Biogás - Biogas

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O biogás é uma mistura de gases , consistindo principalmente de metano e dióxido de carbono , produzidos a partir de matérias-primas como resíduos agrícolas , adubos , resíduos urbanos , materiais vegetais , esgotos , resíduos verdes ou resíduos alimentares . É uma fonte de energia renovável .

O biogás é produzido por digestão anaeróbia com organismos anaeróbicos ou metanogênio dentro de um digestor anaeróbico , biodigestor ou biorreator .

O biogás é principalmente metano ( CH
₄) e dióxido de carbono ( CO
₂) e pode ter pequenas quantidades de sulfeto de hidrogênio ( H
₂S ), umidade e siloxanos . Os gases metano, hidrogênio e monóxido de carbono ( CO ) podem ser queimados ou oxidados com oxigênio. Essa liberação de energia permite que o biogás seja usado como combustível ; pode ser usado em células de combustível e para qualquer finalidade de aquecimento, como cozinhar. Também pode ser usado em um motor a gás para converter a energia do gás em eletricidade e calor.

O biogás pode ser comprimido após a remoção do dióxido de carbono, da mesma forma que o gás natural é comprimido para CNG e usado para mover veículos motorizados . No Reino Unido, por exemplo, estima-se que o biogás tenha potencial para substituir cerca de 17% do combustível veicular. Ele se qualifica para subsídios de energia renovável em algumas partes do mundo. O biogás pode ser limpo e atualizado para os padrões do gás natural, quando se torna bio-metano. O biogás é considerado um recurso renovável porque seu ciclo de produção e uso é contínuo e não gera dióxido de carbono líquido. Conforme o material orgânico cresce, ele é convertido e usado. Em seguida, ele cresce novamente em um ciclo de repetição contínua. Do ponto de vista do carbono, tanto dióxido de carbono é absorvido da atmosfera no crescimento do bio-recurso primário quanto liberado, quando o material é finalmente convertido em energia.

Produção

O biogás é produzido por microorganismos, como metanógenos e bactérias redutoras de sulfato , realizando respiração anaeróbia. O biogás pode se referir ao gás produzido naturalmente ou industrialmente.

Natural

No solo, o metano é produzido em ambientes anaeróbicos por metanógenos, mas é principalmente consumido em zonas aeróbicas por metanotróficos . As emissões de metano ocorrem quando o equilíbrio favorece os metanógenos. Os solos de zonas húmidas são a principal fonte natural de metano. Outras fontes incluem oceanos, solos florestais, cupins e ruminantes selvagens.

Industrial

A finalidade da produção industrial de biogás é a coleta de biometano, geralmente para combustível. O biogás industrial também é produzido;

• Como gás de aterro (LFG), que é produzido pela decomposição de resíduos biodegradáveis dentro de um aterro devido a reações químicas e micróbios, ou
• Como gás digerido, produzido dentro de um digestor anaeróbico .

Usinas de biogás

Uma usina de biogás é o nome frequentemente dado a um digestor anaeróbico que trata resíduos agrícolas ou plantações de energia. Pode ser produzido com digestores anaeróbicos (tanques herméticos com diferentes configurações). Essas plantas podem ser alimentadas com culturas energéticas, como silagem de milho ou resíduos biodegradáveis, incluindo lodo de esgoto e resíduos alimentares. Durante o processo, os microrganismos transformam os resíduos de biomassa em biogás (principalmente metano e dióxido de carbono) e os digerem . Quantidades maiores de biogás podem ser produzidas quando a água residual é co-digerida com outros resíduos da indústria de laticínios, açúcar ou cervejaria. Por exemplo, ao misturar 90% das águas residuais da fábrica de cerveja com 10% de soro de vaca, a produção de biogás aumentou 2,5 vezes em comparação com o biogás produzido apenas pelas águas residuais da cervejaria.

A fabricação de biogás a partir de milho plantado intencionalmente tem sido descrita como insustentável e prejudicial devido ao caráter muito concentrado, intenso e erosivo do solo dessas plantações.

Processos chave

Existem dois processos principais: digestão mesofílica e termofílica, que depende da temperatura. Em trabalho experimental na University of Alaska Fairbanks , um digestor de 1000 litros usando psicrófilos colhidos da "lama de um lago congelado no Alasca" produziu 200-300 litros de metano por dia, cerca de 20% -30% da produção dos digestores em climas mais quentes.

Perigos

A poluição do ar produzida pelo biogás é semelhante à do gás natural , quando o metano (um dos principais constituintes do biogás) é inflamado para seu uso como fonte de energia , o dióxido de carbono é feito como um produto que é um gás de efeito estufa (conforme descrito por este equação = CH4 + 2 O2 → CO2 + 2 H2O .). O conteúdo de sulfeto de hidrogênio tóxico apresenta riscos adicionais e tem sido responsável por acidentes graves. Vazamentos de metano não queimado são um risco adicional, porque o metano é um potente gás de efeito estufa .

O biogás pode ser explosivo quando misturado na proporção de uma parte de biogás para 8–20 partes de ar. Precauções especiais de segurança devem ser tomadas para entrar em um digestor de biogás vazio para trabalhos de manutenção. É importante que um sistema de biogás nunca tenha pressão negativa, pois isso pode causar uma explosão. Pode ocorrer pressão negativa de gás se muito gás for removido ou vazado; Por causa disso, o biogás não deve ser usado em pressões abaixo de uma polegada de coluna de água, medida por um manômetro.

Verificações frequentes de cheiro devem ser realizadas em um sistema de biogás. Se o biogás for sentido em qualquer lugar, as janelas e portas devem ser abertas imediatamente. Em caso de incêndio, o gás deve ser desligado na válvula gaveta do sistema de biogás.

Gás de aterro sanitário

O gás de aterro é produzido por resíduos orgânicos úmidos que se decompõem em condições anaeróbias de maneira semelhante ao biogás.

Os resíduos são recobertos e comprimidos mecanicamente pelo peso do material que é depositado acima. Este material evita a exposição ao oxigênio, permitindo assim que os micróbios anaeróbicos se desenvolvam. O biogás se acumula e é lentamente liberado na atmosfera se o local não tiver sido projetado para capturar o gás. O gás de aterro liberado de forma descontrolada pode ser perigoso, pois pode se tornar explosivo quando escapa do aterro e se mistura com o oxigênio. O limite explosivo inferior é de 5% de metano e o superior é de 15% de metano.

O metano do biogás é 28 vezes mais potente como gás de efeito estufa do que o dióxido de carbono. Portanto, o gás de aterro sanitário não contido, que escapa para a atmosfera, pode contribuir significativamente para os efeitos do aquecimento global . Além disso, os compostos orgânicos voláteis (VOCs) no gás de aterro sanitário contribuem para a formação de smog fotoquímico .

Técnico

A demanda bioquímica de oxigênio (DBO) é uma medida da quantidade de oxigênio necessária por micro-organismos aeróbios para decompor a matéria orgânica em uma amostra de material sendo usado no biodigestor, bem como a DBO para a descarga de líquido permite o cálculo do produção de energia diária de um biodigestor.

Outro termo relacionado aos biodigestores é a sujeira do efluente, que informa a quantidade de matéria orgânica existente por unidade de fonte de biogás. As unidades típicas para esta medida são em mg BOD / litro. Por exemplo, a sujidade do efluente pode variar entre 800 e 1200 mg BOD / litro no Panamá.

A partir de 1 kg de biorresíduos de cozinha desativados, podem ser obtidos 0,45 m ³ de biogás. O preço da coleta de resíduos biológicos domiciliares é de aproximadamente € 70 por tonelada.

Composição

Composição típica do biogás

Composto	Fórmula	Porcentagem por volume
Metano	CH 4	50-75
Dióxido de carbono	CO 2	25–50
Azoto	N 2	0–10
Hidrogênio	H 2	0-1
Sulfato de hidrogênio	H 2S	0,1 –0,5
Oxigênio	O 2	0–0,5
Fonte: www.kolumbus.fi, 2007

A composição do biogás varia dependendo da composição do substrato, bem como das condições dentro do reator anaeróbio (temperatura, pH e concentração do substrato). O gás de aterro normalmente tem concentrações de metano em torno de 50%. As tecnologias avançadas de tratamento de resíduos podem produzir biogás com 55% -75% de metano, que para reatores com líquidos livres pode ser aumentado para 80% -90% de metano usando técnicas de purificação de gás in-situ . Conforme produzido, o biogás contém vapor de água. O volume fracionário de vapor d'água é função da temperatura do biogás; a correção do volume de gás medido para conteúdo de vapor de água e expansão térmica é facilmente feita por meio de matemática simples que produz o volume padronizado de biogás seco.

Para 1000 kg (peso úmido) de entrada para um biodigestor típico, os sólidos totais podem ser 30% do peso úmido, enquanto os sólidos suspensos voláteis podem ser 90% dos sólidos totais. A proteína seria 20% dos sólidos voláteis, os carboidratos seriam 70% dos sólidos voláteis e, finalmente, as gorduras seriam 10% dos sólidos voláteis.

Contaminantes

Compostos de enxofre

Sulfeto de hidrogênio tóxico e fétido ( H
₂S ) é o contaminante mais comum no biogás, mas outros compostos contendo enxofre, como tióis, podem estar presentes. Deixado na corrente de biogás, o sulfeto de hidrogênio é corrosivo e quando queimado produz dióxido de enxofre ( SO
₂) e ácido sulfúrico ( H
₂TÃO
₄), também compostos corrosivos e ambientalmente perigosos.

Amônia

Amônia ( NH
₃) é produzido a partir de compostos orgânicos que contêm nitrogênio, como os aminoácidos das proteínas . Se não for separado do biogás, a combustão resulta em óxido nitroso ( NO
_x) emissões.

Siloxanos

Em alguns casos, o biogás contém siloxanos . Eles são formados a partir da decomposição anaeróbica de materiais comumente encontrados em sabões e detergentes. Durante a combustão do biogás contendo siloxanos, o silício é liberado e pode se combinar com o oxigênio livre ou outros elementos do gás de combustão . Os depósitos são formados contendo principalmente sílica ( SiO
₂) ou silicatos ( Si
_xO
_y) e pode conter cálcio , enxofre , zinco , fósforo . Esses depósitos minerais brancos acumulam-se até uma espessura de superfície de vários milímetros e devem ser removidos por meios químicos ou mecânicos.

Tecnologias práticas e econômicas para remover siloxanos e outros contaminantes do biogás estão disponíveis.

Benefícios do biogás derivado de esterco

Altos níveis de metano são produzidos quando o estrume é armazenado em condições anaeróbicas. Durante o armazenamento e quando o estrume foi aplicado à terra, o óxido nitroso também é produzido como um subproduto do processo de desnitrificação. Óxido nitroso ( N
₂O ) é 320 vezes mais agressivo como gás de efeito estufa do que o dióxido de carbono e metano 25 vezes mais do que o dióxido de carbono. Ao converter estrume de vaca em biogás de metano por digestão anaeróbica , os milhões de gado nos Estados Unidos seriam capazes de produzir 100 bilhões de quilowatts-hora de eletricidade, o suficiente para abastecer milhões de residências nos Estados Unidos. Na verdade, uma vaca pode produzir estrume suficiente em um dia para gerar 3 quilowatts-hora de eletricidade; apenas 2,4 quilowatts-hora de eletricidade são necessários para alimentar uma única lâmpada de 100 watts por um dia. Além disso, ao converter estrume de gado em biogás de metano em vez de deixá-lo se decompor, os gases do aquecimento global poderiam ser reduzidos em 99 milhões de toneladas métricas ou 4%.

Formulários

O biogás pode ser usado para produção de eletricidade em obras de esgoto, em um motor a gás CHP , onde o calor residual do motor é convenientemente usado para aquecer o digestor; cozinhando; aquecedor de ambiente; aquecimento de água ; e aquecimento de processo. Se comprimido, pode substituir o gás natural comprimido para uso em veículos, onde pode alimentar um motor de combustão interna ou células de combustível e é um deslocador de dióxido de carbono muito mais eficaz do que o uso normal em usinas de cogeração no local.

Melhoria do biogás

O biogás bruto produzido a partir da digestão tem cerca de 60% de metano e 39% de CO
₂com oligoelementos de H
₂S : inadequado para uso em máquinas. A natureza corrosiva de H
₂Só S é o suficiente para destruir os mecanismos.

O metano no biogás pode ser concentrado por meio de um melhorador de biogás para os mesmos padrões do gás natural fóssil , que por si só passa por um processo de limpeza e se torna biometano . Se a rede local de gás permitir, o produtor do biogás pode usar suas redes de distribuição. O gás deve ser muito limpo para atingir a qualidade do gasoduto e deve ter a composição correta para que a rede de distribuição o aceite. Dióxido de carbono , água , sulfeto de hidrogênio e partículas devem ser removidos, se presentes.

Existem quatro métodos principais de atualização: lavagem com água, absorção por oscilação de pressão, absorção de selexol e tratamento com gás de amina . Além disso, o uso da tecnologia de separação por membrana para atualização do biogás está aumentando, e já existem várias plantas operando na Europa e nos EUA.

O método mais comum é a lavagem com água, onde o gás de alta pressão flui para uma coluna onde o dióxido de carbono e outros oligoelementos são depurados por água em cascata correndo contra o fluxo para o gás. Esse arranjo poderia fornecer 98% de metano com os fabricantes garantindo no máximo 2% de perda de metano no sistema. Leva aproximadamente entre 3% e 6% da produção total de energia em gás para operar um sistema de atualização de biogás.

Injeção de rede de gás de biogás

A injeção na rede de gás é a injeção de biogás na rede de metano ( rede de gás natural ). Até a descoberta do micro calor e energia combinados, dois terços de toda a energia produzida pelas usinas de biogás eram perdidos (como calor). Utilizando a rede para transportar o gás até os consumidores, a energia pode ser utilizada para geração no local , resultando em uma redução de perdas no transporte de energia. As perdas de energia típicas em sistemas de transmissão de gás natural variam de 1% a 2%; na transmissão de eletricidade variam de 5% a 8%.

Antes de ser injetado na rede de gás, o biogás passa por um processo de limpeza, durante o qual é atualizado para a qualidade do gás natural. Durante o processo de limpeza, traços de componentes prejudiciais à grade de gás e aos usuários finais são removidos.

Biogás no transporte

Se concentrado e comprimido, pode ser utilizado no transporte de veículos. O biogás comprimido está se tornando amplamente utilizado na Suécia, Suíça e Alemanha. Um trem movido a biogás, chamado Biogaståget Amanda (The Biogas Train Amanda), está em serviço na Suécia desde 2005. O biogás fornece energia a automóveis. Em 1974, um documentário britânico intitulado Sweet as a Nut detalhou o processo de produção de biogás a partir de esterco de porco e mostrou como ele alimentava um motor de combustão adaptado. Em 2007, cerca de 12.000 veículos estavam sendo abastecidos com biogás atualizado em todo o mundo, principalmente na Europa.

O biogás faz parte da categoria de gás úmido e gás condensado (ou ar) que inclui névoa ou névoa no fluxo de gás. A névoa ou névoa é predominantemente vapor de água que se condensa nas laterais dos canos ou pilhas ao longo do fluxo de gás. Os ambientes de biogás incluem digestores de águas residuais, aterros sanitários e operações de alimentação animal (lagoas de gado cobertas).

Os medidores de vazão ultrassônicos são um dos poucos dispositivos capazes de medir em uma atmosfera de biogás. A maioria dos medidores de fluxo térmico são incapazes de fornecer dados confiáveis ​​porque a umidade causa leituras de alto fluxo constantes e aumento de fluxo contínuo, embora existam medidores de fluxo de massa térmica de inserção de ponto único capazes de monitorar com precisão os fluxos de biogás com queda de pressão mínima. Eles podem lidar com as variações de umidade que ocorrem na corrente do fluxo por causa das flutuações de temperatura diárias e sazonais e são responsáveis ​​pela umidade na corrente do fluxo para produzir um valor de gás seco.

Calor / eletricidade gerado pelo biogás

O biogás pode ser usado em diferentes tipos de motores de combustão interna, como os motores a gás Jenbacher ou Caterpillar . Outros motores de combustão interna, como turbinas a gás, são adequados para a conversão de biogás em eletricidade e calor. O digerido é a matéria inorgânica remanescente que não foi transformada em biogás. Pode ser usado como fertilizante agrícola.

O biogás pode ser usado como combustível no sistema de produção de biogás a partir de resíduos agrícolas e cogeração de calor e eletricidade em uma usina combinada de calor e energia ( CHP ). Ao contrário de outras energias verdes, como eólica e solar, o biogás pode ser acessado rapidamente sob demanda. O potencial de aquecimento global também pode ser bastante reduzido ao usar biogás como combustível em vez de combustível fóssil .

No entanto, os potenciais de acidificação e eutrofização produzidos pelo biogás são 25 e 12 vezes maiores, respectivamente, do que as alternativas de combustíveis fósseis . Este impacto pode ser reduzido usando a combinação correta de matérias-primas, armazenamento coberto para digestores e técnicas aprimoradas para recuperar o material que escapou. No geral, os resultados ainda sugerem que o uso de biogás pode levar a uma redução significativa na maioria dos impactos em comparação com a alternativa de combustível fóssil. O equilíbrio entre os danos ambientais e a emissão de gases do efeito estufa ainda deve ser considerado ao envolver o sistema.

Avanços tecnológicos

Projetos como o NANOCLEAN estão hoje desenvolvendo novas formas de produzir biogás de forma mais eficiente, utilizando nanopartículas de óxido de ferro nos processos de tratamento de resíduos orgânicos. Esse processo pode triplicar a produção de biogás.

Biogás e Saneamento

A lama fecal é um produto dos sistemas de saneamento no local. Após a coleta e transporte, o lodo fecal pode ser tratado com esgoto em uma estação de tratamento convencional ou, de outra forma, pode ser tratado de forma independente em uma estação de tratamento de lodo fecal. O lodo fecal também pode ser co-tratado com resíduos sólidos orgânicos em compostagem ou em um sistema de digestão anaeróbia . O biogás pode ser gerado por digestão anaeróbia no tratamento de lamas fecais.                        

A gestão adequada dos excrementos e a sua valorização através da produção de biogás a partir das lamas fecais ajuda a mitigar os efeitos dos excrementos mal geridos, como as doenças transmitidas pela água e a poluição da água e do ambiente.

Legislação

União Européia

A União Europeia possui legislação relativa à gestão de resíduos e aterros denominada Diretiva Aterro .

Países como o Reino Unido e a Alemanha já têm legislação em vigor que proporciona aos agricultores receitas de longo prazo e segurança energética.

A UE determina que os motores de combustão interna com biogás tenham ampla pressão de gás para otimizar a combustão e, dentro da União Europeia, as unidades de ventiladores centrífugos ATEX construídas de acordo com a diretiva europeia 2014/34 / UE (anteriormente 94/9 / EG) são obrigatórias. Estas unidades de ventilador centrífugo, por exemplo Combimac , Meidinger AG ou Witt & Sohn AG são adequadas para uso na Zona 1 e 2 .

Estados Unidos

Os Estados Unidos legislam contra o gás de aterro, pois contém VOCs . A Lei do Ar Limpo dos Estados Unidos e o Título 40 do Código de Regulamentações Federais (CFR) exigem que os proprietários de aterros façam uma estimativa da quantidade de compostos orgânicos sem metano (NMOCs) emitidos. Se as emissões de NMOC estimadas excederem 50 toneladas por ano, o proprietário do aterro será obrigado a coletar o gás e tratá-lo para remover os NMOCs aprisionados. Isso geralmente significa queimá-lo. Devido à distância dos aterros sanitários, às vezes não é economicamente viável produzir eletricidade a partir do gás.

Desenvolvimentos globais

Estados Unidos

Com os muitos benefícios do biogás, ele está começando a se tornar uma fonte popular de energia e está começando a ser mais usado nos Estados Unidos. Em 2003, os Estados Unidos consumiram 43 TWh (147 trilhões de BTU) de energia do "gás de aterro", cerca de 0,6% do consumo total de gás natural dos Estados Unidos. O biogás de metano derivado de esterco de vaca está sendo testado nos Estados Unidos. De acordo com um estudo de 2008, coletado pela revista Science and Children , o biogás de metano de esterco de vaca seria suficiente para produzir 100 bilhões de quilowatts-hora suficientes para abastecer milhões de lares em toda a América. Além disso, o biogás de metano foi testado para provar que pode reduzir 99 milhões de toneladas métricas de emissões de gases de efeito estufa ou cerca de 4% dos gases de efeito estufa produzidos pelos Estados Unidos.

Em Vermont, por exemplo, o biogás gerado em fazendas leiteiras foi incluído no programa CVPS Cow Power. O programa foi originalmente oferecido pela Central Vermont Public Service Corporation como uma tarifa voluntária e agora, com uma recente fusão com a Green Mountain Power, é agora o Programa GMP Cow Power. Os clientes podem optar por pagar um prêmio em sua conta de luz, e esse prêmio é repassado diretamente às fazendas do programa. Em Sheldon, Vermont , a Green Mountain Dairy forneceu energia renovável como parte do programa Cow Power. Tudo começou quando os irmãos donos da fazenda, Bill e Brian Rowell, queriam enfrentar alguns dos desafios de manejo de esterco enfrentados por fazendas leiteiras, incluindo odor de esterco e disponibilidade de nutrientes para as plantações que eles precisam cultivar para alimentar os animais. Eles instalaram um digestor anaeróbico para processar as vacas e os resíduos do centro de ordenha de suas 950 vacas para produzir energia renovável, uma cama para substituir a serragem e um fertilizante favorável às plantas. Os atributos energéticos e ambientais são vendidos para o programa GMP Cow Power. Em média, o sistema operado pelos Rowells produz eletricidade suficiente para abastecer de 300 a 350 outras residências. A capacidade do gerador é de cerca de 300 quilowatts.

Em Hereford, Texas , estrume de vaca está sendo usado para abastecer uma usina de etanol . Ao mudar para o biogás de metano, a usina de etanol economizou 1.000 barris de petróleo por dia. No geral, a usina reduziu os custos de transporte e abrirá muito mais empregos para futuras usinas que dependerão do biogás.

Em Oakley, Kansas , uma usina de etanol considerada uma das maiores instalações de biogás na América do Norte está usando o Sistema Integrado de Utilização de Estrume "IMUS" para produzir calor para suas caldeiras, utilizando esterco de confinamento, orgânicos municipais e resíduos da planta de etanol. Em plena capacidade, a planta deve substituir 90% do combustível fóssil usado no processo de fabricação de etanol e metanol.

Na Califórnia, a Southern California Gas Company defendeu a mistura de biogás em dutos de gás natural existentes. No entanto, as autoridades estaduais da Califórnia assumiram a posição de que o biogás é "melhor usado em setores da economia difíceis de eletrificar - como aviação, indústria pesada e transporte rodoviário de longa distância". da mesma forma, esterco de vaca de vários materiais de plantas como o resíduo após a colheita das safras

Europa

O nível de desenvolvimento varia muito na Europa. Embora países como Alemanha, Áustria e Suécia estejam bastante avançados no uso de biogás, existe um vasto potencial para esta fonte de energia renovável no resto do continente, especialmente na Europa Oriental. Diferentes marcos legais, esquemas de educação e a disponibilidade de tecnologia estão entre as principais razões por trás desse potencial inexplorado. Outro desafio para a progressão do biogás tem sido a percepção pública negativa.

Em fevereiro de 2009, a European Biogas Association (EBA) foi fundada em Bruxelas como uma organização sem fins lucrativos para promover a implantação da produção e uso sustentável do biogás na Europa. A estratégia da EBA define três prioridades: estabelecer o biogás como uma parte importante do cabaz energético da Europa, promover a separação na fonte dos resíduos domésticos para aumentar o potencial do gás e apoiar a produção de biometano como combustível para veículos. Em julho de 2013, tinha 60 membros de 24 países da Europa.

Reino Unido

Em setembro de 2013, havia cerca de 130 usinas de biogás sem esgoto no Reino Unido. A maioria está na fazenda, e algumas instalações maiores existem fora da fazenda, que estão levando alimentos e resíduos do consumidor.

Em 5 de outubro de 2010, o biogás foi injetado na rede de gás do Reino Unido pela primeira vez. O esgoto de mais de 30.000 residências em Oxfordshire é enviado para a estação de tratamento de esgoto de Didcot , onde é tratado em um digestor anaeróbico para produzir biogás, que é então limpo para fornecer gás para aproximadamente 200 residências.

Em 2015, a empresa Green-Energy Ecotricity anunciou seus planos para construir três digestores de injeção na rede ".

Itália

Na Itália, a indústria de biogás começou em 2008, graças à introdução de tarifas de alimentação vantajosas. Posteriormente, foram substituídos por prêmios de alimentação e a preferência foi dada a produtos e resíduos agrícolas, levando à estagnação da produção de biogás e do calor e eletricidade derivados desde 2012. Em setembro de 2018, na Itália existem mais de 200 usinas de biogás com uma produção de cerca de 1,2 GW

Alemanha

A Alemanha é o maior produtor de biogás da Europa e líder de mercado em tecnologia de biogás. Em 2010, havia 5.905 usinas de biogás operando em todo o país: Baixa Saxônia, Baviera e os estados federais do leste são as principais regiões. A maioria dessas usinas é empregada como usinas de energia. Normalmente, as usinas de biogás estão diretamente conectadas a uma CHP que produz energia elétrica através da queima do biometano. A energia elétrica é então fornecida à rede pública de energia. Em 2010, a capacidade elétrica total instalada dessas usinas era de 2.291 MW. O fornecimento de eletricidade foi de aproximadamente 12,8 TWh, o que representa 12,6% do total de eletricidade renovável gerada.

O biogás na Alemanha é extraído principalmente pela co-fermentação de safras energéticas (chamadas 'NawaRo', uma abreviatura de nachwachsende Rohstoffe , alemão para recursos renováveis) misturado com estrume. A principal cultura utilizada é o milho. Resíduos orgânicos e resíduos industriais e agrícolas, como resíduos da indústria de alimentos, também são utilizados para a geração de biogás. Nesse aspecto, a produção de biogás na Alemanha difere significativamente do Reino Unido, onde o biogás gerado em aterros é mais comum.

A produção de biogás na Alemanha desenvolveu-se rapidamente nos últimos 20 anos. O principal motivo são as estruturas criadas legalmente. O apoio governamental à energia renovável começou em 1991 com o Electricity Feed-in Act ( StrEG ). Esta lei garantiu aos produtores de energia de fontes renováveis ​​a alimentação na rede pública de energia, assim as empresas de energia foram forçadas a retirar toda a energia produzida de produtores privados independentes de energia verde. Em 2000, a Lei de Alimentação de Eletricidade foi substituída pela Lei de Fontes de Energia Renovável ( EEG ). Essa lei até garantiu uma indenização fixa pela energia elétrica produzida ao longo de 20 anos. A quantia de cerca de 8  ¢ / kWh deu aos agricultores a oportunidade de se tornarem fornecedores de energia e ganharem mais uma fonte de renda.

A produção de biogás agrícola alemã recebeu um impulso adicional em 2004 com a implementação do chamado NawaRo-Bonus. Este é um pagamento especial concedido pela utilização de recursos renováveis, ou seja, culturas energéticas. Em 2007, o governo alemão enfatizou sua intenção de investir mais esforços e apoio na melhoria do fornecimento de energia renovável para fornecer uma resposta aos crescentes desafios climáticos e ao aumento dos preços do petróleo por meio do 'Programa Integrado de Clima e Energia'.

Esta tendência contínua de promoção das energias renováveis ​​induz uma série de desafios para a gestão e organização do abastecimento de energia renovável, que também tem vários impactos na produção de biogás. O primeiro desafio a ser percebido é o alto consumo de área do fornecimento de energia elétrica a biogás. Em 2011, as culturas energéticas para a produção de biogás consumiram uma área de cerca de 800.000 ha na Alemanha. Essa alta demanda de áreas agrícolas gera novas competições com as indústrias de alimentos que não existiam até então. Além disso, novas indústrias e mercados foram criados em regiões predominantemente rurais, envolvendo diferentes novos atores com antecedentes econômicos, políticos e civis. Sua influência e atuação devem ser governadas para obter todas as vantagens que esta nova fonte de energia está oferecendo. Por fim, o biogás desempenhará, além disso, um papel importante no fornecimento de energia renovável da Alemanha, se a boa governança for focada.

Países em desenvolvimento

As usinas domésticas de biogás convertem estrume de gado e solo noturno em biogás e lama, o estrume fermentado. Esta tecnologia é viável para pequenos proprietários com gado produzindo 50 kg de estrume por dia, o equivalente a cerca de 6 porcos ou 3 vacas. Esse estrume deve ser coletado para ser misturado à água e alimentado na planta. Os toaletes podem ser conectados. Outra pré-condição é a temperatura que afeta o processo de fermentação. Com uma temperatura ótima de 36 ° C, a tecnologia se aplica especialmente para aqueles que vivem em um clima (sub) tropical. Isso torna a tecnologia para pequenos proprietários em países em desenvolvimento frequentemente adequada.

Dependendo do tamanho e localização, uma típica usina de biogás de cúpula fixa feita de tijolos pode ser instalada no quintal de uma casa rural com o investimento entre US $ 300 a $ 500 nos países asiáticos e até US $ 1400 no contexto africano. Uma usina de biogás de alta qualidade precisa de custos mínimos de manutenção e pode produzir gás por pelo menos 15-20 anos sem maiores problemas e reinvestimentos. Para o usuário, o biogás fornece energia limpa para cozinhar , reduz a poluição do ar interno e reduz o tempo necessário para a coleta tradicional de biomassa, especialmente para mulheres e crianças. A lama é um fertilizante orgânico limpo que aumenta potencialmente a produtividade agrícola.

A energia é uma parte importante da sociedade moderna e pode servir como um dos mais importantes indicadores de desenvolvimento socioeconômico. Por mais que tenha havido avanços na tecnologia, mesmo assim, cerca de três bilhões de pessoas, principalmente nas áreas rurais de países em desenvolvimento, continuam acessando suas necessidades de energia para cozinhar por meios tradicionais, queimando recursos de biomassa como lenha, resíduos de colheitas e esterco animal em fogões tradicionais em bruto.

A tecnologia doméstica de biogás é uma tecnologia comprovada e estabelecida em muitas partes do mundo, especialmente na Ásia. Vários países desta região embarcaram em programas de grande escala de biogás doméstico, como a China e a Índia.

A Organização de Desenvolvimento da Holanda , SNV, apóia programas nacionais de biogás doméstico que visam estabelecer setores de biogás doméstico comercialmente viáveis ​​nos quais empresas locais comercializam, instalam e fazem manutenção de usinas de biogás para uso doméstico. Na Ásia, a SNV está trabalhando no Nepal, Vietnã, Bangladesh, Butão, Camboja, Laos PDR, Paquistão e Indonésia e na África; Ruanda, Senegal, Burkina Faso, Etiópia, Tanzânia, Uganda, Quênia, Benin e Camarões.

Na África do Sul, um sistema de biogás pré-construído é fabricado e vendido. Um recurso importante é que a instalação requer menos habilidade e é mais rápida de instalar, pois o tanque do digestor é de plástico pré-fabricado.

Índia

O biogás na Índia tem sido tradicionalmente baseado em esterco de leite como matéria-prima e essas usinas de gás "gobar" estão em operação por um longo período de tempo, especialmente na Índia rural. Nas últimas 2-3 décadas, as organizações de pesquisa com foco na segurança energética rural aprimoraram o projeto dos sistemas, resultando em projetos mais novos e eficientes de baixo custo, como o modelo Deenabandhu.

O Modelo Deenabandhu é um novo modelo de produção de biogás popular na Índia. ( Deenabandhu significa "amigo dos desamparados".) A unidade geralmente tem uma capacidade de 2 a 3 metros cúbicos. É construído com tijolos ou por mistura de ferrocimento . Na Índia, o modelo de tijolo custa um pouco mais do que o modelo de ferrocimento; no entanto, o Ministério de Energia Nova e Renovável da Índia oferece alguns subsídios por modelo construído.

O biogás, que é principalmente metano / gás natural, também pode ser usado para gerar rações ricas em proteínas para gado, aves e peixes nas aldeias, cultivando a cultura da bactéria Methylococcus capsulatus com pequenas pegadas de terra e água. O gás dióxido de carbono produzido como subproduto dessas plantas pode ser usado na produção mais barata de óleo de algas ou espirulina de algacultura, particularmente em países tropicais como a Índia, que pode substituir a posição privilegiada do petróleo bruto em um futuro próximo. O governo da União da Índia está implementando muitos esquemas para utilizar de forma produtiva os resíduos agrícolas ou biomassa em áreas rurais para elevar a economia rural e o potencial de emprego. Com essas plantas, a biomassa não comestível ou resíduos de biomassa comestível são convertidos em produtos de alto valor sem qualquer poluição da água ou emissão de gases de efeito estufa (GEE).

O GLP (Gás Liquefeito de Petróleo) é uma fonte importante de combustível para cozinhar na Índia urbana e seus preços têm aumentado junto com os preços globais do combustível. Além disso, os pesados ​​subsídios fornecidos pelos sucessivos governos na promoção do GLP como combustível doméstico para cozinhar tornaram-se um encargo financeiro renovando o foco no biogás como uma alternativa de combustível para cozinhar nos estabelecimentos urbanos. Isso levou ao desenvolvimento de digestores pré-fabricados para implantações modulares, em comparação com RCC e estruturas de cimento que levam mais tempo para construir. O foco renovado na tecnologia de processo, como o modelo de processo Biourja, aprimorou a estatura do digestor anaeróbico de média e grande escala na Índia como uma alternativa potencial ao GLP como combustível primário de cozimento.

Na Índia, Nepal, Paquistão e Bangladesh, o biogás produzido a partir da digestão anaeróbia de esterco em instalações de digestão de pequena escala é chamado de gás gobar ; estima-se que tais instalações existam em mais de 2 milhões de famílias na Índia, 50.000 em Bangladesh e milhares no Paquistão, particularmente no Punjab do Norte, devido à próspera população de gado. O digestor é um poço circular hermético feito de concreto com uma conexão de tubo. O esterco é direcionado para a cova, geralmente direto do estábulo. O poço é preenchido com a quantidade necessária de águas residuais . O tubo de gás é conectado à lareira da cozinha por meio de válvulas de controle. A combustão desse biogás tem muito pouco odor ou fumaça. Devido à simplicidade na implementação e no uso de matérias-primas baratas nas aldeias, é uma das fontes de energia mais ecologicamente corretas para as necessidades rurais. Um tipo desse sistema é o Sintex Digester. Alguns projetos usam vermicultura para melhorar ainda mais a lama produzida pela usina de biogás para uso como composto.

No Paquistão, a Rede de Programas de Apoio Rural está executando o Programa de Biogás Doméstico do Paquistão, que instalou 5.360 usinas de biogás e treinou mais de 200 pedreiros na tecnologia e tem como objetivo desenvolver o Setor de Biogás no Paquistão.

No Nepal, o governo fornece subsídios para construir uma usina de biogás em casa.

China

Os chineses têm feito experiências com as aplicações de biogás desde 1958. Por volta de 1970, a China instalou 6.000.000 de digestores em um esforço para tornar a agricultura mais eficiente. Durante os últimos anos, a tecnologia atingiu altas taxas de crescimento. Este parece ser o primeiro desenvolvimento na geração de biogás a partir de resíduos agrícolas.

A construção de biogás rural na China tem mostrado uma tendência de desenvolvimento crescente. O crescimento exponencial do fornecimento de energia causado pelo rápido desenvolvimento econômico e condições severas de neblina na China levaram o biogás a se tornar a melhor energia ecologicamente correta para as áreas rurais. No condado de Qing , província de Hebei , a tecnologia de usar a palha da colheita como principal material para gerar biogás está atualmente em desenvolvimento.

A China tinha 26,5 milhões de usinas de biogás, com uma produção de 10,5 bilhões de metros cúbicos de biogás até 2007. A produção anual de biogás aumentou para 248 bilhões de metros cúbicos em 2010. O governo chinês apoiou e financiou projetos de biogás rural, mas apenas cerca de 60% foram operando normalmente. Durante o inverno, a produção de biogás nas regiões do norte da China é menor. Isso é causado pela falta de tecnologia de controle de calor para digestores, portanto, a co-digestão de diferentes matérias-primas não foi concluída no ambiente frio.

Zâmbia

Lusaka, a capital da Zâmbia, tem dois milhões de habitantes, com mais da metade da população residindo em áreas periurbanas. A maioria desta população usa latrinas de fossa como sanitários, gerando aproximadamente 22.680 toneladas de lama fecal por ano. Este lodo é administrado de forma inadequada: Mais de 60% do lodo fecal gerado permanece dentro do ambiente residencial, comprometendo assim o meio ambiente e a saúde pública.

Em face do trabalho de pesquisa e implementação do biogás que começou já na década de 1980, a Zâmbia está ficando para trás na adoção e uso do biogás na África Subsaariana. Estrume animal e resíduos de colheita são necessários para o fornecimento de energia para cozinhar e iluminar. Financiamento inadequado, ausência de política, estrutura regulatória e estratégias sobre o biogás, política monetária do investidor desfavorável, experiência inadequada, falta de consciência dos benefícios da tecnologia do biogás entre líderes, instituições financeiras e locais, resistência à mudança devido à cultura e tradições locais, altos custos de instalação e manutenção de digestores de biogás, pesquisa e desenvolvimento inadequados, gestão inadequada e falta de monitoramento de digestores instalados, complexidade do mercado de carbono, falta de incentivos e equidade social estão entre os desafios que têm impedido a aquisição e implementação sustentável de produtos domésticos produção de biogás na Zâmbia.

Associações

• World Biogas Association ( https://www.worldbiogasassociation.org/ )
• American Biogas Council ( https://americanbiogascouncil.org/ )
• Canadian Biogas Association ( https://www.biogasassociation.ca/ )
• European Biogas Association
• Associação Alemã de Biogás
• Associação Indiana de Biogás

Sociedade e cultura

No filme australiano de 1985, Mad Max Beyond Thunderdome, o assentamento pós-apocalíptico da cidade de Barter é alimentado por um sistema central de biogás baseado em um pocilga. Além de fornecer eletricidade, o metano é usado para alimentar os veículos de Barter.

"Cow Town", escrito no início dos anos 1940, discute as dificuldades de uma cidade amplamente construída com esterco de vaca e as adversidades trazidas pelo biogás de metano resultante. Carter McCormick, um engenheiro de uma cidade fora da cidade, é enviado para descobrir uma maneira de utilizar esse gás para ajudar a fornecer energia, em vez de sufocar, a cidade.

A produção de Biogás está proporcionando hoje novas oportunidades de empregos qualificados, a partir do desenvolvimento de novas tecnologias.

Veja também

Referências

Leitura adicional

• Guia de desenvolvimento de biogás atualizado . Nações Unidas, Nova York, (1984) Energy Resources Development Series No. 27. p. 178, 30 cm.
• Livro: Biogás de Resíduos e Recursos Renováveis. WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, (2008) Dieter Deublein e Angelika Steinhauser
• Uma comparação entre o gás de xisto na China e o desenvolvimento de combustível não convencional nos Estados Unidos: riscos para a saúde, a água e o meio ambiente, de Paolo Farah e Riccardo Tremolada. Este é um artigo apresentado no Colloquium on Environmental Scholarship 2013, organizado pela Vermont Law School (11 de outubro de 2013)
• Marchaim, Uri (1992). Processos de biogás para o desenvolvimento sustentável . FAO. ISBN 978-92-5-103126-1.
• Woodhead Publishing Series. (2013). The Biogas Handbook: Science, Production and Applications. ISBN  978-0857094988

links externos