O que é biogás. Conheça como este biocombustível é produzido.

O Biogás é uma excelente oportunidade de transformar resíduos em fontes de receita, através da geração de energia ou por sua transformação em biometano para uso em veículos a gás. Neste artigo abordamos como é o seu processo de produção para os 3 tipos de Biogás.

O biogás é um biocombustível gasoso obtido pela fermentação em ausência de oxigênio da biomassa orgânica animal ou vegetal. Este processo é chamado de biodigestão anaeróbia, e ocorre em ambientes controlados por microrganismos que convertem a matéria orgânica em gás.

Para um bom entendimento sobre como é produzido o biogás, é importante saber sobre o processo de biodigestão anaeróbica, qual é a função de um biodigestor e quais as diferenças de produção para cada tipo de biogás. Confira a seguir.

Entendendo a biodigestão anaeróbica para entender o que é biogás

O biogás é o resultado de um processo biológico natural conhecido como biodigestão anaeróbia.

A biodigestão anaeróbia é um processo enzimático que ocorre em ausência de oxigênio pela ação de vários tipos de micro-organismos, cada um dos quais desempenha um papel crucial em todo o processo.

O processo de biodigestão anaeróbica ocorre em quatro fases:

1. Hidrólise. A biodigestão começa com a hidrólise, durante a qual proteínas, carboidratos e lipídios são quebrados em moléculas menores.
2. Acidogênese. Durante esta fase as moléculas são transformadas em ácidos graxos voláteis, que produzem amônia (NH3), dióxido de carbono (CO2) e sulfeto de hidrogênio (H2S).
3. Acetogênese. Nesta fase alguns desses ácidos graxos voláteis são, por sua vez, transformados em ácido acético (CH3COOH), hidrogênio (H2) e dióxido de carbono (CO2).
4. Metanogênese. Por fim, estes últimos tornam-se úteis pois as bactérias metanogênicas, por meio de vários processos bioquímicos, produzem metano (CH4).

Formas da digestão anaeróbica para produzir biogás

Embora se trate de um processo biológico natural, para que a produção do biogás ocorra de forma contínua e eficiente esta deve ocorrer em ambientes em ausência de oxigênio e com temperaturas controladas, com o objetivo de proporcionar as condições ideais a atividade dos microrganismos.

 A temperatura determina a velocidade e integridade das reações químicas, por determinar a população bacteriana, determinando as 3 formas de digestão:

• Campo psicrofilico: 4-15°C
• Campo mesófilico: 20-40°C com valor ideal a 35°C
• Campo termofilico: 45-70°C com valor ideal a 55-60°C

A importância do biodigestor para produzir biogás

Um biodigestor é um ambiente controlado que permite as condições ideais para a produção do biogás.

Existem diferentes tipos de biodigestores e as principais tecnologias utilizadas são:

Reator de fluxo contínuo CSTR

O reator de fluxo contínuo CSTR é um biodigestor que permite a produção de biogás a partir de biomassas solidas, pastosas ou liquidas.

O reator CSTR pode ser construído em concreto ou pode ser um tanque de aço vitrificado pré-fabricado, implementando sistemas de agitação interna automatizados e aquecimento das biomassas para otimizar o processo biológico.

Lagoa coberta BLC

A lagoa coberta é um biodigestor que que permite a produção de biogás, nas suas versões mais simples, apenas a partir de biomassas liquidas, e de biomassas semissólidas em versões mais avançadas que implementem por exemplo sistemas de agitação interna.

Este biodigestor consiste em uma lagoa coberta por uma lona em PVC na qual é canalizada a biomassa liquida ou semissólida para a produção do biogás.

Reator UASB

O reator UASB é um biodigestor tipicamente utilizado no tratamento de águas refluas ou de esgoto, processo através do qual é produzido o biogás.

Diferentemente do reator CSTR, o reator UASB não necessita de sistema de agitação, sendo que boa parte do efluente em entrada ao sistema é água com baixo teor de sólidos, o qual se depositam por gravidade e são extraídos em forma de lodo.

Tipos de biogás, composição e processos de produção

Existem 3 tipos de biogás:

• Biogás genérico
• Biogás de aterro sanitário (landfill gas)
• Biogás de águas residuárias e esgoto (sewage gas)

Biogás genérico

O gás produzido de qualquer processo de biodigestão anaeróbia, seja por reatores CSTR ou por lagoas cobertas BLC, é comumente chamado apenas de biogás.

Oportunidades de produção de biogás genérico

Produção de Biogás com Resíduos da Pecuária.

O biogás é produzido através da biodigestão de dejetos de animais como suínos, gados de corte, gados de leite e a partir da cama de aviário.

Produção de Biogás com Resíduos da Indústria Alimentícia.  Os efluentes da indústria antes de serem devolvidos para corpos hídricos, precisam ser tratados através da retirada da fração orgânica. E este processo, quando for realizado através de biodigestores anaeróbios, gera biogás

Composição do biogás genérico

Biogás de aterro sanitário (landfill gas)

O landfill gás, ou gás de aterro, é o biogás que é gerado espontaneamente pela degradação da fracção orgânica do lixo depositado em aterros sanitários.

A degradação biológica do lixo depositado em aterros sanitário se desenvolve em três fases principais:

• Fase aeróbica.
• Fase facultativa anaeróbia.
• Fase metanogênica anaeróbia.

Fase aeróbica

A degradação aeróbica acontece logo após o lixo ter sido depositado no aterro sanitário, pelo uso, por parte dos microrganismos, do oxigênio livre.

O processo de degradação aeróbica está ligado à disponibilidade de oxigênio sendo, portanto, normalmente de breve duração.

No âmbito do processo aeróbico tem-se produção de energia térmica com temperaturas entre os 50 e 70° C, de gás carbônico, e de substâncias orgânicas parcialmente degradadas.

Fase facultativa anaeróbia

A decomposição facultativa anaeróbica acontece quando a disponibilidade de oxigênio é reduzida ao ponto em que não é mais possível um processo aeróbico.

As características desta fase são a produção de gás carbônico, uma menor geração de energia térmica, comparado ao processo aeróbico, e uma notável produção de substância orgânica parcialmente degradada, a maior parte da qual é constituída por ácidos orgânicos.

Fase metanogênica anaeróbia

O estágio final da decomposição dos resíduos sólidos urbanos em aterro sanitário consiste na decomposição metanogênica anaeróbica.

As características desta fase são sempre a produção de energia térmica, a utilização de matéria orgânica dissolvida, a produção de metano e gás carbônico, também o aumento do pH com valores próximos à neutralidade.

Uma vez iniciada a fase metanogênica a produção de biogás se manifesta, normalmente, por muitos anos, podendo continuar por até 40 anos, segundo um andamento que evidencia a máxima produção nos primeiros anos e um progressivo esgotamento assintótico até a completa degradação da substância orgânica ou até enquanto estiverem as condições ambientais adequadas ao processo.

Oportunidades de produção de biogás em aterro

A produção de biogás em aterro sanitário é o resultado de um processo natural que ocorre espontaneamente, contudo a sua captação apenas é possível em contextos de aterros sanitários controlados.

Nos aterros sanitários controlados, diferentemente dos lixões a céu aberto, são instalados drenos verticais ou horizontais os quais permitem extrair o biogás produzido no interior do aterro.

A extração do biogás, além de representar uma oportunidade de valorização energética, se torna necessária para a estabilidade estrutural do próprio aterro sanitário.

A conformação geográfica do Brasil, a qual proporciona grande disponibilidade de áreas, favorece a utilização do aterro sanitário como melhor solução em termos de custo-benefício para a disposição de resíduos sólidos urbanos, e representa uma grande oportunidade de produção de biogás.

Composição do biogás de aterro

Biogás de águas residuárias e esgoto (sewage gas)

As águas residuais, ou chorume, representam todos os resíduos líquidos de residências, atividades comerciais, artesanais e industriais, bem como águas que chegam aos esgotos por escoamento superficial.    

Essas águas residuais contêm inúmeros microrganismos patogênicos provenientes diretamente dos dejetos humanos, e contêm nutrientes capazes de estimular o crescimento de plantas aquáticas e substâncias tóxicas. 

Para proteger a saúde dos seres vivos e proteger o meio ambiente, é necessário, portanto, proceder com uma correta canalização das águas residuais produzidas pela comunidade habitacional para uma estação de tratamento, a qual remove os elementos patogênicos contidos neles.

Os níveis de tratamento das águas residuárias são os seguintes:

• Tratamento preliminar. Remoção de materiais e objetos flutuantes (tampas, galhos etc.)

• Tratamento primário. Remoção de parte dos sólidos suspensos e substâncias orgânicas

• Tratamento secundário. Remoção de material orgânico biodegradável e de todos os sólidos suspensos. Nesta fase também é possível remover nutrientes como nitrogênio e fósforo.

• Tratamento terciário. Posterior remoção de sólidos.

Algumas partes do processo produzem lodo, consistindo em material orgânico recuperado de águas residuais e resíduos de material biológico ou utilizado no tratamento, que deve ser recuperado, tratado e especialmente descartado.   

Durante a fase de tratamento primário a matéria orgânica é convertida em biogás em biodigestores conhecidos como reatores UASB.

Oportunidades de produção de biogás de águas residuárias e de esgoto

O potencial de desenvolvimento do setor de saneamento básico no Brasil pode ser resumido no fato que em 2020 quase 50% da população ainda não tem acesso a rede de esgoto para o tratamento dos dejetos.

No âmbito do contexto de investimentos que serão realizados no setor de saneamento no Brasil, a valorização energética do biogás produzido no processo de purificação do efluente representam uma oportunidade para gerar receita através da produção de energia elétrica ou da produção de biometano para substituição de combustíveis fosseis em frotas de veículos pesados e leves.

Composição do biogás de águas residuárias e esgoto (sewage gas)

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