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Biodigestores – Princípio, tipos e viabilidade econômica

Biodigestores são centrais tecnológicas que aceleram o processo de decomposição da matéria orgânica e optimizam os produtos resultantes desse processo e são a solução ideal para o tratamento de resíduos sólidos orgânicos de todos os tipos.

Os biodigestores são a tecnologia ideal para o tratamento de resíduos sólidos orgânicos de todos os tipos com as melhores taxas de lucratividade do mercado atualmente. Abaixo, fotos de vários biodigestores pelo mundo.

A decomposição da matéria orgânica é um processo bioquímico realizado por milhares de bactérias que transformam a matéria orgânica em gases e biofertilizantes. Sendo as bactérias seres vivos, estes precisam de condições ideais de temperatura, acidez, homogeneidade, … para produzir melhor. Na presença de oxigênio temos a decomposição aeróbia e na ausência a anaeróbia.

No vídeo abaixo você pode entender o que é e como acontece a biodigestão anaeróbia

Em biodigestores, a decomposição acontece na ausência de oxigênio, sendo portanto uma decomposição anaeróbia. O resultado dessa decomposição é então o biogás, uma mistura de gás carbônico e metano, e biofertilizantes.

Em se tratando de decomposição anaeróbia, devemos considerar o seguinte:

  • Diferentes tipos de matéria orgânica produzem diferentes quantidades de biogás (m³/ton ou l/kg)
  • Diferentes tipos de matéria orgânica produzem biogás com diferentes concentrações de metano e gás carbônico
  • Podemos calcular o potencial máximo de geração de biogás de uma mistura através da análise química da matéria orgânica usada, porém a quantidade que será gerada no processo depende do tipo de tecnologia usada.

A decisão de construir ou não um biodigestor para o tratamento de resíduos sólidos orgânicos depende de um plano de negócios de qualidade que vai levantar todos os dados básicos para o cálculo do tamanho e do tipo de tecnologia a ser usado e as economias e ganhos que a implantação dessa central vai causar.

Princípio de Funcionamento de um Biodigestor Alemão

O biodigestor pode ser utilizado para o tratamento de vários resíduos sólidos orgânicos, entre os principais vale citar os dejetos de animais, os resíduos do setor da agricultura e finalmente os resíduos sólidos orgânicos urbanos.

A coleta de dejetos de animais depende de como a criação dos mesmos é feita. O importante para se utilizar esse substrato (dejetos) é a possibilidade de se fazer a coleta dos mesmos. Em granjas de suínos ou aves pode-se construir um sistema de coleta de dejetos, semelhantes a rede de esgoto convencional que direcione os dejetos ao fermentador. A criação de bovinos em pastos oferece uma problemática para a coleta de resíduos. A coleta só pode ser feita nos locais onde os animais se concentram como a área de confinamento.

Resíduos da agricultura em geral aumentam a capacidade de geração de biogás da central e seu uso é altamente recomendável. Na Europa, em especial na Alemanha, os substratos agrícolas mais comuns são o milho e o capim.

Há de se ter cuidado com o uso de resíduos sólidos orgânicos urbanos, pois estes são extremamente heterogêneos. Na maioria dos casos é necessário se fazer uma higienização destes resíduos com o objetivo de eliminar possíveis germes contidos nestes resíduos.

A escolha do substrato deve ser feita em função da oferta local que pode variar extremamente. Nem sempre haverá disponibilidade de todos os resíduos descritos na figura. Deve-se então se fazer uma adaptação e dessa forma, modelos de negócios para biodigestores são muito específicos.

No caso de não se poder identificar a origem dos resíduos, aconselha-se fazer a higienização de todos os tipos de resíduos recebidos para evitar que o biofertilizantes seja contaminado e assim funcionar como um proliferador de doenças na agricultura onde for usado. Em todo caso deve ser feito análise química periódicas do biofertilizante antes de utilizá-lo.

O fermentador oferece as condições ideias para a biodigestão ao controlar com precisão a temperatura, o pH e a homogeneidade ideal para o substrato utilizado. Depois de um certo tempo o substrato já não gera tanto biogás e deve então ser direcionado à um tanque de chorume onde fica por mais um tempo antes de ser liberado para ser usado como biofertilizante. Essa medida garante que o restante de matéria orgânica presente no substrato seja quase que totalmente decomposta e o biogás resultante do processo seja devidamente coletado.

O biogás deve ser tratado e purificado antes de ser distribuído para postos de combustível ou redes de distribuição de biogás. O grau de pureza do biogás pode influenciar no tempo de vida útil do motor-gerador.

Veja o vídeo abaixo e entenda mais sobre Biodigestores.

Processo de Geração de Biogás em biodigestores

A nível bacteriano, a biodigestão acontece macroscopicamente em 4 etapas: A Hidrólise  a Acidogênese, a Acetogênese e a Metanogênese. Na hidrólise as ligações moleculares complexas como carboidratos, proteínas, gordura, … são quebradas e dão origem à aminoácidos, ácidos graxos, açúcares, … Na Acidogênese as substância resultantes da hidrólise sao transformadas por bactérias fermentativas em ácido propanóico, ácido butanóico, ácido láctico, alcoois, … Na Acetogênese o material resultante da acidogênese são transformados em ácido etanóico, hidrogênio e gás carbônico para finalmente serem transformados em metano e gás carbônico durante a metanogênese. Nessa fase os fatores que mais influem na produção de biogás são:

A temperatura

As milhares de bactérias co-existentes durante a biodigestão trabalham em temperaturas diferentes uma das outras. Cada grupo de bactérias possui uma temperatura ideal de trabalho onde sua eficiência é maior.

Podemos então classificar os microorganismos de acordo com o seu ponto mais alto de eficiência térmica em três principais grupos: psicrofílicos (T<25°C), Mesofílicos (de 37 a 42°C) e termofílicos (entre 50 e 60°C). [1]

A maior parte das bactérias da metanogênese são mesofílicas e trabalham em uma temperatura de aproximadamente 39°C. Variações nessa temperatura podem até anular quase que completamente a produção de biogás de um sistema.

O acidez (pH)

O acidez segue pelo mesmo princípio da temperatura. Cada grupo de bactérias possuem seu ponto ideal de acidez. Nas fases da hidrólise e da acidogênese o pH ideal fica em torno de 5,2 à 6,3[1]. Já na acetogênese e metanogênese o pH ideal fica entre 6,5 à 8[2].

No vídeo abaixo é possível ver nas imagens feitas em laboratório, o efeito da mudança de pH sobre as bactérias da biodigestão.

Note que no início do vídeo, as bactérias se encontram em um meio com pH neutro (pH=7). A partir do momento que o meio começa a ficar mais ácido, ou seja, o pH começa a diminuir, as bactérias vão se tornando mais lentas. Com o pH=4, muitas bactérias morrem e nesse processo já não acontece mais a biodigestão, portanto, não existe uma produção de biogás eficiente.

Esse efeito pode acontecer quando não existe controle sobre a entrada de substrato nos biodigestores.

A homogeneidade do substrato

A eficiência na geração de biogás tem sua intima ligação com o processo de mistura do substrato. Substrato não misturados tendem a formar camadas de acordo com a densidade da mistura no substrato. A maior parte das bactérias se acumulam no fundo do fermentador, devido a diferença de densidade enquanto que a maior parte do substrato fica na parte de cima. Nesse caso, a diminuição do contato entre as bactérias e o substrato diminui a geração de biogás.

Devido a uma codependência das bactérias da acetogênese e da metanogênese, uma mistura excessiva pode ser prejudicial para a fase anaeróbia deste processo, pois essas bactérias precisam estar próximas umas das outras.

Concentração de Oxigênio

As bactérias da metanogênese trabalham na completa ausência de oxigênio. Os mais baixos índices de concentração de oxigênio já podem reduzir significativamente a ação dessas bactérias. Por isso é de extrema importância um perfeito isolamento dos fermentadores.

Se o biogás for usado para a geração de energia elétrica elétrica, acrescentamos então um gerador elétrico acoplado a um motor de combustão.

Tipos de Biodigestores em função da origem do substrato (biomassa):

Em se tratando do tipo de biomassa, podemos considerar dois tipos principais de biodigestores:

  • Biodigestores rurais, ou seja, aqueles indicados para o tratamento de resíduos sólidos orgânicos oriundos do setor agropecuário que tem como característica, a homogeneidade da biomassa.

Ex: Biodigestor Rural de Bremen

  • Biodigestores Urbanos, ou seja, aqueles indicados para o tratamento de resíduos sólidos orgânicos municipais, que possuem a características de serem heterogeneos e por isso precisam de um tratamento mais específico

Ex: Biodigestor Urbano de Marl

Viabilidade Econômica de Biodigestores com tecnologia alemã no Brasil

A viabilidade econômica dessas centrais dependem entre outras coisas do acesso ao substrato, do tipo, quantidade e variação no fornecimento do substrato, da região escolhida, dos produtos a serem comercializados (biogás, energia térmica, energia elétrica, biofertilizante, …), do acesso a mão de obra qualificada, da disponibilidade de tecnologias e claro, da tecnologia a ser utilizada. Por esses motivos, antes de investir alguns milhões de reais em um projeto como esse, é aconselhável contratar consultoria especializada para a elaboração de um Plano de Negócios e assim diminuir os riscos do empreendimento.

No vídeo abaixo, vamos ver vários pontos importantes sobre a viabilidade econômica dessas centrais no Brasil

Exemplos de implantação de projetos no Brasil

Possíveis meios de financiamento de uma central de biodigestor:

About Gleysson B. Machado

Dip. Ing. Verfahrenstechnik (Eng. Química) pela Universidade de Ciências Aplicadas de Frankfurt/M na Alemanha com especialização e experiência em Tecnologias para geração de Energia e Engenharia Ambiental. Larga experiência em Resíduos Sólidos com foco em Biodigestores Anaeróbios

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