avaliação do potencial do emprego do biogás nos

AVALIAÇÃO DO POTENCIAL DO EMPREGO DO
BIOGÁS NOS EQUIPAMENTOS UTILIZADOS EM
SISTEMAS DE PRODUÇÃO DE LEITE
PAULO CESAR HARDOIM e ADRIANO DICESAR M. A.GONÇALVES
DEP. DE ENGENHARIA , UNIVERSIDADE FEDERAL DE LAVRAS
CEP. 37.200-000 Lavras-MG tel: (35) 8291485 fax: (35) 8291482
RESUMO
d'água. A demanda total de biogás do grupo gerador
para funcionar estes equipamentos foi estimada em
A tecnologia da biodigestão anaeróbia tem
sido comprovada como uma das mais eficiente no
85,3m3 de biogás, o que pode ser suprido com folga
pelo biodigestor.
tratamento dos dejetos de bovinos, contudo, o
emprego do biogás como fonte de energia para o
funcionamento dos equipamentos ainda encontra
limitações de ordem tecnológica. O presente
PALAVRAS
CHAVES:
biodigestor
anaeróbio, metano, tratamento de
resíduos de bovinos.
trabalho avaliou o potencial do tratamento anaeróbio
ABSTRACT
dos resíduos de bovinos, destinados a produção de
leite, como fonte renovável de energia, dentro de um
conceito de desenvolvimento sustentável e de
The technology of the anaerobic digestion has been
racionalização da produção sem agressão ao Meio-
checked as one of the most efficient in the treatment
Ambiente. Também verificou que esta tecnologia
of the dejection of bovine, however, the employment
pode ser apropriada como estratégia de conservação
of the biogas as source of energy for the operation of
e uso eficiente da energia. O emprego da biodigestão
the equipment still finds limitations of technological
anaeróbia neste caso é possível e desejável, uma vez
order. The present work evaluated, the great
que contribui para preservação do Meio Ambiente,
potential of the treatment anaerobic of the residues
viabiliza os modernos sistemas de confinamento e
of bovine destined the production of milk as source
reduz o custo da produção. Em uma pecuária de leite
energy renewably , inside of a concept of
a quantidade dos resíduos produzidos, pode ser
maintainable
usada como recursos de suprimentos, tanto de
rationalization without aggression to the Middle -
energia como de fertilizante. Em um confinamento
Atmosphere. It also verified that
de 100 vacas, um biodigestor pode produzir um
adapted as conservation strategy and efficient energy
3
development
and
production
technology is
volume de 118 m de biogás. Volume este suficiente
use. The employment of the anaerobic digestion in
para funcionar um grupo gerador de 15kVA e este
the treatment of the dejection is possible and
atender com energia elétrica a demanda da
desirable, once it contributes to preservation of the
ordenhadeira, do resfriador de leite, do triturador, do
environment,
desintegrador, do misturador de ração e da bomba
confinement systems and it reduces the production
it
makes
possible
the
modern
1
cost. The residues of milk cows produced, can be
ao Meio Ambiente, quando os dejetos são mal
used as resources of supplies, so much of energy as
manejados. O emprego de tecnologia da digestão
of fertilizer. In a confinement of 100 cows, a
anaeróbia para o tratamento dos dejetos é possível e
biodigestor can produce a volume of 118 m3 of
desejável, uma vez que contribui para preservação
biogas. Volume this enough one to work a
do Meio Ambiente, viabiliza os modernos sistemas
generating group of 15kVA and this to assist with
de produção e otimiza a relação entre custo
electric energy the demand of the milk installation
benefício do empreendimento.
and bomb of water. The total demand of biogas can
Com o propósito de contribuir para a
working with these equipment is esteemed in
otimização desta tecnologia, o presente trabalho
85,3m3 of biogas, what can be supplied with rest by
estimou o potencial da utilização do biogás no
the biodigestor.
emprego dos equipamentos utilizados para à
produção de leite.
INTRODUÇÃO
REVISÃO DE LITERATURA
Os modernos sistemas de produção têm
como objetivo principal a produção racional sem
contaminação do Meio Ambiente. Para o pai da
HARDOIM (1999) [2] relata que, o
química moderna, Antoine Laurent Lavoisier, "na
adequado manejo do resíduo é um requisito básico
natureza, nada se cria, nada se perde e tudo se
ao
transforma". Hoje, o homem sabe que é necessário
agropecuário. De forma mais simplificada, o bovino
atuar sobre as transformações, sem transtorno ou
usado para a produção de leite, pode ser analisado
prejuízo à natureza e conseqüentemente a si próprio.
como uma máquina que processa o alimento
Quanto mais conhecimento o homem adquire, mais
convertendo apenas parte deste no produto leite, o
descobre a importância do uso racional dos recursos
restante é eliminado na forma de resíduo que possui
ambientais, para que estes sejam inesgotáveis e para
uma grande capacidade de poluição.
o seu próprio bem.
As
sucesso
de
qualquer
empreendimento
De uma forma cíclica, a poluição causada
modernas
produção
pelos resíduos pecuários, acaba provocando danos
agropecuária têm permitido um contínuo aumento na
ao próprio animal, ao homem que trabalha no
eficiência produtiva de alimentos e de insumos.
sistema produtivo e ao Meio Ambiente como um
Países
tecnologia
todo, uma vez que pode ser a causa de doenças nos
conseguem reduzir a área, o número de animais e a
animais e no homem ocasionando prejuízo ao
quantidade de trabalhadores necessários à produção
próprio empreendimento.
que
dispõem
técnicas
de
de
melhor
agrícola. Da mesma forma, o uso racional dos
Quando o bovino é explorado no regime
insumos e o correto manejo dos resíduos, permitem
extensivo (pastejo), as dejeções produzidas são
otimizar os sistemas produtivos de maneira a se
dispersas no solo e sofrem um processo completo de
obter convívio harmonioso entre o homem e o Meio
decomposição, sem maiores problemas de poluição.
Ambiente.
Isto ocorre devido à pequena concentração de
Em sistemas de produção de leite de bovino
animais por área de pastejo (GARCIA-VAQUERO,
VAN HORN (1994) observou que as vacas
1981) [3]. Contudo, à medida que o animal fica
eliminam nos dejetos 33% da energia ingerida nos
confinado, mesmo que em um curto espaço de
alimentos
tempo, para ordenha por exemplo, os dejetos
[1].
Esta
energia
junto
com
os
constituintes minerais podem ser fonte de poluição
2
produzidos ficam concentrados e necessitam ser
energéticas por renováveis até o ano 2000 e 50% até
tratados para evitar poluição.
o ano 2020. Onde mais uma vezos combustíveis
Devido ao crescimento da população
humana e em virtude da demanda sempre crescente
alternativos e renováveis vêm à tona, como uma das
soluções para o desenvolvimento auto – sustentado.
por alimentos, a cada dia que passa, os produtores de
Na 8 EUROPEAN CONFERENCE ON
leite vêm adotando, por meio de confinamento, os
BIOMASS FOR ENERGY,
“Sistemas Intensivos de Produção Animal”. Isto
AGRICULTURE
ocorre principalmente próximo aos grandes centros
realizada em Viena, tratou-se do evidente interesse
consumidores, onde a poluição ambiental é um fator
no uso da biomassa como suprimento energético.
de grande risco à sobrevivência do homem e dos
Destacando que a biomassa vegetal é uma forma de
animais (CAMPOS, 1998) [4].
energia e matéria prima renovável, onde a larga
AND
ENVIRONMENT,
INDUSTRY
(1994),
Um dos maiores problemas destes sistemas
escala de desenvolvimento, produção e uso podem
é a grande quantidade de resíduos produzidos
trazer grande contribuição na diversificação de
diariamente devido à elevada concentração de
recursos energéticos nas áreas rurais, com menor
animais. Estes resíduos constituem-se de dejetos, de
dependência dos combustíveis convencionais, na
material usado nas camas, de água com produtos
proteção ao ambiente e no desenvolvimento das
utilizados na limpeza, de restos de animais (pêlos e
atividades agrícolas SILVA (1998) [5].
células mortas) etc. Os dejetos, que se constituem a
Hoje, no Brasil, como não poderia ser
maior parte dos resíduos, contém a parte sólida, que
diferente, se faz necessário o adequado manejo dos
são as fezes, e a parte líquida que é a urina. O
resíduos,
destino final dos resíduos tem se constituído num
preservação ambiental. Isto se faz pelo aspecto
problema para criadores e especialistas, pois envolve
prático e racional, como também pelo aspecto legal,
aspectos técnicos, sanitários e econômicos.
uma vez que existem leis que regulamentam o
tendo
em
vista
a
necessidade
de
Nos últimos anos, o destino final dos
assunto, em nível federal, estadual e municipal. Em
resíduos urbanos, industriais e agrícolas e a poluição
nível federal, temos a Lei n 24.043, de 10 de junho
ambiental tornaram-se assunto de grande relevância
de 1934, conhecida como Código das Águas, e a Lei
mundial, chegando até mesmo, ser alvo de uma
n 9.605, de 12 de fevereiro de 1998, chamada de
grande conferência mundial promovida pela ONU,
Lei de Crimes Ambientais, que regulamenta as
chamada de II CONFERÊNCIA DAS NAÇÕES
atividades ligadas ao Meio Ambiente. Contudo, em
UNIDAS
cada região podem existir leis, de âmbito estadual e
PARA
O
MEIO
AMBIENTE
E
DESENVOLVIMENTO, no Rio de Janeiro, em
municipal,
1992.
relacionadas
Esta
conferência
reuniu
os
principais
estadistas do mundo para tratar dos problemas
que
à
estabeleçam
cada
situação,
particularidades
atendendo
aos
requisitos mínimos das leis federais.
causados pelo homem ao Meio Ambiente e propor
Com o objetivo de atender às exigências
normas de conduta a serem seguidas por todos os
práticas
habitantes do planeta, com a finalidade de reduzir a
desenvolvimento de tecnologia apropriada para o
agressão causada pelo homem à natureza, em todos
tratamento dos resíduos a cada caso, tornando mais
os níveis.
eficiente o tratamento e minimizando, deste modo, o
Também nesta conferência teve como
resultado um plano de ação denominado de Agenda
e
legais,
torna-se
necessário
o
impacto ambiental que estes podem provocar
(LOURES, 1998) [6].
21 (Plano de ação da Declaração do Rio-92), que
Portanto, um manejo adequado dos resíduos
estabelece a substituição de 20% das fontes
é uma necessidade sanitária, ecológica e econômica.
3
Sanitária porque os resíduos podem prejudicar a
hidrelétricos, e ao planejamento de curto prazo, de
saúde dos animais e do homem, tanto dentro como
custos internos e das atividade de construção e de
fora da propriedade. Ecológica, porque os resíduos,
operação, que hoje dominam nas análises financeira
ricos em matéria orgânica e nutrientes, causam
e econômica de novos empreendimento. Contudo, a
poluição e desequilíbrio no Meio Ambiente. E por
utilização das fontes renováveis é essencial para a
fim, econômica porque o tratamento dos resíduos
garantia do suprimento de energia e da constituição
envolve recursos de equipamentos, de material e de
de um ambiente equilibrado no futuro".
mão de obra, que oneram o sistema produtivo e
podem até mesmo inviabilizá-lo.
Portanto, em um sistema de produção de
leite adequadamente planejado, a quantidade dos
Um aspecto positivo dos sistemas pecuários
resíduos pode ser estimada e usada como recursos de
é que os resíduos orgânicos são insumos de
suprimentos,
produção agrícola, quando estabilizados e reciclados
biofertilizante.
adequadamente no solo, podendo estes incrementar a
inadequadamente planejado, o excesso de resíduos
produção. Isto porque, os resíduos constituem-se na
pode se constituir em um problema e torna-se
sua grande maioria, de dejetos que são componentes
desperdício que causa desequilíbrio ambiental. Em
orgânicos naturais do meio e portanto em última
tais circunstâncias, a sociedade tem que coibir este
instância, quando adequadamente tratados, podem
desequilíbrio e exigir que seja feito o processamento
contribuir para a melhoria da produção vegetal e por
adequado, até mesmo quando os custos deste
conseqüência da produção animal. Assim, embora
processamento excedem ao valor dos recursos
sejam chamados de resíduos com grande capacidade
recuperados.
de poluição, na verdade são de fato recursos a serem
Desta
tanto
de
Porém,
forma,
o
energia
como
de
quando
este
é
melhor
sistema
de
reciclados no ecossistema natural (VAN HORN et
tratamento do resíduo pecuário deve ser projetado
al., 1994) [1].
para minimizar o impacto ao Meio Ambiente e
O
desenvolvimento
da
tecnologia
de
maximizar a recuperação dos recursos energéticos e
utilização da digestão anaeróbia é um dos mais
fertilizantes que estes contêm, com o objetivo de
promissores no campo da biotecnologia, uma vez
aproveitá-los no aumento da produtividade.
que é fundamental para promover, com grande
eficiência, a degradação de resíduos orgânicos, que
são gerados em grandes quantidades nas modernas
MATERIAL E MÉTODOS
atividades rurais e industriais. À medida que, os
sistemas de produção animal se intensificam e se
modernizam,
se
intensificam,
também,
as
necessidades energéticas e de tratamento dos
resíduos (LUCAS JÚNIOR, 1987) [7].
Este
trabalho
foi
desenvolvido
no
Departamento de Engenharia da Universidade
Federal de Lavras.
Foi determinado o volume de dejetos
RESENDE et al. (1998) [8] afirmam que
produzidos por 100 vacas confinadas a partir de
"as dificuldades para um rápido crescimento do
dados coletados no experimento conduzido por
emprego da energia renovável passam pelo tempo
CAMPOS (1998) [4] em um Sistema Intensivo de
requerido para a maturação da tecnologia, produção
Produção de Leite do Centro de Pesquisa de Gado de
industrial,
Leite da EMBRAPA de Juiz de Fora- MG.
treinamento
e
aceitação
pública.
Contudo, as maiores dificuldades são a falta de
Com estes dados foi possível estimar o
recursos , muitas vezes destinados, ainda, a sistemas
potencial de produção de metano dos dejetos,
baseados
quando tratado por um biodigestor do tipo indiano,
em
combustíveis
fósseis,
nucleares
4
empregando a equação de estimativa produção de
metano (1) desenvolvida por HARDOIM (1999) [2].
^
MET = -1,5277 +0,0726COV +0,0966TEMP
+ 0,0812AGIT +0,0043TEMPCOV
- 0,0242AGITCOV -0,0015TEMP2
- 0,0117COV2 ......................................... (1)
Ordenhadeira
3,0
Resfriador de 6,0
leite
Triturador
10,0
Misturador de
2,5
Ração
Desintegrador
7,5
(n)
0,6
0,7
(kW)
3,680
6,308
(h)
5,0
5,0
0,75
0,6
9,813
3,066
3,0
0,5
0,7
7,885
8 às 10
13 às 15
1,0
Bomba
de 2,0
0,55
2,676
lavagem
Bomba d'água 2,0
0,6
2,453
1,0
(*) Relatório "Análises das instalações elétricas em
uma empresa rural (produção de leite tipo "B")
realizado por SOUZA et al. (1998) [9]
em que,
^
MET = estimativa da produção volumétrica de
metano do biodigestor, m3/m.d,
COV = carga orgânica volumétrica em relação a ST,
kg/m3.d,
O consumo diário de energia foi calculado
TEMP = temperatura do biodigestor, C,
em 117,58 kWh que eqüivale em termos de consumo
AGIT = emprego da agitação (com = 1, sem = 0).
biogás para um grupo gerador de 15kVA em 85,3 m3
de biogás. O que significa uma folga de 32,7 m3 de
Usou-se para estimativa da quantidade
produzida de metano o tempo de retenção hidráulica
biogás como margem de segurança e possível
utilização em outros equipamentos.
de 24 dias o que corresponde ao valor de 3,125
kg/m3.d
de
carga
orgânica
volumétrica,
a
CONCLUSÃO
temperatura média de 25ºC e sem agitação. O valor
encontrado de 0,398 m3 de metano/m3 de biodigestor
O presente trabalho concluiu que em um
/d. foi multiplicado por 193 m3, que corresponde ao
confinamento de 100 vacas, o emprego de um
volume de um biodigestor necessário para o
biodigestor anaeróbio para o tratamento dos dejetos
tratamento dos dejetos de 100 vacas confinadas no
das vacas pode tratar os dejetos evitando problemas
sistema caracterizado por CAMPOS (1998) [4],
ambientais e pode também produzir um volume de
obteve-se o volume de 76,8m3 de metano que
118 m3 de biogás. Volume este suficiente para
eqüivale a 118 m3 de biogás para a concentração de
funcionar um grupo gerador de 15kVA e este
65% de metano no biogás.
atender
com
energia
elétrica
a
todos
os
Para estimativa da demanda de energia
equipamentos utilizados no sistema produtivo. Ou
elétrica, utilizou-se um relatório "Análises das
seja, a ordenhadeira, o resfriador de leite, o
instalações
rural
triturador, o desintegrador, o misturador de ração e
(produção de leite tipo "B") realizado por SOUZA et
as bombas d'água para lavagem e recalque. A
al. (1998) [9] que contém o levantamento de uma
demanda de biogás do grupo gerador para funcionar
propriedade rural de 100 vacas e que possui um
estes equipamentos foi estimada em 85,3m3 de
transformador de energia de 15kVA com os
biogás, o que pode ser suprido com folga pelo
equipamentos de potência e rendimento constante na
biodigestor.
elétricas
em
uma
empresa
Tabela (1).
Este trabalho apenas se restringiu em
analisar o potencial energético do biogás, oriundo do
Tabela 1 - Relação dos equipamentos utilizados no
sistema de produção de leite.
Pot RendiPot.
Reg. de
Equipamento
(CV) mento Elétrica operação
tratamento
anaeróbio
dos
dejetos
de
vacas
destinadas à produção de leite, e avaliar o
requerimento energético de todos os equipamentos
5
necessários para o funcionamento do sistema
produtivo.
Acredita-se que problemas existirão na
implantação deste sistema. Contudo, cabe à pesquisa
[6] LOURES, E.G. Manejo de dejetos de suínos. In:
III
Encontro
nacional
de
técnicos,
pesquisadores e educadores de construções
rurais. XXVII Congresso Brasileiro de
Engenharia Agrícola. Lavras: UFLA. anexo.
1998.
o desenvolvimento do aproveitamento energético
contido nos dejetos e a adequação dos equipamentos
para o aproveitamento do metano como fonte
renovável de energia, dentro de um conceito de
desenvolvimento sustentável e de racionalização da
[7] LUCAS JÚNIOR, J. et al. O esterco de suínos
como substrato de biodigestor contínuo:
observações quanto ao início da operação. In:
XVI Congresso Brasileiro de Engenharia
Agrícola, Jundiaí: SBEA, p.658, 1987.
Resumos.
produção sem agressão ao Meio- Ambiente.
Também verificou-se que esta tecnologia
pode ser apropriada como estratégia de conservação
e uso eficiente da energia. O emprego da biodigestão
anaeróbia no tratamento dos dejetos é possível e
desejável, uma vez que contribui para preservação
do Meio Ambiente, viabiliza os modernos sistemas
de confinamento e reduz o custo da produção.
[8] RESENDE, A.P.S. et al. A energia renovável e o
meio ambiente. In: Energia, Automação e
Instrumentação. XXVIII Congresso Brasileiro
de Engenharia Agrícola. Lavras: UFLA.
Anexo. p 16, 1998.
[9] SOUZA, A. et al. Análise das instalações
elétricas em uma empresa rural (produção de
leite "B"). Trabalho da disciplina Eletrificação
Rural. Departamento de Engenharia da UFLA.
Lavras: UFLA. 10p, 1998.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
[1] VAN HORN, H.H., WILKIE, A C., POWERS,
W.J., NORDSTEDT, R.A. Components of
dairy manure management systems. Journal
Dairy Science, v.77(7) p.2008-30, 1994.
[2] HARDOIM, P.C. Efeito da temperatura de
operação e da agitação mecânica na eficiência
da biodigestão anaeróbia de dejetos de bovinos.
Jaboticabal, S.P. 88p, 1999. (Tese apresentada
para obtenção do título de Doutor em
Zootecina, Área de Concentração Produção
Animal, FCAV, UNESP, Jaboticabal, SP).
[3] GARCIA-VAQUERO, E. Projeto e construção
de alojamento para animais. 2ed. Lisboa:
Litexa-Portugual, 237p. 1981.
[4] CAMPOS, A T. Manejo de dejetos de bovinos.
In: III Encontro nacional de técnicos,
pesquisadores e educadores de construções
rurais. XXVII CONBEA. Lavras: UFLA.
p.233-79, 1998.
[5] SILVA, F.M. Utilização do biogás como
combustível. In: Energia, Automação e
Instrumentação. XXVIII Congresso Brasileiro
de Engenharia Agrícola. Lavras: UFLA.
Anexo. p 97, 1998.
6