geração de energia através da biodigestão anaeróbica da vinhaça
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GERAÇÃO DE ENERGIA ATRAVÉS DA BIODIGESTÃO ANAERÓBICA DA VINHAÇA EDER FONZAR GRANATO Dissertação apresentada à Faculdade de Engenharia da UNESP - Campus de Bauru, para obtenção do título de Mestre em Engenharia Industrial. BAURU - SP Abril-2003
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GERAÇÃO DE ENERGIA ATRAVÉS DA BIODIGESTÃO ANAERÓBICA
DA VINHAÇA
EDER FONZAR GRANATO
Dissertação apresentada à Faculdade de Engenharia da UNESP - Campus de Bauru, para obtenção do título de Mestre em Engenharia Industrial.
BAURU - SP Abril-2003
GERAÇÃO DE ENERGIA ATRAVÉS DA BIODIGESTÃO ANAERÓBICA
DA VINHAÇA
EDER FONZAR GRANATO
Orientador: Prof. Dr. Celso Luiz da Silva
Dissertação apresentada à Faculdade de Engenharia da UNESP - Campus de Bauru, para obtenção do título de Mestre em Engenharia Industrial.
BAURU - SP Abril-2003
DADOS CURRICULARES
EDER FONZAR GRANATO
NASCIMENTO: 30.05.1962
FILIAÇÃO: Ângelo Granato
Antonia Fonzar Granato
1980/1985: Curso de Graduação
Faculdade de Engenharia Industrial de São José dos Campos.
1990/1991: Curso de Pós-Graduação “Latu-Sensus”, em Didática do Ensino
Superior, na Instituição Toledo de Ensino de Araçatuba.
1992/1994: Curso de Pós-Graduação “Latu-Sensus”, em Qualidade Total em
Agricultura Empresarial, na Faculdade de Agronomia de Lavras – MG.
1999/2002: Licenciatura Plena em Matemática “Fundação de Ensino de
Penápolis”.
1989/1999: Professor da Faculdade de Tecnologia de Birigui – S.P nas
Disciplinas: Desenvolvimento do Projeto do Produto (I, II e III),
Sistemas Mecânicos, Fabricação e Estágio Supervisionado.
1983/1986: Eng. Mecânico na Área de Métodos e Processos na ENGESA – S.A. –
de São José dos Campos.
1986/2003: Gerente na área Agrícola no Setor Sulcro-Alcooleiro.
à minha esposa,
às minhas filhas,
ao Grande Arquiteto do Universo,
dedico.
A G R A D E C I M E N T O S
Ao professor Dr. Celso Luiz Silva, que em inúmeras vezes, além de honrar o
compromisso de orientador, oferecendo sua indispensável colaboração, sempre soube
descer os degraus do saber, como bem sabem os grandes, e doou, além de sua sabedoria e
apoio, uma amizade pura e fraterna.
Ao Eng°. Agrº. Adilson José Rossetto, pela valiosa colaboração.
Ao Engº. José Myasaki e sua equipe de trabalho, pelas orientações práticas,
fornecimento de conhecimentos e dados indispensáveis.
Ao Engº. Dr. Paulo de Lamo, cujas informações foram básicas e de grande auxílio
para a realização deste trabalho.
Aos Professores do Curso de Pós-Graduação, pelos ensinamentos.
Aos funcionários da secretaria do Curso de Pós-Graduação, pelo profissionalismo e
atenção sempre presentes.
Aos colegas Pós-Graduandos, pelo incentivo, amizade e colaboração nas diversas
fases do trabalho.
I
INDICE
Página
LISTA DE FIGURAS III
LISTA DE TABELAS V
LISTA DE ABREVIATURAS E SÍMBOLOS VII
RESUMO IX
ABSTRACT X
1. INTRODUÇÃO 1
2. OBJETIVOS 5
3. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 6
3.1. Problema Energético 6
3.2. Energias Alternativas 8
3.3. Biodigestão 16
3.3.1. Microbiologia 18
3.3.2. Influências no Processo 24
3.4. Biodigestores Anaeróbicos 28
3.5. Biodigestores de Fluxo Ascendente 33
3.6. Vinhaça 38
3.7. Biodigestão da Vinhaça 49
3.8. Biogás 55
4. METODOLOGIA 60
4.1. Parâmetros obtidos na Central de Informações da Empresa 60
4.1.1. Dados de álcool produzido 60
4.1.2. Dados de vinhaça gerada 61
4.1.3. Dados referentes à energia elétrica consumida gerada pela
queima do bagaço de cana nas caldeiras 62
4.1.4. Dados referentes à energia elétrica consumida adquirida
da Concessionária 62
4.1.5. Dados referentes ao custo da energia adquirida da concessionária 62
II
4.1.6. Dados referentes a precipitação pluviométrica mensal em mm 62
4.1.7. Biodigestor recomendado 63
4.1.8. Turbina a gás recomendada 63
4.2. Métodos 64
4.2.1 Métodos para cálculo do Volume de Vinhaça Gerada por dia 64
4.2.2. Biodigestão Anaeróbica da Vinhaça 65
4.2.3. Queima do biogás na turbina 65
4.2.4. Metodologia para cálculo da quantidade e energia gerada
pela biodigestão da vinhaça em kWh 65
4.2.5. Produção de energia elétrica 66
4.2.6. Exemplo 67
4.2.7. Metodologia utilizada para cálculo dos custos de instalação e
retorno de investimento 68
5. RESULTADOS E ANÁLISES 69
5.1. Disponibilidade de energia elétrica produzida pela biodigestão 69
5.2. Relação entre energia elétrica produzida pela biodigestão e a energia
elétrica total consumida na empresa 72
5.3. Cálculo do retorno de investimento 76
5.4. Implicações Ambientais 77
6. CONCLUSÕES 81
7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 82
ANEXO A 89
ANEXO B 101
ANEXO C 113
III
LISTA DE FIGURAS
Página
Figura 3.1. - Etapas da fermentação anaeróbica para produção de metano 23
Figura 3.2. - Biodigestor batelada em tambor metálico 29
Figura 3.3. - Biodigestor empregado em tratamento de esgoto doméstico 30
Figura 3.4. – Biodigestor em plástico flexível 31
Figura 3.5. – Tanque séptico Imhoff 32
Figura 3.6. - Biodigestor modelo indiano 32
Figura 3.7. - Biodigestor modelo chinês 33
Figura 3.8. - Biodigestor de fluxo ascendente 34
Figura 3.9. - Lodo granulado 35
Figura 3.10. - Fluxograma básico da produção de álcool 39
Figura 3.11. - Esquema básico da biodigestão anaeróbica da vinhaça 54
Figura 3.12. - Etapas de produção e utilização do biogás 56
Figura 4.1. – Tanques de armazenamento de álcool 61
Figura 4.2. – Instalação do medidor de vazão nas colunas da destilaria 61
Figura 4.3. – Instalação do biodigestor UASB 63
Figura 4.4.- Turbina gás modelo J320V81 63
Figura 4.5.- Conjunto J320V81 – instalado em Rio Ventura – Bahia 64
Figura 5.1. – Gráfico demonstrativo da produção de álcool, vinhaça e energia
alternativa da safra 1990/1991 70
Figura 5.2. – Gráfico demonstrativo da média de produção de álcool, vinhaça e
energia alternativa das safras de 1990/1991 até 2001/2002 72
Figura 5.3. – Gráfico demonstrativo da relação da aquisição, geração e consumo de
energia elétrica da safra 1990/1991 74
Figura 5.4. – Gráfico demonstrativo da média da relação da aquisição, geração e
consumo de energia elétrica das safras 1990/1991 até 2001/2002 75
Figura 5.5. – Canal de vinhaça a céu aberto 77
Figura 5.6. - Tanque de armazenamento de vinhaça a céu aberto 78
IV
Figura 5.7. – Gráfico demonstrativo dos índices pluviométricos mensais da safra
1990/1991 79
Figura 5.8. – Gráfico demonstrativo da média dos índices pluviométricos mensais das
safras de 1990/1991 até 2001/2002 80
V
LISTA DE TABELAS
Página
Tabela 1.1. - Demonstrativo da taxa de crescimento da produção do álcool anidro e
hidratado no Brasil 1
Tabela 3.1. - Bactérias não metanogênicas isolada em digestores anaeróbicos 21
Tabela 3.2. – Espécies de bactérias metanogênicas e compostos orgânicos 22
Tabela 3.3. - Classificação de biodigestores 29
Tabela 3.4. - Resultados da análise da vinhaça obtidos por Razanni e Gomes 41
Tabela 3.5. - Composição da vinhaça de melaço e de caldo de cana -de-açúcar 42
Tabela 3.6. - Composição média das vinhaças em diversos tipos de mostos 43
Tabela 3.7. – Quantidade de matéria orgânica nas vinhaças de diversos tipos de
Mostos 43
Tabela 3.8. - Composição de vinhaça durante a safra de 1975 no Estado S.P. 44
Tabela 3.9. - Teores médios dos elementos analisados em 27 amostras de
vinhaça de melaço de diferentes origens 44
Tabela 3.10. – Amplitude de variação dos principais constituintes da vinhaça de
destilaria segundo Rodella. 46
Tabela 3.11. - Resultados médios das análises da Usina São João em seis
Safras 46
Tabela 3.12. - Valores médios dos principais dos três tipos de vinhaça para diversas
regiões do Brasil 47
Tabela 3.13. – Características físico/química da vinhaça segundo Lamo 49
Tabela 3.14. - Balanço energético de uma tonelada de cana 55
Tabela 3.15. - Comparativo energético do biogás com outros combustíveis 57
Tabela 3.16. – Comparação entre os custos de produção de alguns energéticos
potencialmente concorrentes com o biogás 58
Tabela 3.17. - Estimativa do potencial brasileiro de substituição de alguns energéticos
por biogás 58
VI
Tabela 5.1. – Demonstrativo da produção de álcool, vinhaça e energia elétrica
alternativa da safra 1990/1991 70
Tabela 5.2. – Demonstrativo da média da produção de álcool, vinhaça e energia
elétrica alternativa das safras 1990/1991 até 2001/2002 71
Tabela 5.3. – Demonstrativo da relação entre aquisição, geração e consumo de
energia elétrica da safra 1990/1991 73
Tabela 5.4. – Demonstrativo da média da relação entre aquisição, geração e consumo
de energia elétrica das safras 1990/1991 até 2001/2002 75
Tabela 5.5. – Custo da aquisição de energia elétrica da concessionária 76
Tabela 5.6. – Demonstrativos dos índices pluviométricos mensais da
safra 1990/1991 78
Tabela 5.7. – Demonstrativo da média dos índices pluviométricos mensais das safras
1990/1991 até 2001/2002 80
VII
LISTA DE ABREVIATURAS E SÍMBOLOS
% AV = teor alcoólico do vinho
ANEEL = Agência Nacional de Energia Elétrica
BID = Banco Interamericano de Desenvolvimento
Brix = sólidos em suspensão
CCC = conta de consumo de combustível
CDE = conta de desenvolvimento energético
CO = carga orgânica
DBO = demanda bioquímica de oxigênio
DQO = demanda química de oxigênio
E = eficiência de remoção de DQO
E1 = eficiência da turbina a gás
F = fator de conversão de biogás por DQO removido
GEB = ganho de energia pelo biogás
GLP = gás liquefeito de petróleo
GW = giga watt
HP = horse power
MME = Ministério de Minas e Energia
ONGS = Organizações não governamentais
P&D =pesquisa e desenvolvimento
PB = produção de biogás
PEEB = produção de energia elétrica pelo biogás
PCHS = pequenas centrais hidrelétricas
r = coeficiente de correlação
RGR = reserva global de reversão
RU = Reino Unido
UASB = biodigestor de fluxo ascendente
VAP = volume de álcool produzido
VIII
VAV = volume de álcool do vinho
VR = valor de referência
VVG = volume de vinhaça gerada
IX
GRANATO, E. F. Geração de Energia Elétrica pela Biodigestão Anaeróbica da
Vinhaça. Bauru, 2003. 130p. Dissertação (Mestra em Engenharia) – Faculdade de
Engenharia, Campus de Bauru, Universidade Estadual Paulista.
RESUMO
O objetivo principal deste trabalho é analisar o potencial de geração de energia
elétrica a partir da queima do biogás gerado no processo de biodigestão anaeróbica da
vinhaça, de uma destilaria com capacidade produtiva de 600 metros cúbicos de álcool
por dia.
Foram analisadas doze safras (de 1990/1991 até 2001/2002), das quais se obteve
dados referentes à produção de álcool e de vinhaça, permitindo a estimativa do
potencial de energia a ser produzida pela biodigestão anaeróbica deste efluente.
Comparou-se as quantidades de energia elétrica gerada pela queima do bagaço, de
energia elétrica adquirida da concessionária e da energia elétrica a ser gerada pela
biodigestão anaeróbica da vinhaça, concluindo-se que no caso do processo em estudo
operar em condições normais, poderá haver uma redução de 62,70% na aquisição de
energia elétrica da concessionária.
Analisaram-se também as implicações ambientais, levando-se em conta os obstáculos
e riscos que o processo atual de tratamento deste efluente oferece e os benefícios que
a biodigestão anaeróbica da vinhaça pode trazer, através da redução do potencial
poluidor do efluente e de seu tratamento (biodigestão) ser realizado em ambiente
semiconfinado, não sofrendo os agravantes oriundos das chuvas nos meses de
maiores índices pluviométricos.
X
GRANATO, E. F. Alternative production of energy by anaerobic biodigestion of
vinasse. Bauru, 2003, 130p. Dissertation, Master of Engineering, College of
Engineering, Campus of Bauru, University of State of Sao Paulo.
ABSTRACT
The main aim of this study is to generate electricity through the burning of biogas,
which is obtained from the process of anaerobic biodigestion of vinasse. This work
was done in a destilary, which can produce 600 m³ of alcohol a day.
The data to be estimated the capacity of producing power from that effluent came
from the analysis of twelve crops grown from 1990/1991 to 2001/2002 and the
production of alcohol and vinasse. From them comparing the amount of electricity
generated by the burning of the cane pulp and from the electricity obtained from the
power suppliers and also from anaerobic biodigestion by vinasse. It was concluded
that process works in normal conditions it will have the reduction of 62,70% in the
acquisition of power from the suppliers.
It was also analysed harm that it might bring to the environment, considering the
obstacles and risks that current process of treatment of that effluent offers. And also
the benefits that anaerobic biodigestion of vinasse may bring, reducing the potential
of pollution of that effluent and of its treatment (biodigestion) to be done in semi-
confinement environment not suffering any harm when the months the high levels of
rain occur.
1
1. INTRODUÇÃO
A escassez de recursos naturais renováveis, o aumento da demanda de
energia e suas implicações ambientais têm estimulado pesquisas e
desenvolvimento de tecnologias alternativas de suprimento energético. A
conversão da biomassa em energia vem tomando cada vez mais espaço no
contexto das alternativas viáveis.
A produção de álcool no Brasil vem cada vez mais se firmando como
alternativa de substituição de combustíveis fósseis, pois além da frota veicular
movida a álcool hidratado, existe também o consumo do álcool anidro no mercado
interno e externo.
Desde a década de 30, o setor alcooleiro vem sofrendo intervenções do
Estado, com medidas visando manter o equilíbrio entre estoque e preço, por ser
um setor voltado à produção de energia na forma de combustível.
A maior aceleração da produção de álcool ocorreu na década de 70, com o
início do Proálcool, que consistia num programa de incentivo intenso para a
utilização de motores movidos a álcool, motivada pela crise do petróleo do
Oriente Médio que acenava para uma elevação do preço do barril de petróleo a um
patamar de 90 dólares.
A Tabela 1.1. demonstra a taxa de crescimento anual da produção de
álcool anidro e hidratado, no período 1975-1999 no Brasil.
Tabela 1.1. – Demonstrativo da taxa de crescimento da produção do álcool anidro e hidratado no Brasil
Ano Anidro Hidratado Total 75-85 30% 38,9% 35,8%
85-87 4,7% 1,0% 2,2%
87-93 -3,0% 0,2% -0,6%
93-97 22,0% 2,6% 7,9%
97-99 23,1% -1,1% 3,8%
Fonte: Pinto (1999).
2
Com o protocolo firmado em Kyoto, em 2001, houve um
comprometimento dos países de economia avançada e em transição para reduzir a
taxa de emissão de CO2 em 6%, entre 2008 e 2012, em relação a 1990.
Atualmente no Brasil se adiciona 25% de álcool hidratado na gasolina,
objetivando a redução na emissão de poluentes pela queima desse combustível,
sendo que deverá ser aprovada a taxa de 5% para o óleo Diesel.
Este tipo de mistura de combustível está sendo estudado para breve
aprovação em países desenvolvidos como Estados Unidos e Japão.
Segundo Pinto (1999), a indústria canavieira do Brasil tem forte influência
no cenário energético, econômico e social do país, fazendo assim do Brasil o
maior produtor mundial de cana-de-açúcar, com cerca de 300 milhões de
toneladas na safra 1997/1998, sendo que 70% desse volume é direcionado à
produção do etanol, perfazendo um total de 15,1 milhões de m³ .
Este setor gera cerca de 600 mil empregos diretos no campo, num total de
328 usinas produtoras, cultivando uma área próxima de 5,5 milhões de hectares,
representando 3% do Produto Interno Bruto brasileiro.
O volume dos subprodutos da industria canavieira representam em torno
de 80 milhões de toneladas de bagaço e cerca de 200 milhões de m³ de vinhaça.
Esses resíduos são subaproveitados e representam um potencial significativo de
uma fonte renovável no setor energético, principalmente a médio e longo prazo
(Bini, 1993).
De acordo com Lamo (1991), para cada litro de álcool produzido são
gerados de 10 a 15 litros de vinhaça, sendo esta um resíduo altamente poluente e
problemático no manejo e conseqüente eliminação.
Esse resíduo, na quase totalidade dos casos, é empregado “in natura” na
lavoura da cana-de-açúcar, num volume que varia entre 400 a 500 m³/ha, de
acordo com a necessidade de nutrientes do solo, substituindo em parte a utilização
de fertilizantes químicos, mantendo a fertilidade do solo após anos do cultivo da
cana-de-açúcar, mineralizando a matéria orgânica, aumentando o conteúdo de
cálcio, potássio, nitrogênio e fósforo (Rossetto, 1988).
Essa prática denominada fertirrigação oferece em curto prazo uma solução
para o problema da disposição desse resíduo.
3
Levando-se em conta as várias remontas ocorridas em áreas próximas à
unidade produtora, durante anos consecutivos, que ocorrem por redução de custos
de transportes, disponibilidade de recursos e equipamentos adequados, o volume
de vinhaça aplicado supera o recomendado.
Eleva-se assim o teor de nitrogênio do solo à níveis comprometedores,
aliado a problemas de infiltrações e percolações contaminando o lençol freático,
representando risco para a saúde humana (Copersucar, 1979).
Pesquisas se fazem necessárias para que esse fato seja minimizado a ponto
de não comprometer legalmente as unidades produtoras junto aos órgãos
fiscalizadores atendendo assim a legislação vigente.
Embora a fertirrigação não apresente atualmente riscos ecológicos de
maiores montas, nota-se que o objetivo principal das unidades produtoras é se
“livrar” de um resíduo incômodo e perigoso de forma mais rápida e econômica
possível, sem causar maiores danos paralelos nem complicações com os órgãos
fiscalizadores do meio ambiente.
A viabilidade técnica da digestão anaeróbica da vinhaça vem sendo
provada por vários estudos, operando em plantas-piloto nas condições reais de
trabalho, sendo que algumas delas foram instaladas em escala de trabalho normal
no Brasil.
Existe um balanço econômico desfavorável, causado principalmente, pelo
baixo preço dos competidores diretos do biogás produzido na biodigestão, além da
falta de aplicações práticas e constantes da tecnologia da digestão anaeróbica,
contribuindo para uma desmotivação em investimentos, colocando-a em planos
inferiores na escala de interesses de desenvolvimento, (Salerno, 1991).
Segundo Souza (1999), parte-se do pressuposto que a tecnologia da
digestão anaeróbica da vinhaça, chamada de “tecnologia limpa”, contribui
diretamente ao desenvolvimento sustentável.
Por esse raciocínio, devido ao volume de vinhaça gerado na empresa em
estudo, será proposta a alternativa de biodigestão anaeróbica deste efluente,
obtendo-se biogás que poderia ser queimado numa turbina, para acionar um
gerador de eletricidade.
4
Dessa forma o efluente, após passar pelo processo de biodigestão
anaeróbica, poderá ser utilizado como biofertilizante no processo de fertirrigação
já existente, sem prejudicar suas características de adubação orgânica, com uma
taxa reduzida de DQO/DBO, baixa produção de lodo, baixa relação da taxa
Carbono/Nitrogênio, reduzindo custos operacionais e de investimento, oferecendo
a possibilidade de descentralização de tratamento do efluente, de acordo com
Copersucar (1979).
Em relação ao aspecto ambiental, o aumento da taxa de CO2 na atmosfera
proveniente da queima de combustíveis oriundos da biomassa, é compensado na
fotossíntese, o que não ocorre na queima de combustíveis fósseis (Rocha, 1988).
A tecnologia de biodigestão anaeróbica da vinhaça pode ser considerada
totalmente dominada, principalmente na sua teoria, e na prática se encontra pronta
para ser utilizada e abre novas e melhores possibilidades de obtenção de energia,
contribuindo para a redução de custos com energia nas usinas e destilarias
(Salerno, 1991).
De acordo com Souza (2000), quanto à tecnologia de biodigestão,
consideram-se reatores UASB (Upflow Anaeróbic Sludge Blanket) como sendo
os reatores que mais se adaptam ao processo de digestão anaeróbica da vinhaça.
Tal avaliação foi efetuada com base na análise dos custos de produção de biogás.
Embora existam outras alternativas para a utilização do biogás produzido
da biodigestão da vinhaça, será considerada a de se utilizar 100% deste gás na
queima em turbina, gerando energia elétrica.
5
2. OBJETIVOS
2.1. Objetivo Geral
Avaliar o potencial de geração de energia elétrica pela queima do biogás
em turbina, produzido pela biodigestão anaeróbica do resíduo vinhaça, em
destilaria anexa a usina de açúcar com capacidade de produção diária de 600.000
litros de álcool.
2.2. Objetivos Específicos
- Demonstrar a disponibilidade de energia elétrica gerada pela biodigestão
anaeróbica da vinhaça;
- Comparar o potencial de geração de energia elétrica pela biodigestão da
vinhaça com o total de energia elétrica consumida na empresa;
- Analisar as implicações ambientais proporcionadas pela geração do
resíduo vinhaça “in natura” e após a biodigestão anaeróbica.
- Calcular a viabilidade econômica para a instalação do processo de geração
de energia elétrica com a biodigestão anaeróbica.
6
3. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
3.1. Problema Energético
É de conhecimento geral que existe a limitação de recursos não renováveis
e, de acordo com Pinto (1999), quem primeiro trabalhou sistematicamente esse
assunto foi Malthus, no século XVIII, com a lei de rendimentos decrescentes, a
qual sugere simplesmente que, se a quantidade de terras é fixa, a produção pode
aumentar somente de forma aritmética, enquanto a população aumenta
geometricamente.
Ebeling, 1988, aborda outros trabalhos desenvolvidos por pesquisadores
que surgiram questionando a disponibilidade e utilização de recursos a nível
mundial, todavia cita o que mais influiu na consolidação da imagem atual de
nosso planeta e nos debates sobre o seu futuro.
Foi o documento denominado Relatório Meadows, publicado em 1972,
que estuda os limites de crescimento, baseado em cinco variáveis – o estoque de
capital industrial, a população, a poluição, a oferta de alimentos e a
disponibilidade de recursos naturais não renováveis, foram desenvolvidos
modelos matemáticos capazes de evidenciarem que essas variáveis estavam
sujeitas a ciclos positivamente realimentados, interagindo entre si de modo
exponencial.
Várias combinações reversas entre essas varIáveis foram testadas e
concluiu-se então que o referido relatório deveria propor a detenção de todos os
ciclos positivos de realimentação, pois mesmo com a hipótese de recursos
ilimitados a poluição apareceu como limite preocupante.
Segundo Cavalcanti (1995), se a Terra é finita, a oferta de recursos é
rígida, se os estamos consumindo, eles acabarão. São idéias facilmente
assimiladas pelo bom senso, mas equivocadas por não traduzirem a especificidade
do conceito de recursos. Estes são aquelas partes da natureza que podem ser
aproveitadas num dado momento. É, portanto, um conceito dinâmico.
O trabalho e a inteligência humanos fizeram com que a matéria passasse a
condição de recurso. Pode-se afirmar isto, pois até o século XIX, o petróleo não
7
era recurso. Antes do desenvolvimento da física nuclear, também o urânio não era
considerado recurso, e o mesmo raciocínio se aplicam à energia potencial das
cachoeiras, às ondas de rádio, às ligas metálicas e até à roda. Assim, se a
tecnologia varia de forma contínua, modificam-se incessantemente os fatores,
escapando-se ao determinismo da lei de rendimentos decrescentes de Malthus e
não se aplicando a situações em que ocorrem desenvolvimento das forças
produtivas e progresso tecnológico. Os sucessivos níveis técnicos permanecem
ocultos até serem atingidos através de novas descobertas, definindo situações
históricas irreversíveis (Galvão, 2000).
Numa visão macro do problema energético mundial, pode-se afirmar que
as alternativas como o domínio da fusão nuclear, o aproveitamento da energia
solar e eólica, a supercondutividade, os trabalhos com minérios mais nobres e a
exploração do espaço e do fundo do mar podem tornar-se soluções imediatas.
Entretanto esse pensamento, não pondera a aceleração das mudanças
promovidas pelo homem. São consumidos cada vez mais minérios e combustíveis,
e a extinção de animais continua crescente aliada à perda de cobertura vegetal do
planeta. Nota-se que esses problemas já existiam no passado, e a tecnologia
ajudou a resolvê-los, como exemplo cita-se a substituição da madeira pelo carvão
como combustível e pelo ferro como material construtivo; atualmente a tecnologia
industrial tem um impacto completamente novo: os efeitos de um derramamento
de toneladas de petróleo, de um acidente nuclear, de emissões de CO2, outros
gases-estufa ou compostos de cloro-flúor-carbono alcançam regiões inteiras de
uma só vez, podendo, em seguida, afetar o planeta como um todo. Vem daí a idéia
da fragilidade da vida complementando a de finitude, na imagem atual do nosso
mundo (Bermann, 2000).
Walter (2000), completa que há um outro lado importante dessa discussão.
As relações econômicas e políticas fazem com que a utilização das reservas esteja
sujeita a diversas circunstâncias, de natureza comercial e estratégica, capazes de
tornar as mercadorias mais caras, graças a sua escassez, fazendo mais poderoso
um grupo ou país. Todo o conflito de conquista, perda e distribuição de poder
envolve essa discussão sobre limites físicos da Terra. Isto nos remete ao problema
das relações entre os homens, e não somente destes com uma natureza que lhes
8
seja exterior. Entre 80% e 90% do comércio mundial de cobre, minério de ferro,
bauxita, produtos florestais, algodão, juta, tabaco, café, cacau e outros produtos
são controlados, no caso de cada produto, por três a seis grandes empresas.
Sendo necessário então voltar o pensamento para a qualidade do
crescimento, em direção a serviços menos poluentes e menos exigentes de
recursos naturais, o que se liga à necessária mudança nos padrões de consumo.
Abordando muitas das questões críticas relacionadas ao crescimento
desigual e pobreza, que impõe pressões sem precedentes sobre terras, águas,
florestas e outros recursos naturais do planeta. Se nosso mundo pode ser infinito e
ilimitado graças à nossa capacidade de recriá-lo a cada era de inovações, a
tecnologia por si só não pode resolver os problemas da natureza humana a que,
cedo ou tarde, os homens terão que fazer face.
3.2. Energias Alternativas
No Brasil, cerca de 25 milhões de pessoas, ou seja, aproximadamente 15%
da população, vivem sem acesso à energia elétrica. Essa população vive
majoritariamente no meio rural e em áreas remotas do país. Estima-se que o
número de propriedades rurais sem acesso à eletricidade seja da ordem de 100 mil
(Walter, 2000).
Ainda esse autor, cita que em todo o mundo, estima-se que dois bilhões de
pessoas vivam sob tal restrição. Para o atendimento dessa população, em
contraposição à tradicional ação de extensão da rede elétrica a essas áreas, a partir
da geração de eletricidade em grandes centrais, tem sido considerada a geração
distribuída de energia elétrica, em pequena escala, nos próprios locais onde a
eletricidade é consumida ou, ainda, o abastecimento através de uma rede elétrica
local, de pequena extensão.
Daí surgem propostas de utilização de formas renováveis de energia, visto
que em relação aos custos de extensão da rede elétrica a geração local pode ser
mais vantajosa, mesmo que custos externos (por exemplo, associados à geração
local de empregos e aos menores impactos ambientais) não sejam considerados
(Bermann, 2000).
9
Algumas ações voltadas ao fomento das formas renováveis de energia
foram recentemente adotadas, ou estão por ser adotadas, no país.
De acordo com Cavalcanti (1995), em vários países, ao longo dos anos 90,
a estrutura do setor elétrico, até então organizada em torno da geração centralizada
e contando predominantemente com centrais de grande porte, começou
gradualmente a ceder espaço para a geração distribuída. A liberalização do
mercado de eletricidade e as inovações tecnológicas são fatores que favoreceram
essas mudanças.
Unidades de geração de pequeno porte são mais facilmente financiáveis,
fato que potencialmente pode resultar em um maior número de unidades
geradoras, e podem ser construídas mais próximas dos consumidores, reduzindo
os investimentos, reduzindo as perdas no transporte e demandando menor controle
centralizado. A geração distribuída pode também proporcionar uma série de
vantagens técnicas, tais como melhor estabilização da rede, melhor controle de
tensão, de harmônicos e potência reativa. Ademais, com pequenas unidades pode-
se conseguir melhor ajuste do escalonamento da capacidade de geração a taxas
variáveis de crescimento da demanda.
As formas de energia renováveis, em função da baixa densidade
energética, são mais bem adaptadas para a geração distribuída do que para a
geração centralizada. Dessa forma, uma clara oportunidade para as formas
renováveis de energia é identificada na tendência atual de maior dispersão das
unidades de geração elétrica.
Segundo Bermann (2000), por outro lado, enquanto o foco de atenção dos
agentes do setor elétrico está fundamentalmente voltado ao curto prazo, os
benefícios das formas renováveis, em função dos maiores custos iniciais e do seu
menor estágio de desenvolvimento tecnológico, podem ser mais bem identificados
em um horizonte de médio a longo prazos. Em curto e médio prazo uma maior
participação das formas renováveis na geração de eletricidade deve depender de
fatores tais como a importância da geração distribuída e, conseqüentemente, das
unidades de pequeno porte no parque gerador, e de como serão tomadas as
decisões relativas à expansão do setor elétrico e, nesse contexto, quão importante
serão os aspectos ambientais e sociais para as tomadas de decisão.
10
Embora a geração de eletricidade a partir de formas renováveis de energia
pode, potencialmente, contribuir tanto do ponto de vista ambiental quanto social,
em função de menores emissões atmosféricas, menos consumo d’água, geração de
empregos e incentivo à atividade econômica a nível local, apresenta restrições que
advêm do alto investimento inicial, da natureza dispersa e da intermitência dos
recursos (energia eólica e solar). Tais fatores resultam em maiores incertezas,
maior percepção de risco por parte dos investidores, e dificuldades para se
alcançar economias de escala.
Na escolha correta para uma ou mais formas de energias renováveis de
determinada região deve-se levar em conta: distância da rede elétrica principal,
disponibilidade de recursos energéticos, a competitividade da fonte renovável em
relação à energia tradicional e sua expansão, relação que a forma renovável possa
estabelecer com as atividades locais a fim de se aproveitar à geração de resíduos,
recursos e mão de obra local e principalmente a cultura regional, sendo fator
básico para que a nova forma de fornecimento de energia tenha sucesso e
aceitação local.
De acordo com Pinto (1999), uma experiência bem sucedida de
participação da comunidade no processo de decisão foi desenvolvida na Índia, na
região rural próxima de Bangalore. Conjuntos gaseificadores aliados a motores de
combustão interna e biodigestores foram introduzidos com o objetivo de viabilizar
o bombeamento d’água tanto para irrigação quanto para o consumo humano.
Orientada por técnicos do Indian Insitute of Science, a comunidade escolheu a
tecnologia, definiu a sistemática de operação e participa ativamente da operação e
da manutenção dos sistemas.
Como formas de energias renováveis mais desenvolvidas e aplicadas na
prática pode-se citar, de acordo com Walter, 2000:
a) Energia Eólica:
A produção de eletricidade a partir da energia eólica é a que teve os
resultados mais significativos nos últimos 15-20 anos, tanto em termos de
capacidade instalada quanto na redução dos custos da eletricidade gerada. Desde
1980 o custo médio de capital foi reduzido cerca de 80%.
11
Na continuidade de expansão do mercado e do desenvolvimento
tecnológico, a expectativa é que esses custos sejam ainda mais reduzidos,
tornando-a plenamente competitiva enquanto alternativa de expansão da
capacidade de geração elétrica.
Atualmente a capacidade eólica instalada é de 10 GW, sendo cerca de
8,3GW estão na Europa (só na Alemanha, 3,9 GW).
No Brasil o maior potencial eólico encontra-se nas regiões litorâneas,
devido aos recursos naturais disponíveis, fixando assim uma região para aplicação
do mesmo.
b) Energia Solar Fotovoltaica:
No caso da energia solar fotovoltaica, as reduções de custo e o crescimento
do mercado também foram significativos, embora os resultados sejam inferiores
aos apresentados pela energia eólica. Nos últimos 20 anos a geração fotovoltaica
atingiu um estágio comercial, sendo no momento tecnologia corrente na produção
de eletricidade tanto em áreas isoladas quanto para a injeção de energia à rede. As
taxas de crescimento do mercado têm sido altas, da ordem de 20-30% ao ano; só
em 2000, estima-se que 200 MW de capacidade fotovoltaica adicional tenham
sido instaladas em todo o Mundo. Os custos de capital por kWh instalado, no
presente, variam entre cinco e quinze vezes os custos unitários de um ciclo
combinado para queima de gás natural (a tecnologia de referência para expansão
do setor elétrico em quase todo o Mundo), mas a tendência de queda é acentuada.
c) Energia da Biomassa:
A produção de eletricidade a partir da biomassa, em ciclos a vapor
convencionais de pequena capacidade, é comercial em países como a Finlândia, a
Suécia e em algumas regiões dos EUA. Já a produção de eletricidade em larga
escala, em sistemas de alta eficiência (gaseificação da biomassa e emprego do gás
combustível resultante na alimentação de ciclos combinados de alto desempenho)
envolve tecnologia ainda em desenvolvimento, que pode atingir estágio comercial
em até dez anos.
12
Regra geral, em função da baixa eficiência operacional e dos custos
iniciais relativamente altos, a produção de eletricidade em ciclos com turbinas a
vapor ou máquinas a vapor só é competitiva em sistemas isolados, quando do uso
da biomassa residual e/ou quando da existência de incentivos regulatórios
específicos (Schirm, 1991)
Outras alternativas de pequena capacidade para a produção de eletricidade
a partir da biomassa, tais como sua gaseificação e o uso do gás combustível em
motores de combustão interna (substituindo total ou parcialmente a gasolina ou o
Diesel), ou ainda o uso de óleos vegetais, envolvem tecnologias conhecidas
embora não ainda comercialmente competitivas e tampouco confiáveis (esses
sistemas apresentam baixa disponibilidade). Problemas relativos à limpeza do gás
ainda persistem no caso dos sistemas gaseificação e motores, enquanto no caso
dos óleos vegetais as restrições estão, sobretudo, na confiabilidade da operação
contínua dos motores de combustão interna (IPT, 1986).
Ainda estão em desenvolvimento tecnologias envolvendo a pirólise da
biomassa e emprego do óleo resultante em motores de combustão interna, e a
gaseificação de biomassa e emprego do gás em motores Stirling (de combustão
externa); ambas, no entanto, ainda estão em estágio muito preliminar de
desenvolvimento.
d) Micro e Pequenas Centrais Hidrelétricas:
A tecnologia das micro e pequenas centrais hidrelétricas (PCHS) é
plenamente dominada já há muitos anos, podendo ser considerada totalmente
comercial e confiável. Em 1997 havia cerca de 340 PCHS em operação no Brasil,
totalizando uma capacidade de cerca de 630 MW, construídas entre os anos de
1970 e 1980. Uma capacidade adicional de 790 MW pode ser viabilizada nos
próximos anos, tendo-se por base os quase oitenta projetos sob análise ou até
mesmo já em construção.
Tendo em vista o porte das PCHS (na faixa de 1 a 30 MW) e o custo
unitário de capital, que é da ordem de 1100 US$/kW instalado (Carvalho, 2000),
sendo uma alternativa inviável para estabelecimentos rurais isolados, mas bastante
factível, por exemplo, para cooperativas de eletrificação rural.
13
Em síntese, para o meio rural brasileiro, a produção de eletricidade com
células fotovoltaicas apresenta um potencial bastante significativo, embora seja
uma alternativa mais adequada para atendimento de pequenas cargas.
Para a energia eólica, sabendo-se que o maior potencial encontra-se nas
regiões litorâneas, não são disponíveis tecnologias geradoras no país, mas, de
qualquer forma, unidades de grande porte (750 kW – 2 MW) e maior eficiência,
tais como as que são no momento construídas em alguns países, são inviáveis para
estabelecimentos isolados (Carvalho, 2000).
Já no caso da biomassa, consideradas as tecnologias aprovadas, os ciclos a
vapor com turbinas só seriam viáveis em complexos agro-industriais de médio e
grande porte.
Finalmente, para as tecnologias de gaseificação de biomassa e motores de
combustão interna, bem como para o emprego de óleos vegetais, ainda é preciso
se avançar no desenvolvimento para que esses sistemas sejam confiáveis e
competitivos (Walter, 2000).
O alto custo inicial, o estágio pré-comercial de grande parte das
tecnologias e a percepção de risco por parte dos empreendedores inibe os
investimentos em formas renováveis. Como o mercado não se desenvolve em
condições ideais, não há escala de produção, e os custos de capital não caem como
seria desejável. Esse ciclo vicioso precisa ser rompido com o estímulo ao
desenvolvimento de um mercado inicial, seguro, de dimensões mínimas. Como os
custos incrementais precisam ser direta ou indiretamente cobertos, para a
continuidade do programa, a conscientização social sobre os benefícios das fontes
renováveis é uma condição necessária. Uma clara barreira é que em um país como
o Brasil, cuja população ainda busca um nível adequado de educação ambiental,
as decisões tendem a ser pragmáticas, orientadas ao atendimento de objetivos de
curtíssimo prazo.
Segundo Carvalho (2000), vários projetos de implantação de sistemas de
produção de sistemas de eletricidade a partir de formas renováveis de energia já
foram realizados no Brasil, tanto por iniciativa dos governos federal e estadual,
quanto por iniciativa de concessionárias de energia elétrica e ONGS
14
(Organizações não Governamentais). Esses projetos dizem respeito a sistemas
fotovoltaicos, eólicos e PCHS; no atendimento de comunidades isoladas, por
outro lado, pouco foi feito quanto a sistemas baseados em biomassa. Embora do
ponto de vista do número de consumidores atendidos os resultados sejam bastante
modestos, esses projetos pioneiros tiveram o mérito de permitir a identificação de
barreiras e de terem viabilizado a demonstração das tecnologias.
A ANEEL estabelece, na prática, preços-teto para a compra da eletricidade
produzida por fontes renováveis. Essas tarifas, chamadas preços normativos, são o
máximo valor que as concessionárias podem pagar por unidade de energia gerada
por determinadas tecnologias, podendo repassar ao consumidor final o sobrecusto,
embora exista a proposta de uma redução de 50% às tarifas de uso dos sistemas de
transmissão e distribuição quando da comercialização de energia elétrica
produzida por fontes renováveis.
Embora sejam inegáveis os méritos dessa regulação, deve-se fazer uma
ressalva quanto aos valores definidos, que são baixos inclusive para o nível
tecnológico e para a escala de produção da indústria existente em vários países
europeus.
Outro ponto importante para o fomento das formas renováveis é a
obrigatoriedade de que as concessionárias de distribuição e os agentes
comercializadores comprem, por prazo não inferior a dez anos, toda energia a ser
produzida por empreendimentos a partir de fontes eólicas, solar, biomassa e
PCHS, até que essas fontes atendam, em um prazo de 20 anos, a 10% dos seus
mercados de fornecimento (Walter, 2000).
Quanto à obrigatoriedade de compra, a proposta se aproxima da política
adotada na Alemanha, onde as concessionárias são obrigadas a comprar
eletricidade gerada por fontes renováveis até que no conjunto essas fontes
atendam a um percentual do mercado. Na Alemanha a tarifa de compra é alta (em
alguns casos iguais à tarifa paga pelo consumidor final), estimulando os
investimentos. Com efeito, com essa legislação houve um rápido desenvolvimento
das fontes renováveis, particularmente da energia eólica, a ponto de ser a
Alemanha, no momento o país com maior capacidade instalada.
15
Com a aprovação do Substitutivo, obrigando a compra de eletricidade
gerada por formas renováveis e com a sinalização de que essas formas poderão
atender em seu conjunto a 10% do mercado de energia elétrica do país, poderá
estar resolvido um dos problemas ainda não equacionados no Brasil, relativo ao
desenvolvimento inicial do mercado.
Com a reestruturação do setor elétrico é natural que os novos agentes não
tenham interesse por mercados poucos rentáveis, e por empreendimentos de maior
risco, como os que envolvem a produção de eletricidade a partir das fontes
renováveis de energia. Assim, as perspectivas de fomento às fontes renováveis de
energia dependem fundamentalmente da regulação que venha a ser feita.
Entre as barreiras mais importantes, a questão da criação de um mercado
garantido, que assegure uma escala mínima de produção e o desenvolvimento
contínuo das tecnologias.
Finalmente, cabe a reflexão de que a inserção de tecnologias em um dado
meio é mais adequada se houver um processo natural, cuja comunidade reconhece
e incorpora a seu estilo de vida e/ou a suas atividades econômicas. Programas que
visam a simples implantação de tecnologias em certas regiões e estão dissociados
da realidade local estão fadados ao insucesso dentro de uma ótica de médio e
longo prazo.
Nesse sentido, os programas de implantação de fontes renováveis precisam
ser organizados para que tenham muito fôlego, sejam abrangentes em sua
concepção e para que tenham como metas não número de sistemas implantados,
mas sim a satisfação e o bem-estar das comunidades (Bermann, 2000).
Segundo Walter (2000), no meio rural, em função da natureza da atividade
e da disponibilidade de recursos energéticos, uma perspectiva interessante é que o
processo de eletrificação possa estar associado ao beneficiamento do produto,
agregando valor e aumentando a renda das comunidades. Em muitos casos o
investimento será proibitivo para um produtor individual, mas suportável e
recompensador para um conjunto de agricultores, reduzindo o custo unitário
inicial e melhorando a viabilidade econômica.
Na mesma linha de agregação de valor ao produto e da diversificação das
atividades, sempre que possível os sistemas energéticos devem ser concebidos
16
como unidades de cogeração, viabilizando a produção de vapor/água quente ou
ainda a produção de frio (refrigeração e/ou condicionamento ambiental). Tal
alternativa é factível se forem empregados sistemas térmicos baseados em
máquinas a vapor (turbinas e motores a pistão) e motores de combustão interna.
3.3. Biodigestão
Os processos bacteriológicos de fermentação da matéria são anteriores à
existência do homem na Terra, visto que a quantidade de bactérias e a intensidade
de sua ação no ambiente primitivo colaborou na determinação da composição da
atmosfera, propiciando as condições de desenvolvimento da vida.
Existem registros datados de 1776, que provam a descoberta do metano
efetuada pelo químico italiano Alessandro Volta; entretanto, é de se supor que
esse gás combustível já fosse reconhecido e até mesmo utilizado de alguma
maneira desde antes dessa data. Volta identificou o metano, o gás dos pântanos,
resultante da decomposição de restos vegetais em ambientes confinados,
comprovando suas características combustíveis. Em 1806, na Inglaterra,
Humphrey Davy identificou um gás rico em carbono e dióxido de carbono,
resultante da decomposição de dejetos animais em lugares úmidos, e fez uma
ligação da sua pesquisa com o gás dos pântanos, mencionada por Volta. Somente
em 1844, Ulisse Gayo, mostra de maneira definitiva que o gás metano pode ser
produzido a partir da fermentação de uma mistura de excrementos, palha de
estábulo e água, e discute suas propriedades (Pinto, 1999).
A biodigestão anaeróbica, processo pelo qual o metano é produzido, é uma
das formas naturais de se obter esse hidrocarboneto, além das jazidas
subterrâneas, onde se encontra às vezes associado ao petróleo. Nessa última
forma, o gás natural constitui-se importante combustível fóssil e é bastante
explorado. Em anos recentes, estudos da atmosfera mostraram que
aproximadamente 0,5% da produção total anual de matéria seca, por fotossíntese,
é transformada em metano, acumulando a fabulosa quantidade de 800 milhões de
toneladas do gás que é descarregada anualmente em nossa biosfera, contribuindo
para o chamado “efeito estufa”. De fato, o metano é considerado o segundo
17
principal responsável pelo aquecimento global do planeta, atrás, é claro, do
dióxido de carbono.
Na literatura consta que a primeira instalação operacional destinada a
produzir gás combustível foi construída em 1857, em Bombaim, na Índia, para
atender a um hospital de hansenianos. Nessa época, pesquisadores como Fisher e
Schrader, na Alemanha, e Gayon, na França, estabeleceram as bases teóricas e
experimentais da biodigestão anaeróbica. Em 1890, Donald Cameron projetou um
tanque séptico para a cidade de Exeter, Inglaterra, e o gás foi coletado e usado na
iluminação pública de rua. Na Alemanha, Karl Imhoff desenvolveu um tanque
biodigestor para o tratamento anaeróbico de esgotos residenciais, o tanque Imhoff,
bastante difundido na época (Nogueira, 1986).
Durante a Segunda Guerra Mundial, na França e Alemanha, devido à
escassez de combustível, o metano de biodigestores foi usado para mover
automóveis.
Em países limitados pela falta ou distribuição inadequada de energia, os
biodigestores têm sido adaptados para atender as necessidades rurais. Na Índia
comprovou-se que a utilização do esterco de gado para a produção de combustível
não ocasiona a perda de suas características como adubo orgânico. A partir de
1939, o Instituto Indiano de Pesquisa Agrícola, em Kanpur, desenvolveu a
primeira usina de gás de esterco. O sucesso da experiência levou a uma grande
popularização do processo e, em 1950, formou-se o Gobar Gas Institute, cujas
pesquisas conduziram a uma enorme difusão do biodigestor como forma de tratar
o esterco e obter combustível sem perder o efeito fertilizante.
Outra utilização intensa das possibilidades da biodigestão deu-se na China,
a partir de 1958, ampliando-se em 1980, com a instalação de cinco milhões de
biodigestores de uma nova concepção, o modelo chinês, todos eles localizados ao
sul do Rio Amarelo, onde as condições climáticas eram mais favoráveis à
produção do biogás. Atualmente, cerca de 25 milhões de chineses usam biogás,
principalmente para iluminação e cocção. Aproximadamente 10.000 digestores de
médio e grande porte se encontram em funcionamento em fábricas de alimentos,
destilarias, fazendas de gado, entre outros. O biogás produzido em grandes
unidades é transferido para estações centralizadas, onde é aproveitado na geração
18
de potência mecânica (existem cerca de 422 estações com capacidade instalada de
5.849 HP) e potência elétrica (822 estações responsáveis pela produção total de
7.836 kW). Análises mostram que a taxa de retorno de investimento em biogás na
China é elevada, com o período variando de um a quatro anos (Fiore, 1994).
Nas décadas recentes, a digestão anaeróbica de resíduos poluentes vem
despertando grande interesse e sendo utilizada, com sucesso, para vários tipos de
efluentes, tanto industriais quanto domésticos, em diversas partes do mundo.
Comparando com o método convencional de tratamento anaeróbico e do ponto de
vista da implementação de tecnologias sustentáveis, o processo anaeróbio resolve
o problema do rejeito de uma maneira mais abrangente, já que:
a) ao invés de consumir, produz energia útil na forma de biogás;
b) apenas uma pequena parte da DQO é convertida em nova biomassa, ou
seja, o volume do excesso de lodo é significativamente menor;
c) pode ser aplicado em praticamente qualquer lugar e em qualquer
escala, pois altas taxas de conversão podem ser obtidas com os
modernos sistemas de tratamento, requerendo relativamente pouco
espaço;
d) pode ser operado com baixo custo, pois os restores são relativamente
simples e utilizam pouco ou nenhum aditivo de alto conteúdo
energético; e pode ser combinado com métodos de pós-tratamento do
efluente para a recuperação de produtos úteis, como amônia, enxofre,
ou algum outro, dependendo da natureza do rejeito tratado (Verstrate,
1996).
3.3.1 Microbiologia
A digestão anaeróbica é um processo biológico que ocorre na ausência de
oxigênio livre: no qual diversas populações de bactérias convertem a matéria
orgânica numa mistura de metano, dióxido de carbono e pequenas quantidades de
hidrogênio, nitrogênio e sulfato de hidrogênio. Essa mistura é conhecida como
biogás e pode ser utilizada como combustível devido às elevadas concentrações de
metano, usualmente na faixa de 55% e 70%. O efluente líquido final do processo
19
integra a parcela da matéria orgânica não convertida em forma solúvel e estável.
A digestão pode ser realizada em diferentes tipos de reatores, também chamados
digestores ou biodigestores, (Nogueira, 1986).
De acordo com Castro 1991, a degradação microbiológica de matéria em
um ambiente anaeróbio só pode ser obtida por microorganismos capazes de
utilizar outras moléculas, ao invés de oxigênio, como aceptores de hidrogênio. A
reação completa pode ser simplificada como segue:
microorganismos
Matéria orgânica CH4 + CO2 + N2 + H2S
anaeróbios
Na verdade, a degradação anaeróbia da matéria orgânica é quimicamente
um processo bastante complicado, envolvendo centenas de possíveis compostos e
reações intermediárias, cada uma catalisada por enzimas e catalisadores
específicos. As bactérias atuam simbiótica e sinergeticamente, utilizando a
matéria orgânica de forma assimilativa para o crescimento da população atuante
no processo. As transformações podem ser obtidas por um dos vários caminhos
metabólicos alternativos, e os bioquímicos continuam tentando definir e descrever
mais precisamente esses vários mecanismos (Schirm, 1991).
Quando as bactérias degradam moléculas complexas como celulose,
proteína, amido e gordura, que compõem a matéria orgânica, a primeira etapa
consiste em quebrar as ligações entre as unidades básicas. Isso é realizado pelas
enzimas liberadas externamente pelas bactérias para fazer, especificamente, esse
desdobramento, transformado os polímeros orgânicos em suas sub-unidades
constituintes, notadamente açúcares, aminoácidos e ácidos graxos de cadeia longa,
que podem ser incorpados no interior da célula. Dessa forma, para as bactérias
alimentarem-se de moléculas complexas, estas são separadas em unidades mais
simples, e esta separação geralmente, conduz à produção de ácido acético, além de
outros ácidos, e seus respectivos saís, aumento da temperatura, utilização de
material finamente dividido e pH levemente ácido.
20
A partir daí, a decomposição anaeróbica é geralmente dividida em duas
fases: a fase acidogênica e a fase metanogênica. Na fase acidogênica, os
compostos gerados na etapa anterior, uma vez encorpados no interior da célula,
são convertidos (pelas bactérias formadoras de ácidos) em ácidos voláteis, álcoois,
dióxido de carbono, hidrogênio molecular e amônia. É uma fase que tem cinética
rápida, em que a assimilação da matéria em biomassa microbiana é grande
(Glória, 1998).
Na Tabela 3.1. estão listadas algumas espécies de bactérias, isoladas em
digestores anaeróbicos, que participam da fase acidogênica.
As bactérias que realizam essa fase podem ser anaeróbicas ou facultativas,
isto é, vivem com oxigênio ou sem ele. As facultativas são importantes não apenas
por produzirem alimento para as bactérias anaeróbicas, como, também, por
eliminarem qualquer traço de oxigênio dissolvido, fatal para essas bactérias, que
tenha permanecido no material orgânico.
Na fase metanogênica, compostos simples como o dióxido de carbono,
hidrogênio molecular, ácido acético e metanol, gerados na etapa anterior, são
metabolizados pelas bactérias metanogênicas, havendo desassimilação de metano
e dióxido de carbono. A Tabela 3.2. mostra espécies de bactérias metanogênicas
que já foram detectadas em biodigestores anaeróbios.
Existe dúvida sobre quais produtos finais da fase de formação de ácidos
são utilizados pelas bactérias formadoras de metano, mas é quase certo que mais
de 70% de todo o metano formado provém do acetato, um sal do ácido acético, e o
resto do dióxido de carbono e hidrogênio (Nogueira, 1986).
Sendo assim, considera-se que poderá ocorrer ainda uma etapa
intermediária, chamada acetogênica, na qual os ácidos orgânicos mais pesados e
álcoois são fermentados em acetato, dióxido de carbono e hidrogênio molecular,
substratos efetivamente utilizados pelas bactérias metanogênicas.
Participam dessa etapa as bactérias acetogênicas, produtoras de
hidrogênio, que trabalham em estreita associação com as bactérias metanogênicas,
uma vez que as últimas são responsáveis pela remoção do hidrogênio produzido,
que, quando presente acima de determinadas concentrações no meio de
21
fermentação, torna-se inibidor ao metabolismo das bactérias acetogênicas que o
produziram (Nogueira, 1986).
Tabela 3.1 - Bactérias não metanogênica isoladas em digestores anaeróbicos
Bactéria Celulose Amido Proteínas Gorduras Alcaligenes bookerii X Alcaligenes fecalis X Bacillus cereus var. mycoids X Bacillus cereus X X Bacillus circulans X X X Bacillus firmus X Bacillus megaterium X X X X Bacillus pumilis X Bacillus sphaericus X X Bacillus subtilis X X Clostridium carnofoetidum X Escherichia coli X X Micrococus candidus X Micrococus luteus X Micrococus varians X X Micrococus ureae X Paracolobacterium X Paracolobacterium coliforme X Proteus vulgaris X Pseudomonas aeruginosa X Pseudomonas oleovorans X Pseudomonas perolens X Pseudomonas reptilivora X Pseudomona riboflavina X Pseudomona spp. X X X X Streptomyces bikinensis X
Fonte: Pinto, 1999.
Os grupos bacterianos envolvidos nos processos estão misturados, e essa
diversidade depende basicamente do tipo de matéria orgânica adicionada ao
digestor.
22
Oxidação: CH3COOH + 2H2O 2CO2 + 8H
Redução: 8H + CO2 CH4 + 2H2O
Balanço: CH3COOH CH4 + CO2
Tabela 3.2. – Espécies de bactérias metanogênicas e compostos orgânicos usados pelas mesmas
Metanobacterium formicum CO; H2 + CO2; Fórmico CH4
Metanobacterium mobilis H2 + CO2; Fórmico CH4 Metanobacterium propionicum Propiônico CO2 + Acetato Metanobacterium ruminantium Fórmico, H2 + CO2 CH4 Metanobacterium sohngenii Acetato; Búrico CH4 + CO2 Metanobacterium suboxydans Caproato; Búrico Propiônico; Metanococus mazei Acetato; Búrico CH4 + CO2 Metanococus vannielli H2 + CO2; Fórmico CH4 Metanosarcina barkeri H2 + CO2; Metanol; CH4 + CO2 Metanosarcina methanica Acetato; Búrico CH4 + CO2 Fonte: Pinto, 1999.
As bactérias formadoras de ácidos são bastante resistentes e capazes de
suportar súbitas mudanças das condições externas e de alimentação, ao contrário
das bactérias metanogênicas, bastante suscetíveis a alterações nas condições.
Um fato importante a se observar sobre a população de bactérias no
biodigestor é que elas são interdependentes e simbióticas. As bactérias formadoras
de ácido asseguram que o meio está livre de oxigênio e produzem o alimento
básico para as bactérias metanogênicas, além de suas enzimas agirem sobre
proteínas e aminoácidos, liberando sais de amônia, as únicas fontes de nitrogênio
que as bactérias metanogênicas aceitam.
A Figura 3.1. demonstra as etapas da fermentação anaeróbia para a
produção de metano. Um resumo das reações envolvendo o acetato na fase
acetogênica é mostrado.
Um fato importante a se observar sobre a população de bactérias no
biodigestor é que elas são interdependentes e simbióticas. As bactérias formadoras
de ácido asseguram que o meio está livre de oxigênio e produzem o alimento
23
básico para as bactérias metanogênicas, além de suas enzimas agirem sobre
proteínas e aminoácidos, liberando sais de amônia, as únicas fontes de nitrogênio
que as bactérias metanogênicas aceitam.
POLÍMEROS ORGÂNICOS (Amido, Celulose, Proteína, Gordura)
FASE DE HIDRÓLISE (extracelular) COMPOSTOS DE CADEIA CURTA E POLÍMEROS SOLÚVEIS (Açúcares, Aminoácidos, Ácido Graxos) FASE DE ACIDIFICAÇÃO
H2 CO2 ÁCIDO ACÉTICO ÁCIDOS ORGÂNICOS ÁLCOOIS
FASE ACETOGÊNICA
ÁCIDO ACÉTICO H2
FASE METANOGÊNICA
CO2
(2,5 – 4,5 %)
FIGURA 3.1. - Etapas da fermentação anaeróbica para produção de Metano Fonte: Souza, 1999.
Estas, por sua vez, embora não possam viver sem as formadoras de ácidos,
removem os produtos finais do metabolismo das primeiras e os convertem em
gases, que escapam do sistema. Caso essa conversão não se processasse, as
METANO (55 - 75%)
24
condições no biodigestor se tornariam tão ácidas que matariam as bactérias
formadoras de ácidos (Lettinga, 1991).
As relações entre as populações de bactérias são, como já foi mencionado,
de interdependência e sinergia, as bactérias metanogênicas são mais sensíveis, de
maneira que, em um biodigestor em operação, se ocorrer uma súbita alteração nas
condições de operação como variações rápidas na temperatura ou mudanças
bruscas no teor de matéria orgânica, a primeira coisa que normalmente se dá é
uma redução na produção do metano, associada a um aumento de acidez, podendo
comprometer a continuidade do processo. A influência da temperatura, da acidez e
do tipo de reator será analisada a seguir.
3.3.2 Influências no Processo
De acordo com Pinto (1999), são quatro os fatores que influenciam no
processo de biodigestão anaeróbica, descritos a seguir (itens a, b, c, e d):
a) Temperatura
As várias experiências já realizadas indicam uma correlação entre a
produtividade do processo de digestão anaeróbica e a faixa de temperatura de
operação. Os microorganismos devem ser adaptados à faixa de temperatura de
trabalho, o que permite classificá-los também com relação a este parâmetro. As
bactérias operando numa faixa inferior a 20°C são chamadas psicrofílicas; outras
operando entre 20 a 45°C são chamadas mesofílicas; acima de 45°C operam as
bactérias termofílicas. Abaixo de 10°C o processo é, em geral, interrompido, visto
que a produção de gás aumenta com a elevação da temperatura.
A faixa termofílica, portanto, apresenta taxas de conversão maiores e,
assim, um menor tempo de residência do resíduo no digestor, além do seu volume
poder ser menor, reduzindo-se os custos iniciais. Na faixa de 55 a 70°C, foi
constatado que a celulose e outros polímeros alcançam as maiores taxa de
hidrólise. Apesar disso, a maior parte dos digestores trabalha na faixa mesofílica,
por estes serem mais confiáveis, não necessitando de controle de temperatura.
25
Assim a digestão termofílica é descrita como mais crítica e mais sensível devido à
vulnerabilidade das bactérias, principalmente as metanogênicas, às variações de
temperatura.
Um outro problema era o desenvolvimento do substrato de bactérias que
iniciaria o processo. No entanto, embora muita coisa ainda possa ser feita nesta
área, controles mais finos desenvolvidos na década anterior, tratam o problema do
início da operação com um melhor entendimento dos mecanismos de crescimento
do substrato de biomassa e melhorando a confiabilidade do processo, abrindo
inclusive como será visto adiante, novas possibilidades para o tratamento
anaeróbico termofílico de alta eficiência do esgoto doméstico.
b) pH e acidez do meio
Os microorganismos são seres vivos que necessitam de um meio propício
ao seu desenvolvimento; por isso, a acidez e a alcalinidade são fatores importantes
no processo de digestão anaeróbia. O pH do processo deve ser mantido entre 6 e
8, podendo ser considerado ótimo de 7 a 7,2; seu controle é função do acúmulo de
bicarbonato, da fração de CO2 da parte gasosa, da concentração em ácidos
voláteis ionizados e da concentração de nitrogênio sob a forma de amônia.
Inicialmente, as bactérias formadoras de ácidos fracionam a matéria orgânica e
produzem ácidos voláteis. Daí resulta um aumento da acidez do meio e uma
redução do pH. Quando as bactérias metanogênicas começam a agir, transformam
os ácidos em metano, neutralizando o meio e elevando o pH. Outro fator que
tende a elevar o pH é o teor de amônia, que aumenta quando as proteínas
começam a ser digeridas. Um terceiro fator atuante sobre o pH do meio, agindo de
modo a estabilizá-lo, é o bicarbonato. A concentração do íon bicarbonato é
diretamente proporcional ao teor de dióxido de carbono e ao pH do meio. Assim,
se as bactérias do primeiro grupo são muito rápidas e produzem mais alimentos do
que as metanogênicas conseguem digerir, o dióxido de carbono liberando tornará
maior a concentração de bicarbonato, o que impede a queda acentuada no pH.
Com o correr da degradação do material orgânico em um sistema fechado, o pH
tende a se elevar e a produção de metano tem o seu pico.
26
Se o conteúdo de um digestor em operação torna-se muito ácido, o método
mais comum de restaurar o pH ideal é interromper sua alimentação por alguns
dias. Isto dá um tempo para as bactérias metanogênicas reduzirem a concentração
dos ácidos voláteis. Em digestores de grande porte, nos quais a interrupção da
alimentação é complicada devido a problemas de estocagem do resíduo, o pH é
usualmente elevado pela adição de hidróxido de cálcio, altamente alcalino.
c) Composição e Concentração do Resíduo
A composição do resíduo a ser tratado afeta a produção de biogás na
proporção direta: quanto maior for o conteúdo de sólidos voláteis, os quais
representam a quantidade de sólidos orgânicos presentes na amostra, e a
disponibilidade de nitratos, fosfatos e sulfatos, maior será a produção de biogás.
Nota-se, também que a produção de metano é diretamente proporcional à
demanda química de oxigênio (DQO). A presença de nitrogênio sob a forma de
proteína é favorável, pois a mineralização conduz à amônia, que é útil no
estabelecimento da alcalinidade.
Elementos nutrientes essenciais, como o ferro, e os micronutrientes, como
o níquel e o cobalto, demonstram efeitos positivos na produtividade de metano. Já
o enxofre em grande quantidade aumenta a produção de H2S. Certos íons
orgânicos, como o K+, o Na+, o Ca++, a amônia iônica NH4+, o Mg ++ e o S-
apresentam, na fermentação, uma propriedade singular: quando em quantidade
diminutas são excitantes do metabolismo celular, manifestando, porém,
propriedades inibidoras do mesmo metabolismo quando em concentrações mais
elevadas. Ainda não é completamente conhecido o fenômeno da inibição;
acredita-se que, em maiores concentrações, os íons atravessem a delicada
membrana celular, interferindo no mecanismo biológico da célula.
Alguns materiais orgânicos, especialmente os sintéticos, são também
tóxicos para as bactérias. De um modo geral, os detergentes não biodegradáveis e
aqueles à base de cloro são fortes inibidores do metabolismo bacteriano. O
amoníaco (NH3), em concentrações da ordem de 150 mg/l, é, igualmente, um
forte inibidor. Também se deve cuidar para que não penetrem no digestor resíduos
27
de animais que tenham sido tratados com antibióticos ou água de lavagem
contendo pesticidas. Porém, apesar da susceptibilidade das bactérias acidogênicas
e metanogênicas a componentes tóxicos nas matérias orgânicas, o potencial que
têm para se adaptarem e efetuarem a conversão de composto químico foi
demonstrado ser muito maior do que o percebido anteriormente.
Uma das vantagens da digestão anaeróbica reside justamente na
diversidade de substratos passíveis de sofrer fermentação. As bactérias
metanogênicas não exigem substâncias ou matérias específicas para sua operação;
diversamente da obtenção do álcool, na qual as enzimas somente se desenvolvem
a partir de açúcares, as bactérias anaeróbias se nutrem de toda a matéria orgânica.
d) Agitação
A agitação propicia um maior contato do substrato com as bactérias,
distribuindo melhor o calor na biomassa e dando maior uniformidade dos
produtos intermediários e finais da biodigestão, além de evitar a produção de uma
crosta que pode obstruir a parte superior do biodigestor. A obtenção de boas
condições hidráulicas no digestor é um ponto fundamental para o sucesso da
exploração em longo prazo.
Vários são os casos de entupimentos nas tubulações causados pela
formação de crostas em condições hidráulicas insatisfatórias.
Para a agitação pode-se utilizar mecanismos de acionamento direto com
um eixo e hélice em contato com a biomassa ou pelo borbulhamento de biogás.
Como será visto mais adiante, nos digestores de fluxo ascendente, o problema de
formação de crosta é muito menos grave, pois o movimento ascendente de resíduo
e o seu menor teor de sólidos são suficientes para assegurar as condições ideais de
mistura.
Neste ponto, há um detalhe importante a ser mencionado: a formação de
crosta é, dentro de certos limites, extremamente positiva e se dá devido ao fato de
as bactérias anaeróbias possuírem propriedade aderente, que permite a obtenção
de grandes densidades de biomassa ativa (20 a 100 kg/m³ de reator). A retenção
da biomassa bacteriana é particularmente importante para o processo de digestão
28
anaeróbia, pois a taxa de crescimento do substrato de bactérias é relativamente
baixa, havendo, portanto, necessidade de sua concentração no interior do reator.
Essa propriedade aderente pode levar a uma divisão grosseira de tipos de reatores:
aqueles que utilizam, internamente, biofilmes ou matrizes para agregar a
biomassa; ou aqueles que confiam na sua autoagregação. É claro que nos
biodigestores a batelada não é necessária a preocupação com retenção da
biomassa, mas, como será explicado a seguir, nos biodigestores contínuos, esta é
uma questão crucial para o bom andamento do processo.
3.4. Biodigestores Anaeróbicos
Os digestores consistem basicamente numa câmara de fermentação, onde é
processada a biodigestão da matéria orgânica, numa campânula que armazena o
gás produzido ou, simplesmente, numa saída para esse gás, numa entrada do
substrato a ser fermentado e numa saída para o efluente produzido pelo processo.
É uma tecnologia simples, cuja principal preocupação é a manutenção das
propriedades fermentativas da biomassa bacteriana. São muitos os modelos de
biodigestores, alguns com importantes detalhes construtivos, que dependem do
tipo de aplicação a que são destinados e, também, do nível tecnológico disponível.
Eles visam satisfazer determinadas demandas específicas para cada caso, como,
por exemplo, o saneamento, o atendimento de uma demanda energética e a
utilização do material biodegradado como fertilizante. O biodigestor deve ser
concebido com o objetivo de proporcionar essas vantagens citadas, embora seja
reconhecidamente difícil atender as três de forma integrada e otimizada (Lettinga,
1991).
Os biodigestores podem ser classificados de acordo com o tipo de
construção, modo de operação, a forma de armazenamento do gás, fluxo das
substâncias em fermentação, temperatura de operação, com ou sem agitação e
com ou sem dispositivos para agregar a biomassa bacteriana, de acordo com a
Tabela 3.3.
29
O biodigestor de carga fixa ou batelada é o mais simples, sendo a batelada
em tambor metálico o tipo mais simples possível (Figura 3.2); todos os outros
tipos podem ser considerados uma variação desta concepção.
O resíduo ou material a ser biodigerido é colocado, geralmente misturado
com água, no tambor maior.
Tabela 3.3. - Classificação de biodigestores
Tipo de operação
Forma de construção
Armazena/to de biogás
Faixa de temperatura
Fluxo do material
Batelada Enterrada Gasômetro Criofílico Vertical
Semicontínua Semi-enterrada Gasômetro externo Mesofílico Horizontal
Contínua Externa - Termofílico Ascendente
Fonte: Pinto (1999).
FIGURA 3.2. - Biodigestor batelada em tambor metálico
Fonte: Nogueira (1986).
O tambor menor é colocado sobre o material e, quando a produção de gás
começa, ele se eleva, indicando visualmente que o processo se desenvolve. É
empregado basicamente como fonte de inóculos para outros biodigestores.
De certa forma, a decomposição anaeróbica do lixo em aterros sanitários,
pode ser comparada a um grande biodigestor a batelada.
gás
biogás
biomassa
30
As alternativas de construção de biodigestores são muitas e se resumem,
de maneira geral, numa combinação de diferentes características citadas na
Tabela 3.3.
Por exemplo, um biodigestor pode ser contínuo, enterrado, mesofílico, de
fluxo vertical, pode utilizar um gasômetro externo, possuir um agitador e uma
matriz interna para auxiliar na agregação das bactérias.
Estas são, normalmente, as características dos reatores de grande porte,
construídos nas décadas recentes para o tratamento do esgoto doméstico,
(Figura 3.3).
FIGURA 3.3. - Biodigestor empregado em tratamento de esgoto doméstico Fonte: Nogueira, 1986.
A Figura 3.4. mostra um biodigestor a batelada externa, mesofílico, com
gasômetro externo, sem agitação, construído em plástico flexível reforçado.
Não é o intuito desta dissertação detalhar todos os aspectos referentes à
concepção, dimensionamento, construção de biodigestores e as técnicas que
podem ser utilizadas para proporcionar as características mais específicas para
cada caso.
gasômetro flutuante
entrada e saída de biomassa
circulação do sistema de
aquecimento
agitação saída do gás
31
FIGURA 3.4. - Biodigestor em plástico flexível
Fonte: Nogueira (1996).
Porém, devido à sua importância e ao largo uso a que foram submetidos
desde o início do século, o tanque séptico de Imhoff, o biodigestor modelo
indiano e o biodigestor modelo chinês merecem ser citados.
O tanque Imhoff, bastante difundido na sua época, foi desenvolvido pelo
alemão Karl Imhoff, no fim do século XIX. Sua finalidade básica não é a
produção de gás, mas a redução quase total dos sólidos em efluentes domésticos.
É um modelo de alimentação e retirada contínuas de material. Possui um
decantador superposto sobre o digestor, para permitir a precipitação das frações
sólidas ao interior deste, onde está a manta de lodo bacteriano que produz gás e
reduz a quantidade de sólidos.
É construído geralmente em concreto ou aço, com tempo médio de
retenção no decantador de dois a quatro dias, conforme Figura 3.5.
Os modelos indiano e chinês empregam um baixo nível tecnológico, sem a
necessidade de dispositivos auxiliares ou complicados controles de operação, e
são aplicados principalmente a tratamento de resíduos de animais (estercos).
São considerados de baixo custo e atendem a população de baixa renda.
Esses biodigestores são de alimentação semicontínua e têm a câmara de
biodigestão construída abaixo do nível do solo a fim de diminui as variações de
temperatura.
biogás
biodigestor
gasômetro ou consumo
entrada da biomassa
saída de biofertilizante
32
FIGURA 3.5. - Tanque séptico Imhoff Fonte: Nogueira (1986).
O modelo indiano é o mais empregado no Brasil. Possui uma campânula
(gasômetro) móvel na parte superior, mergulhada sobre o substrato ou em um selo
d’água externo, e uma parede central que o divide em dois fermentadores, fazendo
com que o substrato, proveniente de cargas diárias, tenha circulação bem
determinada, com período de retenção sempre igual.
É um biodigestor de fácil construção, conforme demonstrado na
Figura 3.6.
FIGURA 3.6. - Biodigestor modelo indiano
Fonte: Nogueira, 1986.
saída de gás
saída de sobrenadante
saída de lodo
lodo
digestor
decantador
entrada de biomassa
cano guia
carga
descarga gasômetro
parede
33
O modelo chinês possui uma câmara cilíndrica para a fermentação, com o
teto em forma de abóbada, destinada ao armazenamento do biogás. Esse digestor
funciona sob o princípio de prensa hidráulica, de forma que com o aumento da
pressão do gás no interior, ocorre um deslocamento do substrato da câmara de
fermentação para a caixa de saída, conforme Figura 3.7.
FIGURA 3.7. - Biodigestor modelo chinês Fonte: Nogueira, 1986. 3.5. Biodigestores de Fluxo Ascendente
O processo de biodigestão, se conduzido em reatores convencionais, como
mostrados no item anterior, é relativamente lento, com tempos de retenção
hidráulica do resíduo dentro do reator de vários dias, ou mesmo semanas, para se
completar o processo. Esse era, sem dúvida, o principal obstáculo técnico para
uma eventual aplicação do processo de digestão anaeróbia para a vinhaça. No
entanto, é sabido que a redução do tempo de retenção pode ser obtida mantendo-
se uma elevada concentração de microorganismos no interior do reator, o que
pode ser conseguido por recirculação externa ou retenção interna dos
microorganismos. Os biodigestores de alta eficiência, geralmente com fluxo
ascendente, podem alcançar este objetivo (Lamo, 1991).
Um dos mais importantes acontecimentos na área de tratamento de
efluentes, nas décadas recentes, foi o desenvolvimento do reator de fluxo
ascendente com manta de lodo (UASB = Upflow Anaerobic Sludge Blanket). É o
biodigestor de elevada eficiência mais estudado e aplicado em todo o mundo.
gás
biomassa
resíduos sobrenadante
34
Esses grânulos de biomassa também são, atualmente, valiosos
biocatalíticos, podendo alcançar preços de mercado, quando comercializados por
quilo de matéria seca (Pinto, 1999).
O princípio da colônia interna de lodo bacteriano granular em suspensão
foi inicialmente reportado por Hemens (1962). Porém, o avanço tecnológico que
permitisse utilizar esse princípio só ocorreu no final dos anos 70, (Lettinga, 1991).
Seu princípio é bem simples: o efluente é bombeado de baixo para cima,
através do reator, que se encontra sob estritas condições anaeróbias, a uma
velocidade de ascensão que varia de 0,5 a 1,5 m/h; dentro dele ocorre um processo
de seleção que pode resultar no crescimento de microorganismos anaeróbios em
conglomerados compactos (grânulos) de tamanho variando entre 0,5 e 5 mm.
Esses grânulos são poderosos biocatalíticos que podem converter a matéria
orgânica degradável em biogás, de maneira rápida e completa, com cargas de
DQO variando de 10 a 25 kg DQO por m³ de reator por dia.
Desde então, algumas centenas de digestores UASB foram instaladas por
todo o mundo, para tratar diferentes tipos de efluentes. A representação
esquemática de um reator do tipo UASB é mostrada na Figura 3.8.
GÁS EFLUENTE
DECA
AFLUENTE
FIGURA 3.8. - Representação de um biodigestor de fluxo ascendente Fonte: IPT, 1990.
DECANTADOR
MANTA DE LODO
LEITO DE LODO
35
De fato, o sucesso da operação do reator depende da formação satisfatória
dos grânulos no início do processo, pois ela permite à biomassa ativa ficar no
interior do reator independentemente da velocidade do fluxo, mantendo-se uma
boa eficiência de conversão a taxas de alimentação relativamente elevadas. Assim,
o problema da formação dos grânulos em biodigestores de fluxo ascendente
consiste em se conseguir uma ligação, entre as espécies bacterianas envolvidas, da
ordem de nanômetros de proximidade. Segundo Pinto (1999), o desenvolvimento
de grânulos se dá através de uma combinação das bactérias metanogênicas no
interior e das bactérias acidogênicas nos 200 microns externos.
Os mecanismos desse desenvolvimento ainda não são bem conhecidos,
contudo, com o aumento do emprego de biodigestores anaeróbios, cresce a
disponibilidade de lodo granulado de alta qualidade para ser empregado em novas
instalações, reduzindo significativamente o tempo de início da operação,
entretanto, embora esse procedimento tenha dado bons resultados, mesmo com
lodo de alta qualidade inoculado em uma unidade nova, alguns problemas podem
ocorrer, levando à deterioração do inóculo. Mais pesquisas, portanto, são
necessárias para um melhor entendimento do comportamento das bactérias. A
Figura 3.9 mostra uma fotografia de lodo granulado.
FIGURA 3.9. - Lodo granulado Fonte: Pinto (1999).
As principais características do reator UASB são o sistema de distribuição
do afluente e o chamado separador de três fases. O substrato a ser tratado é
distribuído ao longo da parte inferior, através de uma densa camada de lodo
anaeróbico. O resíduo flui na direção da parte superior, passando pelo leito de
36
lodo, no qual sua DQO é parcialmente convertida em biogás. No topo do reator, o
separador de três fases atua sobre o efluente tratado, o lodo bacteriano granulado,
mais pesado, volta a se depositar no fundo e o efluente sai pela parte mais alta do
reator.
Um bom contato entre o resíduo a ser tratado e o lodo anaeróbico é de
fundamental importância para a performance do reator, por isso é necessário um
sistema de entupimento. Em geral, os reatores UASB podem ser limpos durante a
operação, não sendo preciso esvaziá-los para realizar a manutenção.
A retenção da biomassa dentro do reator influi de maneira decisiva na
capacidade de conversão da DQO em biogás, o que chama atenção, também, para
a importância do separador. Este deve ser construído com um material de
qualidade para minimizar os riscos de corrosão, causada quase sempre pelo H2S,
presente em pequenas quantidades no biogás, e permitir a inspeção e, quando
necessário, a limpeza.
Várias modificações na configuração dos reatores UASB foram propostas para
otimizar a performance do tratamento, o que tem proporcionado uma maior
velocidade de ascensão do material em tratamento, em conseqüência um menor
tempo de retenção e também um crescimento na taxa de carga orgânica
processada. A principal alteração vem acompanhando a tendência de um aumento
na relação altura/diâmetro nos reatores UASB, com objetivo de melhoria do
desempenho e economia de espaço, que consiste na expansão ou ampliação do
leito de lodo e, portanto, maior contato do resíduo com a biomassa bacteriana.
Essa idéia deu origem a uma nova família de reatores chamada reatores de leito de
lodo granular expandido (EGSB), dentre os quais está o reator de circulação
interna, mais moderno e com melhor desempenho (Pinto, 1999).
A tecnologia de circulação interna é um desenvolvimento da empresa
holandesa PAQUES BV, que possui sua patente e utiliza o mesmo processo de
separação realizado pelo separador de três fases para a retenção da biomassa. De
fato, o reator IC consiste de dois reatores UASB superpostos um sobre o outro,
um alimentado com alta carga orgânica e o outro com uma carga menor. Sua
característica especial é a separação do biogás em dois estágios dentro do reator.
O gás coletado no primeiro estágio, na metade da altura do reator, produz uma
37
pressão ascendente que é usada para promover uma circulação interna do
substrato. O sistema IC é um reator delgado com altura entre 16 e 24 m e
superfície de área relativamente pequena.
O efluente é bombeado para dentro do reator via sistema de distribuição,
onde se mistura entre o lodo reciclado e o efluente. O primeiro compartimento
contém o leito de lodo granular expandido, onde a maior parte da DQO é
convertida em biogás. O biogás produzido nesse compartimento é coletado pelo
primeiro conjunto de separadores e usado para gerar a pressão que permite que a
mistura de resíduo em processamento e lodo bacteriano sejam carregadas pelo
primeiro duto de fluxo ascendente, até um separador gás/líquido no topo, onde
ocorre a separação. O biogás, livre da mistura, deixa o sistema. A mistura é
direcionada, pelo primeiro duto de fluxo descendente, de volta ao fundo do reator,
onde é novamente misturada ao leito de lodo e ao afluente que entra no reator. O
efluente do primeiro compartimento sofre um pós-tratamento no segundo
(compartimento de polimento), onde a DQO restante é removida. O biogás
produzido nesse compartimento é coletado no separador superior, enquanto que o
efluente transborda, deixando o reator (Pinto, 1999).
A taxa de recicurlação dos reatores IC depende da DQO do afluente, pois é
proporcionada, como já foi dito, pela produção de biogás, sendo, portanto,
autorregulada: quanto maior a concentração de DQO do afluente, maior a pressão
do biogás produzido no primeiro compartimento e mais resíduo em
processamento e lodo são recirculados pelo primeiro duto de fluxo ascendente; e,
similarmente, quanto menor a concentração de DQO do afluente, menor a pressão
do biogás e menor a taxa de recirculação interna do efluente.
A recirculação permite uma diluição e uma efetiva mistura do afluente
adentrando no reator, ou seja, um melhor condicionamento do resíduo a ser
processado. O leito concentrado de lodo anaeróbio no primeiro compartimento é
expandido e fluidizado pelo fluxo elevado de afluente, da recirculação e da
produção de gás. O contato eficaz entre a biomassa e a matéria a ser processada
resulta em grande atividade bacteriana, permitindo maior carga orgânica e maiores
taxas de conversão. Testes comparativos mostraram que os grânulos de
microorganismos nos sistemas IC chegam a apresentar até o dobro de atividade
38
metanogênica em relação aos grânulos provenientes de reatores UASB simples
(Pinto, 1999).
A retenção de biomassa bacteriana dentro do reator é realizada no
compartimento superior facilitada por uma menor taxa de alimentação desse
compartimento e, portanto, num tempo de retenção relativamente maior, o que
contribui, também, para a remoção quase completa da DQO. Note que a pressão
do biogás produzido no segundo compartimento, embora menor que a do
primeiro, também contribui para o processo de recirculação através do segundo
duto de fluxo ascendente.
A turbulência produzida pelo biogás nesse compartimento é relativamente
baixa, assim como a velocidade superficial do líquido, já não ativa a recicurlação
interna nessa seção. Ambos os fatores proporcionam boa retenção da biomassa,
quando comparada com as condições nos reatores UASB, apesar de uma maior
taxa de alimentação do afluente. Já os reatores UASB trabalham com taxa de
alimentação e velocidade de ascensão de, no máximo, 15 a 20 kgDQO/m³.dia e
1,5 m/h, espera-se que os reatores IC possam trabalhar com taxas de alimentação
de até 40 kgDQO/m³.dia e velocidade de ascensão de 8 a 10 m/h.
De acordo com Lamo (1991), para o caso da biodigestão da vinhaça, estão
em operação biodigestores UASB, com sucesso comprovado, sendo que este
equipamento é dimensionado levando-se em conta:
- Produção máxima diária de álcool da destilaria em estudo;
- Volume de vinhaça a ser gerado em conseqüência dessa produção;
- DQO do efluente, dado devido a sua origem do processo de fabricação;
- Carga orgânica a ser removida por dia.
A partir desses dados determina-se o volume do reator (diâmetro e altura),
possibilitando o fornecimento da produção de biogás para o sistema.
3.6. Vinhaça
De acordo com Paranhos (1987), a vinhaça, (vinhoto, restila ou calda da
destilaria) é resultante da produção de álcool, após a fermentação do mosto e a
destilação do vinho, conforme demonstrado na Figura 3.10.
39
Trata-se de um material com cerca de 2 a 6% de constituintes sólidos, onde
se destaca a matéria orgânica, em maior quantidade. Em termos minerais
apresenta quantidade apreciável de potássio e quantidade média de cálcio e
magnésio.
FIGURA 3.10. - Fluxograma básico da produção de álcool Fonte: Xavier (1970)
PREPARO
EXTRAÇÃO
TRATAMENTO DE CALDO
FERMENTAÇÃO
DESTILAÇÃO
ÁLCOOL
VINHAÇA
CALDO
BAGAÇO
GERAÇÃO DE VAPOR
TURBINAS ELETRICAS
CANA
40
A riqueza nutricional desse material está ligada a origem do mosto que
será fermentado. Quando se parte de mosto do melaço, apresenta maiores
concentrações em matéria orgânica, potássio, cálcio e magnésio, ao passo que
esses elementos decaem consideravelmente quando se trata de mosto de caldo de
cana, como é o caso das destilarias autônomas.
Dos efluentes líquidos, a vinhaça é a que possui a maior carga poluidora,
pois apresenta um DBO variando de 20.000 a 35.000 mg/l. A quantidade de
vinhaça gerada pela destilaria é relativa ao teor alcoólico obtido na fermentação
do mosto, de modo que a proporção pode variar de 10 a 15 litros de vinhaça por
litro de álcool (Paranhos, 1987). Pode-se obter de 180 a 1.000 litros de vinhaça
por tonelada de cana, em função do tipo de mosto usado na fermentação. A
temperatura da vinhaça que sai dos aparelhos de destilação é de 80 a 100 °C.
Dos resíduos da fabricação do álcool, a vinhaça é sem dúvida o mais
importante, não só em termos de volume gerado, mas também em potencial
poluidor, isto se justifica pela dificuldade apresentada na eliminação deste
resíduo, desde o início da fabricação do álcool no Brasil.
Inúmeros problemas ecológicos, sociais, políticos e econômicos gerados
pela eliminação da vinhaça em leitos d’água estão registrados em literaturas que
listam as disputas envolvendo usineiros e população.Tal prática é vetada por
dispositivos legais desde 1934, por diversos artigos do Código Penal Brasileiro,
Leis Estaduais e Portarias.
A Portaria n° 322, publicada em novembro de 1978, pelo Ministério do
Interior, proíbe terminantemente o lançamento direto e indireto de vinhaça em
qualquer coleção hídrica pelas destilarias, obrigando as agroindústrias a
apresentarem projetos para implantação de sistemas que utilizassem modo
racional a vinhaça e águas residuais geradas pela fabricação do álcool.
Inúmeras alternativas para utilização da vinhaça foram propostas para que
a mesma fosse aplicada racionalmente, como: concentração do resíduo,
fertirrigação, ração animal, fabricação de tijolos, vinhodutos marítimos e geração
de biogás através da biodigestão anaeróbica.
Por constituir-se em matéria rica em nitrogênio, e em especial em potássio,
a vinhaça vem sendo largamente empregada como fertilizante nas próprias
41
lavouras de cana. Existem limitações nessa prática como a viabilidade econômica
do transporte e o risco de saturação, percolações e arrastes do solo, sendo
desconhecidos os efeitos em longo prazo.
Além da economia de fertilizantes comerciais, a fertirrigação com vinhaça
traz benefícios hídricos e eleva a produtividade agrícola.
A vinhaça proveniente da fabricação do álcool, a partir da cana de açúcar,
apresenta composição variável em função dos seguintes fatores: natureza e
composição do mosto, teor alcoólico do vinho e sistema de aquecimento do vinho
nos aparelhos de destilação.
De acordo com Rossetto (1983), os primeiros dados sobre a composição da
vinhaça foram apresentados por Almeida (1952), e eram relativos à vinhaça
proveniente de mel final, concluindo que a vinhaça se tratava de um fertilizante
orgânico, com alto teor de potássio. E que logo em seguida, em 1953, os
resultados obtidos por Ranzani são comparados com adubos minerais, sem
especificar origem e tipo. Já em 1958, Gomes cita a composição média da vinhaça
no Estado de São Paulo, através dos resultados de análises efetuadas no Instituto
Zimotécnico (ESALQ), conforme demonstrados na Tabela 3.4.
Tabela 3.4. - Resultados da análise da vinhaça por Ranzani e Gomes
Fonte: Rossetto (1983).
Elementos Ranzani ( g/l) Gomes (g/l)
Matéria Orgânica 3,70 48,00
Cinza Bruta 9,00 -
Nitrogênio 0,47 0,335
Fósforo (PO2O5) 0,05 0,056
Potássio 3,10 4,620
Cálcio - 0,630
Magnésio - 0,300
42
Ainda Rossetto (1983), cita que Almeida em 1963 apresentou a
composição das vinhaças de mosto de melaço e caldo de cana, que estão
transcritas na Tabela 3.5.
Após esse período de estudos sobre a composição e utilização da vinhaça,
raríssimas referências são encontradas. No início da década de 70 marcou-se um
novo impulso nos estudos para a utilização racional do subproduto da fabricação
do álcool.
Tabela 3.5. – Composição da vinhaça de melaço e de caldo de cana-de-açúcar.
Elementos % Melaço % Caldo de cana
Açúcar Sólidos totais 6,472 6,696
Matéria
orgânica
4,629 5,141
Matéria Mineral 1,955 1,507
Nitrogênio 0,045 0,015
Cálcio 0,076 0,044
Magnésio 0,025 0,013
Fósforo 0,011 0,009
Potássio 0,485 0,168
pH 4,780 4,570
Fonte: Rossetto (1983).
Paranhos (1987), cita que em 1972 e 1973 foram apresentados trabalhos
específicos que permitiram um melhor conhecimento desse material e
determinaram um novo enfoque no uso da vinhaça, bem como estabeleceram um
marco importante na racionalização do uso desse subproduto.
Um dos estudos apresentados está demonstrado na Tabela 3.6., cujos
dados foram obtidos da vinhaça gerada em usina localizada na região de Ribeirão
Preto (SP), proveniente de mosto de melaço e caldo de cana, bem como um mosto
misto é citado em estudos realizado durante duas safras consecutivas.
Ainda o mesmo autor cita que a partir dos dados obtidos em 1973,
pesquisas foram realizadas e proporcionaram o fornecimento das quantidades de
43
N, P2O5 e K2O fornecidas por metro cúbico de cada tipo de vinhaça, facilitando
assim a apreciação do seu valor como fonte de matéria orgânica e de nutrientes
minerais (Tabela 3.7).
Tabela 3.6. – Composição média das vinhaças por tipos de mostos
1972 1973
Elementos Melaço Caldo Melaço Caldo Misto
C (%) 2,29 1,34 1,92 0,59 1,15
Ca (%) 0,37 0,11 0,26 0,05 0,12
Mg (%) 0,09 0,03 0,06 0,01 0,04
K (%) 0,65 0,17 0,65 0,10 0,38
N (%) 0,16 0,06 0,12 0,03 0,07
PO4 (%) 0,04 0,02 0,02 0,02 0,02
SO4 (%) 0,81 0,25 0,64 0,06 0,37
Resíduo à 40º C 9,45 3,17 7,40 1,61 4,80 pH 4,83 4,08 4,90 4,30 4,60
Fonte: Paranhos (1987).
Tabela 3.7. - Quantidade de matéria orgânica nas vinhaças por tipos de mosto.
Tipos de Mosto (Kg/m³) Elementos Melaço Caldo Misto
N 1,18 0,28 0,70
P2O5 0,15 0,13 0,11
K2O 7,83 1,22 4,57
Matéria Orgânica 63,40 19,50 38,00
Fonte: Paranhos (1987).
Paranhos (1987), citando vários autores, apresenta a composição de
vinhaça durante a safra 1975/1976, no Estado de São Paulo, cujos valores são
apresentados nas Tabelas 3.8 e 3.9.
Analisaram-se 30 amostras de vinhaça de destilarias anexas a usinas e
autônomas, localizadas nos Estados de São Paulo, Paraná e Minas Gerais. Sendo
que desse total, 27 amostras eram provenientes de mosto de melaço.
44
Tabela 3.8. - Composição de vinhaça durante a safra de 1975 no Est. de S.P.
Constituintes analisados (%) Vinhaça
Nº de Amostras
Analisadas Matéria Orgânica
Matéria Mineral N P2O5 K2O
Aguardente 2 6,2 0,6 0,02 0,04 0,2
Álcool 4 5,3 1,5 0,14 0,03 0,6
Álcool 4 6,1 1,9 0,15 0,01 0,6
Álcool 2 6,8 2,1 0,19 0,04 0,7
Álcool 6 4,2 1,3 0,13 0,02 0,5
Aguardente 6 1,7 0,3 0,03 0,01 0,1
Fonte: Paranhos (1987)
Tabela 3.9- Teores médios dos elementos analisados em 27 amostras de vinhaça de melaço de diferentes origens.
Elementos determinados (%ppm) Parâmetros Estatísticos PO4 Ca Mg Fe SO4 K N Cinzas C Cl pH Acidez
Média 163,7 0,224 512,9 98,0 0,564 0,426 0,097 2,108 1,627 0,170 4,25 10,48
Erro Padrão
da media
15,7
0,04
47,1
7,41
0,03
0,02
0,01
0,10
0,10
0,01
0,07
1,32
Coeficiente de
variação 49,8 87,3 47,1 39,4 26,2 26,2 39,2 23,4 33,1 33,5 8,2 62,8
Fonte: Paranhos (1987)
Dos resultados das análises, o autor afirma que:
a) Correlação entre o teor de potássio e o teor de cinzas condutivimétricas,
deu origem à eq. (3.1).
%K = 0,2134 x (% cinzas) – 0, 0235 (3.1)
b) No caso do carbono orgânico e acidez, o coeficiente de correlação foi de r =
0,75, indicando que a matéria orgânica presente na vinhaça é constituída em
grande parte por ácidos orgânicos;
45
c) Para o carbono orgânico e nitrogênico, determinou-se um coeficiente de
correlação positiva de r = 0,72;
d) Foram obtidos ainda coeficientes de correlação positivos para carbono
orgânico e cinzas (r = 0,75) e Potássio e Enxofre (r = 0,88);
e) Através de curvas de neutralização da vinhaça, verificou-se que os pontos de
inflexão da curva, ou seja, o ponto onde a vinhaça está completamente
neutralizada, ocorre com valores de pH superiores a sete, comportando a vinhaça
como ácido fraco.
Ainda segundo citação em Paranhos (1987), autores estudaram a
composição da vinhaça e procuraram estabelecer correlações entre os seus teores
de nutrientes com o caldo da cana e as diversas etapas do processo de produção de
açúcar. Verificaram que o único elemento que passa através de todo o processo de
fabricação sem sofrer praticamente qualquer alteração é o potássio, de modo que
seria viável estabelecer um esquema para previsão do teor de K nas vinhaças de
mosto de mel final e caldo. No entanto, como a vinhaça pode variar dentro de
grandes limites, dependendo do processo de fabricação de álcool e composição do
mosto, para um programa de fertilização dos canaviais é necessário o controle da
qualidade desse subproduto. Esse controle deve, preferencialmente, ser realizado
por análise química em laboratório específico, ou através da análise do teor de
cinzas condutivimétricas, que dará o teor de K, através da equação de regressão
(eq. 3.1). Através do trabalho de análise de 154 amostras de vinhaça se obtém a
equação de regressão (eq. 3.2).
%K = 2,2496 x (%cinzas – 0,26747) (3.2)
Autores como Rodella (1980), Rossetto (1984), Bolsanello (1980),
Medeiros (1981) e Vasconcelos (1981) são citados por Paranhos (1987),
destacando seus trabalhos como estudo da composição da vinhaça de diversas
destilarias, em épocas distintas, chegando à conclusão que não se observa uma
tendência de variação dos teores dos elementos analisados em função da época de
amostragem, já que a maior variação se observa em amostras coletadas de
diferentes destilarias, conforme demonstrado nas Tabelas 3.10, 3.11 e 3.12.
46
Tabela 3.10. – Amplitude de variação dos principais constituintes da vinhaça de destilaria autônoma segundo Rodella.
Fonte: Paranhos (1987)
Tabela 3.11. – Resultados médios das análises da vinhaça da Usina São João em dez safras, segundo Rossetto.
Kg/m³ Safra Tipo
de pH N P2O
5
K2O CaO Mg
O
C C/N
75/76 Melaço 4,78 1,28 0,18 4,76 1,91 1,07 13,0 10,15
Melaço 4,49 1,07 0,19 4,56 1,50 0,82 19,5 18,26 76/77 Melaço 4,59 1,19 0,18 6,15 2,14 0,96 - -
Misto 4,38 0,85 0,12 3,75 1,43 0,84 - - 77/78 Caldo 3,85 0,53 0,10 2,39 0,60 0,36 - -
78/79 Misto 4,29 0,68 0,08 2,87 1,00 0,62 - -
79/80 Misto 4,10 0,50 0,10 3,27 1,35 0,47 7,23 13,64
80/81 Misto 4,36 0,71 0,15 4,29 1,34 0,76 - -
81/82 Misto 4,38 0,59 0,12 3,62 1,11 0,60 9,20 15,59
82/83 Misto 4,36 0,67 0,10 4,25 1,17 0,58 6,60 9,85
83/84 Misto 4,14 0,56 0,11 4,14 1,02 0,57 6,70 11,96
84/85 Misto 4,12 0,50 0,10 3,37 1,14 0,56 6,90 13,80
Fonte: Paranhos (1987)
Teor Constituinte Mínimo Máximo
Brix 1,10 2,40
Ph 3,20 4,30
Cinzas (%) 0,33 0,71
C (%) 0,40 0,85
N (%) 0,01 0,05
K (%) 0,03 0,20
P (ppm) 18,0 62,0
Ca (ppm) 61,0 223
Mg (ppm) 65,0 190
47
Tabela 3.12. - Valores médios dos principais componentes de três tipos de vinhaça para diversas regiões do Brasil segundo Bolsanelo.
Tipos de vinhaça Melaço Misto Caldo
Componentes
RJ(1) PE(2) AL(3) RJ(1) PE(2) AL(3) RJ(1) PE(2) AL(3)
pH 4,20 4,16 4,37 3,80 3,60 3,99 3,60 3,48 3,57
MO (%) 5,69 4,74 - 4,51 1,91 - 3,47 1,53 -
Cinzas (%) 1,73 1,49 - 0,98 0,92 - 0,54 0,64 -
C (%) 1,72 - 1,64 1,36 - 0,95 0,91 - 0,76
C/N 20,23 - 22,55 35,72 - 39,98 31,35 - 31,12
N (kg/m³) 0,79 0,60 0,70 0,43 0,33 0,36 0,35 0,25 0,26
P2O5(kg/m³) 0,14 0,22 0,34 0,14 0,24 0,61 0,11 0,18 0,49
K2O (kg/m³) 5,50 5,04 7,59 2,61 2,16 2,59 1,15 1,92 1,72
Ca (kg/m³) 1,61 1,50 2,41 1,04 0,60 0,57 0,54 0,40 0,17
Mg (kg/m³) 0,61 0,50 1,40 0,31 0,20 0,54 0,18 0,20 0,41
Zn (ppm) 3,09 4,30 2,92 49,79 2,20 1,89 2,28 2,80 1,84
Cu (ppm) 9,39 2,90 3,35 56,88 3,60 2,16 17,56 0,90 1,44
Mn (ppm) 11,06 6,70 5,54 5,50 5,90 1,90 2,28 5,10 6,03
Fe (ppm) 119,7 52,00 66,54 129,7 57,20 47,02 110,0 45,20 51,22
Fonte: Paranhos (1987)
Os autores verificaram que mesmo a classificação usual de vinhaça de
mosto de melaço, de mosto misto e de mosto de caldo, está comprometida, devido
à enorme variação de produtos açucarados e suas proporções, que são enviados à
fermentação.
Observaram uma relação muito estreita entre os teores de potássio e a
proporção de cana moída exclusivamente para a produção de álcool.
À medida que se aumenta o volume de álcool direto produzido, o teor em
K2O da vinhaça decresce, de forma que os termos vinhaça de mosto mistos
expressam um gama muito ampla de mistura de produtos açucarados enviados à
fermentação.
Mesmo para a vinhaça proveniente de mosto de melaço, notam-se
atualmente valores menores, do que os de alguns anos atrás. Isso possivelmente se
deva ao fato de que nos dias atuais não se efetua um esgotamento completo do
mel final, como ocorria anteriormente.
48
É importante a caracterização da vinhaça através de análise química
periódica, a partir de uma amostragem criteriosa, a fim de que apresente dados
seguros para seu uso racional.
Na inviabilidade dessa avaliação periódica, pode-se lançar mão de
métodos simplificados de análise, como a estimativa do teor de potássio a partir
da determinação de cinzas condutivimétricas, conforme Paranhos (1987), já
citado.
Uma análise dos resultados das análises de vinhaça efetuados ao longo
desses anos confirma a definição inicial como fertilizante orgânico, rico em
potássio. Porém não se podem desprezar principalmente os teores de N, CaO e
Mg.
Apesar do efeito da matéria orgânica em longo prazo ser considerável, os
cálculos da vinhaça, quando utilizada racionalmente, são efetuados com base na
quantidade de potássio a ser aplicada no solo. Normalmente se utilizam
quantidades que possibilitam um fornecimento de ordem de 200 a 250 kg de
K2O/hectare.
Os micronutrientes da vinhaça apresentam importância maior para as
condições do Nordeste, onde principalmente o Cu e o Zn devido ao seu baixo teor,
são limitantes na produção de cana, principalmente nos solos dos “tabuleiros”.
Não se verificam diferenciações profundas nas análises de vinhaças das
várias regiões canavieiras brasileiras, a não ser os valores em fósforo para as
condições de Alagoas, onde aparecem surpreendentemente elevados. Dessa forma,
a conceituação básica da utilização de resíduos não deve sofrer grandes variações,
a não ser aquelas já conhecidas, como o tipo de matéria prima utilizada na
fermentação, fases da safra e manejo dos equipamentos da destilaria.
Segundo Lamo 1991, as características físico/químicas da vinhaça
incluindo a produção de biogás, analisadas do resíduo proveniente do caldo puro,
misto e melaço, são demonstrado na Tabela 3.13.
49
Tabela 3.13. - Características físico/químicas da vinhaça
Parâmetros Caldo Misto Melaço
pH 3,7 - 4,6 4,4 - 4,6 4,2 - 5,0
Temperatura (º C) 80 - 100 80 - 100 80 - 100
DBO (mg / l O2) 6.000 - 16.500 19.800 - 25.000 30.000 - 40.000
DQO (mg / l O2) 15.000 - 33.000 40.000 - 50.000 60.000 - 75.000
Biogás ( m / l ) 6,0 - 14 16 - 20 24 - 30
Fonte: Lamo (1991)
Concluindo, é evidente que o uso da vinhaça como fertilizante deve
atender às necessidades locais de nutrição do solo devidamente analisado pelas
normas vigentes, sendo que a quantidade recomendada aumenta de acordo com o
tempo de utilização do solo e seus tratamentos intermediários (tratos culturais)
efetuados durante o ciclo da cana, (Camargo, 1993).
3.7. Biodigestão da Vinhaça
A biodigestão anaeróbica é uma resposta recente às alternativas de
aproveitamento da vinhaça, permitindo a estabilização da matéria orgânica com
desassimilação de uma mistura gasosa, tendo como componentes principais o
metano e o dióxido de carbono.
Nesse processo, elevadas eficiências de remoção de carga poluidora são
alcançadas enquanto uma mistura gasosa de valor energético é produzida
(Salerno, 1991).
Sabe-se que atuam vários grupos de microorganismos que fornecem uns
para os outros substratos adequados a um processamento contínuo. Tais
microorganismos estão presentes na natureza em ambientes anaeróbios como
fundo de lagoas, pântanos, rúmen de herbívoros e fezes de animais e humanas.
De acordo com Toledo (2001), o processo de biodigestão anaeróbia ocorre
em duas etapas.
Na primeira etapa do processo estão envolvidas bactérias fermentativas,
não produtoras de metano, que atuam por hidrólise extracelular quebrando
50
polímeros orgânicos em suas unidades fundamentais, incorporando e fermentando
esses produtos de hidrólise em ácidos orgânicos, álcoois, hidrogênio e dióxido de
carbono.
No segundo estágio, tais produtos são transformados em metano e dióxido
de carbono pela ação das bactérias acetogênicas e metanogênicas.
As bactérias metanogênicas em relação às bactérias produtoras de ácidos
se reproduzem mais lentamente e são mais sensíveis às alterações das condições
ambientais ou a condições adversas, como a presença de compostos inibidores.
Assim sendo, procura-se favorecer ao máximo as condições ótimas de
trabalho desse grupo de bactérias, operando-se com pH próximo da neutralidade,
temperatura entre 35 e 37°C e evitando-se a presença no meio de fermentação de
compostos químicos em concentrações inibidoras.
Como a vinhaça em geral encontra-se disponível em temperaturas entre 80
e 100°C, não há problema de consumo energético para manutenção da
temperatura do processo, pois o mesmo é realizado em biodigestores UASB, na
faixa termofílica de trabalho.
Apesar da vinhaça apresentar pH ácido, após sua introdução no reator,
devido ao consumo dos ácidos orgânicos e formação de compostos como amônia,
ocorre rápida elevação do pH do meio reacional sem necessidade de adição de
compostos alcalinos.
Os principais inibidores em potencial encontrados na vinhaça são os íons
dos compostos de enxofre e o potássio solúvel, e apresentam concentrações mais
críticas nas vinhaças oriundas de mosto de melaço e misto de caldo e melaço.
Ressalta-se que o sulfato como tal não é um inibidor de processo, mas este
composto, ao ser utilizado pelas bactérias redutoras do enxofre, também presentes
no reator anaeróbio, é transformado em sulfeto, o qual em sua forma solúvel é um
agente inibidor em concentrações da ordem de 200 mg/l. A inibição será então
função do equilíbrio resultante no sistema entre as formas solúvel, insolúvel e
gasosa do sulfeto (Pinto, 1999).
Entretanto, tem sido verificada experimentalmente a possibilidade de
adaptação das bactérias a concentrações de compostos tomados “a priori” como
51
não toleráveis, se for executado um processo lento e gradativo de aclimação das
bactérias ao composto inibidor.
Ainda como medidas auxiliares à adaptação bacteriana têm-se:
- Remoção do composto tóxico a partir da vinhaça;
- Diluição da vinhaça;
- Formação de compostos insolúveis no meio reacional;
- Antagonismo da toxidez em outro material.
Com relação aos nutrientes básicos para suprimento das necessidades das
bactérias presentes no reator, de uma forma geral o conteúdo de nitrogênio,
fósforo e micronutrientes da vinhaça são adequados para o bom desenvolvimento
do processo. Recomenda-se apenas a complementação de nutrientes durante o
procedimento de partida de novos reatores, a fim de favorecer o desenvolvimento
inicial das bactérias. Nesses casos, são empregados compostos de nitrogênio e
fósforo na forma de fertilizantes minerais, em quantidades que variam conforme a
composição da vinhaça utilizada.
Segundo Nogueira (1996), as variações entre os processos industriais de
produção de etanol dificultam a definição de uma composição específica para a
vinhaça. Uma vez que os nutrientes são consumidos no processo apenas para o
crescimento microbiano, o qual ocorre em baixa taxa, conforme observado
anteriormente, as quantidades excedentes estarão disponíveis no efluente do
processo, tornando esse material atrativo para a fertirrigação.
Observa-se ainda que o lodo anaeróbico possui baixa taxa de
autoconsumo, mesmo em prolongados períodos de inatividade, sendo capaz de
conservar sua atividade específica com a mesma intensidade anterior à
paralisação, em curtos intervalos de tempo. Essa característica do equipamento
permite a volta ao funcionamento do reator após os períodos de entressafra sem
que ocorra a necessidade de substituir ou readaptar o lodo biológico.
O potencial de geração de biogás a partir da vinhaça é variável conforme
seu conteúdo de matéria orgânica biodegradável durante o processo. A aplicação
do processo fermentativo anaeróbio tem envolvido a utilização de reatores de
grandes volumes devido à incapacidade desses sistemas convencionais na
retenção da população microbiana de elevado tempo de duplicação.
52
Se um sistema estiver submetido a um tempo de retenção celular menor
que o tempo de duplicação médio das bactérias limitantes do processo, ocorrerá a
lavagem das bactérias e a conseqüente impossibilidade de realização do processo.
Num processo convencional – onde o tempo de retenção celular é igual ao
tempo de retenção hidráulica – o mínimo tempo de retenção hidráulica permitido
está limitado pelo tempo de duplicação das bactérias metanogênicas, que na
prática corresponde a um tempo de retenção de cerca de dez dias, inviabilizando a
aplicação do processo para despejos industriais.
De acordo com Tielbaard (1992), o reator de fluxo ascendente (UASB),
com leito de lodo, configura uma evolução tecnológica que permite, através da
retenção dos microorganismos em suspensão, a manipulação independente dos
tempos de retenção celular e hidráulica, sendo possível sua operação com tempo
de retenção hidráulica de poucas horas. Isto proporciona, em decorrência, a
redução dos volumes e custos envolvidos na aplicação.
O reator anaeróbio de fluxo ascendente com leito de lodo conjuga
fundamentalmente as propriedades de elevada sedimentabilidade do lodo e o uso
de um separador das fases sólidas, líquidas e gasosas, na sua parte superior. Esse
reator possibilita a formação, em seu interior, de três regiões distintas, com
comportamentos dinâmicos característicos embora inter-relacionados. No fundo
do reator forma-se um leito biológico constituído de material de alta
sedimentabilidade, o qual é sobreposto por uma região constituída de material
biológico, com menor grau de sedimentabilidade em relação ao leito inferior.
A terceira região, já interna ao separador, tem características que permitem
a floculação e o retorno do lodo para a zona ativa do reator. Dessa forma a perda
de microorganismos é drasticamente reduzida e apenas o lodo fino deixa o
sistema.
Encontram-se em operação em diversos países várias unidades com
reatores dessa mesma concepção, operando com vários tipos de efluentes
industriais.
Podem ser observadas taxas de aplicação, parâmetro que melhor
caracteriza a eficiência de um reator, representando a quantidade de matéria
53
orgânica que pode ser introduzida por unidade de volume do reator e de tempo,
atingindo valores de até 20 kg DQO/m³.dia/reator.
Observam-se ainda tempos de retenção hidráulicos tão baixos quanto
horas, e unidades de até 2.500 m³.
Lamo (1991) montou, em caráter demonstrativo, uma planta protótipo com
unidade de produção (em reator de 120 m³), depuração, compressão e utilização
do biogás.
Essa planta, consta de:
- Pequena área ocupada;
- Altas eficiências de degradação da matéria orgânica e conseqüente redução da
carga poluidora da vinhaça em níveis acima de 90% da DBO;
- Pequena geração de lodo excedente, com produção da ordem de 5% DQO
removida;
- Produção de gás combustível em níveis de até 0,35 m³ CH4/kg DQO removida;
- Baixa necessidade de nutrientes;
- Alta atividade do lodo biológico, mesmo depois de prolongadas interrupções do
processo.
Quanto à implantação de unidades industriais, o “start-up”, ou a rápida
partida do sistema depende fundamentalmente da disponibilidade de lodo
bacteriano já adaptado à vinhaça, com adequadas características de atividade e
decantabilidade. Acrescente-se ainda que grandes quantidades de lodo serão
necessárias para a inoculação das unidades industriais.
No Brasil, atualmente, não dispomos de lodo excedente com tais
características, havendo a necessidade de submeter às novas instalações a um
período inicial de aclimatação e geração de lodo, resultando num período de um
ano de operação, para a “start-up” do sistema, tendo em vista o lento crescimento
das bactérias metanogênicas.
Como a produção nacional de álcool chega a 16 milhões de m³/ano, sabe-
se que as destilarias geram assim em torno de 160 milhões de m³/ano de vinhaça.
A partir desse número nota-se a dificuldade das agroindústrias canavieiras em
utilizar racionalmente esse efluente, sem que incorram em riscos ecológicos
prejudicando a produção.
54
A Figura 3.11. demonstra, segundo Lamo (1991), o esquema básico da
biodigestão anaeróbica da vinhaça, descrevendo as etapas principais pelas quais o
efluente deverá passar, para se obter um biogás de qualidade aceitável, não
contendo contaminantes como normalmente ocorre em outros processos de
biodigestão.
1- Vinhaça A – Reator Anaeróbico 2- Nutrientes e Álcalis B – Tanque Equalização 3- Água do Trocador de Calor C – Tanque de Nutrientes 4- Efluentes do Reator Anaeróbico D – Trocador de Calor 5- Biogás E – Gasômetro
FIGURA 3.11. - Esquema Básico da Biodigestão Anaeróbica da Vinhaça Fonte: Lamo (1991)
Se o processo em estudo for utilizado em escala nacional pode-se gerar em
torno de três bilhões de m³/ ano de metano, obtendo-se assim uma fonte de
energia alternativa que representa 1,27 % da energia elétrica consumida
nacionalmente, segundo informativo do Ministério de Minas e Energia (1998).
A Biodigestão Anaeróbica da vinhaça torna-se interessante, pois, além de
fonte de geração de energia elétrica, a vinhaça não perde seu valor nutritivo como
adubação orgânica, mantendo os teores de potássio, podendo assim após a
biodigestão ser utilizada normalmente na fertirrigação.
D
C
B A
E
1
2
3
4 5
55
O balanço energético de uma tonelada de cana é demonstrado na Tabela
3.14. segundo Lamo (1991), o autor tem por objetivo demonstrar o quanto de
energia uma tonelada de cana pode proporcionar, e o ganho se for utilizada a
biodigestão anaeróbica da vinhaça gerada por esta tonelada de cana, resumindo:
01 tonelada de cana, num processo de produção de álcool convencional, gera em
torno de 842 x 10³ kcal, somadas as parcelas referentes a produção do bagaço
queimado em caldeiras e o álcool como combustível, adicionando o processo de
biodigestão anaeróbica da vinhaça, obtem-se um adicional de 67 x 10³ kcal /
tonelada de cana, representando 7,5% de ganho de energia / tonelada de cana
processada.
Tabela 3.14. - Balanço Energético de uma Tonelada de Cana
Produção de Energia por Tonelada de Cana 250 kg de bagaço (1.800 kcal/kg) 450 x 10 ³ kcal (49,5%)
70 litros de álcool (5.600 kcal/litro) 392 x 10 ³ kcal (43,0%)
910 litros de vinhaça (5,7 kcal/litro) 67,0 x 10 ³ kcal (7,5%)
Energia Total/Tonelada de Cana 909,0 x 10 ³ kcal (100%)
Fonte: Lamo (1991)
3.8. Biogás
É o gás obtido em biodigestores anaeróbicos, que resultam da conversão
da biomassa em energia secundária, pelo processo de biodigestão anaeróbica de
resíduos agro-industriais e domésticos, segundo Lamo (1991).
Além da proposta de se criar uma fonte de energia alternativa, a queima do
biogás é muito mais vantajosa em relação a queima dos combustíveis fósseis
porque no segundo caso a taxa de CO2 na atmosfera sofre um aumento, o que não
ocorre na primeira queima, pois a produção de CO2 é equilibrada com o consumo
do mesmo na fotossíntese da cana de açúcar.
A etapa de produção de biogás em um biodigestor internamente se inicia
com o efluente a ser tratado distribuindo-se uniformemente na base do reator,
passando pela camada de lodo, transformando a matéria orgânica em biogás. O
56
gás produzido é impedido pelos defletores de dirigir-se ao sedimentador, entrando
apenas em algumas regiões do reator. A porção de lodo que atinge o decantador é
separada, retornando à base do reator e o afluente é uniformemente retirado da
superfície do mesmo.
Segundo Lamo (1991), obtêm-se através da vinhaça, 0,30 litros de
CH4/gDQO consumida, sendo que a proporção de CH4 no biogás é de 55 a 65%
(sendo o restante CO2).
Sendo as etapas para produção e utilização do biogás através da
biodigestão anaeróbica é demonstrado na Figura 3.12.
Devido ao processo de fabricação e composição do efluente o biogás
apresenta contaminantes imediatamente após a produção, como o H2S, sendo
necessário a depuração do mesmo através de processo de filtragem.
A Tabela 3.15. compara a nível energético o biogás com outros
combustíveis existentes no país, segundo Souza (2000).
FIGURA 3.12. - Etapas da Produção e Utilização do Biogás Fonte: Lamo (1991)
MATÉRIA ORGÂNICA
BIODIGESTÃO ANAERÓBICA
BIOGÁS BIOGÁS
GERAÇÃO DE
VAPOR
TURBINA À
GÁS
METANO
PURIFICAÇÃO
COMPRESSÃO
USO AUTOMOTIVO
57
Outro dado importante fornecido por Souza (2000), é o custo de produção
do biogás e o preço de alguns energéticos, demonstrados na Tabela 3.16. Estes
dados podem nortear os cálculos de viabilidade econômica para produção do
Biogás da vinhaça, os valores são convertidos em US$/tEP de 1995, corrigidos
segundo inflação americana acumulada no período (1986 – 1995 ).
Na primeira alternativa, pode-se notar que mesmo na pior das hipóteses, o
custo do biogás, se apresenta menor que dos outros energéticos.
Já na segunda alternativa, nota-se que os concorrentes que mais se
aproximam do biogás, isto é, que poderiam ser queimados em caldeiras, são o
óleo combustível, o gás natural, o GLP e carvão vapor.
Tabela 3.15. - Comparativo Energético do Biogás com outros combustíveis.
Combustível PCI (kcal/kg)
Densidade (kg/m³)
Equivalência (1m³ de CH4)
Metano 11350 0,775 -
Álcool 7090 0,789 1,57 l
Diesel 10000 830 1,00 l
Gasolina 10600 735 1,10 l
GLP 10000 585 1,50 l
Óleo Combustível 10500 880 0,95 l
Gás Natural 11440 0,775 0,96 m³
Fonte Souza (2000)
Com exceção do vapor gerado pela queima do carvão, cujo preço é
bastante baixo, os demais combustíveis apresentam preços bastante superiores ao
do biogás.
De acordo com Souza (2000), da estimativa de produção e consumo
nacional de energia e o que o Biogás representaria em relação a cada fonte, inter-
relacionado com a equivalência energética entre um m³ de Biogás e outros
energéticos, estima-se o potencial brasileiro de substituição desses energéticos
pelo Biogás, demonstrado na Tabela 3.17.
58
Observa-se então que o biogás poderia substituir 5% de todo o consumo
nacional de Diesel (33.037.000 m³), correspondente à parcela de Diesel destinada
à geração de eletricidade. Em 1997, o setor de transporte rodoviário foi
responsável por 74% do consumo nacional de óleo Diesel (24.346.000m³). Desse
modo, cerca de 7% dessa parcela poderia ser substituída pelo biogás. Em relação à
gasolina o índice potencial corresponde à cerca de 10%.
Tabela 3.16. – Comparação entre os custos de produção de alguns energéticos potencialmente concorrentes.
1ª alternativa (veículos) 2ª alternativa (queima em caldeiras) Energético US$/t EP Energético US$/t EP
Óleo Diesel 327 Óleo Combustível 150
Gasolina 437 GLP 204
Álcool Etílico 238 Carvão Natural 25,9
Biogás 80 - 147 Gás Natural 103
Biogás 63 - 129
Fonte: Souza (2000)
Tabela 3.17. – Estimativa do potencial brasileiro de substituição de alguns energéticos por biogás.
Energético
Consumo Energético
Nacional
Equivalência Energética
Potencial por substituição por biogás
Substituição (%)
Gasolina (m³) 17.993.000 0,00061 1.831.894 10,18
Diesel (m³) 33.037.000 0,00055 1.651.708 5,00
GLP (ton) 6.362.904 0,00040 1.201.242 18,88
Álcool (m³) 13.308.000 0,00080 2.402.484 18,05
C. Min. (ton.) 5.275.000 0,00074 2.222.298 42,13
Lenha (ton.) 71.599.000 0,00350 10.500.000 14,67
Eletr. (MWh) 295.524.000 0,00125 3.753.881 1,27 * valores referentes a 1997 (MME, 1998)
Fonte: Souza (2000)
59
Em 1997, as importações de óleo diesel representaram cerca de 18% do
consumo nacional desse energético, Estima-se, assim, que o biogás poderia
reduzir aproximadamente 28% dessas importações.
Em relação ao GLP e o carvão mineral, verifica-se que o biogás
corresponderia a 18,9% e 42,1%, respectivamente. No que diz respeito ao GLP
importa-se cerca de 40% do consumo nacional (11.527.000 m³).
Estima-se, assim, que 46,7% dessas importações poderiam ser substituídas
pelo biogás. Quanto à eletricidade, o biogás representaria 1,27% do consumo
nacional, o que corresponde a 3,7 milhões de MWh; ou seja, o equivalente ao
consumo anual de uma cidade do porte de Belo Horizonte (cerca de dois milhões
de habitantes).
60
4. METODOLOGIA
Para a realização do presente trabalho, foram utilizados dados de uma
destilaria de álcool anexa a usina de açúcar, localizada no Oeste do Estado de São
Paulo, cuja capacidade de produção de álcool é de 600 m³ por dia, sendo que os
dados referentes a volumes de produção de álcool e geração de vinhaça, consumo
de energia elétrica e precipitação pluviométrica foram obtidos na Central de
Informações da referida empresa.
Os dados referentes a dimensionamento de biodigestores e turbinas a gás
foram obtidos junto a fabricantes e fornecedores detentores da tecnologia.
4.1. Parâmetros obtidos na Central de Informações da empresa
Os parâmetros utilizados na presente pesquisa fornecem dados de álcool
produzido, vinhaça gerada, energia elétrica consumida gerada pela queima do
bagaço de cana nas caldeiras, energia elétrica consumida adquirida da
concessionária, o custo da energia adquirida em dólares, resultados gerados,
precipitação pluviométrica, especificações de reatores e de turbinas a gás.
4.1.1. Dados de álcool produzido
Foram utilizados dados diários da produção de álcool em metros cúbicos,
fornecidos pela Central de Informações, junto a Divisão Industrial da empresa em
estudo, referente às safras de 1990/1991 até 2001/2002.
O armazenamento deste álcool produzido é efetuado em tanques aéreos
conforme demonstrado na Figura 4.1., e essa produção é medida através do
aparelho medidor de vazão Smart Vortex Flowmeter, Modelo 8800 A, instalado
no processo final de produção de álcool da destilaria, conforme demonstrado na
Figura 4.2.
61
FIGURA 4.1. – Tanques de armazenamento de álcool
FIGURA 4.2. – Instalação do medidor de vazão nas colunas da destilaria.
4.1.2. Dados de vinhaça gerada
Foram utilizados dados diários de vinhaça gerada em metros cúbicos, fornecidos
pela Central de Informações, junto a Divisão Industrial da empresa em estudo,
referente às safras de 1990/1991 até 2001/2002 (Tabela 5.1. e Anexo A).
A título de informação esse volume diário do resíduo gerado é calculado
pelo método analítico sugerido por Zago (1989), conforme demonstrado no item
4.2.1. (Métodos para Cálculo do Volume de Vinhaça Gerada).
62
4.1.3. Dados referentes à energia elétrica consumida gerada pela queima do
bagaço de cana nas caldeiras
Utilizou-se dados de consumo mensal, durante as safras de 1990/1991 até
2001/2002, fornecidos pela Central de Informações, junto ao Departamento de
Manutenção Elétrica da empresa em estudo, que constam da Tabela 5.3. e do
Anexo B.
4.1.4. Dados referentes à energia consumida adquirida da concessionária
Utilizou-se dados de consumo mensal, durante as safras de 1990/1991 até
2001/2002, fornecidos pela Central de Informações junto ao Departamento de
Manutenção Elétrica da empresa em estudo, que constam da Tabela 5.3. e do
Anexo B.
4.1.5. Dados referentes ao custo da energia adquirida da concessionária
Utilizou-se dados de custo anual (por safra), durante as safras de
1990/1991 até 2001/2002, fornecidos pela Central de Informações junto ao
Departamento de Manutenção Elétrica da empresa em estudo, que constam da
Tabela 5.4.
4.1.6. Dados referentes à precipitação pluviométrica mensal em mm.
Utilizou-se dados de precipitação pluviométrica mensal, das safras de
1990/1991 até 2001/2002, fornecidos pela Central de Informações junto ao
Laboratório de Entomologia da empresa em estudo, que constam da Tabela 5.5. e
do Anexo C.
63
4.1.7. Biodigestor recomendado
Como demonstrado no item 4.2.2. (Biodigestão anaeróbica da vinhaça),
recomenda-se a utilização de reatores de fluxo ascendente com leito de lodo
(UASB), de 2.500m³ de volume unitário, com 26,0m de diâmetro e 4,75m de
altura, conforme demonstrado na Figura 4.3.
FIGURA 4.3. – Instalação de Biodigestor UASB
4.1.8. Turbina a Gás Recomendada
Conforme demonstrado no item 4.2.3. (Queima do Biogás nas Turbinas)
recomenda-se utilização de turbinas a gás modelo J 320V81 – Container, com
capacidade de 1.000 kWh, conforme demonstrado na Figura 4.4.
L = 12.192 mm B = 2.438 mm H = 2.591 mm Peso do conjunto = 27.000 kg
FIGURA 4.4. - Turbina a Gás Modelo J 320V81
64
A Figura 4.5. demonstra foto do conjunto J 320V81, instalado em unidade
produtora de energia elétrica pela queima de biogás em Rio Ventura, Bahia.
FIGURA 4.5. – Conjunto J 320V81 Jenbacher, instalado em Rio Ventura
4.2. Métodos
4.2.1. Métodos para cálculo do Volume de Vinhaça Gerada (VVG) diário:
De acordo com metodologia descrita por Zago (1989) e adotada na
empresa em estudo, colhe-se diariamente três amostras de vinho (caldo) nas
colunas de destilação, de 50 ml cada, das quais por análise em laboratório e
cálculo de média aritmética dos resultados se obtém:
a) (VAV) Volume de álcool do vinho, através do Micro Destilador Modelo
TE – 012;
b) (%AV) Teor alcoólico do vinho, através do Densímetro Digital Modelo
DMA 46 – PAAR -.
De posse desses dados calcula-se o (VVG) – volume de vinhaça gerada –
pela eq. (4.1.).
VVG = 100 x (VAV / % AV) (4.1.)
65
4.2.2. Biodigestão Anaeróbica da Vinhaça
A utilização de biodigestores UASB proporciona a seguintes situações:
- a vazão máxima de vinhaça gerada no sistema considerado é de
6.000m³/dia;
- o tempo de retenção hidráulica considerado pelo fabricante nesta situação
é de 12 horas;
- portanto para o tratamento de 100% da vinhaça gerada no pico da
produção será necessário a utilização de 6 unidades biodigestoras com
capacidade de 2.500 m³/dia, instalados em paralelo;
- o volume total que comportam os biodigestores é de 15.000 m³/dia,
estando incluído uma margem de segurança do sistema, visando inclusive
paradas para manutenção.
4.2.3. Queima do Biogás nas Turbinas
Para queima total do biogás gerado é recomendada a instalação de seis
conjuntos de turbinas a gás modelo J 320V81 – Container –, com capacidade de
1.000 kWh cada, devido:
- A produção máxima de biogás pela biodigestão anaeróbica da vinhaça
atingir 45.000 Nm³/dia;
- A margem de segurança a ser mantida pelas paradas para manutenção
embora tais índices sejam considerados baixos para estes equipamentos.
4.2.4. Metodologia para cálculo da Quantidade de Energia Gerada pela
Biodigestão Anaeróbica da Vinhaça, em kWh.
A metodologia utilizada para cálculo da obtenção da quantidade de
energia gerada pela biodigestão anaeróbica da vinhaça, segue o procedimento
sugerido por Lamo (1991), qual seja:
CO = V VG x DQO (4.2.)
66
onde:
CO = carga orgânica (kg.DQO/dia);
DQO = 40.000mg/l (Lamo, 1991).
- A Produção de Biogás pela biodigestão anaeróbica (PB) da vinhaça é
obtida, pela eq. (4.3.):
PB = CO x E x F (4.3.)
onde:
E = eficiência de remoção de DQO do processo, considerado de 70%, segundo
(Souza, 2001);
F = fator de conversão de biogás por DQO removido, considerado 0,45N.m³/kg
DQO removido, (Lamo, 1991).
- A quantidade de energia do biogás (GEB) é dada pela eq. (4.4.):
GEB = PB x PCIB (4.4.)
onde:
PCIB = poder calorífico inferior do biogás, considerado 5.100 kcal/Nm³, (Lamo,
1991);
4.2.5. Produção de Energia Elétrica
Pela utilização do conjunto de turbinas sugeridas no tópico 4.1.7., pode-se
estimar a quantidade de energia elétrica produzida pela combustão do biogás
(PEEB) utilizando-se da relação (eq. 4.5.):
PEEB = GEB x E1 (4.5.)
67
onde:
E1 = eficiência da turbina a gás, considerada 35% (Lamo, 1991).
4.2.6. Exemplo:
A título de exemplo apresenta-se cálculos efetuados para obtenção dos
resultados de potencial de energia elétrica a ser produzida pela biodigestão
anaeróbica da vinhaça demonstrados nas Tabelas 5.1., 5.2. e Anexo A, referentes
ao mês de julho da safra 1990/1991 (Tabela 5.1.). Assim:
VVG = 105834,1 m³/mês
CO = VVG x DQO eq. (4.2.)
CO = 105834,1m³/mês x 40.000 mg/l
PB = CO x E x F eq. (4.3.)
PB = 141112 kg DQO / dia x 0,7 x 0,45 Nm³/kg DQO
PB = 44450,28 Nm³ / dia
GEB = PB x PCIB eq. (4.4.)
GEB = 44450,28 Nm³ / dia x 5100 kcal/ Nm³
GEB = 226697 x 10³ kcal /dia
Obtém-se:
PEEB = GEB x E1 eq (4.5.)
PEEB = (226697 X 10³ kcal/dia x 0,35)
PEEB = 3844,18 kWh / dia
Assim, o potencial de energia alternativa obtida pela biodigestão
anaeróbica da vinhaça para o mês de julho na safra 1990/1991 é de:
68
PEEB = 3844,18 kWh /dia x 30 dias
PEEB = 115.539 kWh, conforme demonstrado na Tabela 5.1.
4.2.7. Metodologia utilizada para cálculo de custo de instalação e retorno do
investimento.
Segundo dados obtidos da Tabela 5.5, o custo de aquisição de energia
elétrica por mês, na média das doze safras em estudo (de 1990/1991 até
2001/2002) é de US$ 71.428,57.
Segundo Wagner (2002), o custo de instalação por kWh é de US$ 160,00.
Obteve-se a redução potencial na aquisição proporcionada pela biodigestão
anaeróbica da vinhaça e calculou-se desconsiderando taxas de juros e
remuneração de capital o tempo necessário para o retorno do investimento.
69
5. RESULTADOS E ANÁLISES
Após obtenção dos dados fornecidos pelas Tabelas 5.1 a 5.6 e dos Anexos
A, B, e C onde se apresenta dados das doze safras em estudo, que compõe os
períodos de 1990/1991 até 2000/2001, pode-se analisar os resultados em três sub-
itens:
- Disponibilidade de energia elétrica proporcionada pela biodigestão
anaeróbica da vinhaça;
- Representatividade dessa energia elétrica proposta em relação a
energia elétrica consumida na empresa;
- Análise dos impactos ambientais proporcionados pela fertirrigação
utilizando o resíduo vinhaça “in natura” e após a biodigestão
anaeróbica.
5.1. Disponibilidade de energia elétrica produzida pela biodigestão
Como exemplo tomou-se a safra 1990/1991, cujos dados são apresentados
pela Tabela 5.1., demonstrando que a produção máxima de álcool ocorreu em
junho (10.3234 m³), gerando um volume de vinhaça maior (122.088,3 m³) que
proporciona um maior potencial de geração de energia elétrica (133.076,3 kWh).
Em abril e janeiro, períodos que correspondem início e final de safra
respectivamente, são as faixas de menor produção de álcool (409m ³ em abril e
2.796 m³ em janeiro), menor geração de vinhaça (4.948,3 m³ em abril e 33.083,4
m³ em janeiro) proporcionando um menor potencial de geração de energia elétrica
(5.393,7 kWh em abril e 36.060,9 kWh em janeiro).
Os dados demonstrados na Tabela 5.1. geraram o gráfico da Figura 5.1,
que ilustra o comportamento das curvas referentes ao álcool produzido (m³),
vinhaça gerada (m³) e potencial de energia elétrica alternativa gerada pela
biodigestão anaeróbica da vinhaça (kWh), ilustrando as variações de produção e
geração de energia já comentada.
Este gráfico tem por objetivo principal além de ilustrar o comportamento
das curvas citadas acima, a visualização de como na safra 1990/1991, ocorreu a
70
produção de álcool, sendo que fatores de disponibilidade de matéria prima,
mercado e climáticos influenciam diretamente na escolha do produto final e sua
escala de produção.
Tabela 5.1. - Demonstrativo da produção de álcool, vinhaça e energia
elétrica alternativa da safra 1990/1991.
Meses
Álcool Produzido*
m³
Vinhaça Gerada*
m³
Potencial de energia a ser gerada pela biodigestão da vinhaça
kWh
Abril 409 4948,3 5393,7
Maio 7970 94280,7 102766,1
Junho 10324 122088,3 133076,3
Julho 8881 105834,1 115359,1
Agosto 9781 116709,2 127212,9
Setembro 7435 88523,3 96490,4
Outubro 5538 66067,2 72013,3
Novembro 5572 66230,6 72191,3
Dezembro 5594 66994,8 73024,3
Janeiro 2796 33083,4 36060,9
Fonte*: Central de Informações da Empresa
0
20000
40000
60000
80000
100000
120000
140000
Abril Maio Junho Julho Agosto Setembro Outubro Novembro Dezembro Janeiro
Mês
m³
0
20000
40000
60000
80000
100000
120000
140000
Á l c o o l p r o d u z i d o m ³ V i n h a ç a g e r a d a m ³ Energ ia a s er gerada kWh
kWh
FIGURA 5.1. – Gráfico demonstrativo da produção de álcool, vinhaça e energia elétrica alternativa da safra1990/1991.
71
É sabido que sendo uma destilaria anexa, tal empresa proporciona a
escolha de se produzir álcool ou açúcar, variando em função do mercado interno
ou externo, logo com esta possibilidade nem sempre o potencial de produção de
álcool é totalmente utilizado.
A Tabela 5.2., refere-se a média aritmética das doze safras em estudo,
demonstrando assim uma tendência comportamental das curvas de produção de
álcool obtidas dasTabelas do Anexo A.
Tabela 5.2. – Demonstrativo da média da produção de álcool, vinhaça e energia elétrica alternativa das safras de 1990/1991 até 2001/2002.
Fonte*: Central de Informações da Empresa
Os dados para construção da Tabela 5.2. (álcool produzido e vinhaça
gerada) foram obtidos do Anexo A.
Nota-se que as maiores produções de álcool estão concentradas nos meses
de junho à agosto, gerando assim os maiores volumes de vinhaça, proporcionando
então a possibilidade de maior produção de energia alternativa pela biodigestão
anaeróbica da vinhaça disponível durante este período.
Estes dados deram origem ao gráfico da Figura 5.2., que demonstra a
tendência das curvas de produção de álcool (m³), geração de vinhaça (m³) e
Meses
Álcool produzido*
m³
Vinhaça Gerada*
m³
Potencial de energia a ser gerada pela biodigestão da vinhaça
kWh
Abril 11617,7 13568,3 874,6
Maio 16531,2 72414,4 70073,1
Junho 19385,9 132178,6 143946,8
Julho 19492,0 150236,9 166760,6
Agosto 17890,0 150235,0 169941,5
Setembro 15603,6 119536,9 133587,3
Outubro 8635,2 99747,0 117184,4
Novembro 6371,5 75356,5 82138,5
Dezembro 2782,3 76417,2 83294,7
Janeiro 551,9 6565,9 7156,8
72
potencial de energia elétrica alternativa a ser gerada pela biodigestão da vinhaça
(kWh), na média das doze safras em estudo, vindo a confirmar a tendência da
safra 1990/1991. Observa-se que o potencial de geração de energia alternativa
acompanha a produção de vinhaça, que é diretamente proporcional a produção de
álcool.
0
20000
40000
60000
80000
100000
120000
140000
160000
Abril Maio Junho Julho Agosto Setembro Outubro Novembro Dezembro Janeiro
Mês
m³
0
20000
40000
60000
80000
100000
120000
140000
160000
180000
Álcool produzido m³ Vinhaça gerada m³ Energia a ser gerada kWh
kWh
FIGURA 5.2 – Gráfico demonstrativo da média da produção de álcool, vinhaça e energia elétrica alternativa das safras de 1990/1991 até 2001/2002. 5.2. Relação entre a energia elétrica produzida pela biodigestão com a adquirida
da concessionária e gerada pela queima do bagaço.
Analisando-se primeiramente a safra 1990/1991, através dos dados
fornecidos pela Tabela 5.3., nota-se que a quantidade total de energia elétrica
consumida foi de 17.135 MWh, sendo que deste total 14.517 MWh, que
representam 84,72%, foram gerados pela queima do bagaço nas caldeiras e 2.618
MWh que representam 15,28 % foram adquiridos da concessionária.
73
O potencial de geração de energia elétrica disponível pela
biodigestão anaeróbica da vinhaça nesta safra é de 833 MWh, representando
4,87% do total consumido. Caso este processo estivesse em operação, resultaria
numa redução de 31,87% de aquisição de energia elétrica da concessionária.
Tabela 5.3. – Demonstrativo da relação da aquisição, geração e consumo de energia elétrica na safra 1990/1991.
Meses
Energia elétrica
consumida adquirida
da concessionária
kWh
Energia elétrica
consumida gerada
pela queima do
bagaço
kWh
Energia elétrica
total consumida
kWh
Potencial de
energia a ser
gerada pela
biodigestão da
vinhaça kWh
% de
energia elétrica
produzida pela
biodigestão em relação
a adquirida
Abril 64.310 66.400 130.710 5.394 8,38
Maio 786.660 708.000 1.494.669 102.766 13,06 Junho 499.970 1.563.320 2.063.290 133.076 26,62 Julho 332.820 2.074.200 2.407.020 115.359 34,66 Agosto 284.930 2.293.400 2.578.330 127.213 44,65 Setembro 94.140 2.155.720 2.249.860 96.490 102,50 Outubro 104.430 1.885.280 1.989.710 72.013 68,96 Novembro 178.470 1.512.200 1.690.670 72.191 40,45 Dezembro 181.688 1.547.400 1.729.088 73.024 40,19 Janeiro 90.870 710.800 801.670 36.061 39,68
TOTAL 2.618.288 14.516.720 17.135.017 833.587 % 15,28 84,72 100,00 4,87
Fonte: Central de Informações da Empresa
Os dados da Tabela 5.3. tornaram possível a construção do gráfico da
Figura 5.3., que ilustra o comportamento das curvas de consumo/geração de
energia elétrica da safra 1990/1991, e as tendências mensais do período.
Nota-se que o período de maior potencial de geração de energia elétrica
alternativa encontra-se concentrado dos meses de junho a agosto, que coincidem
com a maior produção de álcool demonstrado pela Tabela 5.2, pois também
74
nesses meses a quantidade de vinhaça gerada é maior, sendo a mesma diretamente
proporcional ao volume de álcool produzido.
Na média das doze safras analisadas (de 1990/1991 até 2001/2002)
demonstrada na Tabela 5.4, a quantidade total de energia elétrica consumida foi
de 16.883 MWh, sendo que deste total 15.346 MWh, que representam 90,90%,
foram gerados pela queima do bagaço nas caldeiras e 1.548 MWh que
representam 9,17% foram adquiridos da concessionária.
0
500.000
1.000.000
1.500.000
2.000.000
2.500.000
3.000.000
Abril Maio Junho Julho Agosto Setembro Outubro Novembro Dezembro Janeiro
Mês
kWh
Energia elétrica consumida da concessionária kWh Energia elétrica consumida gerada pela queima do bagaço kWh
Energia elétrica total consumida kWh Potencial de energia a ser gerada pela biodigestão da vinhaça kWh
FIGURA 5.3. – Gráfico demonstrativo da relação da aquisição, geração e consumo de energia elétrica na safra 1990/1991. O potencial de geração de energia elétrica a ser disponibilizada pela
biodigestão anaeróbica da vinhaça, na média das doze safras analisadas (de
1999/2000 até 2001/2002) é de 971 MWh, representando 5,75% do total
consumido, caso este processo estivesse em operação, resultaria numa redução de
62,7% de aquisição de energia elétrica da concessionária durante este período.
Os dados apresentados na Tabela 5.4. resultaram no gráfico da Figura 5.4.,
demonstrando o comportamento das curvas de geração de energia elétrica pela
queima do bagaço, aquisição de energia elétrica da concessionária, consumo total
de energia elétrica e potencial de energia elétrica a ser gerada pela biodigestão da
vinhaça.
Para se obter os resultados da Tabela 5.4. e por conseqüência da Figura
5.4., foram utilizadas informações contidas nas Tabelas do Anexo B.
75
Tabela 5.4. – Demonstrativo da média entre aquisição, geração e consumo de energia elétrica das safras de 1990/1991 até 2001/2002.
Meses
Energia elétrica
consumida adquirida
da concessionária
kWh
Energia elétrica
consumida gerada
pela queima do
bagaço
kWh
Energia elétrica
total consumida
kWh
Potencial de
energia a ser
gerada pela
biodigestão da vinhaça
kWh
% de
energia elétrica
produzida pela
biodigestão em relação
a adquirida
Abril 5.441 13.858 19.298 875 16,08
Maio 285.643 1.023.745 1.309.388 69.921 24,48 Junho 206.511 2.162.308 2.368.819 141.703 68,62 Julho 122.298 2.632.094 2.754.391 167.215 136,73 Agosto 235.319 2.493.306 2.728.626 168.405 71,57 Setembro 189.522 2.204.917 2.394.438 133.608 70,50 Outubro 174.968 1.958.368 2.122.273 112.050 64,04 Novembro 178.688 1.704.361 1.883.049 82.240 46,02 Dezembro 122.554 1.019.988 1.142.542 87.978 71,79 Janeiro 27.226 133.400 160.626 7.157 26,29
TOTAL 1.548.168 15.346.344 16.883.450 971.152
% 9,17 90,90 100 5,75
Fonte: Central de Informações da Empresa
0
500000
1000000
1500000
2000000
2500000
3000000
ABRIL MAIO JUNHO JULHO AGOSTO SETEMBRO OUTUBRO NOVEMBRO DEZEMBRO JANEIRO
Mês
mm
energia conces kw energia bagaço kw energia total kw energia biodigestão kw
FIGURA 5.4 – Gráfico demonstrativo da média da aquisição, consumo e geração de energia elétrica das safras de 1990/1991 até 2001/2002.
76
5.3. Cálculo do retorno de investimento.
De acordo com Wagner (2002), o custo do kWh instalado, no processo de
geração de energia elétrica pela queima do biogás é de US$ 160,00.
Como a geração de vinhaça proporciona uma instalação de equipamento
que disponibilizam 6.000 kWh, o custo total de instalação será de
US$ 960.000,00.
De acordo com a Tabela 5.5., considerando-se a média das doze safras em
estudo (de 1990/1991 até 2001/2002), o custo de aquisição de energia elétrica por
safra é de US$ 315.000,00/safra.
Com a instalação do processo de biodigestão, a redução na aquisição de
energia elétrica da concessionária é de 62,7%, que corresponde a
US$ 211.050,00/safra
Logo o investimento será pago em 4,6 safras, desconsiderando taxas de
juros, depreciação e remuneração de capital.
Tabela 5.5. Custo da aquisição de energia elétrica da concessionária.
Safra Custo de aquisição de energia (US$)
1990/1991 280.000,00
1991/1992 320.000,00
1992/1993 267.000,00
1993/1994 325.000,00
1994/1995 389.000,00
1995/1996 309.000,00
1996/1997 315.000,00
1997/1998 325.000,00
1998/1999 350.000,00
1999/2000 290.000,00
2000/2001 320.000,00
2001/2002 290.000,00
Média 315.000,00
Fonte: Central de Informações
77
5.4. Implicações ambientais
Analisando os índices pluviométricos mensais da safra 1990/1991,
fornecidos pela Tabela 5.6., desconsiderando-se os meses de abril e janeiro, que
representam início e final de safra, nota-se que as chuvas se intensificam no
período entre os meses de setembro a dezembro.
Embora os estudos efetuados nos itens anteriores (5.1 e 5.2) demonstrem
que o maior volume de vinhaça gerada concentra-se no período dos meses de
junho a agosto, fato que ocorre proveniente da maior produção de álcool também
estar vinculada a este período, a maior preocupação com a vinhaça se dá durante
os meses chuvosos (Tabela 5.6.) no período de setembro a dezembro, pelo fato da
vinhaça ser armazenada e transportada a céu aberto por tanques e canais,
somando-se a mesma o volume adicional proporcionado pelas chuvas intensas
destes períodos. As Figuras 5.5. e 5.6., respectivamente, ilustram os canais e
lagoas de armazenamento da vinhaça a céu aberto.
FIGURA 5.5. – Canal de vinhaça a céu aberto
Este fato exige um controle rígido na fertirrigação, pois pode ocasionar
arraste deste efluente para leitos d’água ou infiltrações no subsolo.
78
FIGURA 5.6. – Tanques de armazenamento de vinhaça a céu aberto
Tabela 5.6. – Demonstrativo dos índices pluviométricos mensais da safra
1990/1991.
Meses Precipitação Pluviométrica
mm Abril 133,2
Maio 58,2
Junho 4,0
Julho 25,0
Agosto 84,6
Setembro 137,0
Outubro 110,0
Novembro 128,0
Dezembro 188,0
Janeiro 304,0
TOTAL 1.172
Fonte: Central de Informações da Empresa
79
Os dados da Tabela 5.6. proporcionaram a construção do gráfico da Figura
5.7., onde é possível notar o comportamento dos índices pluviométricos da safra
1990/1991.
0
50
100
150
200
250
300
350
ABRIL MAIO JUNHO JULHO AGOSTO SETEMBRO OUTUBRO NOVEMBRO DEZEMBRO JANEIRO
Mês
mm
FIGURA 5.7. – Gráfico demonstrativo dos índices mensais de precipitação pluviométrica da safra 1990/1991.
O cálculo da média do índice pluviométrico das doze safras (Tabela 5.7.)
em estudo (de 1990/1991 até 2001/2002), foi efetuado com base nos dados
fornecidos pelas Tabelas do Anexo C, as quais indicam os índices pluviométricos
mensais de cada período em estudo.
Pela análise da Tabela 5.7, verifica-se que os meses mais chuvosos são:
setembro, outubro, novembro e dezembro. Analisando a Tabela 5.2., verifica-se
que a maior produção de vinhaça ocorre durante os meses de junho, julho, agosto
e setembro.
Os cuidados com o manejo do resíduo vinhaça aumentam nos meses
chuvosos, pois o processo atual, sem a biodigestão anaeróbica, é realizado
basicamente a céu aberto.
Enquanto que se utilizando biodigestores, partes deste processo são
realizadas em compartimentos fechados, não recebendo assim as águas das chuvas
diretamente. E também se estabiliza a matéria orgânica da vinhaça, reduzindo o
DQO desse efluente por conseqüência o neutralizando, obtendo elevadas
80
eficiências de remoção de carga poluidora do mesmo, vindo a reforçar a
possibilidade da contribuição para a melhoria das condições ambientais.
Tabela 5.7. – Demonstrativo da média dos índices pluviométricos mensais
das safras de 1990/1991 até 2001/2002.
Fonte: Central de Informações da Empresa
0
50
100
150
200
250
ABRIL MAIO JUNHO JULHO AGOSTO SETEMBRO OUTUBRO NOVEMBRO DEZEMBRO JANEIRO
Mês
mm
FIGURA 5.8. – Gráfico demonstrativo da média dos índices de precipitações pluviométricas mensais das safras de 1990/1991 até 2001/2002.
Meses Precipitação Pluviométrica
mm Abril 23
Maio 62
Junho 48
Julho 17
Agosto 36
Setembro 101
Outubro 113
Novembro 117
Dezembro 163
Janeiro 62
TOTAL 742
81
6. CONCLUSÕES
Os resultados obtidos no presente trabalho que trata do potencial de
geração de energia pela biodigestão anaeróbica da vinhaça, em destilaria
anexa a uma usina de açúcar com capacidade de produção diária de 600 m³
de álcool, permitiram inferir que:
• a maior disponibilidade de energia elétrica a ser gerada pela biodigestão
anaeróbica da vinhaça concentra-se nos meses de junho, julho, agosto e
setembro, devido a produção de álcool atingir os maiores índices nesse
período, conforme demonstrado na análise da média das doze safras em
estudo, implicando em maior geração de vinhaça;
• se o processo de biodigestão anaeróbica da vinhaça for adotado como
fonte geradora de energia elétrica, o mesmo pode fornecer por safra 971
MWh, que representam 5,75% do total de energia consumida ou uma
redução de 62,7% na aquisição de energia elétrica da concessionária;
• a vinhaça da forma como é armazenada atualmente e transportada por
gravidade, em tanques e canais a céu aberto, sofre um aumento de volume
nos meses com maiores índices pluviométricos, dificultando assim um
controle rígido sobre a mesma no sentido de se evitar arrastes e
percolações. O tratamento efetuado por biodigestão anaeróbica, diminui
esse problema, pois os biodigestores são compartimentos fechados, não
mantendo contato com o meio ambiente diretamente;
• com o custo de instalação de US$ 960.000,00, e uma redução na aquisição
de US$ 211.050/safra o retorno do investimento se dará em 4,6 safras,
desconsiderando taxas de juros, depreciação e remuneração de capital.
82
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1986.
- TEREZA, I. Governo esperou as chuvas e ignorou crise. O Estado de São Paulo,
São Paulo, 12 maio 2001. Economia & Negócios. p. B1.
- TIELBAARD, M. Experience with Treatmente of Cane Vinasse by UASB
Reactors. International Sugar Journal, N.Y., vol. 94 n.1127, 1992. pp 41-49.
- TOLEDO, L. R. Energia Reciclada & Máquinas para Acelerar o Tempo,
TECNOLOGIA/PESQUISA - STAB-, vol.33, pp. 43-47, 2001.
- TREVISAN – The Global Solution. São Paulo. Editora Três Ltda. 1987.
Mensal.
- WAGNER, A. – Sugestões Técnicas e Econômicas. AW. Consultoria S/C Ltda
Curitiba, 2002.
88
- WALTER, A. Fomento à Geração Elétrica com Fontes Renováveis de Energia
no Meio Rural Brasileiro: Barreiras, Ações e Perspectivas 22 pp. –
Departamento de Energia – UNICAMP – Campinas, 2000.
- XAVIER, S. Álcool como Carburante – Razões da sua Utilização. Brasil
Açucareiro, vol. 76 n. 5, pp 16-20, 1970.
- ZAGO, E. A. Métodos Analíticos para o Controle da Produção de Álcool –
FERMENTEC – CENTRO DE BIOTECNOLOGIA AGRÍCOLA –
ESALQ/USP – Piracicaba, 1989.
89
ANEXO A
90
Tabela A.1 - Demonstrativo energético da Safra 1991/1992
Fonte*: Central de Informações da Empresa
0
20000
40000
60000
80000
100000
120000
140000
160000
Abril Maio Junho Julho Agosto Setembro Outubro Novembro Dezembro Janeiro
Mês
m³
0
20000
40000
60000
80000
100000
120000
140000
160000
180000
Álcool produzido m³ Vinhaça gerada m³ Energia a ser gerada kWh
kWh
FIGURA A.1 – Gráfico demonstrativo energético safra 1991/1992.
Meses
Álcool produzido*
m³
Vinhaça Gerada*
m³
Potencial de energia a ser gerada pela biodigestão da vinhaça
kWh
Abril 0 0 0
Maio 2952 34853,3 37990,7
Junho 8023 94957,9 103504,1
Julho 11550 137838,2 150243,7
Agosto 12235 145013,6 158064,8
Setembro 11348 134796,7 146928,4
Outubro 8865 105400,3 114886,3
Novembro 5572 66230,6 72191,3
Dezembro 4820 58098,3 63327,2
Janeiro 0 0 0
91
Tabela A.2 - Demonstrativo energético da Safra 1992/1993.
Fonte*: Central de Informações da Empresa
0
20000
40000
60000
80000
100000
120000
140000
160000
Abril Maio Junho Julho Agosto Setembro Outubro Novembro Dezembro Janeiro
Mês
m³
0
20000
40000
60000
80000
100000
120000
140000
160000
180000
Álcool produzido m³ Vinhaça gerada m³ Energia a ser gerada kWh
kWh
FIGURA A.2 – Gráfico demonstrativo energético safra1992/1993.
Meses
Álcool produzido*
m³
Vinhaça Gerada*
m³
Potencial de energia a ser gerada pela
biodigestão da vinhaça kWh
Abril 0 0 0
Maio 722 8693,4 9475,8
Junho 9425 113136,2 123318,5
Julho 11815 141474,9 154207,7
Agosto 12249 145500,7 158595,8
Setembro 8597 104030,6 113393,4
Outubro 6548 77985,9 85004,6
Novembro 6134 73304,9 79902,3
Dezembro 646 7732,5 8428,5
Janeiro 0 0 0
92
Tabela A.3 - Demonstrativo energético da Safra 1993/1994.
Fonte*: Central de Informações da Empresa
0
20000
40000
60000
80000
100000
120000
140000
160000
Abril Maio Junho Julho Agosto Setembro Outubro Novembro Dezembro Janeiro
Mês
m³
0
20000
40000
60000
80000
100000
120000
140000
160000
Álcool produzido m³ Vinhaça gerada m³ Energia a ser gerada kWh
kWh
FIGURA A.3. – Gráfico demonstrativo energético safra 1993/1994.
Meses
Álcool produzido*
m³
Vinhaça Gerada*
m³
Potencial de energia a ser gerada pela
biodigestão da vinhaça kWh
Abril 0 0 0
Maio 5489 64739,2 70565,7
Junho 9233 111686,1 121737,9
Julho 11518 138332,9 150782,8
Agosto 10432 120867,5 131745,6
Setembro 9207 106186,7 115743,5
Outubro 8412 96223,1 104883,1
Novembro 6095 67547,2 73626,5
Deze mbro 0 0 0
Janeiro 0 0 0
93
Tabela A.4 - Demonstrativo energético da Safra 1994/1995.
Fonte*: Central de Informações da Empresa
0
20000
40000
60000
80000
100000
120000
140000
160000
Abril Maio Junho Julho Agosto Setembro Outubro Novembro Dezembro Janeiro
Mês
m³
0
20000
40000
60000
80000
100000
120000
140000
160000
180000
Álcool produzido m³ Vinhaça gerada m³ Energia a ser gerada kWh
kWh
FIGURA A.4 – Gráfico demonstrativo energético safra 1994/1995.
Meses
Álcool produzido*
m³
Vinhaça Gerada*
m³
Potencial de energia a ser gerada pela
biodigestão da vinhaça kWh
Abril 0 0 0
Maio 4165 49736,7 54212,9
Junho 9478 113195,4 123383,1
Julho 11882 142104,2 154893,6
Agosto 12044 143291,9 156188,1
Setembro 11788 141326,9 154046,3
Outubro 12129 143510,2 156426,1
Novembro 10154 120183,8 131000,3
Dezembro 5110 60090,6 65498,7
Janeiro 0 0 0
94
Tabela A.5 - Demonstrativo energético da Safra 1995/1996.
Fonte*: Central de Informações da Empresa
0
20000
40000
60000
80000
100000
120000
140000
160000
180000
200000
Abril Maio Junho Julho Agosto Setembro Outubro Novembro Dezembro Janeiro
Mês
m³
Álcool produzido m³ Vinhaça gerada m³ Potencial de energia a ser gerada pela biodigestão da vinhaça kWh
kWh
FIGURA A.5 – Gráfico demonstrativo energético safra 1995/1996.
Meses
Álcool produzido*
m³
Vinhaça Gerada*
m³
Potencial de energia a ser gerada pela
biodigestão da vinhaça kWh
Abril 0 0 0
Maio 3043 36532,5 39820,5
Junho 10057 119656,7 130425,8
Julho 11056 132839,3 144794,9
Agosto 13606 161931,4 176505,2
Setembro 11313 134563,9 146674,6
Outubro 7718 161931,4 176505,2
Novembro 5456 65109,9 70969,8
Dezembro 566 6537,54 7125,9
Janeiro 0 0 0
95
Tabela A.6 - Demonstrativo energético da Safra 1996/1997.
Meses
Álcool produzido*
m³
Vinhaça Gerada*
m³
Potencial de energia a ser gerada pela
biodigestão da vinhaça kWh
Abril 0 0 0
Maio 7995 95509,6 104105,5
Junho 12842 153006,2 166776,7
Julho 15822 187702,6 204595,8
Agosto 16252 194825,2 212359,4
Setembro 12860 153051,9 166826,5
Outubro 11088 131955,5 143831,5
Novembro 9915 117596,9 128180,6
Dezembro 4835 57707,9 62901,6
Janeiro 0 0 0
Fonte*: Central de Informações da Empresa
0
50000
100000
150000
200000
250000
Abril Maio Junho Julho Agosto Setembro Outubro Novembro Dezembro Janeiro
Mês
m³
0
50000
100000
150000
200000
250000
Álcool produzido m³ Vinhaça gerada m³ Energia a ser gerada kWh
kWh
FIGURA A.6 – Gráfico demonstrativo energético safra 1996/1997.
96
Tabela A.7 - Demonstrativo energético da Safra 1997/1998.
Fonte*: Central de Informações da Empresa
0
50000
100000
150000
200000
250000
Abril Maio Junho Julho Agosto Setembro Outubro Novembro Dezembro Janeiro
Mês
m³
0
50000
100000
150000
200000
250000
Álcool produzido m³ Vinhaça gerada m³ Energia a ser gerada kWh
kWh
FIGURA A.7. – Gráfico demonstrativo energético safra 1997/1998.
Meses
Álcool produzido*
m³
Vinhaça Gerada*
m³
Potencial de energia a ser gerada pela
biodigestão da vinhaça kWh
Abril 0 0 0
Maio 7945 95333,6 103913,6
Junho 10659 126377,5 137751,5
Julho 15517 183736,6 200272,9
Agosto 16335 195433,7 213022,7
Setembro 16452 196657,1 214356,2
Outubro 12697 152480,4 166203,6
Novembro 7679 91986,1 100264,9
Dezembro 3604 42667,9 46508,1
Janeiro 0 0 0
97
Tabela A.8 – Demonstrativo energético da Safra 1998/1999.
Fonte*: Central de Informações da Empresa
0
20000
40000
60000
80000
100000
120000
140000
160000
180000
Abril Maio Junho Julho Agosto Setembro Outubro Novembro Dezembro Janeiro
Mês
m³
0
20000
40000
60000
80000
100000
120000
140000
160000
180000
200000
Álcool produzido m³ Vinhaça gerada m³ Energia a ser gerada kWh
kWh
FIGURA A.8 – Gráfico demonstrativo energético safra 1998/1999.
Meses
Álcool produzido*
m³
Vinhaça Gerada*
m³
Potencial de energia a ser gerada pela
biodigestão da vinhaça kWh
Abril 384 4678,9 5101,1
Maio 10225 121106,8 132006,4
Junho 10755 128389,7 139944,8
Julho 11560 138403,3 150859,6
Agosto 14029 166431,7 181410,5
Setembro 11765 139701,3 152274,5
Outubro 8032 94724,3 103249,5
Novembro 7024 83146,9 90630,1
Dezembro 6548 77612,7 84597,8
Janeiro 3827 45707,4 49821,1
98
Tabela A.9 - Demonstrativo energético da Safra 1999/2000.
Meses
Álcool produzido*
m³
Vinhaça Gerada*
m³
Potencial de energia a ser gerada pela
biodigestão da vinhaça kWh
Abril 0 0 0
Maio 7318 87166,9 95011,9
Junho 12204 146323,6 159492,7
Julho 14705 174740,4 190467,1
Agosto 15085 179350,1 195491,5
Setembro 13597 162311,5 176919,6
Outubro 15393 182951,1 199416,7
Novembro 9434 112582,7 122715,1
Dezembro 1664 20192,6 22009,9
Janeiro 0 0 0
Fonte*: Central de Informações da Empresa
0
20000
40000
60000
80000
100000
120000
140000
160000
180000
200000
Abril Maio Junho Julho Agosto Setembro Outubro Novembro Dezembro Janeiro
Mês
m³
0
50000
100000
150000
200000
250000
Álcool produzido m³ Vinhaça gerada m³ Energia a ser gerada kWh
kWh
FIGURA A.9 – Gráfico demonstrativo energético safra 1999/2000.
99
Tabela A.10 - Demonstrativo energético da Safra 2000/2001.
Meses
Álcool produzido*
m³
Vinhaça Gerada*
m³
Potencial de energia a ser gerada pela
biodigestão da vinhaça kWh
Abril 0 0 0
Maio 2411 28210,7 30749,6
Junho 16011 190624,4 207780,7
Julho 16854 200766,4 218835,4
Agosto 13410 160641,9 175099,7
Setembro 4429 17585,3 19168,1
Outubro 4189 15679,4 17689,2
Novembro 0 0 0
Dezembro 0 0 0
Janeiro 0 0 0
Fonte*: Central de Informações da Empresa
0
50000
100000
150000
200000
250000
Abril Maio Junho Julho Agosto Setembro Outubro Novembro Dezembro Janeiro
Mês
m³
0
50000
100000
150000
200000
250000
Álcool produzido m³ Vinhaça gerada m³ Energia a ser gerada kWh
kWh
FIGURA A.10 – Gráfico demonstrativo energético safra 2000/2001.
100
Tabela A.11 - Demonstrativo energético da Safra 2001/2002
Fonte*: Central de Informações da Empresa
0
20000
40000
60000
80000
100000
120000
140000
160000
180000
Abril Maio Junho Julho Agosto Setembro Outubro Novembro Dezembro Janeiro
Mês
m³
0
20000
40000
60000
80000
100000
120000
140000
160000
180000
200000
Álcool produzido m³ Vinhaça gerada m³ Energia a ser gerada kWh
kWh
FIGURA A.11 – Gráfico demonstrativo energético safra 2001/2002
Meses
Álcool produzido*
m³
Vinhaça Gerada*
m³
Potencial de energia a ser gerada pela
biodigestão da vinhaça kWh
Abril 0 0 0
Maio 4435 55282,4 60257,9
Junho 13469 165292,9 180169,2
Julho 12489 152122,9 165813,9
Agosto 11755 140919,1 153601,8
Setembro 7639 91950,4 100225,9
Outubro 5083 60645,1 66103,2
Novembro 3423 40357,9 43990,2
Dezembro 0 0 0
Janeiro 0 0 0
101
ANEXO B
102
Tabela B.1- Relação da aquisição, geração e consumo de energia elétrica - Safra 1991/1992
Fonte: Central de Informações da Empresa
0
500000
1000000
1500000
2000000
2500000
3000000
Abril Maio Junho Julho Agosto Setembro Outubro Novembro Dezembro Janeiro
Mês
kWh
Energia elétrica consumida da concessionária kWh Energia elétrica consumida gerada pela queima do bagaço kWh
Energia elétrica total consumida kWh Potencial de energia a ser gerada pela biodigestão da vinhaça kWh
FIGURA B.1 - Gráfico demonstrativo da aquisição, geração e consumo de energia elétrica - Safra 1991/1992.
Meses
Energia elétrica consumida da
concessionária
kWh
Energia elétrica consumida gerada pela
queima do bagaço
kWh
Energia elétrica total consumida
kWh
Potencial de energia a ser gerada pela
biodigestão da vinhaça
KWh
Abril 0 0 0 0
Maio 319.320 666.400 985.720 37.991
Junho 205.820 2.061.683 2.267.503 103.504
Julho 157.870 2.488.800 2.646.670 150.244
Agosto 633.860 1.953.600 2.587.460 158.065
Setembro 441.000 2.076.800 2.517.800 146.928
Outubro 397.830 1.857.200 2.555.030 114.886
Novembro 329.160 2.064.800 2.393.960 72.191
Dezembro 173.640 1.337.400 1.511.040 63.327
Janeiro 0 0 0 0
TOTAL 2.658.500 14.506.683 17.465.183 847.137
% 16,00 84,00 100,00 4,91
103
Tabela B.2 – Relação da aquisição, geração e consumo de energia elétrica - Safra 1992/1993
Meses
Energia elétrica consumida da
concessionária
kWh
Energia elétrica consumida gerada pela queima do
bagaço kWh
Energia elétrica total consumida
kWh
Potencial de energia a ser gerada pela
biodigestão da vinhaça
kWh Abril 0 0 0 0
Maio 491.520 665.000 1.156.520 9.476
Junho 369.030 2.073.600 2.442.630 123.319
Julho 261.750 2.491.800 2.753.550 154.208
Agosto 274.340 2.434.200 2.708.540 158.596
Setembro 239.790 2.067.400 2.307.190 113.393
Outubro 217.420 2.108.000 2.325.420 85.005
Novembro 266.700 1.959.800 2.226.500 79.902
Dezembro 19.740 213.600 233.340 8.429
Janeiro 0 0 0 0
TOTAL 2.140.290 14.013.400 16.153.690 732.327
% 13,25 86,75 100,00 4,53
Fonte: Central de Informações da Empresa
0
500000
1000000
1500000
2000000
2500000
3000000
Abril Maio Junho Julho Agosto Setembro Outubro Novembro Dezembro Janeiro
Mês
kWh
Energia elétrica consumida da concessionária kWh Energia elétrica consumida gerada pela queima do bagaço kWh
Energia elétrica total consumida kWh Potencial de energia a ser gerada pela biodigestão da vinhaça kWh
FIGURA B.2- Gráfico demonstrativo da aquisição, geração e consumo de energia elétrica- Safra 1992/1993.
104
Tabela B.3 - Relação da aquisição, geração e consumo de energia elétrica - Safra 1993/1994
Meses
Energia elétrica consumida da
concessionária
kWh
Energia elétrica consumida gerada
pela queima do bagaço
kWh
Energia elétrica total consumida
kWh
Potencial de energia a ser gerada pela
biodigestão da vinhaça
kWh Abril 0 0 0 0
Maio 388.230 1.362.400 1.750.630 70.566
Junho 317.420 2.186.140 2.503.560 121.738
Julho 303.900 2.453.600 2.757.500 150.783
Agosto 335.796 2.269.800 2.605.596 131.746
Setembro 306.670 2.184.200 2.490.870 115.744
Outubro 336.450 2.032.400 2.368.850 104883
Novembro 285.708 1.813.400 2.099.108 73.627
Dezembro 0 0 0 0
Janeiro 0 0 0 0
TOTAL 2.274.174 14.301.940 16.576.114 769.085
% 13,72 86,28 100,00 4,64
Fonte: Central de Informações da Empresa
0
500000
1000000
1500000
2000000
2500000
3000000
Abril Maio Junho Julho Agosto Setembro Outubro Novembro Dezembro Janeiro
Mês
kWh
Energia elétrica consumida da concessionária kWh Energia elétrica consumida gerada pela queima do bagaço kWh
Energia elétrica total consumida kWh Potencial de energia a ser gerada pela biodigestão da vinhaça kWh
FIGURA B.3– Gráfico demonstrativo da aquisição, geração e consumo de energia elétrica - Safra1993/1994.
105
Tabela B.4 - Relação da aquisição, geração e consumo de energia elétrica - Safra 1994/1995
Meses
Energia elétrica consumida da
concessionária
kWh
Energia elétrica consumida gerada pela queima do
bagaço kWh
Energia elétrica total consumida
kWh
Potencial de energia a ser gerada pela
biodigestão da vinhaça
kWh Abril 0 0 0 0
Maio 325.800 846.600 1.172.400 54213
Junho 381.810 2.158.780 2.540.590 123383
Julho 45.251 3.385.139 3.430.390 154894
Agosto 53.160 3.102.777 3.155.937 156188
Setembro 18.210 2.608.669 2.626.879 154046
Outubro 47.380 2.706.190 2.753.570 156426
Novembro 84.158 2.393.328 2.477.486 131000
Dezembro 128.668 1.396.800 1.525.468 65499
Janeiro 0 0 0 0
TOTAL 1.084.437 18.598.283 19.682.720 995.649
% 5,51 94,49 100,00 5,10
Fonte: Central de Informações da Empresa
0
500000
1000000
1500000
2000000
2500000
3000000
3500000
4000000
Abril Maio Junho Julho Agosto Setembro Outubro Novembro Dezembro Janeiro
Mês
kWh
Energia elétrica consumida da concessionária kWh Energia elétrica consumida gerada pela queima do bagaço kWh
Energia elétrica total consumida kWh Potencial de energia a ser gerada pela biodigestão da vinhaça kWh
FIGURA B.4 - Gráfico demonstrativo da aquisição, geração e consumo de energia elétrica -Safra 1994/1995.
106
Tabela B.5 - Relação da aquisição, geração e consumo de energia elétrica - Safra 1995/1996
Fonte: Central de Informações da Empresa
0
500000
1000000
1500000
2000000
2500000
3000000
Abril Maio Junho Julho Agosto Setembro Outubro Novembro Dezembro Janeiro
Mês
kWh
Energia elétrica consumida da concessionária kWh Energia elétrica consumida gerada pela queima do bagaço kWh
Energia elétrica total consumida kWh Potencial de energia a ser gerada pela biodigestão da vinhaça kWh
FIGURA B.5 - Gráfico demonstrativo da aquisição, geração e consumo de energia elétrica - Safra 1995/1996.
Meses
Energia elétrica consumida da
concessionária
kWh
Energia elétrica consumida gerada
pela queima do bagaço
kWh
Energia elétrica total consumida
kWh
Potencial de energia a ser gerada pela
biodigestão da vinhaça
kWh Abril 0 0 0 0
Maio 319.320 666.400 985.720 37991
Junho 205.820 2.061.683 2.267.503 103504
Julho 157.870 2.488.800 2.646.670 150244
Agosto 633.860 1.953.600 2.587.460 158065
Setembro 441.000 2.076.800 2.517.800 146928
Outubro 397.830 1.857.200 2.255.030 114886
Novembro 329.160 2.064.800 2.393.960 72191
Dezembro 173.640 1.337.400 1.511.040 63327
Janeiro 0 0 0 0
TOTAL 2.658.500 14.506.683
17.165.183 847.137
% 15,49 84,51 100,00 4,94
107
Tabela B.6- Relação da aquisição, geração e consumo de energia elétrica - Safra 1996/1997
Fonte: Central de Informações da Empresa
0
500000
1000000
1500000
2000000
2500000
3000000
3500000
Abril Maio Junho Julho Agosto Setembro Outubro Novembro Dezembro Janeiro
Mês
kWh
Energia elétrica consumida da concessionária kWh Energia elétrica consumida gerada pela queima do bagaço kWh
Energia elétrica total consumida kWh Potencial de energia a ser gerada pela biodigestão da vinhaça kWh
FIGURA B.6- Gráfico demonstrativo da aquisição, geração e consumo de energia elétrica - Safra 1996/1997
Meses
Energia elétrica consumida da
concessionária
kWh
Energia elétrica
consumida gerada pela queima do
bagaço kWh
Energia elétrica total consumida
kWh
Potencial de energia a ser gerada pela
biodigestão da vinhaça
kWh
Abril 0 0 0 0
Maio 202.190 1.316.960 1.519.150 104.106
Junho 79.440 1.998.760 2.078.200 166.777
Julho 25.600 2.605.200 2.630.800 204.596
Agosto 76.400 2.802.240 2.878.640 212.359
Setembro 92.790 2.578.822 2.671.612 166.827
Outubro 100.600 2.270.020 2.370.620 143.832
Novembro 224.790 2.002.180 2.226.970 128.181
Dezembro 422.810 948.090 1.370.900 629.016
Janeiro 0 0 0 0
TOTAL 1.224.620 16.522.272 17.746.892 1.755.692 % 6,91 93,10 100,00 9,90
108
Tabela B.7 - Relação da aquisição, geração e consumo de energia elétrica - Safra 1997/1998
Meses
Energia elétrica
consumida da concessionária
kWh
Energia elétrica consumida gerada
pela queima do bagaço
kWh
Energia elétrica total consumida
kWh
Potencial de energia a ser gerada pela
biodigestão da vinhaça
kWh Abril 0 0 0 0
Maio 462.640 1.182.650 1.645.290 103.914
Junho 239.730 1.823.750 2.063.480 137.752
Julho 59.830 2.651.379 2.711.209 200.273
Agosto 40.830 2.917.560 2.958.390 213.023
Setembro 59.480 2.742.420 2.801.900 214.356
Outubro 78.970 2.504.160 2.583.130 166.204
Novembro 73.375 2.154.280 2.227.655 100.265
Dezembro 85.600 1.194.530 1.280.130 46.508
Janeiro 0 0 0 0
TOTAL 1.100.455 17.170.729 18.271.184 1.182.294
% 6,02 93,98 100,00 6,47
Fonte: Central de Informações da Empresa
0
500000
1000000
1500000
2000000
2500000
3000000
3500000
Abril Maio Junho Julho Agosto Setembro Outubro Novembro Dezembro Janeiro
Mês
kWh
Energia elétrica consumida da concessionária kWh Energia elétrica consumida gerada pela queima do bagaço kWh
Energia elétrica total consumida kWh Potencial de energia a ser gerada pela biodigestão da vinhaça kWh
FIGURA B.7 - Gráfico demonstrativo da aquisição, geração e consumo de energia elétrica da Safra 1997/1998.
109
Tabela B.8- Relação da aquisição, geração e consumo de energia elétrica - Safra 1998/1999
Fonte: Central de Informações da Empresa
0
500000
1000000
1500000
2000000
2500000
3000000
3500000
Abril Maio Junho Julho Agosto Setembro Outubro Novembro Dezembro Janeiro
Mês
kWh
Energia elétrica consumida da concessionária kWh Energia elétrica consumida gerada pela queima do bagaço kWh
Energia elétrica total consumida kWh Potencial de energia a ser gerada pela biodigestão da vinhaça kWh
FIGURA B.8 - Gráfico demonstrativo da aquisição, geração e consumo de energia elétrica da Safra 1998/1999.
Meses
Energia elétrica consumida da
concessionária
kWh
Energia elétrica consumida gerada pela
queima do bagaço
kWh
Energia elétrica total consumida
kWh
Potencial de energia a ser gerada pela
biodigestão da vinhaça
kWh Abril 978 99.890 100.868 5101
Maio 31.510 2.296.580 2.328.090 132006
Junho 67.970 2.603.080 2.671.050 139945
Julho 58.080 2.610.560 2.668.640 150860
Agosto 333.446 2.665.040 2.998.486 181411
Setembro 252.360 2.682.160 2.934.520 152275
Outubro 175.780 2.164.280 2.340.060 103250
Novembro 153.820 1.785.280 1.939.100 90630
Dezembro 245.740 1.914.616 2.160.356 84598
Janeiro 235.840 890.000 1.125.840 49821
TOTAL 1.555.524 19.711.486 21.267.010 1.089.897 % 7,31 92,69 100 5,13
110
Tabela B.9 - Relação da aquisição, geração e consumo de energia elétrica - Safra 1999/2000
Meses
Energia elétrica consumida da
concessionária
kWh
Energia elétrica consumida gerada
pela queima do bagaço
kWh
Energia elétrica total consumida
kWh
Potencial de energia a ser gerada pela
biodigestão da vinhaça
kWh Abril 0 0 0 0
Maio 33.480 1.279.010 1.312.490 95.012
Junho 41.460 2.580.600 2.622.060 159.493
Julho 27.960 2.868.486 2.896.446 190.467
Agosto 16.330 2.850.510 2.866.840 195.492
Setembro 16.628 2.838.280 2.854.908 176.920
Outubro 15.400 2.700.360 2.715.760 199.417
Novembro 72.160 1.992.040 2.064.200 122.715
Dezembro 39.120 2.350.020 2.389.140 22.010
Janeiro 0 0 0 0
TOTAL 262.538 19.459.306 19.721.844 1.161.526
% 1,33 98,67 100 5,89
Fonte: Central de Informações da Empresa
0
500000
1000000
1500000
2000000
2500000
3000000
3500000
Abril Maio Junho Julho Agosto Setembro Outubro Novembro Dezembro Janeiro
Mês
Energia elétr ica consumida da concessionária kWh Energia elétrica consumida gerada pela queima do bagaço kWh
Energia elétr ica total consumida kWh Potencial de energia a ser gerada pela biodigestão da vinhaça kWh
FIGURA B.9– Gráfico demonstrativo da aquisição, geração e consumo de energia elétrica da Safra 1999/2000.
111
Tabela B.10 - Relação da aquisição, geração e consumo de energia elétrica - Safra 2000/2001
Meses
Energia elétrica consumida da
concessionária
kWh
Energia elétrica consumida gerada pela queima do
bagaço kWh
Energia elétrica total consumida
kWh
Potencial de energia a ser gerada pela
biodigestão da vinhaça
kWh Abril 0 0 0 0
Maio 18480 576060 594540 30749,6
Junho 29700 2718540 2748240 207780,7
Julho 20680 2898210 2918890 218835,4
Agosto 116880 2183570 2300450 175099,7
Setembro 216700 707430 924130 19168,1
Outubro 46240 216530 262770 17689,2
Novembro 0 0 0 0
Dezembro 0 0 0 0
Janeiro 0 0 0 0
TOTAL 448680 9300340 9749020 669322,7
% 0,046023 0,953977 100 0,068655 Fonte: Central de Informações da Empresa
0
500000
1000000
1500000
2000000
2500000
3000000
3500000
Abril Maio Junho Julho Agosto Setembro Outubro Novembro Dezembro Janeiro
Mês
kWh
Energia elétrica consumida da concessionária kWh Energia elétrica consumida gerada pela queima do bagaço kWh
Energia elétrica total consumida kWh Potencial de energia a ser gerada pela biodigestão da vinhaça kWh
FIGURA B.10-Gráfico demonstrativo da aquisição, geração e consumo de energia elétrica - Safra 2000/2001.
112
Tabela B.11 - Relação da aquisição, geração e consumo de energia elétrica - Safra 2001/2002
Fonte: Central de Informações da Empresa
0
500000
1000000
1500000
2000000
2500000
3000000
Abril Maio Junho Julho Agosto Setembro Outubro Novembro Dezembro Janeiro
Mês
kWh
Energia elétrica consumida da concessionária kWh Energia elétrica consumida gerada pela queima do bagaço kWh
Energia elétrica total consumida kWh Potencial de energia a ser gerada pela biodigestão da vinhaça kWh
FIGURA B.11-Gráfico demonstrativo da aquisição, geração e consumo de energia elétrica - Safra 2001/2002.
Meses
Energia elétrica consumida da
concessionária
kWh
Energia elétrica consumida gerada pela
queima do bagaço
kWh
Energia elétrica total consumida
kWh
Potencial de energia a ser gerada pela
biodigestão da vinhaça
kWh
Abril 0 0 0 0
Maio 48.560 718.880 767.440 60.258
Junho 39.960 2.117.760 2.157.720 180.169
Julho 15.960 2.568.950 2.584.910 165.814
Agosto 24.000 2.493.380 2.517.380 153.601
Setembro 95.490 1.740.300 1.835.790 100.226
Outubro 181.280 1.198.800 1.380.080 66.103
Novembro 146.760 710.220 856.980 43.990
Dezembro 0 0 0 0
Janeiro 0 0 0 0
TOTAL 552.010 11.548.290 12.100.300 770.161
% 4,56 95,44 100 6,37
113
ANEXO C
114
Tabela C.1 – Índices pluviométricos mensais - Safra 1991/1992
Fonte: Central de Informações da Empresa
0
50
100
150
200
250
300
350
ABRIL MAIO JUNHO JULHO AGOSTO SETEMBRO OUTUBRO NOVEMBRO DEZEMBRO JANEIRO
Mês
mm
FIGURA C.1 – Gráfico demonstrativo da pluviometria mensal - Safra 1991/1992.
Meses
Precipitação Pluviométrica
mm Abril 0 Maio 12,8
Junho 51,2
Julho 17,0 Agosto 2,2
Setembro 33,8
Outubro 133,4 Novembro 52,8
Dezembro 303,6
Janeiro 0
115
Tabela C.2 –Índices pluviométricos mensais – Safra 1992/1993
Fonte: Central de Informações da Empresa
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
ABRIL MAIO JUNHO JULHO AGOSTO SETEMBRO OUTUBRO NOVEMBRO DEZEMBRO JANEIRO
Mês
mm
FIGURA C.2 – Gráfico demonstrativo da pluviometria mensal - Safra 1992/1993
Meses
Precipitação Pluviométrica
mm
Abril 0
Maio 106,8 Junho 1,0
Julho 12,2
Agosto 19,6 Setembro 184,2
Outubro 167,4
Novembro 131,6 Dezembro 67,0
Janeiro 0
116
Tabela C.3 – Índices pluviométricos mensais - Safra 1993/1994
Fonte: Central de Informações da Empresa
0
20
40
60
80
100
120
140
160
ABRIL MAIO JUNHO JULHO AGOSTO SETEMBRO OUTUBRO NOVEMBRO DEZEMBRO JANEIRO
Mês
mm
FIGURA C.3 – Gráfico demonstrativo da pluviometria mensal - Safra 1993/1994
Meses
Precipitação Pluviométrica
mm
Abril 0
Maio 38,4
Junho 65,8
Julho 9,4
Agosto 114,8
Setembro 119,4
Outubro 62,2
Novembro 150,4
Dezembro 0
Janeiro 0
117
Tabela C.4 –Índices pluviométricos mensais - Safra 1994/1995
Fonte: Central de Informações da Empresa
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
ABRIL MAIO JUNHO JULHO AGOSTO SETEMBRO OUTUBRO NOVEMBRO DEZEMBRO JANEIRO
Mês
mm
FIGURA C.4 – Gráfico demonstrativo da pluviometria mensal - Safra 1994/1995
Meses
Precipitação Pluviométrica
mm
Abril 0
Maio 45
Junho 20,8
Julho 8,2
Agosto 0
Setembro 4,6
Outubro 125,2
Novembro 99
Dezembro 180,4
Janeiro 0
118
Tabela C.5 – Índices pluviométricos mensais - Safra 1995/1996
Fonte: Central de Informações da Empresa
0
50
100
150
200
250
ABRIL MAIO JUNHO JULHO AGOSTO SETEMBRO OUTUBRO NOVEMBRO DEZEMBRO JANEIROMês
mm
FIGURA C.5 – Gráfico demonstrativo da pluviometria mensal - Safra 1995/1996
Meses
Precipitação Pluviométrica
mm Abril 0
Maio 29,9
Junho 48,8
Julho 23,6
Agosto 0
Setembro 84,4
Outubro 112,6
Novembro 116,8
Dezembro 235,2
Janeiro 0
119
Tabela C.6 – Índices pluviométricos mensais - Safra 1996/1997
Fonte: Central de Informações da Empresa
0
50
100
150
200
250
ABRIL MAIO JUNHO JULHO AGOSTO SETEMBRO OUTUBRO NOVEMBRO DEZEMBRO JANEIRO
Mês
mm
FIGURA C.6 – Gráfico demonstrativo da pluviometria mensal - Safra 1996/1997
Meses
Precipitação Pluviométrica
mm Abril 0
Maio 29,9
Junho 48,8
Julho 23,6
Agosto 0
Setembro 84,4
Outubro 112,6
Novembro 116,8
Dezembro 235,2
Janeiro 0
120
Tabela C.7 – Índices pluviométricos mensais - Safra 1997/1998
Fonte: Central de Informações da Empresa
0
50
100
150
200
250
ABRIL MAIO JUNHO JULHO AGOSTO SETEMBRO OUTUBRO NOVEMBRO DEZEMBRO JANEIRO
Mês
mm
FIGURA C.7 – Gráfico demonstrativo da pluviometria mensal - Safra 1997/1998
Meses
Precipitação Pluviométrica
mm Abril 0
Maio 88,4
Junho 215
Julho 14
Agosto 0
Setembro 80,2
Outubro 110
Novembro 160
Dezembro 106,2
Janeiro 0
121
Tabela C.8 – Índices pluviométricos mensais - Safra 1998/1999
Fonte: Central de Informações da Empresa
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
ABRIL MAIO JUNHO JULHO AGOSTO SETEMBRO OUTUBRO NOVEMBRO DEZEMBRO JANEIRO
Mês
mm
FIGURA C.8 – Gráfico demonstrativo da pluviometria mensal - Safra 1998/1999
Meses
Precipitação Pluviométrica
mm Abril 144
Maio 68,8
Junho 8,4
Julho 4
Agosto 103,6
Setembro 175,8
Outubro 146,6
Novembro 118,8
Dezembro 280,6
Janeiro 440,6
122
Tabela C.9 – Índices pluviométricos mensais - Safra 1999/2000
Fonte: Central de Informações da Empresa
0
50
100
150
200
250
300
350
ABRIL MAIO JUNHO JULHO AGOSTO SETEMBRO OUTUBRO NOVEMBRO DEZEMBRO JANEIRO
Mês
mm
FIGURA C.9 – Gráfico demonstrativo da pluviometria mensal - Safra 1999/2000
Meses
Precipitação Pluviométrica
mm Abril 0
Maio 81,8
Junho 73
Julho 0
Agosto 0
Setembro 54
Outubro 53
Novembro 134,8
Dezembro 316,2
Janeiro 0
123
Tabela C.10 - Índices pluviométricos mensais - Safra 2000/2001
Fonte: Central de Informações da Empresa
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
ABRIL MAIO JUNHO JULHO AGOSTO SETEMBRO OUTUBRO NOVEMBRO DEZEMBRO JANEIRO
Mês
mm
FIGURA C.10 – Gráfico demonstrativo da pluviometria mensal - Safra 2000/2001
Meses
Precipitação Pluviométrica
mm Abril 0
Maio 12,8
Junho 18,3
Julho 54
Agosto 58,8
Setembro 185,6
Outubro 13,6
Novembro 0
Dezembro 0
Janeiro 0
124
Tabela C.11 – Índices pluviométricos mensais - Safra 2001/2002
Fonte: Central de Informações da Empresa
0
50
100
150
200
250
ABRIL MAIO JUNHO JULHO AGOSTO SETEMBRO OUTUBRO NOVEMBRO DEZEMBRO JANEIRO
Mês
mm
FIGURA C.11-Gráfico demonstrativo da pluviometria mensal – Safra 2001/2002
Meses
Precipitação Pluviométrica
mm Abril 96,2
Maio 48,2
Junho 34,6
Julho 46,2
Agosto 54,3
Setembro 200,2
Outubro 189
Novembro 0
Dezembro 0
Janeiro 96,2
