19 jun, 2019
por Daniel Geraldes
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O grande produtor de biogás e biofertilizante na indústria de reciclagem animal

Biodigestor: o grande produtor de biogás e biofertilizante na indústria de reciclagem animal

 

Texto: Marcelo Lara

Jornalista – Assessoria de Comunicação ABRA

Apoio técnico: Lucas Cypriano

Coordenador Técnico da ABRA

Responsável pelo programa AATQ

de Fabricação Higiênica de Farinhas e Gorduras Animais

 

Neste artigo queremos dar um novo olhar para o sistema de biodigestor. A tecnologia evoluiu na última década, novos parâmetros garantiram a produção de biogás de melhor qualidade e por consequência aumentaram a durabilidade dos motores. As indústrias estão reduzindo custos operacionais e gerando novas receitas.

Vamos mostrar um exemplo inovador de uma das empresas associadas da ABRA que conseguiu integrar a engorda de boi ao sistema de biodegestor via a produção do biofertilizante. E do outro lado do mundo, na Austrália, o estímulo do governo para o investimento em biodigestores como ferramenta de sustentabilidade.

 

O que é um biodigestor e o que ele gera

Biodigestor é um reator que consome matéria orgânica presente nos efluentes, ou seja, um reator que permite o desenvolvimento de uma grande colônia de microorganismos anaeróbios (metabolismo que ocorre em ausência de oxigênio) que se alimentam de matéria orgânica, “quebrando-as” e as transformando em outros componentes menos complexos, como por exemplo metano, amônia, gás carbônico, etc.

Portanto, biodigestores se baseiam no processo de fermantação anaeróbia. O reator nada mais é que uma câmara hermeticamente fechada onde se insere a matéria orgânica diluída em água, que sofre um processo de fermentação anaeróbia, resultando na produção de biogás (principal produto). Após a fermentação, o efluente líquido fermentado se apresenta com grande poder fertilizador. Portanto, um biodigestor é um reator biológico.

Existem vários modelos de biodigestores sendo que cada um é adequado a cada tipo de resíduo seja em atividades rurais, industriais ou em cidades.

 

Como funciona

Funciona com atividade microbiológica. Os organismos anaeróbios se alimentam da carga orgânica (carbono) que é a base principal do efluente.  No meio líquido a carga orgânica está combinada em grandes complexos, estes microrganismos ao se alimentarem “quebram” estas moléculas que possuem carbono em várias outras moléculas livres, transformando a massa em compostos terceiros. Isto diminui a poluição contida no efluente que, geralmente, apresenta eficiência acima de 80%.

 


Os parâmetros técnicos para um biodigestor

Tempo de retenção hidráulica, tipo de carga orgânica e acúmulo de sólidos. Vejamos esses parâmetros em detalhe:

* Tempo de retenção hidráulica: é o tempo que o efluente permanece dentro da câmara anaeróbia do digestor. Existe um tempo ideal de permanência para cada tipo de efluente, de acordo com suas características, necessárias para o consumo de carga orgânica e para produção de biogás. Um excesso de tempo pode gerar baixa qualidade de biogás.

* Cada tipo de efluente, e cada tipo de necessidade de uso, exigem tempos diferenciados de retenção hidráulica. Para esta detenção é necessário avaliar o tipo de indústria e a qualidade química do efluente para uma correta aplicação.

* Tipo de carga orgânica: a característica química de cada efluente determina o tipo de biodigestor. Não há como instalar um biodigestor se o efluente possuir produtos tóxicos ou adstringentes. Isto pode dificultar o desenvolvimento de microrganismos anaeróbios, impedindo o funcionamento do sistema. Sendo assim, o biodigestor não serve para qualquer tipo de efluente industrial, é necessário estudar minuciosamente a sua aplicação.

* Acúmulo de sólidos: um dos itens mais importantes, contrariando o que existia na literatura, o biodigestor opera adequadamente com cargas solúveis, ou seja, deve ser feita a separação prévia da carga sólida, para que o sistema tenha sempre a mesma retenção hidráulica, sem indesejáveis acúmulos de sólidos em sua câmara de fermentação.

Depois de colocados no interior dos biodigestores, os efluentes líquidos sofrem o processo de biodigestão anaeróbia, produzindo o biogás e o biofertilizante.

 

Biogás

O biogás é um combustível que pode ser utilizado no funcionamento de diversos equipamentos, seja em geradores elétricos ou como fonte de caloria em caldeiras para a produção de vapor. Constituído pelos gases metano, carbônico, nitrogênio, hidrogênio, oxigênio e gás sulfídrico apenas o metano é combustível, sendo esse, inclusive, incolor e inodoro. Assim, em termos energéticos, quanto maior for o percentual de metano no biogás, melhor será sua qualidade e maior será o poder calorífico do mesmo. Quando queimado, produz fogo azul-lilás, não gerando fuligem tampouco poluição.

 

Biofertilizante

É um produto bioestabilizado que possui quase todos os nutrientes que o efluente tinha antes da biodigestão, uma vez que as perdas que ocorrem durante o processo são mínimas, porém, seus nutrientes foram quebrados em moléculas simples, estáveis (não fermentáveis).

Trata-se de um material com características adequadas para ser aplicado como fertilizante em substituição ou complementação a adubos químicos utilizados em plantações e pastagens. Por ser estável, o biofertilizante não atrai moscas, é livre de microrganismos patogênicos e não possui odor desagradável. Quando utilizado corretamente, não polui o ambiente e auxilia o desenvolvimento das plantas.


Tipos de biodigestores

Existem dois tipos de tecnologias de biodigestão mais conhecidas: biodigestor canadense e biodigestor alemão. Embora o processo de degradação ocorra da mesma forma, o que difere nestes dois modelos é a agilidade de degradação da carga orgânica e o custo de implantação.

No processo canadense o biodigestor necessita ser separado:  fase sólida e fase líquida com controle do fluxo de trabalho. Quanto mais estável, melhor para não haver arraste.

No sistema alemão, o biodigestor tem um acelerador de degradação que é uma sonda de “tritura” os materiais sólidos. Neste sistema não se realiza a separação de fases (sólida/líquida). À sonda, são combinados outros controles importantes para a fermentação anaeróbia como o controle de pH, temperatura e agitação do reator, mantendo os microrganismos em condições ideais para uma melhor atividade metanogênica e, consequentemente, maior rendimento. Este sistema, além de mais caro, exige maior controle e maior experiência para sua correta utilização.

 

Vantagens e desvantagens do uso de um biodigestor

Vantagens:

* Eliminação do odor e da proliferação de vetores.

* Não há necessidade de uso de produtos químicos.

* Não há necessidade de adição de microrganismos (eles crescem naturalmente no meio existente).

* Possibilidade de uso de biogás – seja com produção de energia elétrica através de motores ou uso de biogás como combustível em caldeira/fornalhas.

* Possibilidade de uso do material digerido como fertirrigação, rico em nutrientes já hidrolisados que são absorvidos pela planta mais facilmente.


Desvantagens:

* Não pode ser usado em qualquer tipo de efluente.

* Necessidade de área para locação do sistema (que vai depender da quantidade de efluente produzido na indústria).

* Se não houver área de irrigação para o material digerido, é preciso completar o sistema de tratamento com uma estação de tratamento de efluentes, já que o material digerido não tem capacidade de alcançar aos limites de lançamento para corpo de água.Necessário ressaltar que o sistema de biodigestão é melhor aproveitado quando a empresa possui área de irrigação.

A diferença técnica entre os biodigestores das granjas e da indústria

A principal diferença é no pré-tratamento, onde se aplicam diferentes formas de separar o material sólido e líquido e o mais importante: controle de temperatura. Como o biodigestor é um reator biológico a temperatura máxima de trabalho deve ficar entre 5°C a 36°C, pois abaixo do mínimo os microrganismos não se reproduzem e, acima do máximo, ocorre a pasteurização do meio, que mata os microrganismos.


Novidades dos sistemas que estão sendo construídos

A grande novidade está na descoberta do tempo ideal de retenção hidráulica. Quando existe um pré-tratamento com controle de temperatura e separação de sólidos os sistemas são dimensionados mais corretamente, diminuindo o tempo de retenção. Antes os técnicos acreditavam que, quanto maior o tempo da retenção hidráulica no biodigestor, maior a produção de gás metano.  Mas, hoje, sabe-se que um tempo mais restrito, de acordo com a matéria orgânica, é determinante para produção de biogás de qualidade e em quantidade.

 

Sustentabilidade que gera economia e renda

As indústrias de reciclagem animal brasileiras estão começando a utilizar essa antiga tecnologia, que ganhou atualizações, se tornando eficiente e moderna, gerando uma nova fonte de energia: os biodigestores. O manejo adequado das águas residuais que saem da indústria aumenta o aproveitamento de energia, sendo um ponto positivo quando o assunto é sustentabilidade – aliando economia com novas fontes de receitas.  Os efluentes que saem das industrias de reciclagem animal são ricos em carga orgânica solúvel e baixa toxicidade, ideal para degradação microbiológica. Para esta aplicação, basta realizar uma análise de caracterização do efluente gerado para o dimensionamento adequado do equipamento.

O modelo que está se destacando na indústria de reciclagem animal é o biodigestor tipo canadense, associado a uma caixa de carga em alvenaria para a filtragem e remoção das partículas sólidas funcionando em conjunto a um sistema de peneiras rotativas para remoção dos sólidos. O reator é horizontal, com a largura maior que a profundidade, possui uma área maior de exposição ao sol. Assim, possibilita uma grande produção de biogás e evita possíveis entupimentos. Durante a produção de biogás, a cúpula do digestor feita de material plástico maleável (PVC) se infla, indicando o bom funcionamento do sistema. Após inflada a cúpula, pode-se remover o biogás para posterior aproveitamento.

Com uma maior área de cobertura, há uma insolação maior, permitindo que a temperatura permaneça dentro de valores adequados à fermentação microbiana anaeróbia, resultando em maior produção de metano (e de biogás). As temperaturas variando entre 20°C e 45°C são consideradas as ideais para bactérias metanogênicas (tipo mesófilas) que promovem a metabolização dos dejetos resultando em biogás. Para que o aproveitamento da temperatura seja total, recomenda-se a utilização de manta plástica negra.

No inverno, a temperatura baixa diminui a ação das bactérias na produção do biogás. Uma alternativa para aumentar o desempenho do processo é a utilização de “inóculo” no biodigestor. O “inóculo” nada mais é que próprio biofertilizante já digerido anteriormente pelo mesmo processo. Esse biofertilizante, rico em microrganismos anaeróbios, reduzirá o tempo de fermentação do efluente, acelerando a produção do biogás.

A quantidade de sólidos totais presentes na carga do biodigestor não deve passar de 12% para que não haja entupimento da tubulação.

O excesso de sólidos pode provocar a formação de uma crosta espessa no tanque, o que dificulta a ação dos microrganismos, reduzindo a produção do biogás. Para que esse problema não afete o desempenho do biodigestor, sugere-se a utilização de agitação no tanque.

Esta agitação pode ser cinética, por meio do próprio gás produzido: parte do biogás é recirculado no tanque, através de dutos pressurizados, promovendo a circulação da matéria na direção vertical, impedindo a formação da crosta.

O biodigestor deve ser dimensionado para atender a demanda de acordo com o volume e tipo de efluente que a indústria gera. No planejamento é importante trabalhar com uma certa “folga” prevendo variações usuais da carga gerada pela indústria.

 

Biodigestor na indústria de reciclagem

Um bom exemplo é o que está ocorrendo na Patense – Indústria de Reciclagem Animal. As quatro unidades da empresa estão passando por uma transformação que está garantindo o reuso total de seus efluentes, destinando, inclusive, o biofertilizante às pastagens.

A unidade de Tanguá, no Rio de Janeiro, processa 200 toneladas de produtos de peixe diariamente, com a produção média de 48 toneladas de farinha de peixe e 12 toneladas de óleo. O Gerente de Produção e de Meio Ambiente, José Adolfo Afonso, explica que o projeto vai da biodigestão do efluente à engorda de boi em pasto irrigado com o biofertilizante. O biodigestor da unidade de Tanguá foi dimensionado para trabalhar com 20 m3/h (metros cúbicos por hora) de efluentes da indústria e recebe todo efluente líquido do processo industrial (atualmente, entre 10 a 12 m3/h). O biogás gerado será utilizado na caldeira para a produção de vapor, reduzindo os custos de produção (digestão e secagem das farinhas). O sistema foi dimensionado prevendo uma futura ampliação da produção.

O primeiro resultado do projeto foi a redução do custo operacional com tratamento da água, mão de obra, energia e economia no tratamento químico. A empresa destinou 10 hectares para manter a pastagem com a fertirrigação.

Parceria com a Universidade Federal de Viçosa

A água que vem da indústria é totalmente reutilizada na irrigação gerando receita com a pecuária. O boi que engorda e gera receita é a “ferramenta chave” de todo projeto. Uma parceria com a Universidade Federal de Viçosa, com a liderança do professor Luiz Cezar Drumond, articulou para que a Patense contribuísse com bolsas de estudos para os alunos que participam e monitoram o sistema.

Os estudos revelaram que o capim absorve os nutrientes do biofertilizante e cresce mais rápido que o usual: se não for podado/pastoreado no tempo certo ele acama e morre. O boi é a “ferramenta” do sistema, vai se alimentando e pastoreando, mantendo a altura do capim adequada – são os brotinhos das plantas que absorvem os nutrientes.  O gado faz parte do sistema, caso contrário, seria necessária a contratação de mão de obra para cortar o capim e transformar em biomassa.  No final, entra nesta conta a receita com a venda do boi gordo.  Se incluído o uso do biofertilizante na adubação de pastagens, também é esperado que o valor investido seja recuperado em até dois anos de uso do sistema.
 

Moderna produção de biogás reduz os custos da indústria

O biodigestor moderno mudou o mercado e trouxe a solução para um problema que estava desestimulando novos investimentos. O biogás não tinha qualidade para garantir a longevidade dos motores que geravam energia elétrica. Redimensionaram os processos, reduziram o vapor de água e conseguiram evitar a rápida corrosão dos motores, que duravam no máximo 9 mil horas e, agora, podem passar de 80 mil horas de uso.

A principal mudança está no cálculo para definir o tempo ideal de retenção hidráulica ficando o efluente retido entre 8 e 11 dias. Tempo suficiente para consumir toda carga orgânica disponível e produzir um biogás de qualidade, com 62% a 65% de metano, além de reduzir o vapor de água no processo, evitando a presença do principal agente de corrosão de motores: água.

Depois que o efluente passa pelo biodigestor (aqui já se passaram os 11 dias de retenção) se garante o consumo de 95% da carga orgânica e é produzido o biogás. A carga hidráulica passa para a lagoa de nitrificação; a lagoa aerada coloca oxigênio para transformar o nitrogênio em nitrato, especificamente nesta lagoa, há reação química que ocorre entre 6 e 24 horas. Depois passa para uma segunda lagoa, sem aeração: as bactérias presentes quebram as moléculas proteicas residuais, liberam o nitrogênio na forma de gás (incolor e inodoro) e, a água que sobra de todo esse processo, é a que segue para a fertirrigação. Efluente digerido, baixa carga orgânica, fosfato equilibrado e nitrogênio reduzido, é assim que vai para o campo, sem sólidos, sem odor, não proliferando insetos e com coloração marrom claro. Seu efeito é aumentar a disponibilidade de fósforo estável e nitrogênio na forma de nitrato, que a planta absorve.

 

O exemplo do uso eficiente de biodigestores na Austrália

A A.J. A Bush & Sons iniciou suas operações em Sydney nos anos 1950 e, em Brisbane, em 1970. A fábrica de Brisbane foi transferida para Beaudesert Queensland em 1994, após a unidade ter sido “cercada” por bairros residenciais. A indústria processa entre 350 e 400 mil toneladas de matérias-primas por ano tendo como fonte: aves, bovinos e suínos. Trabalha com farinhas e gorduras de origem animal no mercado doméstico de alimentos para animais de estimação e aquicultura e exporta para países do sudeste da Ásia.

Com a empresa em plena expansão os investimentos foram focados na sustentabilidade e na redução de custos. Nesse momento que entrou o biodigestor. Atualmente, produzem 400.000 a 500.000 m3 de biogás por mês com aproximadamente 70% de metano, a partir de duas grandes lagoas anaeróbias cobertas na planta em Beaudesert. “Começamos a estudar lagoas de digestão anaeróbica cobertas em 2001 e, depois de ter construído e operado um pequeno projeto piloto de 200 litros, nós construímos uma lagoa de 25 milhões de litros em 2008. Em 2013, outra lagoa de 25 milhões de litros”, explica o gerente industrial Sean Boyers.

Na planta em Beaudesert, quando todas as linhas de processo da fábrica estão funcionando, a necessidade de energia para produzir farinhas a partir de materiais com alta umidade é grande, mais de 2.000 KW de eletricidade e mais de 30 toneladas de vapor por hora e as emissões de CO2 seriam substanciais. Por isso, o biogás faz toda a diferença nos custos da empresa.

O gerente industrial acrescenta que o aumento dos custos de energia e incentivos do governo para reduzir as emissões de gases estimularam os primeiros investimentos. “Nosso foco foi reduzir os custos de energia em mais de 30% e as emissões de CO2 de nossa usina em mais de 50%. Isto foi possível fabricando vapor de água a partir do biogás e suplementando a eletricidade com geradores com motores que funcionam a biogás”.

A empresa considera que foi crucial o apoio do governo, aportando um dólar de subsídio para cada dólar que a empresa investiu no projeto. Foram várias iniciativas de financiamento do governo federal para a redução de emissões, especificamente reduções de emissões de carbono “O financiamento especial que recebemos foi por meio de Fundos de Subsídio, que combinavam fundos de capital “dólar por dólar” investidos pela empresa”.

O gerente industrial detalha o projeto e o segredo para a produção do biogás de qualidade é garantir que:

* Se mantenham constantes os aportes de água e nutrientes no biodigestor, seguindo a risca as recomendações técnicas (sem sobrecargas).

* Mantendo o ambiente ideal para bactérias anaeróbicas digerirem a matéria orgânica nas águas residuais (Temperatura 35ºC +/- 2ºC; pH 6,8 a 8; uma relação de Alcalinidade Bicarbonatada para Ácidos Orgânicos no efluente de pelo menos 3 x 1, quantidade adequada de nutrientes e micronutrientes).

* Uma cobertura adequadamente projetada permitindo a coleta de biogás acumulado e a coleta e remoção da água da chuva que cai acima da cobertura.

* A manutenção de uma lagoa adequadamente projetada pode ser simples: verifique se há vazamentos nas flanges, condição visual dos tubos auxiliares, pois não é necessária nenhuma manutenção intensiva quando a lagoa é construída e vedada adequadamente.

A água residual da indústria

A água residual deve ser vista como um recurso substancial e, em vez de ser um custo para ser tratada, pode ser usada para compensar os custos de operação. Além disso, há redução do odor da fábrica: por ter coberto tanques para tratar águas residuais, 90% da emissão de odores é reduzida.

 

Tanto vapor quanto eletricidade

Para o melhor resultado econômico a empresa A.J. Bush direciona o biogás em diferentes momentos para a caldeira ou para os motores elétricos, dependendo dos volumes de biogás disponíveis, custos de geração de vapor e da eletricidade e da necessidade de processamento na usina. A economia e o direcionamento são específicos do momento: se o biogás será mais eficiente economicamente na produção de eletricidade ou de vapor.

No caso do exemplo australiano pelo menos um terço dos custos de energia foram reduzidos com relação a necessidade de carvão para vapor e aproximadamente 20% dos custos de eletricidade.

Considerações Finais

Com a melhora da eficiência dos biodigestores, além de gerarem novas receitas e reduzirem os custos operacionais, servem de referência em sustentabilidade para as indústrias que passaram a investir no sistema. Sendo assim, atendem as exigências do mercado e dos órgãos ambientais que estão pressionando cada vez mais para a redução das emissões de gases de efeito estufa e tornando obrigatório o reuso da água em todo sistema de produção industrial. Os exemplos de investimentos em parceria com Universidades e entidades de pesquisa provaram que os modernos biodigestores contribuem com o meio ambiente e ainda garantem uma renda a mais às empresas.


PUBLICAÇÃO EXCLUSIVA DA REVISTA GRAXARIA BRASILEIRA – ED. JUL/AGO 2018

Uma resposta para “O grande produtor de biogás e biofertilizante na indústria de reciclagem animal”

  1. BOM DIA ! ME CHAMO ROGÉRIO SILVA , LI A VOSSA MATÉRIA E GOSTEI MUITO , GOSTARIA DE SABER SE VOCES PODEM ME FORNECER CONTACTOS DE EMPRESAS QUE FAÇAM O PROCESSO DE IMPLANTAÇÃO DO SISTEMA DE BIOGAS CANADENSE. DESDE JÁ MUITO OBRIGADO ROGÉRIO SILVA .

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