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Entenda o processo da Biodigestão Anaeróbia

O que é Biodigestão anaeróbia e como acontece? More »

 

Formas de uso do biogás

O biogás é oriundo da decomposição da matéria orgânica sendo formado principalmente por metano (CH4) e gás carbônico (CO2). Em concentrações bem menores, também são encontrados no biogás vapor de água, sulfeto de hidrogênio (H2S), nitrogênio (N2), oxigênio (O2) e hidrogênio (H2).

As formas de uso do biogás dependem entre outras coisas, da concentração dos gases que o compõem. Devido ao fato de poder sofrer combustão e assim ser utilizado para a geração de energia, o metano é o componente do biogás que possui o maior valor agregado. Dessa forma, quanto maior a concentração de metano, maior o valor agregado do biogás. Quando a concentração de metano passa de 95%, o biogás passa então a ser chamado de biometano.

Na figura abaixo é possível ver as formas de uso do biogás em função de sua concentração de metano. Formas de uso do biogas

O biogás é um conjunto de gases que possui poucas possibilidades de uso em sua forma natural. Para que realmente possa ser aproveitado é necessário separa-lo em seus componentes. Cada componente separado poderá então ser utilizado para diferentes fins.

Parte da energia gerada com a combustão do metano é absorvida pela água que se transforma em vapor. Mesmo o vapor absorve uma certa quantidade de energia alcançando estados termodinâmicos de superaquecimento. A presença de umidade no biogás funciona então como uma espécie de “ladrão” de energia térmica. A retirada de umidade aumenta o poder calorífico do biogás e permite seu uso em motores de acionamento direto, cogeração de energia (turbinas e motores) além de combustão em caldeira.

Além de metano e gás carbônico, o processo de biodigestão anaeróbia gera também sulfeto de hidrogênio e outros gases secundários. Enquanto os gases secundários não causam tantos problemas além da diminuição do poder calorífico do biogás, o sulfeto de hidrogênio pode causar diversos problemas.

O uso contínuo de biogás como combustível, mesmo sem umidade, nestes equipamentos pode ser prejudicado pela presença de sulfeto de hidrogênio. A oxidação de sulfeto de hidrogênio em motores de combustão gera gás de dióxido de enxofre que é altamente corrosivo. A combustão de dióxido de enxofre causa uma rápida acidificação dos óleos de motor provocando um aumento no desgaste e até danos nos rolamentos e tendo como consequência final a parada total de produção de energia em biodigestores. Além disso, o sulfeto de hidrogênio causa em motores de combustão a inativação de catalisadores de oxidação. O enxofre contido no gás reage com os catalisadores e dificulta a oxidação do metano. (KRONOS 2010)

O sulfeto de hidrogênio (H2S) é extremamente tóxico e caso seja inspirado em certas quantidades, causa sufocamento interno. A exposição prolongada ao ar com concentrações de apenas 350 ppm de H2S pode ser mortal para seres humanos.

O sulfeto de hidrogênio presente no biogás possui concentrações que variam de 20 a 20.000 ppm (mg/m³) a depender de sua origem. Substratos formados de cultivos de plantas energéticas costumam gerar pequenas quantidades enquanto que substratos a partir de dejetos animais, resíduos orgânicos urbanos, restos de alimentação e esgoto doméstico geram normalmente grandes quantidades.

A partir de concentrações de 50 mg/l de sulfeto de hidrogênio dissolvido no substrato é considerado tóxico e inibem a ação das bactérias produtoras de metano. A redução de enxofre é para alguns microrganismos termodinamicamente mais interessante que para as Archeas produtoras de metano, o que pode causar uma redução de atividade dos microrganismos da metanogênese a partir de uma concentração de 2% de sulfeto de hidrogênio no substrato.

Para que possa ser utilizado como combustível a longo prazo em sistemas de cogeração (turbinas e motores) e motores de acionamento direto, o sulfeto de hidrogênio precisa ser retirado do biogás ou ter sua concentração reduzida a limites de no máximo 200 ppm.

Dessulfurização do biogás no interior de biodigestores na Alemanha

Dessulfurização do biogás no interior de biodigestores na Alemanha

Concentrações acima de 200 ppm são prejudiciais à motores de combustão. Embora alguns fabricantes de motores anunciem uma tolerância de até 500 ppm de sulfeto de hidrogênio, concentrações a partir de 300 ppm exigem uma troca de óleo mais constante nos motores e aumenta o custo operacional do sistema.

Para que possa ser utilizado em redes de gás natural, como combustível veicular na forma de Gás Natural Veicular (GNV) ou pelas indústrias nas formas de Gás Natural Comprimido (GNC) e Gás Natural Liquefeito (GNL) é necessário retirar do biogás, além da umidade e sulfeto de hidrogênio, também o dióxido de carbono em um processo conhecido como purificação do biogás que passa então a ter o nome de Biometano. Para ser chamado de biometano, o biogás precisa ter pelo menos 95% de metano. A qualidade do biometano é medida então pela concentração do metano no biogás.

O gás carbônico possui uma ampla utilização na indústria de refrigerantes, mas também pode ser usado em extintores de incêndio ou mesmo como anestésico em animais que vão para o abate e para a regulação do pH das águas de aquários.

No último estágio de aproveitamento do biogás, o metano pode passar por um processo de Reforma para gerar hidrogênio. Assim como o gás carbônico, o hidrogênio pode ser utilizado para diferentes fins. O uso de hidrogênio para fins de geração de energia é considerado por muitos como sendo o combustível do futuro, pois a sua combustão resulta somente em energia e água. O aumento das exigências de regulamentações ambientais torna o uso de hidrogênio como combustível, uma tendência de mercado principalmente por ser uma boa alternativa para combustíveis com altos índices de enxofre e aromáticos.

FONTE: Gleysson B. Machado, Geração e Aproveitamento Energético do Biogás, Projeto PROBIOGAS, 2016

About Gleysson B. Machado

Dip. Ing. Verfahrenstechnik (Eng. Química) pela Universidade de Ciências Aplicadas de Frankfurt/M na Alemanha com especialização e experiência em Tecnologias para geração de Energia e Engenharia Ambiental. Larga experiência em Resíduos Sólidos com foco em Biodigestores Anaeróbios.

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