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dezembro 7, 2017
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Princípio de funcionamento de um biodigestor anaeróbio

Biodigestor do tipo CSTR

Entender o Princípio de funcionamento de um biodigestor anaeróbio é fundamental para garantir uma boa operação da planta, evitando desperdício de matéria prima e gerando uma quantidade maior de biogás. Mas como isso funciona?

O princípio geral de funcionamento de um biodigestor pode ser descrito como sendo uma unidade de aceleração da decomposição de matéria orgânica na ausência de oxigênio. O resultado deste processo é a produção de biogás e biofertilizantes. Seguindo somente o que diz essa descrição, qualquer pessoa pode construir um biodigestor.

Devido a essa simplicidade, existem inúmeros tipos e modelos de biodigestores pelo mundo. A depender de como são construídos, a eficiência na produção de biogás ou mesmo redução da carga orgânica da matéria prima vai variar fortemente. Alguns modelos são propícios a erros de construção e podem causar sérios problemas.

O processo de geração de biogás é de fácil compreensão mas esconde a complexidade da biotecnologia” Gleysson B. Machado

Saiba mais em Tecnologias utilizadas em biodigestores

Erros na concepção de biodigestores

Na figura abaixo, podemos ver um biodigestor de lona, como é chamado no Brasil, que acabou explodindo devido a erros de construção. Como a produção de biogás não é constante, a lona acaba encostando em um substrato ácido e se corrói. Após um determinado tempo, o enfraquecimento da lona junto com uma produção momentânea maior de biogás levam o biodigestor a explodir.

Explosão de um Biodigestor de Lona causado pelo erro de operação no projeto (Gleysson B. Machado)

Se houver algum inicializador de chamas em locais próximos, as consequências podem ser graves ou gravíssimas.

Biodigestores modernos fazem o gerenciamento da biodigestão através de sistemas totalmente automatizados que controlam variáveis como a preparação do substrato, introdução do substrato no fermentador, o processo de biodigestão, a purificação do biogás, a retirada de biofertilizante dos fermentadores e a sincronização da energia produzida com a rede de gás ou elétrica.

A biodigestão é um processo feito por bactérias de vários tipos e automatizado pela natureza. É fundamental manter os parâmetros do ambiente constante para ter equilíbrio

O modelo básico de um biodigestor

Para realizar suas tarefas, o biodigestor ter a sua parte essencial, que é o fermentador. Dentro do fermentador ocorre toda a chamada Engenharia Anaeróbia. Dominar essa complexo engenharia é o segredo para a produção efetiva de biogás e biofertilizantes.

Veja na figura abaixo os principais componentes de um biodigestor de um modo simplificado

Legenda 1-Matéria Orgânica; 2-Tanque de Alimentação; 3-Fermentador; 3.1-Biogás; 3.1.1-Gasômetro;3.1.2-Energia Térmica; 3.2.1-Motor Gerador; 3.2.2-Energia Elétrica; 3.2-Chorume; 3.3-Reservatório- 3.4-Biofertilizantes (Imagem: Gleysson B. Machado)

A decomposição da matéria orgânica é um processo bioquímico muito complexo realizado por milhares de bactérias. A concentração dos produtos resultantes dessa decomposição dependem não só do substrato utilizado como também da tecnologia escolhida.

Devido a imensa quantidade de tipos de substratos e diferentes possibilidades de misturas entre eles, existem inúmeras tecnologias de biodigestores. A tecnologia ideal é aquela que melhor se encaixa no objetivo do empreendedor. Enquanto alguns empreendedores querem comercializar biogás ou energia elétrica, outros só buscam o tratamento ideal de resíduos sólidos orgânicos. Tecnologias utilizadas para o tratamento de águas residuais são comumente chamadas de biodecompositores.

A produção de biogás

Para a produção de biogás devemos entender mais sobre a bioquímica do processo ou seja, a biodigestão  anaeróbia. Sendo as bactérias seres vivos, estas precisam de condições ideais de temperatura, acidez, homogeneidade, … para produzir melhor. Considerando as variações de temperaturas de acordo com as estações do ano assim como os tipos de substratos utilizados e pretendendo-se obter o máximo de biogás possível. Com isso a automação do processo de biodigestão torna-se indispensável em biodigestores modernos. Estes controlam efetivamente as variáveis como temperatura, acidez e homogeneidade do substrato.

As reações bioquímica são realizadas por milhares de bactérias que vivem em equilíbrio. O equilíbrio é influenciado pelas condições de meio.

Os tipos de substratos

Na escolha do substrato a ser utilizado, devemos considerar o seguinte:

  • Diferentes tipos de matéria orgânica produzem diferentes quantidades de biogás (m³/ton ou l/kg)
  • Diferentes tipos de matéria orgânica produzem biogás com diferentes concentrações de metano e gás carbônico
  • Podemos calcular o potencial máximo de geração de biogás de uma mistura através da análise química da matéria orgânica usada. Contudo, a quantidade que será gerada no processo depende do tipo de tecnologia usada.

Na figura acima, vemos que os resíduos sólidos orgânicos de diferentes origens são recepcionados em um tanque de coleta. Nesses tanques, eles passam por um tratamento mecânico para a homogeneização do substrato. O sistema de automação mede entre outras coisas, a temperatura e a acidez do substrato. As mesmas se encontram no interior do fermentador para calcular exatamente a quantidade de substrato que pode ser extraída do tanque de coleta para o fermentador.

A alimentação do fermentador

A alimentação do fermentador é outra peça chave importante. Ela precisa ser adaptada aos diversos tipos de matéria orgânica que se pretende utilizar como substrato. Um segredo de biodigestores modernos é ter a sua alimentação de forma controlada e completamente automatizada. O próprio fermentador é quem determina a quantidade e o momento certo de se introduzir substrato.

Interior de um fermentador de um biodigestor do tipo CSTR (Continuously Stirred Tank Reactor)

Após a introdução do substrato no fermentador, este sofre a biodigestão gerando o biogás e resíduos líquidos que podem com o devido tratamento, serem convertidos em biofertilizantes. A decisão de construir ou não um biodigestor para o tratamento de resíduos sólidos orgânicos depende de um Plano de Negócio de qualidade que vai levantar todos os dados básicos para o cálculo do tamanho e do tipo de tecnologia a ser usado e as economias e ganhos que a implantação dessa central vai causar.

A finalidade do projeto

A depender da finalidade do projeto, após o fermentador temos outras unidades como por exemplo um motor de combustão acoplado a um gerador para conversão da energia mecânica em elétrica. Como na Alemanha grande parte dos projetos tem o objetivo a geração de energia renovável. Temos que o modelo mais comum de biodigestor é composto basicamente de alimentação, fermentador e bloco para geração de energia.

Na Alemanha, Itália e Austria o biogás dos resíduos sólidos orgânicos urbanos é utilizado para a geração de energia renovável contribuindo significativamente para a diversificação da matrix energética dos países e diminuição na emissão dos gases do efeito estufa (GEE).

Desenvolva seu próprio projeto conhecendo Os 7 passos para fazer um projeto com biodigestor de resíduos

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About gleysson

gleysson

Sou especialista em transformar problemas ambientais em negócios sustentáveis. Formado em 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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