FONTE: Por: Danilo Trevisan – Impacto Energia S/A

O biogás é o produto gasoso da digestão anaeróbia, um processo biológico em que microrganismos quebram o material biodegradável na ausência de oxigênio. O biogás é composto principalmente de metano (50% -70%) e dióxido de carbono (30% –50%), com traços de outras partículas e contaminantes.
Pode ser produzido a partir de várias fontes de resíduos, incluindo material de aterro sanitário; dejetos animais; águas residuais e de tratamento de esgoto; e resíduos orgânicos industriais, institucionais e comerciais. O biogás também pode ser produzido a partir de outra biomassa lignocelulósica (por exemplo, safra e resíduos florestais, safras energéticas dedicadas), por meio de fermentação seca e codigestão anaeróbia.
O biogás pode ser queimado para fornecer energia elétrica, energia térmica ou ambos. Além disso, ele pode ser purificado para metano puro – também chamado de biometano ou gás natural renovável – removendo água, dióxido de carbono, sulfeto de hidrogênio e outros elementos.
Este biogás purificado é comparável ao gás natural convencional (GN) e, portanto, pode ser injetado nos gasodutos ou usado como combustível alternativos aos combustíveis fósseis, em uma forma comprimida ou liquefeita. O gás natural renovável (GN-R) é considerado um combustível “drop-in” para os veículos a gás natural (GNV) e pode ser qualificado como um biocombustível avançado.
O teor de metano do biogás é a porção utilizável de o gás e determina seu valor calorífico.
Desta forma, a digestão anaeróbia é um dos processos biológicos mais eficazes para tratar uma ampla variedade de resíduos orgânicos sólidos e lodos. As principais vantagens desta tecnologia incluem (i) resíduos orgânicos podem ser degradados por co-digestão com diferentes substratos nos biorreatores anaeróbios, e (ii) o processo leva simultaneamente à produção de biogás de baixo custo, o que pode ser vital para atender às necessidades futuras de energia.
No entanto, diferentes fatores, como substrato e composição e qualidade do co-substrato, fatores ambientais (temperatura, pH, taxa de carga orgânica) e dinâmica microbiana contribuem para a eficiência do processo de digestão anaeróbia e devem ser otimizados para atingir o máximo benefício desta tecnologia em termos de produção de energia e gestão de resíduos orgânicos.
O projeto do biorreator exerce forte influência no desempenho de um digestor anaeróbio. Uma grande variedade de novos projetos de biorreatores foi desenvolvida nos últimos anos, o que facilita uma taxa de reação significativamente maior para o tratamento de diversos resíduos. Um biorreator anaeróbico deve ser projetado de uma forma que permita uma taxa de carga orgânica continuamente alta e sustentável com um curto tempo de retenção hidráulica e tenha a capacidade de produzir o nível máximo de metano.
Não existe um único tipo de biorreator que possa processar os mais variados tipos de biomassa, portanto, faz-se necessário adequar o projeto do biorreator às características típicas de cada biomassa que se deseja processar.
Vários tipos de biorreatores são usados atualmente, mas os três grupos mais comuns incluem biorreatores de batelada, “sistemas de um estágio alimentado continuamente”, “dois estágios” ou “sistemas de múltiplos estágios alimentados continuamente”.
O biorreator em batelada é o mais simples, preenchido com a matéria-prima e deixado por um período, denominado tempo de retenção hidráulica, após o qual é esvaziado. Um reator anaeróbico em batelada pode realizar uma digestão rápida, usando equipamentos simples e baratos, e permite uma avaliação fácil da taxa de digestão.
Um “sistema de alimentação contínua de um estágio” é um biorreator onde todas as reações bioquímicas ocorrem.
Um sistema de “dois estágios” ou “vários estágios continuamente alimentado” é um biorreator onde todas as reações bioquímicas (ou seja, hidrólise, acidificação, acetogênese e metanogênese) ocorrem separadamente. O “sistema de alimentação contínua de dois estágios” é considerado um biorreator promissor para o tratamento de resíduos orgânicos com alta eficiência, tanto em termos de rendimento de degradação quanto de produção de biogás.
Os biorreatores também são classificados como digestores de resíduos sólidos “úmidos” ou “secos”. Os biorreatores úmidos têm um teor de sólidos total de 16% ou menos, enquanto os biodigestores secos têm um teor de sólidos total de 22-40%.
Biorreatores também são classificados como termofílicos e mesofílicos, com base em sua temperatura de operação.
hoje em dia, os processos de digestão úmida são amplamente difundidos, sendo o digestor de tanque com agitação contínua o mais comumente usado.
A tecnologia de digestão anaeróbia tem uma aplicação tremenda no futuro para a sustentabilidade do meio ambiente e do saneamento básico, com a produção de energia como um benefício extra; porém, é preciso buscar economia de escala, levando-se em consideração a originação e a logística da biomassa, o tamanho e eficiência do biorreator, o volume e qualidade do biogás gerado; bem como os custos envolvidos no tratamento adequado do biogás, bem como no processo de purificação do biometano, se for o caso.
Aplicações do Biogás
Independente de sua origem, biogás de aterro sanitário ou biogás de digestão anaeróbia; imediatamente após sua produção, o biogás tem que ser resfriado, drenado e seco e geralmente limpo, devido ao seu teor de sulfeto de hidrogênio (H2S). Atualmente a remoção do H2S é realizada principalmente por meio de dessulfurização biológica. Níveis de conteúdo de H2S no biogás com mais de 300-500 ppm danificam o equipamento de conversão de energia. A limpeza biológica reduz o conteúdo de sulfureto de hidrogênio a um nível inferior a 100 ppm.
Tanto o biogás quanto o biometano podem ser usados de várias maneiras.
O biogás é um gás combustível podendo ser usado na produção de calor e/ou vapor, embora seja a menor utilização na cadeia de valor do biogás. Geralmente, o biogás é utilizado na geração de eletricidade na produção combinada de calor e energia, também chamada de produção CHP, por meio de motores a gás ou bi-combustíveis (dual fuel). Microturbinas a gás são alternativas à cogeração.
Desta forma o biogás é uma excelente fonte de energia industrial para aquecimento, vapor e/ou eletricidade e refrigeração.
A injeção de biometano na rede de gás natural e/ou sua utilização como combustível veicular tem se tornado cada vez mais importante, pois essas aplicações tornam o próprio biogás utilizável ao longo do ano, resultando em maior eficiência energética. Em geral, o acesso à rede de gás natural é garantido por regulamentos estaduais. O Brasil definiu padrões de qualidade para injeção de biometano na rede de gás natural, bem como seu uso como combustível veicular. Na verdade, todos os contaminantes de gás como o dióxido de carbono devem ser removidos e o gás deve ter um teor de metano superior a 95%, a fim de atender aos requisitos de qualidade.
Várias tecnologias podem ser aplicadas para purificação do biogás e produção do biometano. Os métodos mais comuns de remoção de dióxido de carbono do biogás são a lavagem com água (water scrubber), a absorção por oscilação de pressão (PSA), usando carvão ativado ou peneiras; e a tecnologia de separação por membranas.
Biogás – fonte de energia renovável confiável e flexível
A penetração do biogás no mercado de energia provavelmente se acelerará, à medida que os problemas de economia e aceitabilidade do mercado forem superados.
Isso está acontecendo desde a década passada, como consequência da crescente participação das energias renováveis no suprimento energético nacional. A taxa pela qual o biogás pode entrar no mercado é altamente uma questão de criar condições de enquadramento político e econômico nacionais favoráveis.
O biogás tem vantagens definitivas, mesmo se comparado a outras alternativas de energia renovável. Ele pode ser produzido quando necessário e pode ser facilmente armazenado. Ele pode ser distribuído por meio da infraestrutura de gás natural existente (gasoduto) ou no chamado gasoduto virtual, onde o biometano é transportado em cilindros pressurizados, e usado nas mesmas aplicações como o gás natural. Além da utilização para eletricidade renovável e produção de calor, o biogás pode substituir os combustíveis fósseis no setor de transporte.