustível (biometano ). O digestato, que é a matéria orgânica restante após a digestão, é usado principalmente como fertilizante para solos.
#Biometano. O biometano é a forma aprimorada do biogás, consistindo em quase 100% de metano e com qualidade aproximadamente igual à do gás natural. Biometano é um biogás limpo obtido através do processo de biometanização . O objetivo desta purificação é obter um equivalente de gás natural (alta concentração de metano) que permita a sua injeção em redes de gás natural ou veículos (GNC ou GNL).
O biometano também pode ser produzido por gaseificação ou tecnologias de conversão de energia em metano. Suas múltiplas aplicações incluem o fornecimento de calor e energia para nossos edifícios e indústrias, e a produção de combustível renovável para o setor de transportes.
O dióxido de carbono é um subproduto da purificação do biogás em biometano. O fluxo de dióxido de carbono pode ser valorizado na indústria alimentícia ou usado para maximizar o potencial de fotossíntese em estufas. Esta é a última etapa do chamado "ciclo curto do carbono", um processo que começa com o uso do carbono contido em resíduos orgânicos para produzir biogás, que é parcialmente composto por moléculas de carbono. O "ciclo curto do carbono" continua com a reutilização do carbono contido no digestato. a distribuição do digestato como fertilizante orgânico devolve o carbono ao solo. Completar todo o ciclo do carbono, valorizando o dióxido de carbono após a produção de biometano, garante a remoção do carbono da atmosfera.
#Purificação de biometano. Para obter biometano , o biogás deve ser purificado para conservar a quantidade máxima de metano (CH4), eliminando o dióxido de carbono (CO2 ) e outros vestígios de gases contidos. Existem diferentes técnicas: lavagem com água (absorção física) ou aminas (absorção química), adsorção por variação de pressão (PSA), separação por membrana ou purificação criogênica (destilação a frio).
#Valorização do biometano. O biometano é equivalente ao gás natural: ambos são feitos de metano. A única diferença é a origem do gás; um é renovável, o outro é de origem fóssil. O biometano pode, portanto, ser injetado na rede para substituir o gás natural (no todo ou em parte). O biometano , uma vez na rede, será utilizado da mesma forma que o gás natural:
#Usos domésticos: caldeira a gás (para água quente e aquecimento), aquecedores de água, fogões a gás, fogões a gás, etc.
#Aplicações industriais: produção de água quente, vapor, etc.
Produção de eletricidade usando um motor (possivelmente cogeração ) ou uma turbina (turbinas a vapor, turbinas a gás e turbinas a gás TGV), etc.
#Usado como combustível veicular: Gás Natural Comprimido (GNC) será mencionado se o metano for comprimido, e Gás Natural Liquefeito (GNL) se o metano for liquefeito, independentemente da origem do metano, seja fóssil ou produzido a partir de biogás .
A purificação do biogás é outro uso do biogás , em comparação à cogeração do biogás bruto .
Os estudos mais recentes mostram que o biometano é uma forma eficaz de reduzir as emissões de GEE dos transportes, que representam 25% das emissões totais na UE. O biometano é usado como biocombustível na forma de um substituto do GNC ou do GNL, denominado bio-GNC ou bio-GNL . O biometano nos transportes tem um alto desempenho em termos de redução das emissões de GEE, se considerarmos a pegada de carbono total dos veículos ( do poço à roda ). Dependendo da matéria-prima utilizada, o biometano pode ter emissões ainda negativas , o que significa que o CO2 é realmente removido da atmosfera. O biometano liquefeito pode ser usado, por exemplo, no transporte rodoviário pesado e no setor marítimo , ambos difíceis de eletrificar.
A implantação do biometano para substituir combustíveis fósseis não exige o investimento de recursos adicionais para o desenvolvimento de novas infraestruturas. A infraestrutura de gás existente está preparada para o biometano. Isso é fundamental para acelerar a descarbonização e fornecer energia renovável acessível aos consumidores. Além disso, o biometano pode ser facilmente armazenado e produzido em ritmo constante, ajudando a equilibrar o fornecimento de energia a partir de fontes intermitentes de origem renovável, como a solar ou a eólica. Também pode ser comercializado e produzido na Europa, garantindo a segurança do abastecimento e evitando a dependência de fornecedores externos.
