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AVALIAÇÃO DO PROJETO PILOTO DE RECUPERAÇÃO DO BIOGÁS NO ATERRO

DA MURIBECA/PE

Universidade Federal de PernambucoGrupo de Resíduos Sólidos - GRS

Dsc. Eng. Civil - Felipe Jucá Maciel

INTRODUÇÃO

- OBJETIVO GERAL DA PESQUISA:

- ESPECÍFICOS:

Avaliar o potencial de biogás e energia em um aterro experimental com cerca de 37.000 t de RSU.

a) Caracterização física e química dos resíduos;

b) Comportamento geoambiental da célula (biodegradabilidade);

c) Avaliação de emissões fugitivas de CH4 pela cobertura;

d) Definição parâmetros técnicos e econômicos do projeto de aproveitamento do biogás;

INTRODUÇÃO

- JUSTIFICATIVAS DA PESQUISA:

a) Situação da destinação final dos RSU no Brasil ainda é crítica: 64% dos resíduos dispostos em 4.000 lixões (IBGE);

b) Cenário de vários municípios de pequeno-médio porte – escala do aterro experimental;

c) Emissões de gases em aterros de RSU é um problema de poluição local e global (efeito estufa) e pode gerar receitas (MDL) para o município;

d) Previsão da geração de biogás ainda é imprecisa para as condições

do Brasil (clima, resíduo, operação) – falhas técnicas em projetos existentes.

e) Aproveitamento energético do biogás é incipiente no Brasil – fonte renovável de energia e disponibilidade de energia;

- Contexto mundial:

- Histórico Brasil: Década 70 (ex. Comlurb) – uso veicular. Posteriormente

(2000), Proinfa e MDL surgiram novos projetos (7 plantas). Em operação escala comercial: Bandeirantes (20 MW), São João (25MW) e

Nova Iguaçu/RJ (12 MW)

- EUA (2007) = 425 projetos. Califórnia possui 74 plantas;

- Alemanha (1995) = 112 unidades;

- GBR (1993) = 55 instalações;

INTRODUÇÃO

PROJETOS MDL NO BRASIL (2011):

- Atualmente, 26 projetos de redução de emissões no MCT dos quais apenas 7 envolvem geração de energia;

2004: Nova Iguaçu/RJ (12MW), Vega/BA (40MW) e Cariacica/ES (11 MW);2005: Mauá/SP (10 MW), Bandeirantes/SP (22 MW) e São João (20 MW);2006: Manaus/AM (18 MW)2007 a 2011: ------

4.996.749,0 2.768.380,0 2.228.369,0

-44,60%Variação %Diferença em tCO2eTotal Realizado (até junho 2008)Total Previsto (até junho 2008)

ATERRO BANDEIRANTES/SP

144.489,8 102.984,0 41.505,8 -28,73%

Total Realizado (fev/2007 a out/2007)

ATERRO CAIEIRAS/SP

Variação %Diferença em tCO2e

Total Previsto (fev/2007 a out/2007)

265.428,3 251.176,0 14.252,3

-5,37%

Total Previsto (Set/2006 a Fev/2008) ATERRO PAULÍNEA/SP

Total Realizado (Set/2006 a Fev/2008)


1.084.650,3 315.851,0 768.799,3

-70,88%

Total Realizado (Mar/2004 a 2005)


Total Previsto (Mar/2004 a 2005) ATERRO METROPOLITANO SALVADOR/BA

1.100.112,0 717.468,0 382.644,0

-34,78%

Total Previsto (junho/2007 a junho/2008)

Variação %Diferença em tCO2eTotal Realizado (junho/2007 a junho/2008)

ATERRO SÃO JOÃO/SP

145.323,3 22.276,4

123.046,9 -84,67%

Total Previsto (jan/2007 a maio 2008)

Variação %Diferença em tCO2eTotal Realizado (jan/2007 a maio 2008)

ATERRO ANACONDA/SP

- Monitoramento dos projetos (IPCC):

INTRODUÇÃO

MATERIAIS E MÉTODOS

- Localização da Célula Experimental


- Layout da Célula Experimental

DRENOS DE GÁS (POÇOS VERTICAIS)

COLETOR TRONCO (PEAD PN 8 PE80 DE 110 mm)

LEGENDA:

DRENAGEM PLUVIAL

VIA DE ACESSO - CÉLULA

VIA PRINCIPAL

XX CERCA VERDE (VIVA)

INDICAÇÃO DOS CORTES LONG. E TRANSVERSAIS

ACOPLAMENTO DRENO VERTICAL C/ REDE DE COLETA

RAMAIS 1, 2 E 3 (PEAD PN 8 PE 80 DE 75 mm)

SUB-RAMAIS 1 E 2 (PEAD PN 8 PE 80 DE 75 mm)

DV-1

DV-2

DV-3

DV-4

DV-5

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

Área base = 85 m x 70 m;Altura máx. = 9,0 m;Drenos vert. = 5 und PVC + brita;Cobertura = 40-90 cm argila;Rede de coleta = 300 m PEAD;Enchimento = Abr/07 a Jan/08)

- Usina Piloto da Muribeca


- Gerador assíncrono (trigás) = 20 kVA potência instalada, motor GM corsa 1.8, trifásico, 380 volts;

- Compressor radial 4 cv = vazão máxima de 252 m3/h;- Filtro de biogás = remoção de H2S;- Sistema trocador de calor;- Medidor volumétrico de gás;


- BIOGÁS (velocidade, pressão, temp. e composição)

Equipamentos portáteis (anemômetro, manômetro, termômetro e analisador de gás) ou fixos (manômetros e poço térmico)

- Monitoramento individual por dreno e do sistema completo (saída do flare):



- ENERGIA (consumo gás, produção de energia, eficiência)

Leituras instantâneas (carga, rotação, temperatura, etc) - Painel de Controle do Equipamento

Leituras acumuladas (medidor de gás

volumétrico e medidor trifásico de energia)

RESULTADOS E DISCUSSÕES

1) AVALIAÇÃO DA PRODUÇÃO DE BIOGÁS:

a) Qualidade do biogás

- Não foi observado variações significativas na qualidade do gás;- Qualidade do biogás (CH4 > 50%) favorável para recuperação energética; - Drenos 4 e 5 – qualidade inferior em função da baixa profundidade;

Concentração média do biogás (%) – Dez/07 a Mar/09 Dreno CH4 CO2 O2 DV-01 55,0 40,4 1,1 DV-02 55,7 40,8 0,8 DV-03 53,6 40,5 1,6 DV-04 49,5 35,5 3,3 DV-05 46,3 33,4 4,2

-

10,0

20,0

30,0

40,0

50,0

60,0

Tempo após conclusão da Célula (dias)

Com

posi

ção

biog

ás (%

v/v

)

CH4CO2O2

REDE DE COLETA


b) Quantidade de biogás

- Produção de biogás mais acelerada e intensa que o previsto na literatura internacional influencia direta viabilidade do empreendimento;

DrenoProf.

(m)

Vazão CH4 (Nm3/h) Redução (%) - vazão CH4

t = 0

(jan/08)

t = 550 dias

(jul/09)

t = 930 dias

(ago/10)

t = 1180

dias

(abr/11)

t= 550 dias t= 1180 dias

DV-01 7,0 30,4 9,1 4,5 1,6 70,1 94,7

DV-02 7,0 22,6 7,5 4,2 2,5 66,8 88,9

DV-03 8,0 26,8 10,2 2,7 1,7 61,9 93,7

DV-04 3,0 9,8 1,4 0,7 0,2 85,7 98,0

DV-05 4,5 7,7 1,4 0,9 0,7 81,8 90,9

TOTAL ------ 97,3 29,6 13,0 6,7 73,3 93,2

- Indicador 1: Taxa captação do dreno por metro (até 8,5 Nm3/h.m); (Não é função da profundidade do dreno, mas sim de condições internas do aterro e estruturais dos drenos)

- Indicador 2: Taxa captação por tonelada resíduo (até 46,2 Nm3/t.ano);- Indicador 3: Eficiência de captação = 41% (drenagem livre) e aprox. 60% (c/ compressor - sucção);


- Comparação com modelos literatura (EPA e IPCC) utilizando parâmetros “default” não foi satisfatória;

- Velocidade de degradação 4,0 a 5,0 vezes maior que o recomendado pelos modelos;


- Objetivo: Evitar presença de H2O e H2S no gerador;

- Tratamento primário: Temp gás = 37,0ºC e temp amb = 29,5ºC. Com trocador de calor ->redução temp 2,5ºC minimizou condensação de H2O;

2) TRATAMENTO DO BIOGÁS:

-

50,0

100,0

150,0

200,0

250,0

300,0

350,0

400,0

fev/09

mar/09

abr/0

9

mai/09

jun/09

jul/09

Período (meses)

Con

cent

raçã

o H

2S n

o bi

ogás

(ppm

)

0,0

10,0

20,0

30,0

40,0

50,0

60,0

70,0

80,0

Efic

iênc

ia re

moç

ão H

2S (%

)

Conc. H2S entrada f iltro

Conc. H2S saída f iltro

Eficiênca remoção- Tratamento secundário: Eficiência final de até 75% de remoção de H2S;


- Testes iniciais identificaram dois problemas para funcionamento:(I) excesso de pressão solução: válv. reguladora(II) condensação de vapor H2O solução: trocador de calor;

- Avaliação do consumo de gás e eficiência elétrica do sistema

y = 0,4171x - 735,33R2 = 0,9557

y = 0,178x - 321,71R2 = 0,717 y = 0,13x - 237,67

R2 = 0,92

y = 0,23x - 422,14R2 = 0,750

10

20

30

40

50

60

1850 1860 1870 1880 1890

Rotação do motor (rpm)

Vazã

o C

H4

(Nm

3/h)

Nm

3/h

Teste 1: Sistema original

Teste 2: Ajuste entrada ar(fita adesiva)Teste 3: Medidor + Ajusteentrada ar (válvula)Teste 4: idem Teste 3

Linear (Teste 4: idem Teste 3)18,2 kWh

17,8 kWh

0,8 kWh

5,5 kWh

1,9 kWh18,4 kWh

8,0 kWh17,5 kWh

- Melhorias implantadas reduziram o consumo de gás e aumentaram a eficiência elétrica (3,5% p/ 35%);- Literatura internacional = 20% a 45%;- Consumo CH4 reduziu de 50 para 5 Nm3/h.

3) AVALIAÇÃO DA PRODUÇÃO DE ENERGIA:


- Melhorias implementadas no sistema:(I) Válvula reguladora de entrada de ar;(II) Medidor volumétrico de gás(III) Válvulas de ajuste fino (controle do fluxo);

Medidor de gás

Válvula regulagem entrada de ar no

motor.Válvulas regulagem

biogás


- Produção acumulada de energia na Usina Piloto

- Produção acumulada até jul/09 – 6.500 kWh;- Considerando horas de operação (350 h), obtêm-se produção de 458kWh/dia ou 17,8kW (90% da capacidade instalada da usina);

-

1.000

2.000

3.000

4.000

5.000

6.000

7.000

Período (meses)

Ger

ação

acu

mul

ada

de e

nerg

ia (k

Wh)


4) VIABILIDADE FINANCEIRA DO APROVEITAMENTO:

Tipo I: exclusivo com geração de energia elétrica;Tipo II: exclusivo com queima do biogás e obtenção CERs; Tipo III: energia + queima p/ CERs;

- Análise: VPL e TIR

a) Período 10 anos (mar/2008);b) Curva experimental da produção

de biogás;c) Levantamento de despesas (adm,

depreciação, investimento, O&M);

d) Previsão de receitas (venda energia e CERs).


Tipo I (energia): Só viável com produção otimizada de energia (TIR = 17,5%);Tipo II (queima): Preço atual de €15/tCO2 – TIR = 45,8%. Pode chegar

até TIR de 154% (€25/tCO2);

Tipo III (energia+queima): - Tarifa biogás (Aneel nº335/2008) - R$0,229/kWh (TIR =17,7%) - Tarifa consumo Celpe - R$0,448/kWh (TIR = 65,9%)

PRINCIPAIS CONCLUSÕES

• Condições climáticas na RMR extremamente favoráveis para acelerar decomposição dos RSU;

• Características dos RSU da Muribeca foram favoráveis para potencializar a geração de biogás (% M.O e umidade);

• A qualidade do biogás foi satisfatória para produzir energia desde fechamento da célula (CH4 > 50%);

• Velocidade de degradação de 4,0 a 5,0 vezes maior que previsto pelo EPA e IPCC;

• A eficiência elétrica máxima do gerador foi de 35% (após várias regulagens no sistema);

• Viabilidade financeira mais atrativa do Projeto é com queima do biogás para obtenção dos CERs (TIR máx. = 154%);

CONSIDERAÇÕES FINAIS

• Contribuiu para o desenvolvimento de novas metodologias de caracterização dos resíduos e avaliação do potencial de biogás;

• A geração de biogás (RMR) mais acelerada e em maior quantidade que o previsto na literatura impacto nos estudos de viabilidade;

• A viabilidade da produção de energia deve ser analisada considerando os fatores locais de disponibilidade de energia na região (definição da tarifação);

• A pesquisa pode ser aplicada para aterros de pequeno-médio porte, além de servir de referência para grandes aterros (∑ pequenas células).

AGRADECIMENTOS

17.ago ametista 15.30_418_chesf

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