Conselho Editorial Profa. Dra. Andrea Domingues Prof. Dr. Antônio Carlos Giuliani Prof. Dr. Antonio Cesar Galhardi Profa. Dra. Benedita Cássia Sant’anna Prof. Dr. Carlos Bauer Profa. Dra. Cristianne Famer Rocha Prof. Dr. Eraldo Leme Batista Prof. Dr. Fábio Régio Bento Prof. Dr. José Ricardo Caetano Costa
Prof. Dr. Luiz Fernando Gomes Profa. Dra. Magali Rosa de Sant’Anna Prof. Dr. Marco Morel Profa. Dra. Milena Fernandes Oliveira Prof. Dr. Ricardo André Ferreira Martins Prof. Dr. Romualdo Dias Prof. Dr. Sérgio Nunes de Jesus Profa. Dra. Thelma Lessa Prof. Dr. Victor Hugo Veppo Burgardt
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So11 Soares, Fabio Rubens Impacto Ambiental de Tecnologias de Tratamento e Aproveitamento Energético de Resíduos Sólidos Urbanos/Fabio Rubens Soares. Jundiaí, Paco Editorial: 2016. 268 p. Inclui bibliografia. ISBN: 978-85-462-0592-9 1. Resíduos sólidos urbanos 2. Energia 3. Biogás 4. Gestão de resíduos. I. Soares, Fabio Rubens. CDD: 333.7 Índices para catálogo sistemático: Recursos naturais e Energia Reservas, utilização, abuso, administração e controle, desenvolvimento, conservação e proteção Meio ambiente IMPRESSO NO BRASIL PRINTED IN BRAZIL Foi Feito Depósito Legal
Av. Carlos Salles Block, 658 Ed. Altos do Anhangabaú, 2º Andar, Sala 21 Anhangabaú - Jundiaí-SP - 13208-100 11 4521-6315 | 2449-0740 contato@editorialpaco.com.br
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Dedico este livro aos meus netos LuĂsa e Pedro para que lhes sirva de exemplo de amor aos estudos.
Agradecimentos A Deus que me concedeu a vida e me proporcionou as condições para executar este estudo. Ao Professor Doutor Gilberto Martins pela dedicação e paciência durante todo o tempo em que me orientou na pesquisa que originou esta obra. À Professora Doutora Emilia Satoshi Miyamaru Seo por sua sempre atenciosa revisão e por seus comentários para que eu pudesse aprimorar este livro. À Professora Sanny S. da Rosa pela revisão, adaptação e correção das imperfeições. Ao Corpo Docente da UFABC e Procam-USP que me ajudou a lapidar meus conhecimentos e as bases para que eu pudesse concretizar meu sonho. À UFABC e ao Senac, onde sempre obtive todo apoio e colaboração. Ao Professor Federico Trigoso que me incentivou durante os momentos mais difíceis com seus conselhos que me proporcionaram a persistência e coragem para concluir este projeto. Ao colega Alex Nogueira da Escola Politécnica da USP que gentilmente me concedeu várias horas de dedicação à revisão de meus cálculos e orientação à metodologia utilizada. Ao colega Professor Doutor Giovano Candiani pela sempre pronta atenção em fornecer dados do CTR-Caieiras. Aos colegas do Senac que sempre me incentivaram na continuidade dos estudos; Aos meus pais, razão de minha existência e o contínuo estímulo aos estudos; Aos meus filhos, genro e nora pelo apoio e compreensão por minha ausência para concretizar este estudo. Aos meus netos, a quem dedico este livro e o deixo como incentivo e exemplo de amor aos estudos e busca do conhecimento; E à minha eterna esposa e companheira Lucia Helena, que compartilha comigo todos os momentos de minha vida.
“Que os vossos esforços desafiem as impossibilidades, lembrai-vos de que as grandes coisas do homem foram conquistadas do que parecia impossível.” (Charlie Chaplin)
Sumário Prefácio – 11 Introdução – 13 Capítulo 1. Resíduos sólidos urbanos (RSU) – 23 1. Definições – 23 2. Gestão de resíduos sólidos no Brasil – 25
Capítulo 2. Tecnologias de aterros e reaproveitamento energético dos resíduos sólidos urbanos – 27 1. Aterros sanitários – 27 2. Coleta de chorume – 29 3. Produção de biogás em aterros sanitários – 33
Capítulo 3. Reaproveitamento energético dos resíduos sólidos urbanos – 39 1. Tecnologias da digestão anaeróbia acelerada – 47 2. O processo de incineração – 57
Capítulo 4. Avaliação de ciclo de vida e resíduos sólidos urbanos – 67 1. Histórico da ACV – 67 2. Avaliação do ciclo de vida: conceitos e uso para definição de escolha tecnológica em RSU – 70
Capítulo 5. Estudo de caso – 79 1. O CTR-Caieiras – 80 2. Fluxograma do processo e levantamento de dados – 84 3. Dados CTR-Caieiras – 90 4. Considerações metodológicas – 94
Capítulo 6. Resultados e discussão – 115 1. Análise comparativa do perfil ambiental das rotas – 116 2. Normalização e ponderação dos resultados – 179 3. Valores obtidos nas categorias de impacto Traci – 181
4. Aspectos sociais e econômicos do reaproveitamento energético dos resíduos sólidos urbanos – 193 5. Análise de Viabilidade Econômica – 196
Considerações finais – 203 Referências – 209 Apêndice A – 221 Apêndice B – 223 Apêndice C – 225 Apêndice D – 228 Apêndice E – 231
Prefácio O aproveitamento energético dos resíduos sólidos urbanos (RSU) é um problema importante e urgente no Brasil que precisa ser solucionado. Cerca dos 70 milhões de toneladas de resíduos sólidos urbanos são produzidos por ano e sua disposição final constitui um sério problema ambiental e um dos principais problemas enfrentados por milhares de prefeituras em todo o país. O que este livro mostra é que dentre as alternativas para disposição dos RSU, a geração de energia elétrica a partir dos processos combinados de tratamento mecânico biológico e incineração é a mais atraente em termos de impactos ambientais. A leitura e a análise do conteúdo deste livro são, portanto, da maior relevância para todos envolvidos de forma direta ou indireta nestes problemas. Professor Doutor José Goldemberg Universidade de São Paulo
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Introdução Energia, segundo Goldemberg (2010), é usualmente definida como sendo a capacidade de gerar trabalho mecânico. Sendo assim, como seres viventes do planeta Terra e, consequentemente, devido à força gravitacional, a utilização da energia é essencialmente necessária para nossa locomoção. Genericamente, a energia também poderia ser definida como a capacidade de produzir transformações em um sistema. No entanto, ambas as definições nos ajudam a entender esse fenômeno essencial à nossa existência. O que denominamos energia pode se manifestar de várias formas, como, por exemplo: energia mecânica, energia térmica, energia química, energia nuclear, energia magnética, energia solar, entre várias outras formas de energia. Todas elas podem ser convertidas umas nas outras, trazendo, dessa forma, as inúmeras aplicações das transformações energéticas em utilidades para a manutenção da vida moderna. A histórica evolução da vida indica que, com o aumento da população e, consequentemente, com as comodidades que vieram em decorrência da evolução do homem caçador até o homem moderno, houve um incremento exponencial no consumo de energia diário, saltando de 50 mil para 960 mil kJ per capita. A população humana cresceu de 500 mil habitantes no planeta, na era primitiva, para aproximadamente 6 bilhões nos dias de hoje; e estima-se que o consumo de energia tenha crescido 1 milhão de vezes. O uso de diferentes fontes de energia caracterizou esses períodos. Por exemplo, inicialmente, fazia-se uso da madeira e tração animal como fontes de energia, passando pelo carvão, hidráulica e vento em tempos mais recentes, e, ainda, pelos combustíveis fósseis na era contemporânea. Mais recentemente, evolui-se para a utilização de tecnologias inovadoras como a energia solar, eólica e nuclear, embora estas ainda sejam pouco exploradas ao redor do globo, por várias razões. Entre estas últimas, ainda podemos citar a energia geotérmica, das marés e a biomassa. 13
Fabio Rubens Soares
Como citado anteriormente, a vida moderna exige constantemente o consumo de energia devido ao fato de os seres humanos terem a necessidade de serviços energéticos como o aquecimento, os transportes e a refrigeração, os quais podem ser fornecidos a partir de diferentes fontes com maior ou menor eficiência. Dessa forma, não é correto pensar que a única forma de resolver os problemas energéticos seja por meio do aumento das fontes primárias, posto que o que realmente faz e fará diferença sejam as eficiências das transformações em serviços energéticos. Sabemos que atualmente o sistema energético mundial é fortemente dependente dos combustíveis fósseis, por várias razões que não serão discutidas neste livro. Para se ter uma ideia, em 2010, o consumo era de 12Gtep e as estimativas mostram, para o ano 2030, um consumo de 19Gtep; ou seja, quase o dobro em 20 anos. No entanto, esse sistema energético com base nos combustíveis fósseis, que representava aproximadamente 83% da energia primária em 2010, é responsável pelo grande avanço da humanidade na era moderna. Considerando a matriz energética global, as formas de energia provenientes de fontes renováveis ainda são muito pequenas, chegando a 8% da energia primária em 2011. É bom citar que, mesmo assim, existem enormes diferenças entre o consumo de energia dos países ditos de primeiro mundo em relação aos emergentes. Dessa forma, busca-se um maior equilíbrio global per capita no acesso à energia, sendo esta uma das principais metas para o denominado desenvolvimento sustentável. Embora a era moderna seja caracterizada pelo consumo de combustíveis fósseis e isso tenha sido um fator positivo para o desenvolvimento, existem três problemas básicos que demonstram claramente que o rumo que está sendo tomado não é sustentável, pelas razões mencionadas por Goldemberg: a exaustão de reservas, a segurança no abastecimento e os impactos ambientais. A primeira quer dizer que as reservas de combustíveis fósseis são finitas e, portanto, serão levadas à exaustão. Segundo estimativas, e 14
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conforme o conhecimento atual, o petróleo deve se extinguir em 40 anos, enquanto o gás natural em 60 anos e o carvão em 240 anos. Na questão do abastecimento, o Oriente Médio, por exemplo, é uma região de vital importância estratégica, definida pela dependência das importações de petróleo do Oriente, sendo os maiores consumidores os Estados Unidos, Europa e Ásia. O terceiro problema, trazido para a “insustentabilidade”, são os impactos ambientais. Os problemas relacionados aos impactos ambientais ocorrem de formas diferentes. Aqueles de âmbito natural sob os quais temos pouco ou nenhum controle. Portanto, é preciso ressaltar que nos referimos principalmente a impactos ambientais causados pelas transformações energéticas conduzidas pelo ser humano. Podemos citar algumas delas como exemplo: a emissão de gases do efeito estufa, causando o aquecimento global; a chuva ácida causada pela emissão de poluentes na atmosfera; e a degradação da fauna e flora decorrente de desmatamento, queimadas, vazamentos de petróleo, etc. Portanto, existem soluções propostas para o avanço na utilização responsável e inteligente das diversas fontes de energia, minimizando o impacto causado pelo uso predominante dos combustíveis fósseis e os problemas dele decorrentes. Pode-se classificar essas soluções, segundo Goldemberg, em quatro categorias, a saber: produção e uso mais eficiente da energia; utilização crescente de energias renováveis; desenvolvimento e utilização de novas tecnologias e o uso da energia nuclear. Entre as diversas possibilidades que existem de melhorar a eficiência energética, podemos citar várias etapas, entre elas, o denominado potencial teórico que representa a otimização com base nas considerações termodinâmicas relacionadas ao uso da energia; o potencial técnico que representa a economia de energia pelo uso de tecnologias mais eficientes; o potencial de mercado representado por condições tais como o preço, disponibilidade, políticas públicas, etc.; e, por último, o potencial social representado pela economia da energia em decorrência das externalidades como, por 15