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Fazenda autossuficiente

Digestão anaeróbica acelerada trata resíduos agropecuários e proporciona produção de energia renovável

Aurélio Souza* e Eurípedes Alves**

A Digestão Anaeróbia (DA), que é a digestão de resíduos orgânicos na ausência de oxigênio (biodigestão), pode ser utilizada para tratamento de resíduos com alta demanda química de oxigênio (DQO). Os benefícios recaem sobre o tratamento e a disposição correta desses materiais orgânicos e redução de custos operacionais, com geração de energia térmica e/ou elétrica, biofertilizante, vapor e outros produtos com valor agregado.

O tratamento dos resíduos agropecuários via DA, somado à produção de energia elétrica ou térmica, é de fundamental importância para o pecuarista que deseja reduzir custos operacionais e dar o destino correto aos resíduos agropecuários, aumentando a competitividade e a sustentabilidade do negócio.

Esta última passa pelo aproveitamento dos resíduos orgânicos nas suas diversas etapas da produção, seja na fase de criação, tratando o esterco; ou na de terminação, com aproveitamento do efluente dos açougues e frigoríficos. A DA torna a gestão dos resíduos um processo lucrativo e redutor de despesas, e não um gerador de custos, como é normalmente visto pelo pecuarista.

Quando devidamente implementada, ela permite atender os requisitos para se produzir com bem-estar animal, o que potencializa a produtividade no sistema de cria, recria e terminação, podendo atingir índices médios de 250 arrobas por ha/ano (peso morto), com uma média de 15 animais por ha/ano.

Há empresas de consultoria que podem oferecer projetos e opções de material com baixo custo e processos que permitam ao produtor implantar currais com sistema de coleta de resíduos, obtendo todos os benefícios citados.

Para Aurélio Andrade, biodigestor soluciona problema dos resíduos e torna a propriedade sustentável

A tecnologia

O biogás é um dos frutos da DA, sendo produzido na presença de bactérias específicas que atuam na decomposição de material orgânico. Sistemas mais produtivos podem gerar entre 220-250 m³ de biogás por tonelada de resíduo orgânico "digerido". A principal aplicação do biogás é a geração de energia. Este processo consiste em, por exemplo, utilizar o gás como combustível em motores específicos associados a grupos geradores elétricos.

A composição final do biogás depende do material orgânico utilizado e do tipo de tratamento anaeróbio adotado. Em linhas gerais, ele é uma mistura gasosa composta, principalmente, por metano (CH4), cerca de 50% a 82% do volume total; dióxido de carbono (CO2) - 25% a 38% - e nitrogênio (N2) - 0 a 7% do volume -, dentre outros gases.

Outro subproduto da DA é o biofertilizante. Excelente adubo líquido, rico em nitrogênio e húmus e ótimo para fins agrícolas, sendo composto por nitrogênio (1,4% a 1,8%), fosfato (1,1% a 2,0%) e óxido de potássio (0,8% a 1,2%). No processo de formação do biofertilizante, a matéria orgânica, após digerida, adquire um aumento de nitrogênio e de outros nutrientes e perda de carbono sob a forma de CH4 e CO2. A redução do fator C/N (carbono/nitrogênio) traz benefícios para a massa orgânica quando o produto final é utilizado em lavouras.

Existem digestores que operam com tempo de retenção hidráulica (TDH) de até 30 dias. Normalmente, são digestores com menor produtividade e que podem apresentar uma série de falhas e dificuldades operacionais, além da limitação para digerir resíduos com alto teor de gordura e sólidos, tal qual encontrado nos frigoríficos.

Em geral, biodigestores de baixa eficiência - a maioria no Brasil - propiciam a formação de crostas que inibem a produção de biogás. Esta crosta é o resultado da ineficiência na oxidação, fazendo com que o material entre em fermentação e putrefação.

Na última década, más instalações e baixa qualidade de materiais, contribuíram para o baixo desempenho dos biodigestores instalados em centenas de projetos de crédito de carbono no Brasil, comprometendo a credibilidade da tecnologia.

Quando o produtor rural escolher digestores, é recomendável que busque o diferencial tecnológico, que reduz tempo de retenção dos resíduos de 30 dias para apenas cinco dias e produz mais biogás por metro cúbico de matéria orgânica processada, além de resolver definitivamente a questão do resíduo.

Digestores bem dimensionados criam condições para que as reações químicas ocorram de forma eficiente, permitindo que a hidrólise, as fases acetogênica e metanogênica da digestão ocorram satisfatoriamente. Um bom biodigestor, cria as condições ideais para as bactérias produzirem mais biogás por metro cúbico de matéria orgânica digerida.

Tecnologia Flexível

Efluentes com alto teor de óleo e gordura apresentam maior desafio para DA, mas podem ser processados e devidamente tratados, sem necessidade de separação de sólidos, adotando biodigestores de duplo estágio. Com este sistema, tratam-se os resíduos de curtume e frigorífico, incluindo a fração ruminal sólida.

A DA com sistema acelerado também vem sendo utilizada no tratamento do mosto de "vinhaça mista", efluente de unidade produtora de açúcar e etanol. Pode gerar até 10 m³ de biogás (com teor de 72% a 78% de metano) para cada 1.000 litros de vinhaça processada (carga orgânica de 35.000 mg/l de DQO). É possível atingir esta produtividade sem a utilização de aditivos de controle de pH e alcalinidade, ou seja, é uma potencial geradora de energia para usinas de etanol.

No sentido de ampliar o desempenho global dos sistemas de DA, é possível adicionar outras etapas na fase pós-digestão, tal como a desnitrificação dos efluentes. No processo de desnitrificação adota-se reatores Anemmox de biodisco rotativo, principalmente para efluentes com alto teor de nitrogênio e fósforo. Alternativamente, utiliza-se macrófitas aquáticas (aguapé, por exemplo) com grande potencial para produção de biomassa sólida, aumentando a produção de biogás. Ambas vias tecnológicas permitem enquadrar a propriedade às normas da CETESB, órgão ambiental do Governo do Estado de São Paulo.

Apesar da grande aplicabilidade, e casos de sucesso, poucos projetos estão utilizando aguapé para produzir biogás, que pode gerar até 180 m³ de biogás/tonelada de biomassa processada. O aguapé é uma planta que dobra seu volume a cada oito dias e é basicamente composto por matéria seca (MS), proteína e carboidrato. Para atividades de confinamento, e que não possuam área de capineira para aplicar o biofertilizante, pode se utilizar lagoas forradas e o aguapé pós-digestor como forma de tratamento do chorume e geração adicional de biogás.

Grupo gerador movido a biogás pode gerar a energia que a fazenda precisa

Adicionalmente à desnitrificação do efluente, existe outro processo que permite aumentar a concentração de metano no biogás. Isto é feito via limpeza do biogás, num processo chamado de Dessulfurização Biológica. Neste processo, o gás sulfídrico (H2S) é dissociado e o CO2 é vaporizado em água.

Um das formas de dessulfurização é fazer o biogás fluir por filtros em carretéis, que podem "limpar" o biogás e elevar teor de CH4 de 50% para acima de 90%, gerando mais energia por metro cúbico de biogás consumido, e atendendo aos padrões de biometano da ANP.

O consumo tradicional de energia para se limpar 250 m³/h de biogás bruto é de 180 kWh, adotando o processo conhecido por PSA, na sigla em inglês (Pressure Swing Adsorption). Contudo, existe tecnologia que consome somente 32 kWh (1/6 do tradicional) para realizar o mesmo processo, produzindo biometano com teor de CH4 acima de 86%. Este volume de biogás poderia gerar até 500kWh contínuos em grupo-gerador específico.

Soluções para o pecuarista

Imaginemos que o desejo do criador seja construir um sistema de produção que permita coletar e tratar os resíduos, tornando o processo produtivo sustentável e com benefícios econômicos. Para este objetivo, o sistema de biodigestão deve ser completo, incluindo a adaptação do curral para coleta mais eficiente do resíduo e a construção do biodigestor deve ser projetada de forma que possa processar todo resíduo gerado; e, se for gerar energia elétrica, faz-se necessário construir infraestrutura para utilização do biogás em grupos geradores.

A estrutura ideal compreende um sistema de cocho coberto com tela ou outro material, calçado de concreto ou PVC acoplado de alta resistência, que possui menor custo de investimento e de manutenção que o concreto. Já existem disponíveis no mercado estruturas e materiais com garantias de dez anos.

Estas estruturas geram conforto térmico aos animais e apresentam quebra de insolação de até 80%, melhorando a conversão alimentar, aumentando a precocidade para o abate, atendendo ao fator de acabamento de carcaça e marmoreio, além de reduzir o espaço exigido por animal (de 12m² para 6m²), de acordo com exigências do órgão regulador. Neste ambiente, os animais ganham duas arrobas por mês.

Investimento

O investimento em DA é variável. Contudo, para exemplificar custos médios numa criação de 1.500 cabeças, é preciso uma área de 9.000 m² de revestimento total de piso e estrutura de sombreamento. Neste porte, a estimativa de investimento para implantação, incluindo o sistema de biodigestão, é da ordem de R$ 125,00 por m² (material), podendo subir para R$ 180,00 em menor escala, e o custo da mão de obra técnica é de R$ 25,00 m² (projeto e implantação). Fica a cargo do pecuarista os custos de terraplanagem e a contratação de terceiros.

Existem biodigestores pequenos que atendem produtores de leite ou confinamento de um único animal, que são capazes de produzir biogás equivalente a 21 kg de GLP por mês, o suficiente para utilização de uma família de cinco pessoas; e biodigestores grandes, que processam o resíduo de dezenas de milhares de cabeças, gerando biogás e energia suficientes para fábricas de ração, agroindústrias, frigoríficos, etc. O porte e o uso final dos subprodutos definirão o valor final de investimento na DA.

A tecnologia oferece ganhos de escala e quanto maior o número de animais (mais resíduos), menor é o tempo de retorno do investimento (payback), podendo acontecer entre seis meses e dois anos da operação. O custo operacional médio é o equivalente a 10% dos benefícios econômicos gerados ao pecuarista.

Por fim, a DA é compatível com os principais financiamentos disponíveis no mercado, tal como o Programa de Agricultura de Baixo Carbono (ABC) do Banco do Brasil. A tecnologia reduz emissões de carbono, apresenta custos operacionais baixos e gera produtos com valor agregado. Empresas idôneas podem oferecer implantação, operação e manutenção de sistemas de biodigestão com garantias estendidas.

*Aurélio Souza é engenheiro mecânico, consultor internacional, especialista em energia renovável e diretor da Usinazul - [email protected] **Eurípedes Alves é especialista em implantação de projetos de Biodigestão para tratamento de resíduos na Terra Bioenergia - [email protected]