As formas de uso do biogás são muitas, como se verá. O biogás é oriundo da decomposição da matéria orgânica sendo formado principalmente por metano (CH4) e gás carbônico (CO2). Em concentrações menores são encontrados vapor de água, sulfeto de hidrogênio (H2S), nitrogênio (N2), oxigênio (O2) e hidrogênio (H2).
Quem ou o que determina a melhor forma de utilizar o biogás? Se você tivesse que responder essa pergunta a um cliente, o que diria?
O biogás é produzido comercialmente em usinas de biogás (biodigestores). Projetos de biodigestores aumentam cada vez mais no mundo inteiro e constituem boa alternativa aos combustíveis fósseis. Além disso, o biogás também pode ser aproveitado comercialmente em aterros sanitários. A eficiência em sua produção é bem menor quando comparada com o biodigestor. Contudo, como precisam tratar o gás gerado, a utilização comercial é uma boa saída para compensar os custos com equipamentos.
- Veja um exemplo prático de uso de biogás no BioEnergie Park Güstrow na Alemanha
Quais são as formas de uso do biogás?
As formas de uso do biogás dependem, entre outras coisas, da concentração dos gases que o compõem. Por meio da combustão o metano é utilizado para a geração de energia. Isto faz com que seja o componente do biogás que possui o maior valor agregado. Dessa forma, quanto maior a concentração de metano, maior o valor agregado do biogás. Quando a concentração de metano passa de 95%, o biogás passa então a ser chamado de biometano.
O biogás é um conjunto de gases que possui poucas possibilidades de uso em sua forma natural. Para que realmente possa ser aproveitado é necessário separá-lo em seus componentes. Cada componente separado poderá então ser utilizado para diferentes fins.
Como aumentar o poder calorífico do biogás
Parte da energia gerada com a combustão do metano é absorvida pela água que se transforma em vapor. Mesmo o vapor absorve uma certa quantidade de energia alcançando estados termodinâmicos de superaquecimento. A presença de umidade no biogás funciona então como uma espécie de “ladrão” de energia térmica. A retirada de umidade aumenta o poder calorífico do biogás. Isso permite seu uso em motores de acionamento direto, cogeração de energia (turbinas e motores) além de combustão em caldeira.
Além de metano e gás carbônico, o processo de biodigestão anaeróbia gera também sulfeto de hidrogênio e outros gases secundários. Ao contrário dos gases secundários, entretanto, o sulfeto de hidrogênio pode causar diversos problemas em todo o sistema.
O uso contínuo de biogás como combustível nestes equipamentos pode ser prejudicado pela presença de sulfeto de hidrogênio. A oxidação de sulfeto de hidrogênio em motores de combustão gera gás de dióxido de enxofre que é altamente corrosivo. A combustão de dióxido de enxofre causa uma rápida acidificação dos óleos de motor. Isso provoca um aumento no desgaste e até danos nos rolamentos. A consequência final é a parada total de produção de energia em biodigestores. Além disso, o sulfeto de hidrogênio causa em motores de combustão a inativação de catalisadores de oxidação. O enxofre contido no gás reage com os catalisadores e dificulta a oxidação do metano. (KRONOS, 2010)
Substâncias tóxicas presentes no biogás
O sulfeto de hidrogênio (H2S) é extremamente tóxico e caso seja inspirado em certas quantidades, causa sufocamento interno. A exposição prolongada ao ar com concentrações de apenas 350 ppm de H2S pode ser mortal para seres humanos.
O sulfeto de hidrogênio presente no biogás possui concentrações que variam de 20 a 20.000 ppm (mg/m³). Substratos formados de cultivos de plantas energéticas costumam gerar pequenas quantidades. Substratos a partir de dejetos animais, resíduos orgânicos urbanos, restos de alimentação e esgoto doméstico geram normalmente grandes quantidades.
Não é preciso dizer a importância de ter conhecimentos específicos sobre biogás. É isso que se espera de um consultor. E você pode tornar-se um especialista em biogás.
A partir de concentrações de 50 mg/l o H2S é tóxico e inibe a ação das bactérias metanogênicas. A redução de enxofre é para alguns microrganismos termodinamicamente mais interessante que para as Archeas produtoras de metano. A redução de atividade metanogênica acontece a partir de uma concentração de 2% de sulfeto de hidrogênio no substrato.
Cuidados ao usar biogás como combustível em motores
Para que possa ser utilizado como combustível, o sulfeto de hidrogênio precisa ser retirado do biogás. A longo prazo em sistemas de cogeração e motores de acionamento direto sua concentração deve ser no máximo de 200 ppm.
Concentrações acima de 200 ppm são prejudiciais a motores de combustão. Alguns fabricantes de motores anunciam tolerância de até 500 ppm de sulfeto de hidrogênio. Porém, concentrações a partir de 300 ppm exigem troca de óleo constante e aumenta o custo operacional do sistema.
Como funciona a geração de energia em motores de cogeração?
Como acontece a geração de energia dentro dos motores de cogeração? Quais são os cuidados necessários? Como deve funcionar um motor e quais são os critérios de qualidade da tecnologia? Essas e outras perguntas são respondidas na vídeo aula abaixo que você pode ter por apenas $ 5 durante uma semana.
O uso de biogás como gás natural
O biogás pode ser utilizado em redes de gás natural como combustível veicular. Também na forma de Gás Natural Veicular (GNV), na forma de Gás Natural Comprimido (GNC) ou Gás Natural Liquefeito (GNL).
Para isso é necessário retirar do biogás, além da umidade e do sulfeto de hidrogênio, também o dióxido de carbono. Este processo é conhecido como purificação do biogás que passa então a ter o nome de biometano. Para ser chamado de biometano, o biogás precisa ter pelo menos 95% de metano. A qualidade do biometano é medida então pela concentração do metano no biogás.
É possível utilizar o gás carbônico?
O gás carbônico possui ampla utilização na indústria de refrigerantes ou regulando o pH das águas de aquários. Também pode ser usado em extintores de incêndio ou como anestésico em animais que vão para o abate.
Biogás como fonte de hidrogênio
No último estágio de aproveitamento do biogás, o metano pode passar por um processo de reforma para gerar hidrogênio. Assim como o gás carbônico, o hidrogênio pode ser utilizado para diferentes fins. O hidrogênio é considerado por muitos como o combustível do futuro. Sua combustão resulta somente em energia e água. Hidrogênio como combustível é uma tendência por ser boa alternativa aos combustíveis com altos índices de enxofre e aromáticos.
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Exemplo real de um projeto
Um bom exemplo em que este conhecimento foi aplicado é o projeto de bioenergia do BioEnergie Park Güstrow na Alemanha. Sua produção corresponde acerca de 5.000 metros cúbicos de biogás que entram na rede de gás natural a cada hora. O projeto supre a demanda térmica de mais de 50.000 casas com energia ecologicamente neutra e descentralizada.
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Fonte:
MACHADO, Gleysson B. Geração e Aproveitamento Energético do Biogás. Projeto PROBIOGAS, 2016
