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ESTUDO COM BASE EM ANÁLISE QUANTITATIVA E QUALITATIVA DE DEJETOS E REJEITO DA SUINO CULTURA E AVICULTURA
SOLUÇÕES E RESULTADOS

1.      Introdução
O processo técnico para a geração de energia a partir dos dejetos da suínocultura pode ser realizada de uma forma clara e simples. Isto é válido, tanto para a massa/estrume firme, água drenada; como para os produtos agrários adicionais, como por exemplo: o milho de silagem, palha, grãos ou outros produtos ou subprodutos agrícolas (biomassa).
A mistura de efluentes líquidos da pecuária ou esterco com restos da produção agrária, industrial, agroindústria ou resíduos orgânicos urbanos pré-tratados especialmente para a biodigestão é denominado de cofermentação.
A cofermentação atende ao objetivo de retornar de forma ecológica e responsável os resíduos orgânicos da agropecuária (inclusive com os nutrientes neles contidos), fechando o ciclo agrário e aproveitando ao mesmo tempo o potencial energético neles contido.
Em princípio, é possível o tratamento de restos agrícolas e outros juntamente com os dejetos da pecuária, mas a cofermentação requer um sistema com reatores controlados que denominamos aqui como “Biodigestores de Alto Rendimento”.
O gráfico do documento no link “Da Agropecuária para a Cogeração de Energia” mostra a produção de biogás para diferentes substratos e dá uma idéia do potencial energético de sistemas de cofermentação.

Foi considerado nessa análise, a matéria orgânica disponível em uma Unidade de Produção de Leitões - UPL e de um INCUBATÓRIO.

2.      Características e descrição do projeto
Com base no balanço de massa dos dejetos da UPL e dos rejeitos do Incubatório, estão disponibilizados para tratamento 48.200 t/a (quarenta e oito mil e duzentas toneladas por ano) de resíduos orgânicos gerados nas instalações.

Dados da matéria orgânica que irá compor a unidade de tratamento

  • UPL - Unidade de Produção de Leitões, dejetos líquidos:

 

A estimativa de geração de dejetos líquidos é de 127 m³/dia com teor de matéria orgânica de 4%.
       
Admitindo produção de 365 dias - resulta em:
46.000 t/ano, com TS= 4% de substância seca, respectivamente 96% de umidade.

 

2-    Incubatório

A biomassa do incubatório é composta de casca de ovos, pintainhos não viáveis e ovos não eclodidos.

Análise apresentada:

Matéria orgânica:     469,07 g/Kg
Umidade:                  31,05 %
pH:                             7,00
Nitrogênio total:        11,34 g/Kg
Carbono total:           272,72 g/Kg
Fósforo:                     2,89 g/Kg
Potássio:                   2,00 g/Kg

O total de biomassa disponível para processamento em 365 dias

2.200 t/a, com TS (substância seca) = 69,0%

A massa total a ser processada é portanto de 48.200 t/a com um total de sólidos (em % da massa úmida) de 7,0% TS.

Uma unidade para processamento deste volume de biomassa é constituída dos seguintes elementos e nas respectivas dimensões:

  • Existem determinadas potências de grupo geradores no mercado, de forma que não podemos optar por qualquer potência. Por exemplo, algumas potências disponíveis:

 

- 250kW
- 347 kW             R$   800.000 + transporte + impostos
- 526 kW            R$1.100.000 + transporte + impostos

Isto significa que o produto de entrada deve ser adaptado à grandeza do grupo gerador disponível, caso se queira explorar a geração otimizada de energia em relação aos custos de investimento. Deve-se atentar também ao fato, que a diferença de preço das unidade com diferente potência não é significativa. Outro critério é o volume dos vasos (biodigestores), isto é, 2x1800 m³ com a biomassa disponível, resultam em 347 kW de potência. A questão é qual o interesse da pretendente. O interesse está em ter uma determinada quantidade de substrato digerida ou um ganho de energia otimizado e uma utilização otimizada do grupo gerador. Visto que o sistema de gás, que inclui o grupo gerador consome praticamente ¼  do investimento.

  • A área necessária para a unidade é de cerca 5000 m²

 

  • Armazenagem do composto em piso de asfalto coberto próximo da unidade
  • Aos dejetos líquidos são bombeados a partir de um reservatório previsto para este fim.  Os resíduos do Incubatório deverão ser fracionados e bombeados para um misturador. No projeto esta indicado uma fase de higienização. Aqui se deverá verificar se as normas ou procedimentos exigem que os rejeitos do Incubatório devam passar por este processo pra que seja viabilizado o emprego do biofertilizante na lavoura.

 

  • Caso se opte por agregar biomassa de matéria sólida, esta ocorre através da técnica de alimentação de produtos sólidos por exemplo alimentador tipo “comilão”, máquina de fuso alimentador ou outros (não inclusos nesta análise). A alimentação é feita diariamente com uma “pá carregadeira”. O abastecimento da unidade ocorre automaticamente.
  • A fermentação ocorre paralelamente em dois biodigestores (preferencialmente de concreto de aprox. 1800m³). A mistura é feita através de um dispositivo horizontal de pás agitadoras.

 

  • Os produtos digeridos do biodigestor são bombeados para um separador sólido-líquido e lá são drenados.
  • A separação sólido-líquido, não inclusa nesta análise, será instalada na casa de máquinas, juntamente com as unidades de bombeamento e comando/controle da unidade, em uma construção em alvenaria em dois níveis ou containers.

 

  • Os sólidos são expelidos e depositados, por exemplo, na área de silagem (piso de asfalto). A matéria sólida (composto) será destinada para horticultura ou jardinagem ou também na agricultura como biofertilizante.
  • A fase líquida (biofertilizante de baixa carga) do separador sólido-líquido é bombeada para uma lagoa de contenção e de lá distribuída na lavoura. Parte desse concentrado é reaproveitado e reconduzido para a dissolução do material na entrada do Biodigestor (no caso pouco provável, visto a grande quantidade de efluentes da UPL com carga orgânica baixa).

 

  • O BIOGAS produzido passa por uma dessulfuração biológica e está prevista neste projeto.
  • O bloco termo-elétrico produz a partir do BIOGAS gerado, energia elétrica e térmica. A expectativa com base nas quantidades de matéria seca de entrada, é que se poderá instalar um grupo gerador de com potência elétrica de 347kW. O sistema fornece aproximadamente a mesma quantidade de energia térmica.

 

  • Um comando central interligado aos componentes da unidade, permite um controle a distância (mesmo de nossa base em Munique).
  • A Unidade funciona 24 h por dia 8322horas por ano, gerando continuamente energia elétrica e térmica ao sistema e consumidores internos ou externos.

 

3.      Concepção e resultados do Projeto
Para um biodigestor, nestas condições, faz-se necessário um volume de 1.800 m³, com HRT= 23 dias (tempo de retenção hidráulica no biodigestor) e produz uma quantidade de

1.253.867 Nm³/a de BIOGÁS.

Esta quantidade de biogás, 143 Nm³/h com conteúdo de 59% de CH4 (metano), tem uma capacidade térmica de 7.371.102kWh/ano,

A unidade comporta desta forma um grupo gerador termo elétrico com potência de

    346 kW elétrico com geração de        2.879.412 kWh de energia elétrica por ano
373 kW térmicos com geração de      3.106.922 kWh/a de energia térmica,

com operação prevista de 24 horas por dia e 8322 h/a

Produção de composto (biofertilizante) 5.062 t/a com TS= 30%.

Consumo próprio de energia da Unidade

O consumo da Unidade depende fortemente da concepção, do beneficiamento dos subprodutos e das condições e composição dos resíduos de entrada.
Instala-se uma unidade com todos os requisitos, desde os produtos de entrada como o tratamento dos subprodutos de saída, deve-se contar com um consumo próprio mais alto. Deste detalhamento depende o resultado líquido da geração de energia.
Consequentemente pode-se admitir instalações com um consumo próprio de energia elétrica de 8 a 10%, no caso de Unidades da Agropecuária,

Portanto, admitindo-se a pior hipótese, ou seja, o mais alto consumo próprio da Unidade, algo em torno de 10%, disponibiliza-se para consumo externo da Unidade (ou venda) fora do âmbito da unidade de pelo menos

                                               2,6 milhões de kWh de energia elétrica.

O mesmo vale para o consumo próprio de energia térmica, que é fortemente dependente das condições climáticas locais. Aqui acreditamos em um consumo não superior a 20%, já que a manutenção de 37°C das condições de fermentação dos biodigestores, em um ambiente de poucas perdas térmicas para uma temperatura ambiental raras vezes abaixo de 20°C, nos parece razoável. Se junta a este fato, ainda, a possibilidade de recuperação da energia de escape do motor, que deve cobrir esta demanda, para o caso de se introduzir a hieginização dos rejeitos do Incubatório, assim, pode-se admitir uma disponibilidade térmica para geração de frio da ordem de

                                               2,5 milhões de kWh de energia térmica

Caso não se tenha uma utilidade para a energia térmica, existe a possibilidade de se gerar frio ou combinado para as diferentes épocas do ano, seja para o acondicionamento ambiental dos leitões, como para as dependências da administração do complexo.
No balanço ainda não está considerado a geração de frio, a partir de recuperação de energia pelo calor do escape do motor do sistema de geração da energia elétrica. Neste contexto, ainda seria de se considerar o uso parcial ou total do biogás para a refrigeração a temperaturas mais baixas, possivelmente não teríamos benefício maior pelo sistema de absorção que, via de regra, não apresenta melhores resultados com relação a custo e benefício, com relação ao sistema de compressão pela via elétrica.

A geração de frio ou refrigeração, pode se mostrar problemático, do ponto de vista de custo e benefício, caso não se garantir um uso continuado ao longo do ano. Acredito, todavia, que haja uma demanda suficiente para justificar a instalação de um sistema pelo menos para o aproveitamento do calor de rejeito. Geração de frio a partir de energia térmica é relativamente cara e, portanto, requer um projeto bem elaborado para explorar da melhor maneira a questão de custo e benefício.

Dos 2.500.000 kWh/a de energia térmica, 300 kW de potência, podem-se gerar com sistemas de absorção LiBr, aproximadamente 210 kW de frio para temperaturas entre 12°C até 6°C. Já para temperaturas de -10°C (abaixo de 0°C) seriam necessárias máquinas de absorção de amônia (NH3) que operam com uma temperatura de 140 a 150°C, em ciclos térmicos, sendo que, neste caso, teríamos que empregar a queima de metano ou a recuperação do calor de escape do motor para atingir estas temperaturas.
O ideal, a primeira vista, nos parece racional gerar frio até +6°C com o calor de rejeito empregando máquinas de absorção de LiBr e temperaturas a -10°C ou menores com máquinas compressivas de NH3, mais baratas que as de absorção e para o qual ainda teríamos que fazer um estudo criterioso para análise de custo e benefício.

Temperaturas entre 12°C e 6°C são suficientes para a climatização de dependências da administração, escritórios, etc.. Para refrigeração de depósitos de gêneros alimentícios teríamos então que utilizar outros sistemas.
Dados para esta decisão ainda deverão ser apurados.

 

4.         INVESTIMENTO E RETORNO

Os custos para a Unidade aqui descrita sucintamente, se situa em torno de

R$4.330.000,00 (quatro milhões trezentos e trinta e três mil reais),

 com informações detalhadas do local, logística de fornecimento e consumo de insumos e energia, disponibilidade de substrato, entre outros e o firme manifesto de realização do empreendimento se poderá elaborar um projeto discriminado e com custo detalhado.
Nesta análise foram considerados a engenharia industrial, equipamentos operacionais e de controle da unidade, vasos de concreto externos (biodigestores sem reservatório de depósito do produto final), bloco gerador termo-elétrico, com engenharia, começo da exploração e com todos os custos tradicionais de uma construtora, como por exemplo, seguro, risco e financiamento). Os custos para obras externas e prédio de apoio técnico não estão incluídos neste orçamento.

Este valor engloba todo equipamento importado, inclusive transporte, montagem, operação inicial (colocação em serviço) e circuito hidráulico interno, sensoriamento, bombas, etc. Nesta consideração não estão incluídos os custos de impostos de importação dos equipamentos.

Dentro do item construção civil se incluem: a construção do biodigestor com isolamento, estrutura de sustentação, cobertura com impermeabilização e reservatório para armazenagem de água de processo, escadas e acessos.

Sistema de refrigeração utilizando o calor de rejeito, potência instalada de aproximadamente 210 kW deve custar algo em torno de:

R$ 400 mil (quinhentos mil reais).

Considerando-se um custo de R$ 1700,00 a 2000,00 por kW instalado
Dependendo, naturalmente, da potência instalada e dos níveis de refrigeração (os valores citados são meramente para fins de avaliação).

Aqui devemos trabalhar com uma margem de erro em torno de + ou -10 a 15%, visto que os preços nacionais ainda devem ser pesquisados e confirmados, inclusive no que tange a tributação.

O total de investimento nestas condições deve ficar em torno de R$ 4,33 milhões.

 

4.      Previsão de receitas

  • O certificado de crédito de carbono deve render para 8 a 10 anos (1ª fase do acordo de KIOTO) de 15 a 20% do investimento quando negociado na bolsa, ou seja, algo em torno de

 

R$ 650 mil ou mais dependendo das fontes interessadas.

  • Geração de energia

 

2.600.000 kWh/a de energia elétrica, com um custo médio de consumo de R$0,22 por kWh (tarifa média), geraríamos uma economia de

                          R$570 mil/a

Caso se opte por agregar mais biomassa, aumentando desta forma a performance do sistema para 526 kW, o retorno alcançara valores acima de oitocentos mil reais por ano e toda a performance da Unidade seria muito melhor.

2.500.000 kWh/a de energia térmica, considerando-se uma eficiência de 70% do sistema de absorção, se consume algo em torno de 600.000 kWh/a de energia elétrica para gerar a mesma quantidade de frio, o que resulta num custo ou economia de aproximadamente

                                 R$130 mil/a

  • Produção de composto (biofertilizante)     

5.000 t/a a um preço de mercado, admitindo-se o mesmo da cama de aviário, custo médio de R$55,00/t, mesmo desvalorizado, daria uma receita de

R$ 275 mil/a

 

Assim sendo, teríamos uma receita/economia anual associadas ao projeto, da ordem de

                                               R$ 1,00 milhão/a

Considerando-se o certificado de crédito de carbono, algo em torno de R$ 650 mil como receita nos três primeiros anos, a recuperação financeira seria de aproximadamente

                                               R$ 3,50 milhões em três anos .

Praticamente 70% do investimento do empreendimento considerando o custo financeiro.

 

5.         CUSTO OPERACIONAL

A unidade pode ser operada com uma dedicação diária de 3 horas.

A manutenção anual pode acarretar um custo de 1-2% do custo da unidade.

Todavia, o custo de manutenção para o bloco gerador termo-elétrico deve ser considerado separadamente (contrato de manutenção integral com o fabricante do sistema é de cerca 1,5 a 1,6 Cent/kWh).

O consumo próprio da unidade é entorno de 8 -10% da energia elétrica gerada e o consumo de energia térmica da Unidade, que naturalmente é fortemente dependente das condições climáticas locais, é de 20 à 30% do total gerado são oriundos do próprio sistema.
O custo total (operacional, manutenção e peças de reposição) deve se equiparar ao custo de investimento (amortização), tratamento e destino final dos efluentes e rejeitos do sistema.

 

 

Tratado de QUIOTO e o Mercado de Créditos de Carbono

Critérios importantes a considerar fora aos das emissões:

  • Transferência de know-how
  • Reflexos sociais do projeto
  • Rentabilidade do projeto
  • Outros

 

Mecanismos imprescindíveis em projetos ao MDL / CDM a que se deve atentar:

Elegibilidade

  • Promover o desenvolvimento sustentável com transferência de tecnologia e kow-how
  • Demonstrar benefícios mensuráveis e de longo prazo

Que apresentem demanda adicional em relação aos projetos usuais

  • O projeto deve ser economicamente menos atrativo que outros alternativos
  • O projeto não teria ocorrido sem o incentivo financeiro do MDL
  • Existência de barreiras reais para implementação do projeto

Processos de obtenção de Créditos de carbono exigem acompanhamento em várias instâncias nacionais e internacionais, como conseqüência onerosos, cuja demanda pressupõe projetos de porte capaz de lhes dar suporte.

 

 

Projeto Frigorífico Da Agropecuária para a Cogeração de Energia
 
   
   
   
   
   
 
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