FELIPE FERNANDES MOREIRA ESTUDO DO POTENCIAL … · FELIPE FERNANDES MOREIRA ESTUDO DO POTENCIAL...
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i UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ CENTRO DE TECNOLOGIA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ESTRUTURAL E CONSTRUÇÃO CIVIL CURSO DE ENGENHARIA CIVIL FELIPE FERNANDES MOREIRA ESTUDO DO POTENCIAL ENERGÉTICO DE APROVEITAMENTO DO BIOGÁS GERADO NO ATERRO SANITÁRIO METROPOLITANO OESTE DE CAUCAIA FORTALEZA 2010
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UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ CENTRO DE TECNOLOGIA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ESTRUTURAL E CONSTRUÇÃO CIVIL CURSO DE ENGENHARIA CIVIL
FELIPE FERNANDES MOREIRA
ESTUDO DO POTENCIAL ENERGÉTICO DE APROVEITAMENTO DO BIOGÁS GERADO NO ATERRO SANITÁRIO METROPOLITANO OESTE DE CAUCAIA
FORTALEZA 2010
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FELIPE FERNANDES MOREIRA
ESTUDO DO POTENCIAL ENERGÉTICO DE APROVEITAMENTO DO BIOGÁS GERADO NO ATERRO SANITÁRIO METROPOLITANO OESTE DE CAUCAIA
Monografia submetida à Coordenação do Curso de Engenharia Civil da Universidade Federal do Ceará, como requisito parcial para obtenção do grau de Engenheiro Civil. Orientador: Prof. André Bezerra dos Santos
FORTALEZA 2010
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M836e Moreira, Felipe Fernandes
Estudo do potencial energético de aproveitamento do biogás gerado no aterro sanitário metropolitano oeste de Caucaia / Felipe Fernandes Moreira. -- Fortaleza, 2010.
64 f. ; il. color. enc. Orientador: Prof. PhD. André Bezerra dos Santos Área de concentração: Resíduos Sólidos
Monografia (Graduação) - Universidade Federal do Ceará, Centro de Tecnologia, Depto. de Engenharia Hidráulica e Ambiental, Fortaleza, 2010.
1. Resíduos sólidos. 2. Energia. 3. Aterro Sanitário. I. Santos, André Bezerra dos (Orient.). II. Universidade Federal do Ceará – Graduação em Engenharia Civil. III. Título.
CDD 620
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FELIPE FERNANDES MOREIRA
ESTUDO DO POTENCIAL ENERGÉTICO DE APROVEITAMENTO DO BIOGÁS GERADO NO ATERRO SANITÁRIO METROPOLITANO OESTE DE CAUCAIA
Monografia submetida à Coordenação do Curso de Engenharia Civil da Universidade Federal do Ceará, como requisito parcial para obtenção do grau de Engenheiro Civil.
Aprovada em ___ / ___ / ___
COMISSÃO EXAMINADORA
_______________________________________________ Prof. André Bezerra dos Santos (Orientador)
Universidade Federal do Ceará - UFC
_______________________________________________ Profª. Tereza Denyse Pereira de Araújo Universidade Federal do Ceará - UFC
_________________________________________________ Prof. Francisco Suetônio Bastos Mota Universidade Federal do Ceará - UFC
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Dedico este trabalho aos meus
pais, aqueles que nunca
duvidaram de mim.
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AGRADECIMENTOS
Em primeiro lugar, aos meus queridos pais, Marciano Freitas Moreira e Rita
Edivirges Carvalho Fernandes, por terem sido a força motora de meu desenvolvimento e
modelo de conduta pessoal.
Ao professor André, por ter aceitado orientar a realização deste trabalho e por ter
me ajudado bastante na concepção e na estruturação do trabalho.
Ao professor João Hiluy, pela ajuda e o interesse demonstrado ao longo da
realização do trabalho.
Ao grupo de Trainees e ao grupo de coordenação do programa Trainee Marquise
2010, por todo o apoio e dedicação no meu crescimento profissional e social.
A minha família e meus amigos, pela convivência sadia e agradável.
A minha namorada Richelle, pela paciência e companherismo.
À Construtora Marquise e Ecofor Ambiental, pela colaboração.
E, por fim, a Deus, pela dádiva da vida e por ter me abençoado com tudo aquilo
que hoje sou.
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RESUMO
Os resíduos sólidos urbanos constituem um problema de evidente relevância nos contextos nacional, estadual e municipal, pois no Brasil são produzidas quantidades diárias de lixo comparáveis a países ricos. Portanto, estudos com o objetivo de inserir a cidade de Fortaleza no cenário dos Mecanismos de Desenvolvimento Limpo (MDL) resguardam o interesse da sociedade. Neste trabalho estudou-se o potencial energético de aproveitamento do biogás gerado no Aterro Sanitário Metropolitano Oeste de Caucaia (ASMOC), e o destino final dos resíduos sólidos urbanos das cidades de Fortaleza e Caucaia. A pesquisa contou com os seguintes objetivos específicos: análise critica dos modelos matemáticos presentes na literatura científica; análise do potencial de geração de biogás do Aterro Sanitário Metropolitano Oeste de Caucaia usando modelos matemáticos presentes na literatura científica; investigação sobre os fatores que influenciam no processo de decomposição da matéria orgânica e consequente geração de biogás, buscando identificar onde nos procedimentos de operação do aterro eles podem atuar; e levantamento de medidas com o fim de otimizar o potencial energético do aterro. Os modelos matemáticos existentes (modelo de decaimento de ordem zero, de primeira ordem, de segunda ordem e multi-fase), quando devidamente ajustados, oferecem uma previsibilidade da geração de metano com valores bastante significativos e representativos. Em particular, o modelo de decaimento de primeira ordem proposto pelo “Intergovernmental Panel On Climate Changes (IPCC)” oferece, dentre os outros, uma maior confiabilidade sendo bastante utilizado na obtenção das curvas de geração de metano para uma dada massa de resíduos ao longo dos anos. Os modelos, para uma maior confiabilidade, exigem o ajuste dos parâmetros por meio de ensaios in situ, porém, fornecem valores padrão para casos em que os ensaios não são possíveis. A curva de geração de metano com o modelo revela que o custo de oportunidade do não aproveitamento desse potencial, não só o energético, mas também o econômico, é bastante elevado e acarreta num considerável impacto ambiental. Com a curva, observa-se que o potencial oferecido pelo ASMOC é maior que aquele observado em estudos semelhantes conduzidos em outros aterros, sendo maior, inclusive, que aterros sanitários de países desenvolvidos. Palavras-chave: Aproveitamento de energia, metano, resíduos sólidos urbanos, aterro sanitário.
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SUMÁRIO
LISTA DE FIGURAS ......................................................................................................................................... IX
LISTA DE TABELAS .......................................................................................................................................... X
1 INTRODUÇÃO ............................................................................................................................................ 1
1.1 CONSIDERAÇÕES GERAIS ........................................................................................................................... 1
1.2 JUSTIFICATIVA ........................................................................................................................................... 3
1.3 OBJETIVOS ................................................................................................................................................. 3
1.3.1 Objetivo geral .................................................................................................................................. 3
1.3.2 Objetivos específicos ....................................................................................................................... 3
1.4 ESTRUTURA DO TRABALHO ....................................................................................................................... 4
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA.................................................................................................................... 5
2.1 RESÍDUOS SÓLIDOS NO BRASIL .................................................................................................................. 5
2.2 POLÍTICA NACIONAL DOS RESÍDUOS SÓLIDOS .......................................................................................... 9
2.3 ATERRO SANITÁRIO ................................................................................................................................. 10
2.4 GERAÇÃO DE BIOGÁS NO ATERRO SANITÁRIO ......................................................................................... 12
2.5 COMPOSIÇÃO DO BIOGÁS ......................................................................................................................... 17
2.6 PURIFICAÇÃO DO BIOGÁS ........................................................................................................................ 18
2.7 FATORES QUE INFLUENCIAM A COMPOSIÇÃO DO BIOGÁS ........................................................................ 19
2.7.1 Composição Gravimétrica ............................................................................................................. 19
2.7.2 Granulometria da Massa de Lixo .................................................................................................. 20
2.7.3 Teor de Umidade ........................................................................................................................... 20
2.7.4 Potencial Hidrogeniônico .............................................................................................................. 20
2.7.5 Idade do Lixo ................................................................................................................................. 21
2.7.6 Nível de Compactação da Massa de Lixo e do Solo de Cobertura ................................................ 21
2.7.7 População de Microrganismos ...................................................................................................... 22
2.8 MODELOS MATEMÁTICOS ........................................................................................................................ 22
2.8.1 Cenário Atual ................................................................................................................................ 30
3 METODOLOGIA ...................................................................................................................................... 33
3.1 DADOS GERAIS DO ASMOC .................................................................................................................... 33
3.2 RESÍDUOS SÓLIDOS RECEBIDOS PELO ASMOC ....................................................................................... 34
3.3 COMPOSIÇÃO GRAVIMÉTRICA DOS RSU DO ASMOC ............................................................................. 37
3.4 ESTUDOS ANTERIORES ............................................................................................................................. 39
3.5 MODELO MATEMÁTICO ........................................................................................................................... 40
4 RESULTADOS E DISCUSSÃO ............................................................................................................... 43
5 CONCLUSÃO E RECOMENDAÇÕES .................................................................................................. 50
6 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ..................................................................................................... 52
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LISTA DE FIGURAS
FIGURA 2.1 - RESULTADOS DO PANORAMA DOS RESÍDUOS SÓLIDOS DO BRASIL DE 2009 EM VALORES PER CAPITA. ................................................................................................................................... 5
FIGURA 2.2 - RESULTADOS DO PANORAMA DOS RESÍDUOS SÓLIDOS DO BRASIL DE 2009. ..... 6
FIGURA 2.3 – DESTINAÇÃO FINAL DOS RESÍDUOS SÓLIDOS URBANOS AO LONGO DOS ANOS. ................................................................................................................................................................................. 8
FIGURA 2.4 - PERCENTUAL DE DESTINAÇÃO FINAL DOS RSU POR MUNICÍPIO POR DESTINO. ................................................................................................................................................................................. 9
FIGURA 2.5 - VARIAÇÃO DA CONCENTRAÇÃO DOS GASES NO PROCESSO DE DECOMPOSIÇÃO DA MATÉRIA ORGÂNICA............................................................................................ 16
FIGURA 2.6 - ESQUEMA DE REAÇÕES DE DIGESTÃO ANAERÓBIA. ................................................ 16
FIGURA 2.7 - COMPARATIVO DO POTENCIAL ENERGÉTICO DO METANO COM OUTROS COMBUSTÍVEIS ................................................................................................................................................ 18
FIGURA 2.8 - CURVA DE GERAÇÃO DE METANO TÍPICA DO MODELO DE PRIMEIRA ORDEM. ............................................................................................................................................................................... 23
FIGURA 2.9 - REPRESENTAÇÃO DA CURVA DE PRODUÇÃO DE METANO PELO MODELO MULTI-FASE. ..................................................................................................................................................... 24
FIGURA 3.1 - DISTRIBUIÇÃO ANUAL DO LIXO DEPOSITADO NO ATERRO. .................................. 35
FIGURA 3.2 - EVOLUÇÃO DA MÉDIA DE TONELADAS COLETADAS NO NORDESTE .................. 36
FIGURA 3.3 – CONTEÚDO DA ABA DE INSTRUÇÕES DO IPCC WASTE MODEL. ........................... 41
FIGURA 4.1 - CURVA DE GERAÇÃO DE METANO. ................................................................................. 45
FIGURA 4.2 - CURVA DE POTÊNCIA ORIUNDA DO APROVEITAMENTO DO METANO GERADO NO ASMOC. ........................................................................................................................................................ 47
FIGURA 4.3 – PERFIL DE APROVEITAMENTO DE ENERGIA ATRAVÉS DO METANO NO ASMOC. ............................................................................................................................................................... 48
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LISTA DE TABELAS
TABELA 2.1 - PERCENTAGEM DA MASSA DE RSU GERADA POR REGIÃO DO PAÍS. .................... 7
TABELA 2.2 - GERAÇÃO PER CAPITA. ......................................................................................................... 7
TABELA 2.3 - PROPRIEDADES FÍSICO-QUÍMICAS DE CADA UMA DAS ETAPAS. ......................... 15
TABELA 2.4 - COMPOSIÇÃO DO BIOGÁS. ................................................................................................. 17
TABELA 2.5 - COMPARATIVO ENTRE O BIOGÁS ANTES E DEPOIS DO PROCESSO DE PURIFICAÇÃO. .................................................................................................................................................. 19
TABELA 2.6 - VALORES DE K DE ACORDO COM A PRECIPITAÇÃO ANUAL. ................................ 27
TABELA 2.7 - VALORES DE L0 DE ACORDO COM A CATEGORIA DO LIXO. .................................. 27
TABELA 2.8 - VALORES DE DOC RECOMENDADOS PELO IPCC. ....................................................... 28
TABELA 2.9 - VALORES DO MCF DE ACORDO COM O TIPO DE SITIO. ........................................... 29
TABELA 2.10 - VALORES RECOMENDADOS PARA K DE ACORDO COM O CLIMA DA REGIÃO E TIPO DE LIXO. ............................................................................................................................................... 29
TABELA 3.1 - PESO ANUAL DE LIXO DEPOSITADO NO ASMOC. ....................................................... 35
TABELA 3.2 - DEPOSIÇÕES ANUAIS NO ASMOC ATÉ SUA VIDA ÚTIL. ............................................ 37
TABELA 3.3 - COMPOSIÇÃO GRAVIMÉTRICA DO LIXO DOMICILIAR E COMERCIAL DE FORTALEZA. ..................................................................................................................................................... 38
TABELA 3.4 – RESULTADOS E DADOS DO ESTUDO PILOTO DE APROVEITAMENTO ENERGÉTICO NO ASMOC. ............................................................................................................................ 40
TABELA 3.5 - VALORES DE K PARA CADA CATEGORIA DE DEGRADABILIDADE. ..................... 41
TABELA 4.1 - MASSA DE METANO GERADO PELO SOFTWARE IPCC WASTE MODEL PARA O ASMOC AO LONGO DE SUA VIDA ÚTIL. ................................................................................................... 43
TABELA 4.2 - VOLUME DE METANO GERADO NO ASMOC AO LONGO DE SUA VIDA ÚTIL. .... 43
TABELA 4.3 - POTÊNCIA GERADA A PARTIR DO METANO NO ASMOC. ........................................ 48
TABELA 4.4 - PERFIL DE APROVEITAMENTO DE ENERGIA ATRAVÉS DO METANO NO ASMOC. ............................................................................................................................................................... 49
1
INTRODUÇÃO
1.1 Considerações Gerais
O efeito estufa, e sua consequência, o aquecimento global, é um problema oriundo
essencialmente da atividade antrópica – intensa atividade industrial, desmatamento, poluição
de grandes corpos d’água e etc. Esse problema desencadeia uma série de consequências
negativas, tanto no âmbito ambiental, quanto no social e econômico. Além disso, é um
problema que alerta à população mundial sobre a realidade de que os recursos naturais não
são ilimitados e que é necessário, cada vez mais, o emprego de recursos econômicos e
humanos a fim de garantir um desenvolvimento sustentável.
A fim de cumprir os parâmetros propostos, o Protocolo de Kyoto, um acordo
internacional que estabelece uma redução de emissão de gases do efeito estufa (GEE) para os
países signatários, criou o conceito de Mecanismo de Desenvolvimento Limpo (MDL) com o
objetivo de instituir o desenvolvimento sustentável em países em desenvolvimento (que não
possuem metas de redução de emissão prevista no Protocolo) com o auxílio de investimentos
por parte de países desenvolvidos (que possuem metas de redução de emissão prevista no
Protocolo). O Protocolo de Kyoto foi um marco no desenvolvimento econômico mundial,
sendo o ponto de partida para a inserção da responsabilidade para com o meio ambiente em
todos os níveis da sociedade mundial (IPCC, 2006).
Aliada à problemática do aquecimento global tem-se a problemática dos resíduos
sólidos urbanos (RSU) – o lixo. Os resíduos urbanos exigem um tratamento especial, dado
que são prejudiciais à saúde humana e à integridade dos recursos naturais. Além disso, o lixo,
principalmente o originário de países em desenvolvimento, é composto em sua maioria por
matéria orgânica. Essa matéria orgânica pode ser degradada biologicamente, tendo como
produto final gás carbônico (CO2) e metano (CH4). Ambos se enquadram na classificação de
GEE, sendo o metano 21 vezes mais prejudicial à atmosfera terrestre do que o gás carbônico
(IPCC, 2001). O lixo é, portanto, uma séria questão ambiental, intimamente ligada ao
aquecimento global.
Daí vem a preocupação das autoridades em dar uma destinação final a esses
resíduos de maneira que seja minimizado o impacto ambiental e os problemas de saúde
pública. Tendo em vista o aumento da população urbana tanto no Brasil como no resto do
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mundo, seja por crescimento demográfico, por êxodo rural, ou por maior taxa de urbanização,
a situação dos resíduos sólidos urbanos e sua destinação final vem se tornando cada vez mais
complicada, complexa e custosa. Portanto, é de extrema importância que a destinação final
dos resíduos urbanos seja realizada da maneira mais eficiente e que torne possível uma maior
agregação de valor à prática, em todos os âmbitos (ambiental, social, econômico e político).
Assim, o que se restringia apenas a uma atividade geradora de impacto ambiental se torna
uma atividade geradora de benefícios e menos impactante.
No caso específico do lixo no Brasil, ocorre a prática da deposição de lixo a céu
aberto, os chamados “Lixões”. Trata-se da destinação mais econômica, porém incorreta sob o
aspecto ambiental, já que o lixiviado não coletado e consequentemente não tratado polui a
água subterrânea, além de não haver dispositivos de drenagem do biogás ou colocação de
material de cobertura durante a compactação. Assim, os “lixões” tornam-se pólos de
habitação, já que servem como fonte de renda para catadores de lixo, que acabam expostos a
todos os malefícios gerados pela deposição de lixo.
Outro método de destinação final bastante utilizado no país são os Aterros
Sanitários. Esse método é também de baixo custo e o impacto causado pela deposição ao
ambiente é bem menor, pois há a impermeabilização da base, coleta e tratamento do lixiviado,
drenagem do biogás oriundo das reações de degradação dos resíduos ao longo do tempo,
colocação de cobertura diária e intermediária, dispositivos de drenagem de águas pluviais que
diminuem a produção de lixiviado, dentre outros. O biogás e o chorume são os principais
produtos da operação de um Aterro Sanitário. Entretanto, pouco se tem feito em relação ao
aproveitamento desse biogás formado, o qual normalmente vem sendo lançado na atmosfera
(ACFOR, 2010).
O principal problema dos Aterros Sanitários é a necessidade da apropriação de um
grande terreno que esteja distante da ocupação humana, de fontes de água, de aeroportos (os
aterros atraem urubus) e numa posição estratégica a fim de que o vento não carregue os
resíduos gasosos até locais impróprios. Contudo, é também necessário que a localização do
aterro seja viável do ponto de vista logístico, ou seja, que o transporte dos resíduos até o local
não seja custoso.
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1.2 Justificativa
Hoje, já existem tecnologias que permitem o aproveitamento do biogás não só
para minimizar os danos causados ao meio ambiente, mas também para a geração de energia
(através do aproveitamento energético do biogás) e de fertilizantes (através do resíduo gerado
pelo processo de aproveitamento energético do biogás).
O Aterro Sanitário Oeste de Caucaia (ASMOC) foi inaugurado em 1990 e tem
vida útil prevista até o ano de 2014 – a previsão inicial era até o ano de 2005, mas rearranjos
na organização e na operação deram essa sobrevida. A cidade, portanto, enfrenta a
necessidade da construção de um novo aterro em um futuro próximo.
Desta forma, o estudo conduzido na realidade atual do ASMOC sobre sua
capacidade de geração de energia pode ser de grande valor para a sociedade e para o meio
ambiente, sendo possível a inserção dos conceitos do MDL e do aproveitamento do biogás na
concepção do projeto do próximo aterro sanitário que servirá de substituto para o ASMOC,
minimizando o impacto ambiental por ele causado e inserindo a cidade de Fortaleza no
cenário de desenvolvimento sustentável, conforme já vem sendo feito em vários aterros
sanitários do Brasil e do mundo.
1.3 Objetivos
1.3.1 Objetivo geral
O principal objetivo deste trabalho é o de estudar o potencial energético de
aproveitamento do biogás gerado no Aterro Sanitário Metropolitano Oeste de Caucaia.
1.3.2 Objetivos específicos
Para alcançar o objetivo geral, foram definidos os seguintes objetivos específicos:
• Analisar criticamente os modelos matemáticos presentes na literatura
científica;
• Analisar o potencial de geração de biogás do Aterro Sanitário Metropolitano
Oeste de Caucaia usando modelos matemáticos presentes na literatura
científica;
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• Investigar os fatores que influenciam no processo de decomposição da
matéria orgânica e consequente geração de biogás, buscando identificar
onde nos procedimentos de operação do aterro eles podem atuar;
• Fazer o levantamento de medidas com o fim de otimizar o potencial
energético do aterro.
1.4 Estrutura do Trabalho
Este trabalho está dividido em seis capítulos principais. No primeiro capítulo, está
a introdução, que apresenta a problemática por trás do tema escolhido e a justificativa de se
conduzir o estudo sobre o tema. Apresenta, também, os objetivos e a estruturação do trabalho.
No segundo capítulo, intitulado Revisão Bibliográfica, é realizada uma descrição
do cenário brasileiro dos resíduos sólidos e as mudanças na gestão destes resíduos exigidas
pela nova Política Nacional dos Resíduos Sólidos. Em seguida, descreve-se sobre a operação
de um Aterro Sanitário e o processo de biodegradação da matéria orgânica confinada em uma
célula de aterro, bem como os fatores que influenciam nesse processo. Por fim, é feita uma
análise dos modelos matemáticos presentes na literatura científica.
No terceiro capítulo é descrita a metodologia empregada na busca de se responder
o objetivo geral do trabalho. São apresentados e analisados os dados coletados necessários
para a modelagem. É apresentado, também, o software utilizado para a estimativa da curva de
geração de metano.
No quarto capítulo são apresentados os resultados obtidos, os quais são analisados
e comparados com os levantados na literatura científica.
No quinto capítulo são apresentadas as conclusões deste trabalho e as
recomendações para estudos futuros.
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2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1 Resíduos Sólidos no Brasil
Segundo o Panorama de Resíduos Sólidos do Brasil (PRSB) do ano de 2009, o
Brasil é responsável por uma produção de lixo per capita de 359,4 kg/hab/ano, numa
equivalência de 0,985 kg/hab/dia. A mesma pesquisa, que é conduzida pela Associação
Brasileira de Empresas de Limpeza Pública e Resíduos Especiais (ABRELPE, 2009), relata
que os dados referentes ao ano de 2008 mostram uma geração de lixo per capita de 337
kg/hab/ano, equivalente a 0,923 kg/hab/dia. Assim, os dados evidenciam um crescimento
anual de 6,6%. Ainda nessa pesquisa, pode-se verificar também um crescimento na
quantidade de resíduos coletados no país, de 296,4 kg/hab/ano (0,812 kg/hab/dia) para 316,7
kg/hab/ano (0,868 kg/hab/dia). Houve um crescimento de 6,8% na quantidade lixo coletado,
levemente maior frente ao crescimento da geração, como pode ser observado na Figura 2.1.
Fonte: ABRELPE, 2009 Figura 2.1 - Resultados do Panorama dos Resíduos Sólidos do Brasil de 2009 em valores per capita.
Quando avaliados os dados absolutos, de 2008 para 2009, houve um aumento de
7,7% na quantidade de lixo gerada no país, enquanto houve um aumento de 8,0% na
quantidade de lixo coletada, conforme a Figura 2.2. Segundo o Panorama, estes dados
evidenciam uma tendência de universalização dos serviços de coleta de resíduos urbanos.
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Fonte: ABRELPE, 2009 Figura 2.2 - Resultados do Panorama dos Resíduos Sólidos do Brasil de 2009.
De acordo com dados do ano de 2007 presentes no Sistema Nacional de
Informações de Saneamento (2007), mantido pela Secretaria Nacional de Saneamento
Ambiental, a média per capita da massa coletada no país é de 0,97 kg/hab/dia. Porém,
apresenta uma grande variabilidade, chegando a um valor mínimo de 0,13 kg/hab/dia e a um
valor máximo de 2,00 kg/hab/dia, fruto da disparidade social existente no Brasil. As maiores
médias são encontradas nos municípios com população maior que 250 mil habitantes, com
destaque especial a Brasília, cuja média per capita é de 1,96 kg/hab/dia.
No âmbito regional, a região Sudeste é responsável por mais da metade da massa
de resíduos coletada no país, 53%, como pode ser visto na Tabela 2.1. Em seguida, com 22%
da massa total coletada, vem a região Nordeste e a região Sul, com 11% do total global. Por
fim, está a região Centro-Sul, com 8%, e a região Norte com 6% (ABRELPE, 2009). A
liderança da região Sudeste está justificada pela alta densidade populacional e o elevado
padrão de vida, fatores que contribuem diretamente para a produção de lixo, bem como a
maior eficiência no sistema de coleta dos resíduos urbanos que, segundo a ABRELPE (2009),
95,33% do lixo gerado é coletado. A realidade da região Norte também é condizente com a
baixa densidade populacional e baixo padrão de vida.
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Tabela 2.1 - Percentagem da massa de RSU gerada por região do país.
Regiões Percentual da Massa de RSU do Brasil Norte 6%
Nordeste 22% Centro-Oeste 8%
Sudeste 53% Sul 11%
BRASIL 100% Fonte: ABRELPE, 2009.
Na Tabela 2.2, é possível observar a colaboração da região Nordeste, que é o
maior gerador de RSU per capita do Brasil (1,254 kg/hab/dia), enquanto o menor gerador é a
região Sul (0,859 kg/hab/dia). A geração da região Sudeste (1,204 kg/hab/dia) é pouco menor
que a da região Nordeste. Este fato revela que a grande produção do Sudeste é devido a sua
grande população (74 milhões de pessoas) enquanto a produção do Nordeste é devido aos
hábitos pouco sustentáveis da população. Outro fator que corrobora com essa conclusão é a
ainda baixa percentagem de cobertura do serviço de coleta de resíduos urbanos (75,37%).
Tabela 2.2 - Geração per capita.
Região População Urbana (hab)
RSU Gerado (t/dia)
Índice (kg/hab/dia)
Norte 11.482.246 12.072 1,051 Nordeste 38.024.507 47.665 1,254
Centro-Oeste 11.976.679 13.907 1,161 Sudeste 74.325.454 89.460 1,204
Sul 22.848.997 19.624 0,859
BRASIL 158.840.617 182.728 1,152 Fonte: ABRELPE, 2009
No tocante à destinação final dos resíduos no país, o PRSB de 2009 apresenta
uma realidade preocupante, pois 43% da massa total de lixo coletada no ano de 2009 no Brasil
tem destinação final inadequada (lixões ou aterros controlados), o que corresponde a 21,7
milhões de toneladas. Num comparativo com 2008, houve um pequeno avanço no quesito,
quando 21 milhões de toneladas tiveram destinação inadequada. Observa-se que esse ritmo
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vagaroso de melhora na destinação final dos resíduos brasileiros persiste ao longo dos anos.
No PRSB do ano de 2003 (o primeiro estudo conduzido pela ABRELPE), a percentagem de
destinações inadequada foi de 59,51%.
Comparando os dados fornecidos pelo Panorama para os anos de 2009 e 2008
(Figura 2.3) com os dados levantados pela Pesquisa Nacional de Saneamento Básico, do
Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE), é possível constatar um considerável
avanço. A percentagem de RSU depositado a céu aberto nos lixões reduziu de 30,5% para
19,3%. Observa-se uma constância no percentual de lixo confinado em aterros controlados
(que por mais que não sejam a solução ideal do ponto de vista ambiental oferece menor
impacto do que o lixão), um maior confinamento das massas de RSU em aterros sanitários e a
redução na destinação a lixões.
Fonte: PNSB, 2000; ABRELPE, 2009.
Figura 2.3 – Destinação final dos resíduos sólidos urbanos ao longo dos anos.
Apesar dessa evolução, quando é levantada a destinação de cada município
brasileiro, a situação ainda é preocupante. Apesar da queda acentuada no destino aos lixões,
de 63,6% em 2000 para 30,3% em 2009 (Figura 2.4), a atual percentagem ainda é alta.
Enquanto o estudo com a unidade de toneladas por ano revela o dano que o gerenciamento
9
nacional dos RSU causa ao meio ambiente, o estudo da destinação por município revela um
cenário da saúde pública dos municípios do país. Com os dados do Panorama de 2009, pode-
se afirmar que, numa estimativa otimista, 61,2% dos municípios brasileiros estão expostos às
consequências dos impactos oriundos da má gestão do lixo.
Fonte: (PNSB, 2000; ABRELPE, 2009) Figura 2.4 - Percentual de destinação final dos RSU por município por destino.
2.2 Política Nacional Dos Resíduos Sólidos
A Política Nacional dos Resíduos Sólidos (PNRS) (Lei Nº 12.305) foi aprovada
no dia 02 de Agosto de 2010 depois de um longo período de 19 anos tramitando pelas esferas
do poder executivo. Com o objetivo de dar escopo às medidas que visam estabelecer a
consciência ambiental no Brasil, a lei é o primeiro marco regulatório na gestão nacional dos
resíduos sólidos.
A PNRS procura instituir o conceito de responsabilidade compartilhada sob o
ciclo de vida dos produtos (período de tempo que vai desde a concepção do produto até o
destino final após o seu uso). A responsabilidade compartilhada significa que produtores,
revendedores, consumidores e governo devem participar do gerenciamento do lixo, buscando
o desenvolvimento sustentável através da promoção da visão sistêmica e da instituição de
ações de acordo com a ordem de prioridade: não geração, redução na geração, reutilização,
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reciclagem, tratamento e destino final. Institui, também, os conceitos de “protetor-recebedor”
e “poluidor-pagador” aplicáveis a empresas e cidadãos, numa clara intenção de premiar
atitudes sustentáveis e punir os danos causados por atitudes que agridam o meio ambiente.
Nesse ponto, estão previstos, dentre outras medidas, incentivos às empresas que investem em
pesquisas para tornarem seus produtos ecologicamente corretos. Além disso, estão previstas
medidas para punir os danos causados.
Há a diferenciação entre resíduo e rejeito, sendo o primeiro o material produzido
pelo consumo humano que oferece potencial para o reaproveitamento e reciclagem, enquanto
o segundo não oferece nenhum potencial e deve seguir para centrais de tratamento ou para a
disposição final em aterros sanitários.
No campo das obrigações, produtores, consumidores e revendedores deverão fazer
parte do sistema de logística reversa dos produtos, que consiste no transporte dos resíduos do
consumo humano de volta para os produtores, por intermédio ou não dos revendedores, para
que possam ser reutilizados ou reciclados. No processo, consumidores são responsáveis pelo
acondicionamento temporário dos resíduos e por disponibilizar esses resíduos em ponto de
coletas mantidos por revendedores. Dos pontos de coleta, fica sob responsabilidade da
empresa produtora o transporte até as instalações destinadas ao reaproveitamento e à
reutilização. Inicialmente, pneus, agrotóxicos, lâmpadas, baterias, pilhas, eletrônicos e óleos
lubrificantes são definidos com resíduos reversos, ou seja, que estão sujeitos ao regime de
logística reversa, um processo pelo qual os produtos, depois de consumidos, retornam aos
produtores para que sejam reaproveitados.
A lei prevê, mediante negociação com os produtores, a adição de novos produtos à
lista. No âmbito da gestão pública, obriga os municípios desenvolverem o Plano de
Gerenciamento Integrado dos Resíduos Sólidos (PGIRS), que estabelecerá as diretrizes para a
gestão dos resíduos. A lei permite que o PGIRS possa ser elaborado em nível estadual,
intermunicipal, microrregional e regiões metropolitanas.
2.3 Aterro Sanitário
O aterro sanitário é um grande terreno aberto e isolado de cidades onde são
escavadas células (ou trincheiras) para que se possam aterrar os resíduos sólidos. Com a
11
finalidade de maximizar a capacidade de recebimento de resíduos, antes do aterramento, é
realizada a compactação da massa deposta e, para que se minimize o impacto ambiental, das
camadas de cobertura.
A definição oficial, encontrada na NBR 8419 da ABNT, diz que aterro sanitário é:
“uma técnica de disposição de resíduos sólidos urbanos sem causar danos à saúde pública e à
segurança, minimizando os impactos ambientais. Este método utiliza princípios de engenharia
para confinar os resíduos sólidos à menor área possível e reduzi-los ao menor volume
permissível, cobrindo-os com uma camada de terra na conclusão de cada jornada de trabalho,
ou a intervalos menores, se for necessário” (ABNT, 2010).
Em comparação aos lixões, onde os resíduos são simplesmente dispostos a céu
aberto, os aterros exigem maiores áreas e têm um custo operacional bem mais elevado.
Entretanto, quando se estende à análise ao custo ambiental, os aterros são consideravelmente
menos agressivos ao meio ambiente – por haver a cobertura dos resíduos, limita-se a atividade
dos catadores, de urubus, de vetores de doenças e do lixiviado (líquido produzido pelo
carregamento de material dos resíduos através da água da chuva), apesar de ainda haver risco
de poluição de águas subterrâneas.
Há, também, a distinção entre aterro sanitário e aterro controlado. O aterro
sanitário oferece tratamento aos efluentes líquidos e gasosos, bem como um maior controle
dos procedimentos operacionais, enquanto o aterro controlado não, havendo apenas a
cobertura do lixo.
No caso particular do ASMOC, aterro sanitário que é abordado neste estudo, há
um sistema de drenagem tanto para o biogás (efluente gasoso), como para o chorume
(efluente líquido). Na base do aterro, são escavadas valas estreitas e preenchidas com brita
que cortam toda a área da célula. A vala, chamada de “espinha de peixe”, é composta por um
trecho principal, que corta uma maior área da trincheira, de onde partem outros trechos
menores a fim de aumentar a superfície de drenagem. A “espinha de peixe” é construída com
um desnível, partindo de um ponto de captação do chorume, que leva o efluente até a rede de
drenagem e sistemas de bombeamento, que direcionam o líquido até as lagoas de tratamento.
12
Atreladas ao sistema de drenagem de efluente líquido, estão as tubulações
verticais de drenagem de efluentes gasosos. Essas tubulações são manilhas de concreto
perfuradas e revestidas externamente e internamente por pedras de mão (para que não
aconteça a obstrução da tubulação) que vão do fundo da trincheira até a superfície. O biogás é
composto principalmente por metano, um gás inflamável e cujo calor específico é 21 vezes o
do gás carbônico. Assim, no topo dos drenos de gases, há a queima do biogás, responsável
pela conversão do metano em gás carbônico, com o objetivo de minimizar os danos causados
ao meio ambiente. A alternativa para a queima do gás é a captação e condução para uma
estação de queima (um “flare”), que possibilita a obtenção de créditos de carbono (para cada
tonelada de metano convertido em gás carbônico, geram-se 20 créditos de carbono) ou a
geração de energia. Os créditos de carbono são commodities que são comercializadas no
mercado de carbono. Uma empresa, ao comprar um crédito de carbono, recebe o direito de
lançar uma tonelada de gás carbônico na atmosfera.
2.4 Geração de Biogás no Aterro Sanitário
No aterro sanitário, as condições de confinamento atribuem ao processo de
decomposição da matéria orgânica presente nos RSU características específicas. A
compactação da camada de lixo e a camada de solo de cobertura limitam a quantidade de
oxigênio disponível para as reações de biodegradação aeróbias, sendo assim um processo
composto principalmente por reações anaeróbias. As reações aeróbias têm o gás carbônico
como produto final da biodegradação do lixo enquanto que o biogás é produto das reações
anaeróbias. A composição do biogás depende da composição dos resíduos. O metano
normalmente está por volta de 55% da composição do biogás, sendo o restante CO2 (> 35%),
gás sulfídrico, mercaptanas, hidrogênio, entre outros.
O processo de decomposição da matéria orgânica é composto por fases, apesar de
ser consenso entre estudiosos que não há, dentro de um aterro sanitário, uma ordem
sequencial ou cronológica entre elas (ALVES, 2008). As fases, portanto, ocorrem de forma
simultânea ao longo do volume da célula do aterro e suas durações e concentração de
produtos dependem das características físicas, químicas e biológicas dos resíduos e do aterro.
Num funcionamento semelhante ao de um reator biológico onde as principais entradas são a
água e a massa de lixo e as principais saídas são os subprodutos (BORBA, 2006), ocorre a
13
decomposição em dois processos, inicialmente o aeróbio e por fim o anaeróbio (responsável
pela geração do metano, que confere o potencial energético ao biogás).
Segundo Borba (2006), a fonte de bactérias que atua nesses processos é,
primeiramente, a massa de solo utilizada para a cobertura diária e final das camadas de lixo.
As bactérias expostas a um ambiente rico em fonte de alimento passam a se multiplicar por
todo o volume de lixo de acordo com as condições ambientais. Outras fontes que podem ser
empregadas e que aceleram toda a reação global são o lodo das lagoas de estabilização e a
recirculação de chorume.
O processo aeróbio inicia-se desde a geração do resíduo e vai até o momento em
que a massa perde o contato com o O2 (gás oxigênio). Sem as concentrações necessárias de
oxigênio, inicia-se a decomposição anaeróbia. Segundo Lobo (2003), o processo anaeróbio é
composto por um encadeamento de reações, começando pela hidrólise da matéria orgânica
complexa em cadeias carbônicas mais simples (proteínas, carboidratos e lipídios). A
continuação das reações de hidrólise nas cadeias carbônicas mais simples gera açúcares,
aminoácidos, ácidos graxos voláteis de alto peso molecular e alcoóis. Então, há uma
ramificação no processo: os aminoácidos e açúcares são quebrados em ácidos voláteis ou
ácido acético (de onde vem a amônia do biogás), já os ácidos graxos e alcoóis são
transformados em produtos intermediários e hidrogênio. Por fim, as reações de metanogênese
acetoclásticas e metanogênese redutiva formam os volumes finais de CH4 e CO2.
Conforme pode-se encontrar em Tchobanoglous et al. (1994), são cinco as fases
da decomposição da matéria orgânica:
Fase I – Ajuste final: Dá-se com o consumo do oxigênio confinado na massa de
lixo pelas camadas de solo por fungos e bactérias, predominantemente. É uma fase rápida,
durando alguns dias, já que a quantidade de oxigênio disponível na célula é bastante limitada
pela estrutura da mesma e pelos processos de compactação. A atuação dos microrganismos
nessa fase leva à produção de água e gás carbônico, causando a redução da taxa de oxigênio e
elevação da temperatura.
Fase II - Transição: Há, nessa fase, o começo da predominância das condições
anaeróbias. A atuação dos organismos facultativos eleva as concentrações de gás hidrogênio e
14
gás carbônico. Há uma elevação dos níveis de nitrogênio e de sulfuro de hidrogênio (H2S)
devido às reações de conversão biológica e, também, redução no pH do chorume pela
formação de ácidos orgânicos e aumento na concentração de CO2. Observa-se nessa fase a
queda do potencial de oxidação e a redução do resíduo, o que faz com que os microrganismos
responsáveis pela conversão da matéria orgânica em gás carbônico e metano iniciem suas
atividades.
Fase III – Ácida: É a primeira fase puramente anaeróbia e é a que antecede a
produção de metano. Com as reações dos microrganismos anaeróbios e facultativos, a matéria
orgânica é transformada em ácidos orgânicos por reações de acidogênese, bem como o gás
carbônico (principal subproduto gasoso da fase III) e hidrogênio (em pequenas quantidades).
O pH do chorume nessa fase reduz bastante, graças aos ácidos e ao CO2. A solubilização dos
ácidos orgânicos aumenta os valores de DBO (demanda biológica de oxigênio) e DQO
(demanda química de oxigênio).
Fase IV – Metanogênica: Fase em que há a predominância de microrganismos
estritamente anaeróbios, os metanogênicos, que fazem a a conversão do ácido acético em CH4
e CO2. A conversão aumenta o valor do pH a níveis acima da neutralidade, num patamar
levemente alcalino, apesar de ocorrer em paralelo, ainda, a formação de ácido. Em seguida,
aumentará ainda mais o pH e reduzirão os valores de DBO e DQO.
Fase V – Maturação: Fase em que a maior parte da matéria orgânica já foi
convertida finalmente em CO2 e CH4 na fase IV. A taxa de geração de gás reduz
consideravelmente, pois grande parte dos insumos das reações já foi consumida.
Lima (2003) apud Alves (2008) resumiu as propriedades físico-químicas de cada
uma das etapas, conforme pode ser visto na Tabela 5.1.
15
Tabela 2.3 - Propriedades físico-químicas de cada uma das etapas.
Etapa Temperatura (0C) pH Potencial redox
(mV)
I 40 a 45 7,0 a 8,0 +100 a -100 II 37 a 40 4,2 a 6,5 -100 a -250 III 37 6,8 a 7,2 -250 a -350 IV Ambiente 7,0 a 7,6 -350 a -600
Fonte: Lima, 2003 apud Alves, 2008.
Na Figura 2.5, pode-se observar a evolução das concentrações dos gases
confinados em meio à massa de lixo ao longo de cada uma das fases de decomposição da
matéria orgânica. Na Figura 2.6, apresentam-se de maneira resumida o processo de
degradação da matéria orgânica, evidenciando os tipos de reações químicas envolvidas em
cada passo e seus produtos, além de uma estimativa de suas concentrações no processo global.
16
Fonte: (Tchobanoglous et al., 1994).
Figura 2.5 - Variação da concentração dos gases no processo de decomposição da matéria orgânica.
Fonte: (Lobo, 2003, apud Borba, 2006).
Figura 2.6 - Esquema de reações de digestão anaeróbia.
17
2.5 Composição do Biogás
O biogás é uma mistura gasosa cujos componentes são tanto dos gases
provenientes da atmosfera que são confinados no aterro, das reações de decomposição da
matéria presente no lixo e das transferências gasosas através das camadas de confinamento.
Os principais gases presentes no biogás são o metano e o gás carbônico. Amônia (NH3),
hidrogênio (H2), gás sulfídrico (H2S), nitrogênio (N2) e oxigênio (O2) são outros gases que
compõem o biogás. Sua composição final depende do quão antigo é o acondicionamento
(TCHOBANOGLOUS et al., 1994) vários fatores, que serão especificados mais adiante.
De acordo com Tchobanoglous et al. (1994), a percentagem de metano pode
variar de 45 a 60% e a de gás carbônico varia de 40 a 60%, refletindo a predominância desses
dois gases na composição. A percentagem dos gases nitrogênio e oxigênio varia entre 2 e 5%
e 0,1 a 1%, respectivamente. Na Tabela 2.3, estão apresentados os valores propostos por
Tchobanoglus et al. (1994).
Tabela 2.4 - Composição do Biogás.
COMPOSIÇÃO PORCENTAGEM (BASE
SECA)
Metano 45-60% Dióxido de Carbono 40-60%
Nitrogênio 2-5% Oxigênio 0,1-1,0%
Enxofre, Mercaptanos, etc. 0-1,0% Amônia 0,1-1,0%
Hidrogênio 0-0,2% Monóxido de Carbono 0-0,2%
Gases em menor concentração 0,01-0,06% Fonte: TCHOBANOGLOUS et at., 1994
O potencial energético do biogás está ligado à percentagem de metano presente
em sua composição. Segundo Moletta (2008) apud Lauger (2009), o potencial energético
médio de 1 metro cúbico de metano é comparável a 1,15 litros de gasolina. Na Figura 2.7, é
possível observar a comparação de outros combustíveis em relação ao metano.
18
Fonte: LAUGER, 2009. Figura 2.7 - Comparativo do potencial energético do metano com outros combustíveis
2.6 Purificação do Biogás
São vários os fatores que tornam necessária a purificação do biogás. Em primeiro
lugar, muitos gases dessa mistura gasosa, assim como o dióxido de carbono, não oferecem
potencial energético. Além disso, o sistema de captação capta o biogás juntamente com vapor
de água. Há também a necessidade de se remover alguns gases que são tóxicos. Portanto, o
rendimento de um sistema de aproveitamento de energia com o biogás é dependente do seu
processo de purificação (LAUGER, 2009).
Segundo Moletta (2008), a purificação do biogás consiste, principalmente, na
remoção do gás carbônico e do hidrogênio sulfurado, também conhecido como gás sulfídrico
(H2S), já que o vapor de água tende a se condensar nas tubulações devido à redução na
temperatura ao sair da célula.
Moletta (2008) apud Lauger (2009), para a remoção de ambos os gases, propõe:
• Lavagem com água: aproveita a altíssima solubilidade do gás carbônico em
relação ao metano e também remove o hidrogênio sulfurado. Utiliza, porém,
grandes quantidades de água.
• Lavagem com polietileno glicol: bastante utilizada nos Estados Unidos,
utiliza o mesmo princípio da lavagem com água, entretanto, é mais
eficiente, pois a solubilidade do CO2 e do H2S no solvente em questão é
19
bem maior. Não consome grandes quantidades de água, mas exige a
renovação do polietileno glicol.
• Peneira molecular de carbono: utiliza a diferença da adsorção (interação
sólido-líquido) entre o metano e o gás carbônico, cabendo à remoção do
hidrogênio sulfuroso a um sistema de filtragem com carvão ativado
impregnado.
O gás sulfídrico, além de trazer um odor bastante incômodo, é altamente tóxico e
inflamável, oferecendo perigo à saúde humana, portanto, sua remoção deve ser bastante
rigorosa. Para isso, a remoção pode se dar com a exposição a limalha de ferro ou soluções de
ferro, formando, assim, o sulfeto de ferro – um sólido insolúvel –, ou então através de
biofiltros contendo bactérias sulfo-oxidantes – capazes de catalisar o H2S em enxofre na
presença de oxigênio e ferro (BAYARD et al., 2007, apud LAUGER, 2009).
Em Lauger (2009), pode-se observar um comparativo entre o poder calorífico
inferior (PCI), ou seja, a energia liberada na forma de calor, e a composição do biogás antes e
depois dos processos de purificação.
Tabela 2.5 - Comparativo entre o biogás antes e depois do processo de purificação.
Tipo de biogás Biogás bruto seco Biogás combustível seco
PCI (kWh/Nm3) 5,7 9,7
Composição em % do volume
CH4 57 97,3
H2S 0,4 -
CO2 42,2 1,7
N2 0,4 1
Massa volumétrica 1,2 0,73 Fonte: (LAUGER, 2009).
2.7 Fatores que Influenciam a Composição do Biogás
2.7.1 Composição Gravimétrica
A composição gravimétrica consiste na caracterização da massa de lixo de acordo
com o tipo de material encontrado e a determinação das percentagens de cada um desses
materiais. É determinada a partir de coleta de amostras no próprio aterro ou durante a
operação da coleta de lixo, a separação e, por fim, a pesagem de cada um dos materiais.
20
Tendo em vista que os gases predominantes, o metano e o gás carbônico, são
produzidos pelas principais reações de decomposição da matéria orgânica, quanto maior for a
percentagem de matéria orgânica disponível na massa de lixo, maiores serão os teores desses
gases no biogás.
2.7.2 Granulometria da Massa de Lixo
A superfície específica, que é a relação entre a área de superfície e o volume, é um
fator que influencia na velocidade das reações, pois uma partícula que possui maior superfície
específica tem sua massa mais exposta aos agentes transformadores. Assim, quanto menor
forem as partes da massa de lixo, mais rápida será o processo de decomposição da matéria
orgânica.
O tratamento prévio da trituração do lixo oferece, portanto, além do benefício da
redução do volume final, a vantagem de acelerar a estabilização dos resíduos acondicionados.
2.7.3 Teor de Umidade
A água presente no interior da célula do aterro é proveniente de diferentes fatores:
primeiramente, e principalmente, da umidade original do resíduo, da taxa de infiltração
através das camadas de solo de cobertura, impermeabilização do solo de fundo, da
pluviosidade da região e da realização de recirculação de chorume.
A saturação acelera as reações de decomposição realizadas pela colônia de
bactérias, chegando ao ponto de maximização da atividade dos microrganismos para valores
de umidade variando de 50 a 60% (U.S. Army Corps of Engineers, 1995, apud Borba, 2006).
Em estudos realizados no aterro da Muribeca-PE, foram observadas altas atividades
bacterianas em níveis de 20 a 40% de umidade (Maciel, 2003 apud Borba, 2006).
2.7.4 Potencial Hidrogeniônico
O potencial hidrogeniônico (pH) é um dos fatores que influencia a atividade
metabólica dos microorganismos. Um valor de pH fora dos limites de tolerância dos
organismos desativa o funcionamento das enzimas celulares. Assim, na faixa de 6,3 a 7,8,
observa-se uma maior eficiência da fase metanogênica (Melo, 2003 apud Alves, 2008).
21
2.7.5 Idade do Lixo
Os diferentes materiais que compõem a massa de RSU que ingressa em um aterro
têm suas próprias características de biodegradabilidade. Segundo o IPCC (2006), a matéria
orgânica proveniente de restos de alimentos são biodegradados mais rapidamente do que a
presente em restos de madeira. Isso significa que, no momento em que duas massas iguais de
restos de alimento e madeira são expostas às condições de uma célula de aterro, num primeiro
momento os restos de alimento oferecem um maior potencial de geração de metano do que a
massa de madeira.
Com o tempo, a geração de metano proveniente da massa de restos de alimento
tende a decair, enquanto o de madeira mantém-se em níveis comparáveis ao inicial. Assim,
pode-se afirmar que com uma certa idade, o potencial de geração da madeira é maior do que a
dos restos de alimento.
Borba (2006) corrobora com o expresso, afirmando que os resíduos são afetados
pelo processo de decomposição de acordo com a fase da biodegradação em que eles se
encontram.
2.7.6 Nível de Compactação da Massa de Lixo e do Solo de Cobertura
A presença de oxigênio na célula do aterro, originada do confinamento do
oxigênio atmosférico em meio à massa de lixo e à camada de solo de cobertura, desencadeia
as reações aeróbias. Logo, o processo de compactação dos resíduos sólidos situados na célula
do aterro e das camadas de solo reduz os espaços vazios onde o oxigênio se armazenaria.
O oxigênio é responsável diretamente por parte da formação do gás carbônico.
Portanto, a restrição dos níveis desse gás maximiza o teor de metano presente no biogás. Por
essa razão, os aterros sanitários que utilizam de equipamentos para o aproveitamento de
energia e geração de créditos de carbono desenvolvem procedimentos para garantir a
compacidade da massa final e da cobertura.
22
2.7.7 População de Microrganismos
A relação entre a população de microorganismos e a geração de metano é
evidente. São os microorganismos os responsáveis pelos processos de biodegradação,
portanto, uma maior população de seres anaeróbios metanogênicos fará com que a
metanogênese se dê mais eficientemente e mais rapidamente.
Esse fato foi confirmado por Alves (2008). Em seu trabalho, foram realizados
ensaios com biorreatores de bancada utilizando amostras de lixo de várias idades preparadas
com e sem amostras de chorume. Os resultados das amostras preparadas com chorume
apresentaram potencial de geração de metano superior ao das amostras preparadas sem
chorume. O chorume tem em sua composição uma grande quantidade de matéria orgânica e
organismos metanogênicos, o que explica estes resultados.
2.8 Modelos Matemáticos
Segundo Maciel (2003), há uma predominância na utilização de quatro tipos de
modelagens matemáticas para a estimativa da geração de biogás ao longo do tempo em
aterros sanitários:
• Modelo de Ordem Zero: assume que a produção do gás é “constante” ao
longo do tempo. Maciel (2003) afirma que apesar dessa enorme
simplificação, esse tipo de modelo é utilizado para a estimativa de emissões
de gases em aterros sanitários numa escala nacional e global;
• Modelo de Primeira Ordem: modelo que incorpora o efeito do tempo de
degradação dos resíduos, descrevendo um inicial crescimento da taxa de
produção dos gases e um posterior decaimento exponencial (Figura 2.8);
23
Fonte: ENSINAS, 2003
Figura 2.8 - Curva de geração de metano típica do modelo de primeira ordem.
• Modelo Multi-fase: distingue as frações dos resíduos urbanos de acordo
com aspectos relacionados à biodegradabilidade (facilmente,
moderadamente e dificilmente degradável), gerando a curva produção de
metano a partir da superposição dos resultados das fases rapidamente
degradadas e das fases lentamente degradadas, conforme pode ser
observado na Figura 2.9;
24
Fonte: Adaptado de TCHOBANOGLOUS et al., 1993 apud FIRMO, 2006.
Figura 2.9 - Representação da curva de produção de metano pelo modelo multi-fase.
• Modelo de Segunda Ordem: modelo bastante complexo que utiliza em sua
formulação variáveis químicas e biológicas.
Um estudo conduzido por Coops et al. (1995), apud Maciel (2003), pôs a prova os
valores obtidos por esses quatro modelos matemáticos. Com dados obtidos em 8 aterros
sanitários holandeses, foi capaz de calcular as diferenças entre os valores previstos e as
medições realizadas in situ. Assim, concluiu-se que o modelo de decaimento de ordem zero é
o menos preciso de todos, resultando num erro médio de 44%. O modelo de primeira ordem
fornece um erro médio de 22%, enquanto o modelo multi-fase, que revelou ser o mais preciso,
apresenta erro médio de 18%. O modelo de segunda ordem, apesar de sua aparente
complexidade, oferece um resultado semelhante ao modelo de primeira ordem.
Dentre os modelos de primeira ordem, estão os métodos do Banco Mundial,
Agência de Proteção Ambiental dos Estados Unidos (USEPA) e do IPCC. Segundo Borba
(2006), os modelos citados possuem em comum os seguintes parâmetros de entrada:
25
• Massa de resíduos que ingressa ao aterro anualmente;
• Tempo de atividade do aterro e/ou após o fechamento;
• Taxa de geração de metano (parâmetro “k”);
• Potencial de geração de metano (parâmetro “L0”).
Borba (2006) afirma que o potencial de geração de metano está diretamente ligado
à quantidade de celulose encontrada na massa de resíduos urbanos, ou seja, quanto maior o
teor de celulose, maior o valor de L0, podendo ele variar de 5 a 310 m3 CH4 / t resíduo. Sobre
a taxa de geração de metano, afirma que o parâmetro é função da umidade do resíduo, tipo de
resíduo, disponibilidade de nutrientes para o processo anaeróbio, pH e temperatura.
O método proposto pela USEPA (Landfill Air Emissions Estimation Model) foi
apresentado, primeiramente, na seção 2.4 do documento AP-42: Compilations of Air Pollutant
Emission Factors. Possui duas formulações distintas: uma para sistemas de disposição sem
controle e outra para sistemas controlados. Como o ASMOC não possui sistema de captação
de gases, portanto, não se enquadra no modelo de sistema controlado, é apresentado, apenas, o
modelo sem controle (Equação 1):
)(04tkck
CH eeRLQ ⋅−⋅−
−××= (1)
Onde:
QCH4 = Metano gerado no ano t, (m³/ano);
L0 = Potencial de geração de metano por tonelada de resíduo depositado
(m³ CH4 / t resíduo);
R = Média anual de entrada de lixo no vazadouro (t/ano);
k = taxa de geração de metano (ano-1);
c = anos desde o fechamento c = 0 para os ativos (ano);
t = anos desde o inicio da atividade (ano).
Importante salientar que a Equação (1) estima a quantidade de metano gerada pela
massa de resíduos urbanos, e não o emitido. Isso se dá por que a emissão atmosférica não é o
26
único destino final do metano gerado, podendo ele ser degradado por microrganismos ainda
dentro das células em camadas mais superficiais.
Em USEPA (1998), encontra-se a recomendação de se utilizar como valor padrão
para potencial de geração de metano igual a 100 m3 CH4 / t resíduos e para a taxa de geração
de metano o valor de 0,02 ano-1 em localidades com pluviosidade anual menor que 635 mm e
o valor de 0,04 ano-1 em localidades com pluviosidade anual maior que 635 mm. Esses
valores foram obtidos a partir do ajuste do método em 21 diferentes aterros sanitários.
Este modelo faz parte da base de cálculo do programa Landfill Gas Emission
Model (LandGEM), desenvolvido pela própria USEPA.
O modelo proposto pelo Banco Mundial, o Modelo Scholl Canyon, segundo
Borba (2006), foi apresentado no Manual para a Preparação de Gás de Aterro Sanitário para
Projetos de Energia na América Latina e Caribe (2003) e é o modelo mais comumente
aplicado nas Américas do Sul e do Norte. A equação é semelhante ao modelo proposto pela
USEPA, como pode ser observado na Equação (2):
itk
iiCH emLkQ⋅−
×××= 0)4( (2)
Onde:
Q(CH4)i = Metano produzido no ano i a partir da seção i do resíduo (m³/ano);
k = Taxa da geração de metano (anos-1);
L0 = Potencial da geração de metano (m³ CH4 / t resíduo);
mi = Massa de resíduo despejada no ano i (t/ano);
ti = Anos após o fechamento.
Para a Equação 2, os valores de L0 variam de 125 a 300 m³ CH4 / t resíduo,
dependendo das características de biodegradabilidade dos resíduos. Os valores de k variam
entre 0,01 até 0,09 anos-1. Nas Tabelas 2.5 e 2.6 estão apresentados os valores para L0 e k
conforme recomendado pelo modelo.
27
Tabela 2.6 - Valores de k de acordo com a precipitação anual.
Precipitação Anual Campo de Valores de k
Relativamente Inerte
Moderadamente Degradável
Altamente Degradável
< 250 mm 0,01 0,02 0,03 > 250 e < 500 mm 0,01 0,03 0,05
> 500 e < 1000 mm 0,02 0,05 0,08 > 1000 mm 0,02 0,06 0,09
Fonte: BORBA, 2006
Tabela 2.7 - Valores de L0 de acordo com a categoria do lixo.
Categorização do Lixo Valor Mínimo para Lo Valor Máximo para Lo Lixo Relativamente Inerte 5 25
Lixo Moderadamente Degradável 140 200
Lixo Altamente Degradável 225 300 Fonte: BORBA, 2006
Outra modelagem matemática de primeira ordem relevante é o modelo do IPCC.
Conforme expresso em IPCC (2006), os primeiros dois modelos propostos pelo IPCC, em
1996, foram baseados um na metodologia de ordem zero e outro na de primeira ordem. Na
última publicação, em 2006, o modelo de ordem zero foi “fortemente desaconselhado”, pois
seus resultados não são tão precisos quanto os obtidos pelo modelo de primeira ordem,
evidenciando, mais uma vez, que os modelos de primeira ordem oferecem uma estimativa
mais real, sendo mais adequados para os estudos. As Equações (3), (4), (5) e (6) são referentes
à modelagem proposta pelo IPCC.
12/16)()(4 ××= FdecompDDOCmgeradoCH TT (3)
)1()( 1k
TT eDDOCmadecompDDOCm −
−−= (4)
)( 1k
TTT eDDOCmaDDOCmdDDOCma −
−×+= (5)
TfTTT MCFDOCDOCWDDOCmd ×××= (6)
onde:
DDOCmd = Massa de carbono orgânico degradável depositada no ano T (Gg);
W = Massa de resíduos depositada no aterro no ano T (Gg);
28
DOC = Fração de carbono orgânico degradável no ano T (Gg C/Gg lixo);
DOCf = Fração do DOC que pode ser decomposta;
MCF = Fator de correção de metano para o ano de deposição;
DDOCmaT = DDOCm acumulado no aterro no ano T (Gg);
DDOCmaT-1 = DDOCm acumulado no ano T-1 (Gg);
DDOCmdT = DDOCm depositado no aterro no ano T (Gg);
DDOCm(decomp)T = DDOCm decomposto no aterro no ano T (Gg);
k = Constante de geração de metano, k = ln(2)/t1/2 (ano-1);
t1/2 = Meia vida do resíduo (ano);
CH4(gerado)T = Metano gerado a partir do material decomposto no ano T (Gg);
F = Fração de CH4, em volume, no biogás;
16/12 = Razão de peso molecular Metano/Carbono.
A fração de carbono orgânico degradável (DOC) é obtida a partir de uma média
realizada com as frações da composição dos resíduos urbanos depositados no aterro
ponderadas por suas respectivas frações de DOC. A Tabela 2.7 expressa os valores
recomendados pelo IPCC.
Tabela 2.8 - Valores de DOC recomendados pelo IPCC.
COMPONENTE PORCENTAGEM DE DOC EM MASSA A. PAPEL, PAPELÃO E TECIDOS 40
B. RESÍDUOS DE PARQUES E JARDINS 17
C. RESTOS DE ALIMENTOS 15 D. MADEIRA 30
Fonte: BORBA, 2006
A fração de carbono orgânico degradável a ser decomposto (DOCf) corresponde
àquela fração do carbono que pode ser degradada mas não o foi totalmente devido as
condições internas do aterro. O IPCC recomenda o valor padrão de 50%.
O fator de correção de metano é um fator de correção que expressa a influência
das características da infra-estrutura do aterro (ou qualquer outro sitio de destinação final de
resíduos urbanos) e de sua operação no processo de degradação do DOC. Os valores default
propostos pelo modelo estão relacionados com o tipo de sitio e estão retratados na Tabela 2.9.
29
Tabela 2.9 - Valores do MCF de acordo com o tipo de sitio.
Tipo de Deposição MCF (valores padrão)
Controlado - Anaeróbio 1,00
Controlado - Semi-anaeróbio 0,50
Não Controlado - Fundo (>5m de lixo) 0,80
Não Controlado - Fundo (<5m de lixo) 0,40
Aterro não categorizado 0,60
Fonte: IPCC, 2006
A constante de geração de metano (k) tem a mesma função dos valores
homônimos empregados nas outras modelagens já comentadas. O IPCC recomenda, quando
não houver caracterização experimental do parâmetro, a utilização de acordo com a Tabela
2.10.
Tabela 2.10 - Valores recomendados para k de acordo com o clima da região e tipo de lixo.
Tipo de Lixo
Zona Climática
Boreal e Temperado (TAM<20ºC) Tropical (TAM>20ºC)
Seco (PAM/PE<1) Úmido (MAP/PE>1) Seco (PAM/PE<1) Úmido (MAP/PE>1)
Padrão Variação Padrão Variação Padrão Variação Padrão Variação
Lixo degradado lentamente
Papel e tecido 0,04 0,03 -
0,05 0,06
0,05 -
0,07 0,045
0,04 -
0,06 0,07
0,06 -
0,085
Madeira e palha 0,02
0,01 -
0,03 0,03
0,02 -
0,04 0,025
0,02 -
0,04 0,035
0,03 -
0,05
Lixo degradado
moderadamente
Material orgânico
putrescível (jardinagem)
0,05 0,04 -
0,06 0,1 0,06 - 0,1 0,065
0,05 -
0,08 0,17 0,15 - 0,2
Lixo degradado
rapidamente
Comida e resíduos de
esgoto 0,06
0,05 -
0,08 0,185 0,1 - 0,2 0,085 0,07 - 0,1 0,4 0,17 - 0,7
Móveis, caixas, colchões, eletrodomésticos, etc. 0,05
0,04 -
0,06 0,09 0,08 - 0,1 0,065
0,05 -
0,08 0,17 0,15 - 0,2
Fonte: IPCC, 2006
O IPCC disponibiliza uma planilha de cálculo para a determinação dos parâmetros
utilizados na modelagem e para o cálculo das curvas de geração e emissão de metano
estimada (IPCC Waste Model).
Esse modelo foi utilizado no Primeiro Inventário de Emissões Antrópicas de
Gases de Efeito Estufa, realizado pela CETESB em 2006. Segundo Jucá et al (2009), o
modelo do IPCC é utilizado no âmbito do MDL em projetos de redução de emissão de GEE.
30
2.8.1 Cenário Atual
Com o cenário atual de surgimento da consciência ambiental e do mercado do
carbono, os estudos realizados para avaliar a viabilidade técnica e econômica de MDL são
bastante numerosos. Esses trabalhos são, em maioria, teses de mestrado e doutorado e
dispõem de descrições didáticas dos modelos matemáticos utilizados para a estimativa das
emissões de metano em aterros sanitários. Inclusive, há dentre a literatura científica trabalhos
cujo propósito é semelhante a esse, entretanto, com uma disponibilidade maior de recursos
para a realização de ensaios em campo. Assim, fica evidente que sem a realização de ensaios
in situ a representatividade dos resultados obtidos é restrita.
Dentre eles está o trabalho de Borba (2006), que faz um estudo do potencial
energético do aterro sanitário da cidade de Nova Iguaçu, localizado na Baixada Fluminense
do estado do Rio de Janeiro. Utilizando os modelos de emissão de metano da USEPA, Banco
Mundial, IPCC e com ênfase no programa desenvolvido pela Universidade de Cantabria
“Moduelo 2”, Borba (2006) determinou a curva anual de emissão metano para o aterro.
Esse último, Moduelo 2, é um programa de simulação dinâmica que, a partir de
dados meteorológicos, topográfico, da caracterização dos resíduos, do método de exploração
do aterro, permite elaborar um modelo gráfico tridimensional que esquematiza toda a área do
aterro, sendo possível, assim, estimar todo o balanço hídrico e o volume de poluentes (biogás
e lixiviado).
Não enfrentando dificuldades para obtenção de dados sobre os resíduos sólidos
depositados no aterro (peso anual, composição gravimétrica, lixiviado e etc), para o estudo de
Borba (2006) foram realizados ensaios de caracterização e determinação da permeabilidade
horizontal e vertical dos solos de cobertura, determinação da capacidade de campo, de
permeabilidade dos resíduos obtidos e determinação da composição qualitativa dos gases
emitidos pelos drenos verticais de gás. Com exceção do último, os ensaios foram realizados
com a finalidade de alimentar a simulação dinâmica do Moduelo 2. Uma das vantagens desse
modelo é a estimativa de metano proveniente não só da degradação do lixo como também do
chorume.
31
Ensinas (2003) estudou o Aterro Sanitário Delta A de Campinas, no estado de São
Paulo. Entretanto, em comparação com Borba (2006), a investigação acerca do biogás não
ficou restrita apenas num ensaio de composição, mas também a medição in situ da vazão de
biogás no dreno vertical e do vazamento de gás através da superfície das células. Evidenciou,
assim, uma não uniformidade na vazão de biogás quando a análise é feita através da
comparação de vazão de drenos (inclusive aqueles que são próximos). Entretanto, apresenta
um comportamento uniforme numa análise feita com a vazão média de uma célula inteira.
Ensinas (2003) atribuiu essa uniformidade na análise macro devido a “uma operação aleatória
(de deposição de resíduos sólidos), sem que haja encerramento de uma área para a deposição
do lixo em outra”. Por consequência, conclui-se ser possível o aproveitamento do gás em toda
a extensão do aterro.
Os ensaios de vazão possibilitaram o ajuste do parâmetro “k” (constante de
decaimento) da equação do IPCC (1996), modelo matemático de primeira ordem adotado por
Ensinas (2003), por método iterativo. Com o parâmetro definido, calcula-se a curva de
geração de metano do aterro e, posteriormente, a curva de potência elétrica obtida a partir do
aproveitamento energético do gás, de onde foram analisados dois cenários de aproveitamento
energético. Além disso, foi possível comparar a vazão dos drenos do aterro Delta A com a de
outros aterros sanitários do Brasil e do mundo (em operação ou encerrados).
Figueiredo (2007) conduziu um estudo de caso no Aterro Essencis, localizado em
Caieiras, em São Paulo e administrado pelo Grupo Essencis. Com objetivos e metodologias
também condizentes com o deste trabalho, Figueiredo (2007) aplica a modelagem do IPCC
(1996), estimando a quantidade de biogás a ser gerada pelo aterro e estudando a viabilidade
técnica da implementação de um sistema de aproveitamento do metano com a finalidade de
geração de energia elétrica e iluminação a gás.
De maneira similar, Gonçalves (2007) desenvolveu um estudo no aterro sanitário
do município de Itajubá, localizado no estado de Minas Gerais. Utilizando o programa
LandGEM (versão 3.02), Gonçalves (2007) estimou a curva anual de geração de metano e fez
um estudo de viabilidade econômica da implementação de um sistema de aproveitamento de
gás em dois cenários distintos. Uma peculiaridade de sua metodologia é a coleta das amostras
de resíduos urbanos, que foram obtidas durante a coleta de lixo e não através de sondagens no
próprio aterro (metodologia mais comum).
32
Jucá et al. (2009) desenvolveram um projeto piloto de recuperação de gás no
aterro sanitário da Muribeca, em Pernambuco. No desenvolvimento de um aterro
experimental foi possível comparar os resultados dos modelos do IPCC (2006), LandGEM
(versão 3.02) e Moduelo 3.1 com os dados coletados desse experimento. Observa-se que a
utilização dos parâmetros default recomendados pelas metodologias não gera resultados
representativos. Entretanto, quando são ajustados os parâmetros de entrada para que haja uma
adequação aos valores experimentais, percebe-se que o IPCC e o Moduelo aproximam-se
mais fielmente ao modelo experimental, constatando, também, que há pouca disparidade entre
as estimativas dos dois.
Portanto, pode-se concluir que a metodologia adotada por esse trabalho se
enquadra no escopo de metodologia do cenário atual de pesquisas e estudos sobre o
aproveitamento de biogás. A principal diferença é a não realização direta de ensaios de
campo, justificada pela falta de disponibilidade de recursos para tal prática. Entretanto, graças
ao levantamento bibliográfico, foi possível constatar que alguns desses resultados
experimentais do ASMOC já haviam sido investigados por outros estudiosos e é possível a
aplicação direta dos dados por eles obtidos. Para outros, evidencia-se necessário a utilização
de dados obtidos em outros aterros sanitários do Brasil. Esses dados são especificados ao
longo do trabalho.
33
3 METODOLOGIA
3.1 Dados gerais do ASMOC
O ASMOC recebe todos os resíduos sólidos oriundos de serviços de coleta de lixo
dos municípios de Fortaleza e Caucaia desde o mês de outubro do ano de 1997 de forma não
oficializada. Apenas em março de 1998, a Prefeitura de Fortaleza, juntamente com a
Prefeitura de Caucaia, assinaram o convênio 003/98, que desativou o lixão do Jangurussu, em
Fortaleza, e oficializou a disposição final dos resíduos urbanos de Fortaleza na área do
município de Caucaia (ACFOR, 2010).
Localizado, segundo Neto (2005), no município de Caucaia e limitado pelos
paralelos 3º45' e 3º47' de longitude Sul e pelos meridianos 38º43' e 38º45' de longitude Oeste,
o terreno, de formato retangular, tem uma área total de 123 hectares, onde a parcela destinada
à disposição final corresponde à 78,47 hectares. Essa área é dividida em 17 setores e
subdividia em 67 trincheiras, que, em maioria, possuem de 7.000 m2 (70 metros de largura e
100 metros de comprimento) e são escavadas a uma profundidade que varia de cinco a três
metros (NETO, 2005).
De acordo com ACFOR (2010), o solo de cobertura do aterro, determinado a
partir de sondagens geotécnicas, é composto por uma camada inicial de 30 a 80 cm de areia
fina e média, siltosa, com matéria orgânica e pedregulho cinza escuro. Em seguida, encontra-
se uma camada longa de areia argilosa de baixa permeabilidade (apresentando uma
condutividade hidráulica média em torno de 10-6 cm/s). Esse solo areno-argiloso é, também, o
utilizado como material de cobertura dos resíduos – o solo escavado das trincheiras é
reaproveitado com esse fim. Foi constatado pela sondagem, também, que não há sinais de
lençol freático no local, fato que combinado com a baixa permeabilidade do solo torna
improvável a poluição das águas subterrâneas.
Em 2010, completou-se o 12º ano de operação do ASMOC; o aterro já tem 70%
de sua capacidade ocupada. Estima-se que o aterro tenha condições de operar com segurança
até o ano de 2014 e no limite até o ano de 2015 (ACFOR, 2010). Este aterro teria vida útil de
15 anos, entretanto, teve essa sobrevida devido a um maior rigor na compactação dos resíduos
– que passaram a ser feitas por rolos compactadores de 24 toneladas a partir do ano de 2002 –
34
e à atuação de catadores de lixo no processo de coleta de lixo. Estima-se que cerca de 7 mil
catadores sejam responsáveis pela coleta mensal de 2.730 toneladas de lixo – lixo esse que
deixa de ir para o ASMOC, segundo ACFOR (2010). Há, também, a possibilidade de utilizar
o espaço entre as trincheiras já desativadas, uma solução que iria dar uma sobrevida de 60
meses, garantindo sua operação até o ano de 2020.
A estrutura do ASMOC é composta pelas balanças na portaria, que efetuam a
pesagem dos caminhões na entrada e na saída do aterro, possibilitando a determinação da tara
do caminhão e do peso líquido de resíduos. Da portaria, os caminhões percorrem as vias de
acesso até a célula em operação, onde foram construídas com parte do solo escavado e do
entulho trazido diariamente rampas de acesso que conduzem ao ponto de descarrego.
Lá, os caminhões descarregam o material, que é movimentado por tratores de
esteiras até o grande volume de resíduos. Em seguida, um trator de rolo compressor faz a
compactação das camadas de lixo e também da camada de cobertura (que também é
movimentada pelos tratores de esteira). Depois do descarrego, os caminhões procedem,
novamente, até a portaria, onde recebem os tickets com as pesagens, e saem do aterro.
3.2 Resíduos Sólidos Recebidos Pelo ASMOC
Não há banco de dados oficial do histórico de lixo depositado no ASMOC. A
empresa responsável atualmente pela administração e operação do aterro, a Ecofor Ambiental
(que é responsável por todo o gerenciamento dos RSU de Fortaleza), não recebeu esses dados
nem da prefeitura e nem da empresa que anteriormente prestava esse serviço, evidenciando
que o controle da massa de lixo que ingressava no aterro ao longo dos anos não era
preocupação das partes envolvidas no passado. Há, apenas, o registro do ingresso a partir do
ano de 2006, quando a atual administradora assumiu as operações, denotando maior rigor no
tocante à operação do aterro.
O histórico de ingresso anual foi fornecido pela Autarquia de Regulação,
Fiscalização e Controle dos Serviços Públicos de Saneamento Ambiental – ACFOR. Os dados
obtidos estão apresentados na Tabela 3.1e na Figura 3.1 está sua distribuição gráfica.
35
Tabela 3.1 - Peso anual de lixo depositado no ASMOC.
Ano Resíduos Sólidos Depositados 1998 1.065.169 1999 1.012.934 2000 1.113.743 2001 1.055.160 2002 1.004.630 2003 864.737 2004 739.067 2005 944.083 2006 1.062.288 2007 1.188.843 2008 1.186.655 2009 1.436.782
TOTAL 12.674.091 Fonte: ACFOR.
Histórico Anual
600.000
700.000
800.000
900.000
1.000.000
1.100.000
1.200.000
1.300.000
1.400.000
1.500.000
1995 2000 2005 2010
Histórico
Anual
Figura 3.1 - Distribuição anual do lixo depositado no aterro.
Observa-se na Figura 3.1 uma distribuição bastante incomum na evolução de
deposição de lixo – uma queda súbita na massa de lixo ingressa no aterro no período de 2002
até 2004 e um aumento tão acentuado quanto após 2004. Era de se esperar uma evolução
crescente ao longo do tempo, condizente com o crescimento populacional e expansão
demográfica da Região Metropolitana de Fortaleza. A Figura 3.2 mostra a evolução da média
36
diária de toneladas de lixo coletados no Nordeste, revelando a disparidade do comportamento
do conjunto de dados obtidos com o cenário regional.
Fonte: ABRELPE, 2000, 2001, 2002, 2003, 2004, 2005, 2006, 2007, 2008 e 2009 Figura 3.2 - Evolução da média de toneladas coletadas no Nordeste
Apesar dos dados obtidos nas pesquisas conduzidas pela ABRELPE (dos anos de
2000 até 2009), sua evolução é mais condizente com a dinâmica vivida pela região. A
peculiaridade encontrada nos dados fornecidos pela ACFOR (2009) pode ter sido causada por
duas situações: um caráter atípico no fenômeno de geração de lixo nas cidades de Fortaleza e
Caucaia ou uma dificuldade no controle das massas de RSU ingressas no ASMOC.
Independente do motivo que causou essa grande variância nos valores, uma das implicações
disso é a impossibilidade de obter uma projeção da quantidade de lixo que ingressará o aterro
nos anos seguintes até 2015, seu ano de encerramento. Outra consequência é a incerteza
agregada aos resultados obtidos a partir da manipulação e análise desses dados.
Dadas essas adversidades, a estimativa das deposições futuras no aterro será
realizada através da média dos valores anuais anteriores. Portanto, o conjunto de dados das
deposições totais no ASMOC está apresentado na Tabela 3.2.
37
Tabela 3.2 - Deposições anuais no ASMOC até sua vida útil.
Ano Resíduos Sólidos Totais Depositados
1998 1.065.169
1999 1.012.934
2000 1.113.743
2001 1.055.160
2002 1.004.630
2003 864.737
2004 739.067
2005 944.083
2006 1.062.288
2007 1.188.843
2008 1.186.655
2009 1.436.782
2010 1.056.174
2011 1.055.425
2012 1.058.966
2013 1.054.401
2014 1.054.338
2015 1.058.480
TOTAL 19.011.874
3.3 Composição Gravimétrica dos RSU do ASMOC
Mota et al. (2007) realizaram um estudo sobre as características qualitativas e
quantitativas do lixo domiciliar e comercial de Fortaleza de acordo com o poder aquisitivo da
população da cidade. Classificando regiões da cidade em classes sócio-econômicas, os autores
estabeleceram um plano de coleta de amostras que cobria representativamente todo o
território. Coletadas as amostras, procede-se a separação, pesagem e a computação dos
resultados. A Tabela 3.3 apresenta os resultados obtidos.
38
Tabela 3.3 - Composição Gravimétrica do Lixo Domiciliar e Comercial de Fortaleza.
COMPONENTE PERCENTUAL EM MASSA (%)
Classe A
Classe B
Classe C
Classe D
Média Domiciliar
Centro Comercial
RESTOS DE ALIMENTO 33,5 30,7 28,9 19,9 28,3 14,2 RESTOS DE PODAS 10,9 10,8 12,7 22,7 14,3 0,5 COCO 4,7 5,5 3,9 2,5 4,2 5,1 PAPEL BRANCO 4,4 3,6 2,9 1,2 3,0 9,8 PAPELÃO 3,6 2,5 3,0 3,4 3,1 4,2 TETRA PAK 1,4 0,9 1,1 1,2 1,2 0,7 PLASTICOS MOLES 6,0 6,9 8,6 5,1 6,7 13,7 PLASTICOS DUROS 3,6 2,2 2,0 1,4 2,3 1,6 PET 2,1 1,3 1,3 1,6 1,6 1,2 FILME 1,4 2,7 2,3 1,7 2,0 1,9 FERRO 2,1 1,4 1,5 1,4 1,6 0,7 AÇO 0,4 0,4 0,3 0,2 0,3 0,5 ALUMÍNIO 0,3 1,0 0,4 1,3 0,8 0,9 VIDROS 4,4 1,7 1,7 1,2 2,3 0,6 TRAPOS 1,0 3,4 4,9 3,1 3,1 10,0 BORRACHA 0,4 0,7 0,9 0,3 0,6 1,5 MADEIRA 0,0 0,0 0,1 0,2 0,1 0,5 ENTULHO 14,2 15,9 17,3 28,9 19,1 11,2 OSSO 0,0 1,0 0,4 0,2 0,4 14,7 PAPEL HIGIÊNICO/FRALDA
5,4 7,3 6,0 2,5 5,3 6,7
TOTAL 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0
Fonte: MOTA; LESSA (2007)
Na Tabela 3.3 é mostrada outra situação adversa; não há distinção no histórico
anual de lixo fornecido entre o que é oriundo dos domicílios e o que é de origem comercial. A
composição dos dois tipos de lixo é bem distinta, como se pode observar. A falta de distinção
da fração de lixo proveniente de cada classe oferecere também inconsistências. Entretanto, o
trabalho de Mota; Lessa (2007) estima a geração de lixo per capita para cada classe, podendo,
assim, estimar a fração de lixo proveniente de cada uma das classes.
Levando em consideração o desconhecimento da composição gravimétrica do lixo
proveniente do município de Caucaia, que também tem como destino final o ASMOC,
admite-se que todos os resíduos do ASMOC possuem a composição gravimétrica obtida por
Mota; Lessa (2007). Tem-se desta forma mais um fator de inconsistência para os resultados
obtidos, já que por se tratarem de municípios socialmente, economicamente e territorialmente
39
bem distintos, é de se esperar que as composições gravimétricas de seus respectivos resíduos
sólidos também sejam distintas.
Segundo os dados do IBGE (2009), a extensão territorial de Caucaia é cerca de 4
vezes maior do que a de Fortaleza (1.227,895 km2 e 313,140 km2, respectivamente) e sua
densidade demográfica é cerca de 16 vezes menor do que a da capital (503,9 hab/km2 e 8.001
hab/km2, respectivamente). Com esse fato, é possível esperar uma maior percentagem de
restos de poda e de jardinagem na composição gravimétrica de Caucaia, tendo em vista a
grande área verde natural presente. Ainda segundo os dados do IBGE, Fortaleza possui um
PIB per capita 2,5 vezes maior do que o de Caucaia, de onde se pode inferir uma menor
percentagem de plásticos e embalagens Tetrapak, utilizados, geralmente, em produtos
industrializados.
3.4 Estudos Anteriores
No estudo intitulado “Estudo Preliminar De Viabilidade Técnico-Econômica Para
Aproveitamento Energético Dos Resíduos Sólidos Urbanos Da Região Metropolitana De
Fortaleza”, sob coordenação do Prof. João Hiluy e Prof. William Barcellos da Universidade
Federal do Ceará, foi determinada a curva de geração de metano e de gás carbônico por meio
do método da Enviromental Protection Agency (EPA), com o auxílio do software de cálculo
LandGEM.
Este estudo foi patrocinado pela Petrobrás e permitiu que se conduzissem ensaios
in situ com cromatógrafos e medidores de vazão de gás para que se estimassem a composição
do biogás, a vazão do biogás nas manilhas de drenagem gasosa, a temperatura do biogás, bem
como os parâmetros exigidos pela modelo do software LandGEM. Na Tabela 3.4 estão
apresentados os resultados obtidos no estudo:
40
Tabela 3.4 – Resultados e dados do estudo piloto de aproveitamento energético no ASMOC.
[CH4] Concentração média de metano no
Biogás 46%
R Massa de RSU anual ingressa no aterro 700.000,00 ton/ano
L0 Potencial de geração de metano 126 m3/ton
k Taxa de geração de metano 0,07 ano-1
Qexp Vazão de metano experimental 9,07·10+7 Fonte: HILUY et at. 2007
3.5 Modelo Matemático
Dadas as condições do problema, a disponibilidade da composição gravimétrica,
do histórico de toneladas de resíduos sólidos ingressos no ASMOC, os valores obtidos em
outros estudos (Hiluy et al., 2007), e pelo desempenho satisfatório na modelagem de outros
aterros sanitários (Jucá et al. 2009), o método escolhido para a determinação da curva de
geração de metano do ASMOC é o do IPCC, versão 2006, através do software IPCC Waste
Model. O software consiste numa planilha do Microsoft Excel programada para receber os
dados de entrada com as características do aterro e dos resíduos. Primeiramente, são lançados
os dados com as massas de RSU depositadas no aterro durante sua vida útil, numa
discretização anual. Então, o programa calcula a quantidade de metano gerada a cada ano, que
permite a determinação da curva de geração de metano. O IPCC Waste Model é um software
gratuito e de distribuição livre no site do IPCC (http://www.ipcc-
nggip.iges.or.jp/public/2006gl/vol5.html).
Por se tratar de uma planilha Excel, o software é composto por várias abas, sendo
a primeira a aba de instruções. Nela está descrita a função de todas as outras abas e a como se
proceder, passo a passo, com a utilização do software. Nas abas seguintes, “Parameters”,
“MCF”, “Activity” e “Recovery_OX”, são inseridos dados que alimentam as equações (3),
(4), (5) e (6). Na Figura 3.3, está a descrição, em inglês, presente na aba de instrução do
software IPCC Waste Model.
41
Figura 3.3 – Conteúdo da aba de instruções do IPCC Waste Model.
Na aba “Parameters”, são lançados os parâmetros referentes à fração de DOC e à
constante de geração de metano (k). Para os valores de DOC, são usados os valores padrões
propostos pelo próprio IPCC. Já para o parâmetro k, são utilizados os valores levantados no
“Estudo de Pré-Viabilidade Para Recuperação de Biogás no Aterro da Muribeca, Recife,
Brasil” conduzido pela SCS Engineers para o Banco Mundial em 2005. Na Tabela 3.5 estão
apresentados os valores utilizados para cada categoria de degradabilidade.
Tabela 3.5 - Valores de k para cada categoria de degradabilidade.
Categoria de Degradabilidade Valor de k
Rápido 0,40 Médio 0,080 Lento 0,020
Inerte 0,0 Fonte: SCS Engineers, 2005.
Considera-se como rapidamente degradável os resíduos orgânicos como resto de
alimentos e restos de poda. Os resíduos medianamente degradáveis são: papel e papelão. Já os
42
lentamente degradáveis são madeira, restos de têxteis e peles. Os inertes são: vidro, plástico,
metais e outros inorgânicos.
Na aba “MCF”, há uma tabela que permite a determinação anual, ao longo da vida
útil do aterro, do fator de correção de metano. Nas condições presentes do aterro, ele se
enquadra na classificação de aterro não controlado fundo (dado que o aterro é considerado
fundo quando possui profundidade maior que 5 metros). Assim, o valor adotado para o MCF
foi de 80%. O IPCC recomenda que para um aterro em condições controladas, o valor do
MCF deve ser de 100%. No caso em que há um aproveitamento do potencial energético, é
exigida para operação do aterro tais características. Entretanto, é utilizado o valor de 80%
para MCF, permitindo, assim, que seja estimado seu potencial energético atual.
Na aba “Activity”, são inseridas as massas de RSU depositadas em cada ano de
operação do aterro, junto de sua respectiva composição gravimétrica. Importante salientar que
o software é programado para o cálculo do total de resíduos a partir da produção de resíduos
per capita. Assim, vê-se necessário, nesse caso particular em que o dado disponível é a massa
total, adaptar o lançamento dos dados à essa adversidade. Os dados e a composição
gravimétrica lançados são os presentes ao longo do capítulo de Metodologia.
A aba “Recovery_OX” é reservada para a definição da quantidade de metano que
é recuperada por qualquer sistema de captação e oxidado na superfície do aterro. No caso em
que se quer estimar o potencial de aproveitamento do metano, atribui-se que as massas de
metano recuperado e oxidado é nula. Além disso, atualmente não há nenhum sistema de
captação ou ensaio in situ que justifique a inserção de algum valor para esses parâmetros.
Depois de inseridos os dados especificados, os resultados são apresentados na aba
“Results” em forma de um vetor intitulado “Methane emissions”, indicando para cada ano a
massa de metano emitida em Gigagramas (equivalente a bilhões de gramas, ou milhares de
toneladas).
43
4 RESULTADOS E DISCUSSÃO
Na Tabela 4.1 estão os resultados gerados pelo software para o ASMOC.
Tabela 4.1 - Massa de metano gerado pelo software IPCC Waste Model para o ASMOC ao longo de sua vida útil.
Ano
Metano Gerado
(Gg) Ano
Metano Gerado
(Gg) Ano
Metano Gerado
(Gg) Ano
Metano Gerado
(Gg)
1998 0,00 2011 29,24 2024 5,99 2037 2,20 1999 7,48 2012 28,99 2025 5,38 2038 2,06 2000 12,35 2013 28,91 2026 4,88 2039 1,94 2001 16,52 2014 28,94 2027 4,46 2040 1,82 2002 19,11 2015 29,03 2028 4,11 2041 1,71 2003 20,66 2016 29,17 2029 3,80 2042 1,61 2004 20,88 2017 21,91 2030 3,52 2043 1,52 2005 20,20 2018 16,89 2031 3,28 2044 1,43 2006 21,32 2019 13,38 2032 3,06 2045 1,35 2007 23,03 2020 10,88 2033 2,85 2046 1,27 2008 25,19 2021 9,08 2034 2,67 2047 1,20 2009 26,78 2022 7,76 2035 2,50 2048 1,14 2010 29,74 2023 6,76 2036 2,34 2049 1,07
O modelo do IPCC fornece os valores de emissão de metano em unidades de
peso, pois seu foco é para o estudo dos efeitos do metano no efeito estufa, onde são utilizados
valores de massa. Utilizando para o metano uma densidade de 0,667 kg/m3 (valor utilizado e
recomendado pelo software LandGEM, da EPA), pode-se calcular o volume de gás gerado.
Na Tabela 4.2, estão apresentados esses valores.
Tabela 4.2 - Volume de metano gerado no ASMOC ao longo de sua vida útil.
Ano Metano Gerado
(m3) Ano
Metano Gerado (m3)
Ano Metano Gerado
(m3) Ano
Metano Gerado (m3)
1998 0,00 2011 43.821.180,16 2024 8.977.058,05 2037 3.292.812,92 1999 11.213.436,23 2012 43.452.208,83 2025 8.059.085,46 2038 3.090.968,56 2000 18.507.219,61 2013 43.334.595,01 2026 7.311.134,77 2039 2.903.560,40 2001 24.755.136,64 2014 43.376.977,60 2027 6.686.495,91 2040 2.729.362,37 2002 28.639.262,28 2015 43.518.715,40 2028 6.153.180,12 2041 2.567.300,38 2003 30.973.206,90 2016 43.719.715,81 2029 5.689.116,51 2042 2.416.420,54 2004 31.296.553,37 2017 32.846.351,64 2030 5.278.928,49 2043 2.275.866,62 2005 30.275.352,48 2018 25.318.486,79 2031 4.911.769,54 2044 2.144.863,57 2006 31.963.091,78 2019 20.050.293,58 2032 4.579.869,35 2045 2.022.705,42 2007 34.515.310,30 2020 16.312.668,53 2033 4.277.556,26 2046 1.908.745,99 2008 37.756.328,88 2021 13.615.720,03 2034 4.000.599,34 2047 1.802.391,78 2009 40.137.241,50 2022 11.629.990,53 2035 3.745.764,86 2048 1.703.096,18 2010 44.578.769,03 2023 10.133.643,88 2036 3.510.516,61 2049 1.610.354,81
44
De acordo com a metodologia adotada para a estimativa, a operação do ASMOC
tem um potencial de geração de metano de 573.341 toneladas durante toda sua vida útil, o que
corresponde a 859.390.981 m3 de metano.
Esses valores permitem não só avaliar o potencial energético do aterro, mas
também avaliar, de certa forma, o impacto ambiental causado. O modelo não apresenta
resultados sobre a emissão do CO2, porém, sabendo que 46% é a percentagem de CH4 e 32%
é a de CO2 presente no biogás (de acordo com o estudo anterior mencionado), pode-se
calcular que o volume de gás carbônico gerado é 597.837.204 m3. Segundo a estimativa do
IPCC de que o potencial de aquecimento atmosférico do metano é 21 vezes o do gás
carbônico, o impacto ambiental gerado pela operação do ASMOC ao longo de toda sua vida
útil é a emissão de 18.645.047.805 m3, ou 10.193.468 toneladas, de CO2.
Apesar da Tabela 4.1 e Tabela 4.2 apresentarem os valores até o ano de 2049, a
produção de metano se prolonga, segundo o modelo, até o ano de 2064 – acusando uma
produção inferior a 1 Gg a partir de 2051. O modelo acusa uma geração de metano de 0,29 Gg
em 2064, o que corresponde a 434.782 m3 de metano. Conforme a comparação mencionada
anteriormente no item 2.5, isso corresponde a 500.000 litros de gasolina o que é equivalente a
R$ 1.310.000,00. É de se esperar que a geração do metano se prolongue até muitos anos
depois – num comportamento semelhante àquele representado pela Figura 2.8, cuja geração
de metano se dá mesmo depois de cerca de 100 anos do início da operação do aterro. A
conversão de peso para volume e a comparação com a gasolina permite concluir que a
geração será ainda significativa alguns anos depois de 2064.
É importante salientar, também, o potencial econômico dos resíduos sólidos de
Fortaleza. A captação e a posterior queima do metano oferece a possibilidade de acumular
créditos de carbono. O não lançamento de 1 tonelada de CH4 gera 21 créditos de carbono. Isso
significa que durante a vida útil do aterro serão gerados 12.040.161 créditos de carbono.
Análises financeiras apresentadas pelo Instituto Carbono Brasil
(www.institutocarbonobrasil.org.br) revelam uma pequena variação na cotação das
permissões de emissão no mês de Outubro de 2010. As chamadas EUA’s (European Union
Emission Allowances) para Dezembro de 2010, que são as permissões de emissão da União
Européia, registraram no dia 15 de outubro uma cotação de € 15,45 por tonelada de CO2.
45
Durante o mês, a cotação das mesmas permissões já atingiu valores de € 15,57 por tonelada
no dia 04 e € 15,84 por tonelada. A análise das cotações de Junho de 2010, em média € 15,50
por tonelada no início do segundo semestre, permitem concluir que o valor de € 15,00 por
tonelada pode oferecer uma avaliação da receita do ano de 2010 oriunda do Mercado de
Carbono. Neste ano, as emissões são estimadas em 29.740 toneladas (29,74 Gg). Os créditos
gerados equivaleriam a € 9.368.100, ou, assumindo a cotação média para o Euro de R$ 2,25, a
uma quantia de R$ 21.078.225.
Devido a todas as razões já explicitadas, as emissões de metano estimadas não
oferecem um valor tão preciso quanto os encontrados no estudo conduzido por Coops et al.
(1995), apud Maciel (2003), num erro médio de 22% para modelos de decaimento de primeira
ordem, ou no conduzido por Jucá et al (2009), onde o IPCC Waste Model estimou emissões
tão precisas quanto o software de simulação Moduelo.
O gráfico da Figura 4.1 representa a curva de geração de metano do ASMOC.
Figura 4.1 - Curva de geração de metano.
46
É notável sua forma um tanto distinta da Figura 2.8, formato esperado para a
curva dos modelos decaimento de primeira ordem. Essa distorção se dá devido ao
comportamento errático da massa de lixo ingressa no aterro sanitário. Como foi observado na
Figura 3.1, os dados encontrados não correspondem a um crescimento contínuo tal qual uma
curva de crescimento populacional – afinal, a relação entre lixo gerado numa região e o
número de habitantes dessa região é direta. Os pontos de inflexão na Figura 4.1 são
exatamente as mesmas encontradas na Figura 3.1. Apesar disso, é possível perceber que o
ASMOC oferece um potencial energético maior do que o Aterro Delta de Campinas, aterro
sanitário no qual foi conduzido o estudo de Ensinas (2003) e cuja curva de geração de metano
é apresentada na Figura 2.8. Isso se dá, principalmente, pois o ASMOC recebe uma
quantidade bem maior de resíduos que o Delta (o aterro de Campinas recebe anualmente
massas inferiores a 300 mil toneladas).
No estudo conduzido por Ensinas (2003), há, também, uma lista de vários aterros
sanitários nacionais e internacionais e suas respectivas vazões de metano por tonelada de lixo
depositada. Para o aterro Delta, esse valor é de 6,345 x 10-4 m3/h/t. Fazendo o cálculo para o
ano de 2009, tem-se uma emissão de 40.137.241,50 m3/ano e uma massa de 1.436.782
toneladas, o que corresponde a 31,890 x 10-4 m3/h/t.
Trata-se de um valor superior ao encontrado nos aterros Bandeirantes (encerrado
em 1997), de São Paulo, cuja vazão era de 7,160 x 10-4 m3/h/t, Metropolitano de Salvador
(encerrado em 2002), da Bahia, cuja vazão era de 7,254 x 10-4 m3/h/t, conforme encontrado
em Oonk & Boon (1995) apud Ensinas (2003).
Em Maciel (2003), a vazão de metano produzida pelo Aterro da Muribeca é de
28,88 x 10-4 m3/h/t.
Já em Borba (2006), a modelagem matemática da geração de metano no Centro de
Tratamento de Resíduos (CTR) de Nova Iguaçu, no Rio de Janeiro, com a metodologia
proposta pelo USEPA (o mesmo utilizado pelo LandGEM) estimou para o ano de 2007 uma
produção entre 32.715.735 e 18.392.017 m3 de metano. Para 2007, a simulação do ASMOC
acusa uma produção de 34.515.310,30 m3.
47
Numa comparação com Hiluy et al. (2007), o pico de geração de metano neste
estudo foi entre 30.000 a 35.000 toneladas. O pico encontrado na modelagem do IPCC Waste
Model é de 29.740 toneladas.
Ainda em Ensinas (2003), o estudo utilizou o valor 35,9 MJ/Nm3 para o poder
calorífico do metano e um sistema de captação e condução a um grupo gerador elétrico de
eficiência de 33%. Assumindo essas hipóteses e com 1 J correspondendo a 1 Ws e 1 ano
contendo 8.760 horas, é possível obter a curva de potência, que assume a forma conforme
apresentada na Figura 4.2. A Tabela 4.3 detalha os valores da curva.
Figura 4.2 - Curva de potência oriunda do aproveitamento do metano gerado no ASMOC.
48
Tabela 4.3 - Potência gerada a partir do metano no ASMOC.
Ano Potência Gerada
(MW) Ano Potência Gerada
(MW) Ano Potência Gerada
(MW) Ano Potência Gerada
(MW)
1998 0,00 2011 16,46 2024 3,37 2037 1,24 1999 4,21 2012 16,32 2025 3,03 2038 1,16 2000 6,95 2013 16,28 2026 2,75 2039 1,09 2001 9,30 2014 16,30 2027 2,51 2040 1,03 2002 10,76 2015 16,35 2028 2,31 2041 0,96 2003 11,64 2016 16,42 2029 2,14 2042 0,91 2004 11,76 2017 12,34 2030 1,98 2043 0,85 2005 11,37 2018 9,51 2031 1,85 2044 0,81 2006 12,01 2019 7,53 2032 1,72 2045 0,76 2007 12,97 2020 6,13 2033 1,61 2046 0,72 2008 14,18 2021 5,11 2034 1,50 2047 0,68 2009 15,08 2022 4,37 2035 1,41 2048 0,64 2010 16,75 2023 3,81 2036 1,32 2049 0,60
A configuração acima permite um cenário de aproveitamento da potência gerada
conforme apresentado na Figura 4.3. Em seguida, a Tabela 4.4 detalha o perfil de
aproveitamento apresentado na Figura 4.3.
Figura 4.3 – Perfil de aproveitamento de energia através do metano no ASMOC.
49
Tabela 4.4 - Perfil de aproveitamento de energia através do metano no ASMOC.
Ano Potência
Produzida (MW) Ano Potência
Produzida (MW) Ano Potência
Produzida (MW) Ano Potência
Produzida (MW)
1998 0,00 2011 15,00 2024 3,00 2037 1,00 1999 0,00 2012 15,00 2025 3,00 2038 1,00 2000 0,00 2013 15,00 2026 2,50 2039 1,00 2001 0,00 2014 15,00 2027 2,50 2040 1,00 2002 10,00 2015 15,00 2028 2,00 2041 0,00 2003 10,00 2016 15,00 2029 2,00 2042 0,00 2004 10,00 2017 12,00 2030 1,50 2043 0,00 2005 10,00 2018 9,00 2031 1,50 2044 0,00 2006 10,00 2019 7,00 2032 1,50 2045 0,00 2007 10,00 2020 6,00 2033 1,50 2046 0,00 2008 10,00 2021 5,00 2034 1,00 2047 0,00 2009 15,00 2022 4,00 2035 1,00 2048 0,00 2010 15,00 2023 3,00 2036 1,00 2049 0,00
Estendendo a comparação com o estudo de Hiluy et al. (2007), o pico de potência
gerado de acordo com o modelo IPCC Waste Model seria de 16,75 MW, valor bastante
inferior ao valor de pico do estudo anterior, superior a 48 MW. Entretanto, como não há
detalhes sobre as hipóteses adotadas pelo autor para a obtenção da curva de potência, a
comparação fica restrita.
50
5 CONCLUSÃO E RECOMENDAÇÕES
Na análise dos modelos matemáticos, viu-se um predomínio da utilização dos
modelos de decaimento de primeira ordem frente aos outros disponíveis. Sua simplicidade e
sua fidedignidade quando a modelagem está respaldada por resultados experimentais dão a ele
uma vantagem frente aos complexos modelos multi-fase e de segunda ordem.
O IPCC Waste Model é um modelo que reúne a precisão disponível pela
segregação de materiais rapidamente e lentamente degradáveis presente no modelo multi-fase
e a simplicidade do modelo de primeira ordem. É por essa razão que seus resultados são
comparáveis ao de softwares de simulação complexos como o Moduelo.
Conclui-se, então, que um projeto de recirculação do chorume influenciaria
positivamente no potencial energético do ASMOC. A recirculação do chorume contribuiria
não só para a multiplicação da população de microorganismos biodegradantes, mas também
garantiria a saturação da massa de lixo confinada nas células. Com a recirculação, a
concentração de matéria orgânica também cresceria, impactando positivamente em outro fator
que influencia a geração de metano.
Ao seguir a metodologia de modelagem da geração de metano no ASMOC, são
observados alguns fatores que agregariam incertezas ao resultado. Primeiramente, o
comportamento irregular ao longo dos anos da massa de lixo depositada no aterro não permite
uma estimativa mais confiável das toneladas dos anos restantes de operação, exigindo que se
utilizasse a média de todos os valores. O segundo fator é a falta de distinção entre resíduos
domésticos e resíduos comerciais. Por possuírem composições gravimétricas bastante
distintas, a distinção é necessária para que a composição gravimétrica geral dos resíduos
sólidos do ASMOC seja determinada. O modelo adotado se utiliza da composição
gravimétrica para que seja possível a segregação dos materiais rapidamente dos lentamente
degradados. O terceiro fator foi a impossibilidade de se realizar ensaios experimentais para o
ajuste dos parâmetros utilizados no modelo. Foi necessário estimar esses parâmetros através
de estudos anteriores realizados no ASMOC ou outro aterro do Brasil e valores padrões do
modelo. Os três fatores permitem afirmar que há uma incerteza nos resultados encontrados.
Porém, não é possível afirmar com segurança se o erro foi de superestimação ou subestimação
do potencial de geração de metano do ASMOC. A modelagem revelou uma produção de
51
metano no ASMOC comparável com outros aterros do Brasil e do mundo – inclusive
demonstrou que a vazão de metano apresentada é superior ao de aterros que desenvolvem
projetos de aproveitamento do biogás. Com os dados do modelo, foi possível estudar o
potencial econômico, que reflete o custo de oportunidade de não dar uma destinação mais
elaborada ao biogás, e o impacto ambiental potencial do gerenciamento dos resíduos sólidos.
Para estudos futuros, recomenda-se:
• Trabalhar em procedimentos experimentais para que seja possível a
definição dos parâmetros necessários para que o modelo do IPCC ofereça
resultados mais precisos;
• De posse da curva de geração de metano e da curva de potencial de geração
de energia, sugere-se a realização de um estudo de viabilidade econômica de
um projeto de captação e geração de energia. No presente contexto, vê-se
necessário a concepção de um novo aterro sanitário para receber os resíduos
sólidos dos municípios de Fortaleza e de Caucaia;
• Sabendo que o chorume pode causar um impacto positivo no potencial
energético dos resíduos sólidos, recomenda-se um estudo para avaliar e
maximizar os benefícios que um projeto de recirculação de chorume pode
trazer para uma possível destinação sustentável para o lixo das cidades de
Fortaleza e Caucaia.
52
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