A geração de energia com biogás tem emergido como uma solução altamente competitiva e promissora no cenário das fontes renováveis de energia. O biogás é produzido através do processo de biodigestão anaeróbica, que utiliza resíduos orgânicos, como restos de alimentos, estercos, efluentes industriais e agrícolas, para a produção de uma mistura de gases rica em metano. Essa fonte limpa de energia é cada vez mais valorizada pela sua contribuição tanto para a sustentabilidade ambiental quanto para o desenvolvimento socioeconômico.

Uma das principais características que torna o biogás altamente competitivo é sua versatilidade de uso. Ele pode ser empregado na geração de eletricidade e calor, substituindo combustíveis fósseis tradicionais, reduzindo a dependência de fontes não renováveis e diminuindo significativamente as emissões de gases de efeito estufa. Além disso, o biogás pode ser purificado e transformado em biometano, uma forma de gás com qualidade similar à do gás natural, utilizado em veículos movidos a gás e como combustível para diversas aplicações industriais. Outro fator-chave é a disponibilidade constante de matéria-prima para a produção de biogás, proveniente de resíduos orgânicos, que são abundantes e frequentemente subutilizados em aterros sanitários ou sistemas de tratamento de efluentes. A adoção de sistemas de biodigestão em larga escala possibilita o tratamento adequado desses resíduos, ao mesmo tempo em que gera energia de forma eficiente e sustentável.

Além dos aspectos ambientais e econômicos, a geração de energia com biogás também promove o desenvolvimento de comunidades rurais, fornecendo uma fonte adicional de renda para agricultores e produtores de resíduos orgânicos, além de impulsionar a criação de empregos na indústria de energia renovável. Neste contexto, o biogás emerge como uma solução energética altamente competitiva, capaz de atender às crescentes demandas por energia limpa, promovendo a transição para uma economia mais sustentável e resiliente. Este artigo explorará os diversos aspectos que tornam o biogás uma alternativa atraente para impulsionar a diversificação da matriz energética e enfrentar os desafios ambientais do século XXI.

Que tipo de tecnologias possibilitam a geração de energia com biogás? 

Biogás é uma fonte de energia renovável produzida pela fermentação de biomassa, como resíduos agrícolas, esterco e resíduos de alimentos. Na Alemanha, a maior parte do biogás produzido é convertida em eletricidade diretamente no local de origem. A geração de energia a partir do biogás ocorre através da cogeração de calor e energia (CHP), onde são produzidos simultaneamente eletricidade e calor. No processo de CHP, um conjunto acionado por biogás alimenta um gerador que produz energia elétrica. Para acionar o gerador, podem ser usados motores a combustão, bem como outros tipos de motores e turbinas a gás. Em teoria, a geração de eletricidade por meio de células de combustível também é possível.

Além da geração local de eletricidade a partir de biogás bruto, o biometano do sistema de gás natural também é usado em sistemas CHP para geração combinada de eletricidade e calor. Pequenas usinas de cogeração (CHP) com capacidade de 1 a 50 kW estão disponíveis para uso em residências unifamiliares, prédios residenciais maiores, hotéis e empresas, e estão se tornando cada vez mais populares. Esses CHPs de biogás normalmente operam com biometano, com foco principal na produção de calor.

A grande maioria das instalações de geração local de eletricidade utiliza blocos de aquecimento combinado (BHKW) para a produção de eletricidade. Os BHKWs consistem em um motor de combustão interna e um gerador. Existem várias variedades de motores e métodos de combustão disponíveis para a geração de eletricidade a partir de biogás. Em particular, os motores a gás Otto e motores de ignição por centelha são usados. Motores a gás Otto especialmente projetados para operação a gás, semelhantes aos motores de quatro tempos de automóveis, são capazes de queimar biogás com uma concentração de metano de 45% ou mais.

Os motores a gás Otto normalmente são usados em classes de potência mais altas (acima de 250 kW el), mas também estão disponíveis a partir de 30 kW el e são usados, por exemplo, em pequenas unidades de esterco com menos de 100 kW el. Motores a gás Otto agora são predominantemente usados na área de biogás. Motores de ignição por centelha são usados principalmente em faixas de potência mais baixas, até 340 kW el, e funcionam de acordo com o princípio do diesel.

Como o biogás não se inflama por compressão, é injetado um óleo de ignição para iniciar o processo de combustão. Motores de ignição por centelha otimizados já operam com apenas 2% de óleo de ignição, enquanto sistemas mais antigos requerem até 10%. De acordo com as regulamentações do EEG (Erneuerbare Energien Gesetz) , desde 2007, não é mais permitido o uso de óleo de ignição de origem fóssil em novas instalações.

O biogás oferece uma série de vantagens para o meio ambiente e a economia. Ele contribui para a redução das emissões de gases de efeito estufa, substituindo combustíveis fósseis, e pode melhorar a qualidade do solo quando usado como fertilizante. Também oferece uma maneira de reciclar resíduos que, de outra forma, seriam enviados para aterros sanitários.

No geral, o uso do biogás para geração de eletricidade é uma tecnologia promissora que pode acelerar a transição para um sistema de energia mais sustentável.

Que tipo de energias são geradas? 

Biogás é um gás combustível produzido através da fermentação de biomassa de qualquer tipo. É gerado em instalações de biogás, onde tanto resíduos quanto matérias-primas renováveis são fermentados. O gás pode ser utilizado para a geração de energia térmica e elétrica.

Quando o biogás é queimado em uma usina de cogeração (BHKW), ele pode ser usado para gerar eletricidade e calor para motores, microturbinas e células de combustível. A geração de eletricidade ocorre através da queima do biogás em um motor ou turbina, que aciona um gerador. O calor resultante pode ser aproveitado para aquecimento de edifícios ou para fornecer calor em processos industriais. Além disso, existe uma demanda gigantesca por energia térmica em Indústria siderúrgica, Indústria de papel e celulose, Indústria de alimentos, Indústria química, Indústria têxtil, Indústria de cimento, Indústria de vidro, Indústria de cerâmica, Indústria de plásticos, Indústria de refino de petróleo.

O biogás também pode ser purificado e transformado em biometano. Esse gás purificado pode ser injetado na rede de gás natural e usado em qualquer lugar. Pode ser usado em usinas de gás para geração de eletricidade ou em caldeiras para a condensação para produção de calor.

Os benefícios do biogás são evidentes: é uma fonte de energia renovável que contribui para a redução das emissões de gases de efeito estufa. Pode melhorar a qualidade do solo quando utilizado como fertilizante e oferece uma oportunidade de reciclagem de resíduos que, de outra forma, acabariam em aterros sanitários. No geral, a utilização de biogás para a geração de eletricidade e calor é uma tecnologia promissora que pode acelerar a transição para uma fonte de energia mais sustentável.

Como funciona a geração de energia elétrica com biogás? 

A geração de energia elétrica com biogás é um processo que envolve diversas etapas. Primeiramente, o biogás é produzido através da decomposição anaeróbica de matéria orgânica em um fermentador, que é um ambiente controlado onde bactérias atuam na degradação dos resíduos. O biogás resultante é composto principalmente por gás carbônico e metano, sendo este último o componente combustível.

Em seguida, o biogás é direcionado para um motor gerador especialmente projetado para utilizar o metano como combustível. O metano sofre combustão no motor, gerando energia mecânica que é convertida em eletricidade pelo gerador. Essa eletricidade pode ser usada para alimentar a rede elétrica ou para abastecer diretamente as necessidades elétricas de uma indústria, comunidade ou propriedade.

Durante a combustão do metano no motor, também é gerada energia térmica residual em forma de calor. Essa energia térmica pode ser aproveitada para diversas aplicações, como aquecimento de água, processos industriais ou aquecimento de edifícios.

O controle da quantidade de metano utilizado para gerar energia elétrica é essencial para otimizar o desempenho e eficiência do sistema. É possível dimensionar um projeto de geração de energia com biogás de forma a utilizar uma parte do biogás gerado diretamente no motor gerador e outra parte para a produção de biometano, que é um gás purificado e de qualidade similar ao gás natural. Essa abordagem permite flexibilidade e adaptabilidade ao projeto, de acordo com as necessidades específicas de cada caso.

Além disso, é possível combinar a geração de energia térmica, elétrica, biometano, calor e vapor em diferentes proporções, de acordo com a demanda atual do projeto e as necessidades de energia da instalação. Essa versatilidade torna o sistema de geração de energia com biogás uma solução atraente para atender às demandas energéticas de forma sustentável e eficiente.

Como armazenar a energia gerada com biogás?

O armazenamento da energia gerada com biogás é uma etapa crucial para garantir um fornecimento contínuo e estável de energia, especialmente porque a produção de biogás pode variar ao longo do tempo. Existem diferentes métodos de armazenamento para o biogás e o biometano, cada um adequado para diferentes situações.

• Gasômetro: Um gasômetro é um reservatório flexível que pode armazenar biogás em forma de gás. Ele pode se expandir e contrair conforme a quantidade de biogás produzida e a demanda por energia. O gasômetro é comumente usado em sistemas de pequena escala, como em propriedades rurais e fazendas.
• Tanques e reservatórios: O biogás também pode ser armazenado em tanques e reservatórios rígidos, feitos de materiais como aço ou concreto. Esses tanques têm capacidades maiores e são frequentemente utilizados em usinas de biogás de maior porte, onde a produção é significativa.
• Compressão do biogás: Para a produção de biometano, o biogás é purificado e comprimido, reduzindo seu volume e aumentando sua densidade energética. O biometano é então armazenado em tanques de alta pressão, semelhantes aos usados para armazenar gás natural, tornando-o adequado para injeção na rede de gás natural ou uso como combustível veicular.

A necessidade de armazenar o biogás ou biometano surge em diferentes momentos:

• Quando a produção de biogás excede a demanda imediata de energia, o armazenamento é importante para evitar desperdício e permitir o uso posterior quando a demanda for maior.
• Em sistemas de geração de energia distribuída, onde o biogás é produzido em diferentes locais e precisa ser transportado para o ponto de consumo, o armazenamento é útil para permitir a sincronização entre a produção e o consumo.
• Em projetos que utilizam biogás como combustível veicular, o armazenamento é essencial para garantir o abastecimento contínuo dos veículos, pois a demanda pode variar ao longo do dia.

Além disso, o armazenamento do biogás pode ser usado para fornecer energia durante períodos de baixa produção, como durante a noite ou quando a matéria orgânica disponível para a digestão é limitada.

O armazenamento adequado do biogás e do biometano é fundamental para garantir um fornecimento constante e confiável de energia, bem como para maximizar a eficiência e a viabilidade dos sistemas de geração de energia com biogás. 

Como gerenciar a geração de energia com biogás para ter o maior lucro? 

A geração de energia com biogás oferece uma flexibilidade única que a diferencia de outras formas de geração de energia. O armazenamento do biogás, seja na forma gasosa ou na forma de biometano, é uma vantagem significativa, pois dispensa a necessidade de investir em baterias caras e que requerem manutenção constante.

Essa característica permite aos projetos com usinas de biogás serem configurados de forma a maximizar o lucro de maneira excepcional. A possibilidade de armazenar o biogás e utilizar o mesmo para geração de energia nos momentos mais vantajosos, quando a demanda é alta ou os preços da energia estão elevados, permite aproveitar os melhores momentos para a comercialização da energia gerada.

Além disso, o biogás pode ser utilizado de diversas maneiras, como na geração de energia elétrica, calor, vapor ou mesmo como biometano para uso veicular ou injeção na rede de gás natural. Essa versatilidade proporciona oportunidades adicionais de receita e uma maior flexibilidade na operação do projeto.

Energia Renovável a partir de Resíduos: A logística reversa de resíduos orgânicos direciona-os para usinas de biogás, transformando-os em energia limpa. Este processo não só reduz o desperdício em aterros, mas também gera eletricidade renovável, contribuindo para um futuro mais sustentável.

Para maximizar o lucro na geração de energia com biogás, é essencial otimizar o gerenciamento do sistema. Algumas estratégias eficazes incluem:

• Monitoramento e controle: Um sistema de monitoramento em tempo real permite acompanhar a produção de biogás, a geração de energia e o consumo. Isso ajuda a identificar ineficiências e possibilita ajustes para otimizar a operação.
• Programação da produção: É possível planejar a alimentação de matéria orgânica no fermentador para garantir uma produção constante de biogás ao longo do dia. Isso permite evitar picos e quedas acentuadas de produção e ajustar a geração conforme a demanda.
• Armazenamento estratégico: Como mencionado anteriormente, armazenar o biogás ou o biometano é fundamental para garantir a disponibilidade de energia quando a demanda é alta ou quando os preços da eletricidade são mais elevados. Dessa forma, é possível vender a energia nos momentos mais vantajosos, obtendo maior lucro.
• Integração com a rede elétrica: Ao conectar o sistema de geração de biogás à rede elétrica, é possível vender o excedente de energia produzido nos momentos de alta produção e comprar energia nos horários em que a produção é menor. Essa integração permite otimizar a utilização do biogás e garantir um fluxo de receita mais estável.
• Produção de biometano: Investir na purificação e compressão do biogás para produzir biometano permite diversificar as fontes de receita. O biometano pode ser injetado na rede de gás natural ou usado como combustível veicular, abrindo novas oportunidades de mercado.
• Aproveitamento do calor residual: Utilizar o calor gerado durante a combustão do biogás para fins industriais ou de aquecimento local contribui para a eficiência do sistema e reduz custos operacionais.
• Manutenção preventiva: Uma boa gestão de manutenção garante que o sistema funcione de forma confiável e eficiente, evitando paradas não planejadas e aumentando a vida útil dos equipamentos.

Ao adotar essas estratégias e considerar as particularidades do mercado local de energia, é possível gerenciar a geração de energia com biogás de maneira eficiente e lucrativa, garantindo a sustentabilidade do projeto a longo prazo.

Como o modelo de negócio de geração de energia com biogás pode dar mais segurança que outros?

O modelo de negócio de geração de energia com biogás pode oferecer mais segurança do que outros devido à sua flexibilidade e diversificação de produtos. Ao contrário de certos modelos de geração de energia que estão focados exclusivamente em um único produto, como eletricidade, o biogás permite uma variedade de usos, incluindo geração de energia elétrica, térmica e produção de biometano.

Essa diversificação reduz o risco associado a flutuações nos preços de energia e demanda do mercado. Se um cliente de energia elétrica deixar de comprar, é possível direcionar o biogás para a geração de energia térmica ou produção de biometano, que podem ser comercializados em diferentes mercados ou setores. Essa capacidade de mudar rapidamente o foco de produtos sem grandes investimentos na planta de biogás aumenta a segurança do modelo de negócio.

Além disso, a possibilidade de buscar novos clientes ou ajustar o uso do biogás conforme a demanda do mercado proporciona uma maior estabilidade ao negócio. Se há um aumento na procura por biometano, por exemplo, a planta de biogás pode rapidamente adaptar-se e direcionar parte da produção para atender essa demanda crescente, garantindo uma receita contínua e lucrativa.

Essa flexibilidade também permite que o negócio se adapte a mudanças nas políticas públicas e regulações energéticas. Por exemplo, se houver incentivos fiscais para a produção de biometano ou demanda crescente por energia térmica em determinada região, o modelo de negócio pode rapidamente ajustar-se para aproveitar essas oportunidades.

Assim, a geração de energia com biogás oferece mais segurança por sua capacidade de diversificar produtos e mercados, adaptar-se a mudanças na demanda e regulamentações, e direcionar a produção para diferentes usos com poucos ou nenhum investimento adicional na planta de biogás. Essa flexibilidade faz com que o modelo de negócio seja mais resistente a volatilidades do mercado e às incertezas do setor energético, tornando-o uma opção atrativa para investidores e empreendedores.

Precisa de ajuda para montar seu projeto de biogás? 

Os projetos de biogás são uma excelente alternativa para a produção de energia renovável a partir da decomposição de matéria orgânica, como resíduos agrícolas, estercos, resíduos sólidos urbanos, efluentes industriais e outros materiais biodegradáveis.

A Virapuru Engenharia e Sustentabilidade possui vasta experiência em projetos de biogás e está preparada para auxiliá-lo em todas as etapas do processo:

• Estudo de Viabilidade: Realizamos análises técnicas e econômicas para avaliar a viabilidade do projeto, considerando a disponibilidade de matéria-prima, demanda energética e potencial de comercialização do biogás.
• Escolha de Tecnologia: Identificamos a tecnologia mais adequada para o tipo de resíduo disponível e o porte do projeto, como biodigestores, lagoas anaeróbias ou reatores anaeróbios de alta taxa.
• Projeto e Dimensionamento: Desenvolvemos o projeto detalhado do sistema de produção de biogás, dimensionando os equipamentos e definindo os parâmetros operacionais.
• Licenciamento Ambiental: Auxiliamos na obtenção das licenças e autorizações necessárias para a instalação e operação do projeto de biogás, assegurando a conformidade com as normas ambientais.
• Treinamento e Capacitação: Oferecemos treinamento para a equipe responsável pela operação do sistema de biogás, garantindo sua correta utilização e manutenção.

Se você precisa de ajuda para montar seu projeto de biogás, entre em contato conosco pelo site virapuru.com ou pelo e-mail comercial@virapuru.com. Estamos comprometidos em desenvolver soluções sustentáveis e eficientes, contribuindo para a preservação do meio ambiente e a geração de energia limpa.