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Universidade Federal de Campina Grande – UFCGCentro de Ciências e Tecnologias – CCT

Unidade Acadêmica de Engenharia Química - UAEQ

Energias Renováveis (Biogás)

Prof. Nilton Silva

Aula 1 – Tecnologias de BiodigestãoAnaeróbica

INTRODUÇÃO

BIODIGESTÃO ANAERÓBICA

... é um processo biológico que produz um gás composto

principalmente de metano (CH4) e dióxido de carbono (CO2),

conhecida como biogás.

Esses gases são produzidos a partir da ação de microrganismos

em resíduos orgânicos.

INTRODUÇÃO

BIODIGESTÃO ANAERÓBICA

O processo de digestão anaeróbico é composto de três etapas :

1. O primeiro passo é a decomposição (hidrólise) de matéria

orgânica vegetal ou animal.

2. O segundo passo é a conversão da matéria em decomposição

para ácidos orgânicos.

3. Finalmente, os ácidos são convertidos em gás metano.

Etapas fundamentais da Digestão Anaeróbica

BIOMASSA

Digestão em um Digestor Anaeróbico (Biodigestor)

Hidrólise Acidogênese AcetogêneseMetanogênese

BIOGÁS

ENERGIA

Fluxograma da digestão anaeróbica

Alimentação do material

residual

Digestor BiogásArmazenamento

do Biogás

Separador(ex. prensa)

Armazenamento do Licor

Sólido residual (fibras)

Combustível veicular

Turbina/ Gerador

Queimador a gás/Boiler

Armazenar e qualquer pré-tratamento inicial

Licor pode ser produto comercializável. Depende localidade.

CompressorUso do Biogás como combustível

Uso nos veículos Produção combinada de calor e energia

(eletricidade)

calor de processo para aquecimento do

digestor e/ou ambiente

Sistema digestivo humano

Sistema digestivo bovino

Pança é onde fica a comida armazenada; Barrete onde ocorre a regurgitação; Folhoso éo local onde é absorvida a água; Coalheira, onde o bolo alimentar é misturada com osuco gástrico.

BIODIGESTOR

FUNDAMENTOS

O Substrato é a matéria orgânica (biomassa), utilizada em

biodigestores para a produção de biogás através da decomposição

anaeróbia.

O Biodigestor Anaeróbio é uma central tecnológica que

acelera o processo de decomposição da matéria orgânica

(substrato).

As tecnologias utilizadas em biodigestores são estabelecidas em

função do estudo sobre o substrato que será utilizado para

alimentar o fermentador. Sendo assim, o primeiro passo para se

determinar a tecnologia é o estudo dos substratos.

Classificação das técnicas de geração de biogás

TECNOLOGIAS

Umidade do substrato

Alimentação do fermentador

Fases do processo

Temperatura da fermentação

Digestão úmida

Digestão seca

Descontínua

Semi-contínua

Contínua

monofásica

Bifásico

trifásico

psicrofilico

mesofilico

termofílico

OPÇÕES

VARIÁVEIS

Fonte: (Adaptado de Handreichung Biogasgewinnung und Nutzung, 2004)

Bioreator de mistura com agitador e demais tecnologias

Telhado inflável

Saída

Soprador de biogás de apoio

Isolamento

Tubulação de aquecimento

Coluna central

Nível de enchimento

Lona impermeávelGasômetro

Agitador com hélice

Plataforma

Motorredutor

Características de biorreatores com agitador

Observações Descritivo

Dimensionamento e material

• Estes biorreatores tem dimensões para capacidades de até 6.000 m³;• Biorreatores normalmente fabricados em aço ou em concreto;

Aplicações • Biorreator utilizado para quase todos os tipos de substrato com baixo ou médio teor de matéria seca;

• Equipamentos de transporte e agitação devem ser adaptados ao substrato;

• Possibilidade de recirculação em caso de digestão única de biomassa dedicada

• Biorreatores adequados para alimentação continuo, semicontínuo e descontinuo.

Vantagens • Biorreatores com arquitetura de baixo custo quanto volumes superiores a 300 m³;

• Permite operação variável entre regime de fluxo continua ou regime combinado de fluxo continuo e armazenamento;

• Conforme o tipo dos equipamentos, sua manutenção pode ser realizada sem exigir o esvaziamento do reator;

Desvantagens • Não é possível afirmar com certeza o TRH;• Possibilidade de formação de sobrenadante e de sedimentos.

Características de biorreatores com agitador

Observações Descritivo

Formas

construtivas

• Os reservatórios são cilíndricos enterrados verticalmente ou acima do solo;

• Os equipamentos de agitação devem ter potencia elevada, pode-se utilizar

recirculação através da injeção de biogás´;

• Agitadores com motor submergível no interior do biorreator, agitador axial em

tubo vertical, recirculação hidráulica com bombas externas, recirculação por

injeção de biogás em tubo guia vertical.

Fonte: (Adaptado de SCHULZe EDER, 2006)

Biogas & Biogasanlagen

Como funciona uma planta de biogás?

(3) Os recursos renováveis como milho, beterraba ou grama servem como alimento para

animais, como vacas e porcos, bem como para os microrganismos na unidade de biogás.

(1) Os insumos orgânicos, como restos alimentícios,

gorduras ou lodo podem ser alimentados na unidade de

biogás como substrato.

(2) estrumes também são alimentados na unidade de

biogás.


(4) Mas sulfureto de hidrogénio agressivo também está contido no biogás. Um fermentador de aço inoxidável tem a vantagem

evidente que ele resiste aos ataques do sulfureto de hidrogénio e é utilizável durante décadas. Além disso, um fermentador de

aço inoxidável oferece a oportunidade de operação da unidade de biogás também na gama de temperaturas thermophile (até

56 °C).

(4) No fermentador, aquecida para aprox. 38-40 °C, o substrato

é decomposto pelos microrganismos sob exclusão de luz e

oxigénio. O produto final deste processo de fermentação é debiogás com metano como o ingrediente principal.


(6) Os resíduos pode ser utilizada como fertilizante de alta qualidade. A vantagem: biofertilizante tem uma

viscosidade mais baixa e, por conseguinte, penetra no chão mais rapidamente. Além disso, o resíduo de

fermentação, muitas vezes tem um valor mais elevado de fertilizantes e é menos intensa aos sentidos

olfativos.

5) Uma vez que o substrato tenha sido fermentado, que é

transportado para os resíduos de fermentação termina

tanque de armazenamento e pode ser recuperada a partir daí

para posterior utilização.


(11) O calor gerado pode ser utilizado para aquecer a construção ou para secar madeira ou produtos de

colheita.

(12) Processamento de biogás fornecimento de

(13) Gas à rede nacional ou estações de abastecimento de gás

(7) secando-o, posteriormente, pode usá-lo como fertilizante seco.

(8) O biogás gerado é armazenado no teto do tanque e de lá

(9) é queimado na planta de calor e energia combinados (CHP)

para gerar eletricidade e calor.

(10) A energia elétrica é alimentada diretamente na rede elétrica.

Outras tecnologias clássicas...

Biodigestor indiano

H - é a altura do nível do substrato;

Di - é o diâmetro interno do biodigestor;

Dg - é o diâmetro do gasômetro;

Ds - é o diâmetro interno da parede superior;

h1 - é a altura ociosa (reservatório do biogás);

h2 - é a altura útil do gasômetro.

a - é a altura da caixa de entrada.

e - é a altura de entrada do cano com o afluente

Fonte: (DEGANUTTI, Roberto, PALHACI, 2002)


Biodigestor chinês

D - é o diâmetro do corpo cilíndrico;

H - é a altura do corpo cilíndrico;

Hg - é a altura da calota do gasômetro;

hf - é a altura da calota do fundo;

Of - é o centro da calota esférica do fundo;

Og - é o centro da calota esférica do gasômetro;

he - é a altura da caixa de entrada; De - é o diâmetro da caixa

de entrada; hs - é a altura da caixa de saída; Ds - é o diâmetro

da caixa de saída; A - é o afundamento do gasômetro;



Biodigestor batelada

Di é o diâmetro interno do biodigestor;

Ds é o diâmetro interno da parede superior;

Dg é o diâmetro do gasômetro

H é a altura do nível do substrato;

h1 é a altura ociosa do gasômetro;

h2 é a altura útil do gasômetro; h3 é a altura útil para

deslocamento do gasômetro; b é a altura da parede do

biodigestor acima do nível do substrato; c é a altura do

gasômetro acima da parede do biodigestor.


Biodigestor Sertanejo

(I)

(II)

(III)

(V)(IV)

(VI)

(I) Tanque de alimentação; (II) Biodigestor; (III) Gasômetro; (IV) Adaptador de ajuste

de pressão; (V) filtro primário de água; (VI) Tanque de saída.

Biodigestor Marinha

Biodigestor marinha

Biodigestor sertanejo Monteiro

15 cm

60 cm

2.60

m

2.40

m

4.4

5

m

2.2 m

15 cm

50 c

m

25 cm

2.40

m

20 c

m

1.5 m

50 c

m

25 c

m1.65

m

1.2 m

1.14

m

2.7

m

1.14

m

1.2 m

2 m1.5 m

80

cm

Biodigestor sertanejo Monteiro

Planta de biogás Monteiro

(I)

(II)

(III)

(1) (2)

(1)

(2)(IV)

(I.a)

(I.b)

(I.c)

(II.b)

(II.a)

(II.c) (II.d)

(II.e)

(IV.a) (IV.b)

(I) Biodigestor; (II) Unidade de tratamento, distribuição do biogás e conversão de

eletricidade; (III) Painel fotovoltaico e (IV) equipamentos de cogeração de energia


(III)

(II)

(IV) (II)(V)

Elétrica Gás

(VI)

(I)

(I) Painel elétrico e hidráulico; (II)

Motor/Compressor; (III) Vaso de pressão;

(IV) Pressostato; (V) Manômetro; (VI)

Regulador Distribuidor.

(II)

Gás

(I) (II)

(I) Filtro de água; (II) Filtro de com

palha de aço; (III) Condensador.

(III)


(II)

Gás

(II) (III)

(IV)

(I)

(I) Painel Solar; (III Regulador de Carga; (III) Inversor; (IV) Baterias


(I)

(II)

(III)

(1) (2)

(1)

(2)(IV)

(I.a)

(I.b)

(I.c)

(II.b)

(II.a)

(II.c) (II.d)

(II.e)

(IV.a) (IV.b)

(I) Biodigestor; (II) Unidade de tratamento, distribuição do biogás e conversão de

eletricidade; (III) Painel fotovoltaico e (IV) equipamentos de cogeração de energia

Quais as etapas para geração do biogás?

2

2

Materiais orgânicos complexos

Carboidratos

Proteínas

Lipídios

Açúcares simples

AGV

Aminoácidos

NH3

Ac. Lático

Ac. Butírico

Ac. Valérico

Ac. Propiônico

H2+CO2

LCFA

AC.

ACÉTICO

H2+CO2 CH4 CO2

1

1

1

2

2

2

2

22

23

3

33

4 4 4

I II III

IV

Referências

• DEGANUTTI, Roberto, PALHACI, Maria do Carmo Jampaulo Plácido, ROSSI, Marco et al.

Biodigestores rurais: modelo indiano, chinês e batelada. In Procedings of the 4th Encontro de

Energia no Meio Rural, 2002.

• SILVA, A. E. M. C.; CAVALCANTI, M. T.; ALMEIDA, R. R.; SILVA, J. N. Projeto de

unidade rural de geração e distribuição de biogás. In: Giovanni Seabra. (Org.). Educação

Ambiental & Biogeografia. IIed. Ituiutaba-MG: Barlavento, v. Vol. 2, p. 1663-1673, 2016.

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