Revista Biomassa BR Ed 40 by Revista Biomassa Br

Vol. 06 - Nยบ 40 - Nov/Dez 2018

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TECNOLOGIAS e NOVOS ESTUDOS impulsionaram o setor de BIOMASSA e ENERGIA no BRASIL em 2018

ISSN-2525-7129

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2018 foi um ano incrível para o setor de Biomassa e Energia no Brasil. A Biomassa teve sua participação aumentada na matriz energética brasileira, mesmo em um ano confuso politicamente, o que travou maiores investimentos no Brasil e também a produção industrial, fazendo com que se consumisse menos energia. Outro fator importante para esta consolidação, foi o surgimento de novas formas de geração de energia com biomassa, aproveitando novos e diversos tipos de matériaprima, isso abriu o leque de opções de geração, por esta fonte limpa e renovável. Estes fatos são muito significativos, tanto pela geração inovadora, quanto para uma gestão inteligente do que antes eram resíduos e ou passivos ambientais. Que 2019 seja repleto de sucesso e novas realizações, que a Biomassa continue abastecendo todos os segmentos da indústria, gerando energia térmica e elétrica, permitindo um consumo limpo e renovável. Boas festas a todos!! Tiago Fraga CEO – Grupo FRG Mídias & Eventos

Análise do Setor Elétrico X Geração Distribuída

Considerações sobre produção de biogás

Biodiesel

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A INFLUÊNCIA DE DIFERENTES CONCENTRAÇÕES DO PERÓXIDO DE HIDROGÊNIO NO PRÉ-TRATAMENTO DO CAPIM ELEFANTE Illys Janes Alves de Sousa1; Tássia Alves Fernandes Flexa2, Elisângela Fernandes dos Santos3, Flávia Lucila Tonani de Siqueira4, Guilherme Benko de Siqueira5. 1, 2, 3 Universidade Federal do Tocantins – Programa de pós-graduação em Agroenergia. Laboratório de Solos Agroenergia. 4, 5 Professores Titulares da Universidade Federal do Tocantins. 1illysdno@gmail.com

RESUMO O etanol de segunda geração, rota importante na atual conjuntura perante as diversas limitações relacionadas aos combustíveis e também ao etanol de primeira geração, encontra no processo do pré-tratamento sua principal dificuldade em termos de rendimento e custos. Diante desse contexto o presente trabalho teve como objetivo avaliar a melhor condição de pré-tratamento por peróxido de hidrogênio alcalino a partir de diferentes concentrações (1%, 2%, 3%, 4%, 5% e 6%) de H2O2 (30%) no capim elefante, a fim de se obter maior rendimento de açúcares totais. Na analise do pré-tratamento e do coeficiente de hidrólise os dados foram analisados a partir do programa bioestat; foi utilizado o modelo de regressão logarítmica para análise dos dados que apresentaram significância (P≤0,01). Para análise do pré-tratamento, observou-se que quanto maior a concentração de peróxido de hidrogênio, menor o rendimento da biomassa após o pré-tratamento. Para a análise do coeficiente de hidrólise observou-se que quanto maior a concentração de peróxido de hidrogênio, maior o rendimento da biomassa hidrolisada. Segundo o rendimento de açúcares totais do experimento, não houve diferença estatística (P>0,05) entre as diferentes concentrações do peróxido de hidrogênio no pré-tratamento do capim elefante. Considerando que a produção de açúcares foi igual estaticamente nas diferentes concentrações, sugere-se à se utilizar a concentração de 1%, pois teve o rendimento de açúcares totais igual estaticamente as demais concentrações além de apresentar menor custo financeiro no pré-tratamento. PALAVRAS-CHAVE: Coeficiente de hidrólise; Custo financeiro; Rendimento de açúcares totais; Rendimento da biomassa.

INTRODUÇÃO O Brasil é um dos principais produtores, consumidores e exportadores de etanol do mundo. O país tem grande experiência no setor de biocombustíveis em decorrência do desenvolvimento do programa Proálcool, pela Petrobrás e pela indústria sucroalcooleira ( CHAVES et al., 2010). O etanol é obtido de diversas fontes, podendo ele ser denominado etanol de primeira ou segunda geração de acordo com a fonte de origem. O etanol de segunda geração, usa como fonte materiais lignocelulósicos para a produção e tem sido cogitado como uma rota promissora no cenário dos biocombustíveis, uma vez que a sua produção utiliza resíduos do setor agroindustrial, e se apresenta como alternativa para os conflitos gerados em torno da problemática de uso de terras pra cultivo de alimentos (HAHN-HAGERDAL et al., 2006). Dentre as variedades de biomassa lignocelulósica para a produção 4

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de etanol de segunda geração, o capim elefante (Pennisetum purpureum Shum.), de origem africana, é uma gramínea que tem se apresentado como potencial promissor quando comparado com outras fontes utilizadas na obtenção do etanol de segunda geração, como a cana de açúcar, soja e milho; apresenta curto período de produção, não interfere diretamente na produção de alimentos e tem como grande vantagem boa capacidade de desenvolvimento em condições adversas de solo e clima (GRASEL et al.,2016; ROSSI, 2010). Na constituição da parede celular dos vegetais estão presentes a lignina, a celulose e a hemicelulose (CORREIA, 2013). A produção de etanol a partir de materiais lignocelulósicos encontra dificuldades no material recalcitrante, no qual se exige um pré-tratamento para tornar o material acessível para conversão em açucares, processo esse realizado pelas enzimas (BALAT, 2011).

que a biomassa é submetida deve-se ao fato da lignina formar uma rede hidrofóbica e impedir o acesso a celulose e hemicelulose, portanto a deslignificação se faz necessária para se ter acesso aos açúcares fermentescíveis encontrados na biomassa. Nesse contexto, vários estudos vêm sendo desenvolvidos a fim de se obter um processo na deslignificação para a produção de etanol de segunda geração, visto que é imprescindível essa etapa para facilitar o processo de hidrólise e evitar a formação de subprodutos que possam interferir no processo de fermentação (KODALI e POGATU, 2006).

É possível identificar vários métodos de pré-tratamentos em vegetais lignocelulósicos, sendo eles de natureza física, química, biológica e a combinação deles. Porém, mesmo havendo uma grande variedade de métodos de pré-tratamentos já estudados, ainda há necessidade de desenvolvimento de tecnologias que sejam eficientes em termos de custo e competitividade (CORREIA, 2013). De acordo com O processo de pré-tratamento a Azzan (1989) o pré-tratamento por

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oxidação por peróxido de hidrogênio em meio alcalino, um dos métodos empregados, é de fácil manuseio, não tóxico e versátil. São muitos os estudos a cerca do método do peróxido de hidrogênio alcalino usado como pré-tratamento. O uso do peróxido de hidrogênio alcalino como pré-tratamento visa solubilizar a lignina a partir dos radicais advindos da dissociação do peróxido de hidrogênio e tem sido bastante utilizado em diversos materiais lignocelulósicos como palha de milho, palha de cevada, palha de trigo, bambu e palha de arroz (CORREIA, 2013). O presente trabalho teve como objetivo avaliar a melhor condição de pré-tratamento por peróxido de hidrogênio alcalino a partir de diferentes concentrações (1%, 2%, 3%, 4%, 5% e 6%) de H2O2 (30%) no capim elefante, a fim de se obter maior rendimento de açúcares totais. METODOLOGIA Preparação das amostras O Capim Elefante colhido na Universidade Federal do Tocantins foi a matéria-prima utilizada no estudo. O material colhido foi submetido à secagem em estufa com circulação forçada de ar a 60 ºC por 72 horas. Após a secagem do material em estufa ocorreu o processo de moagem utilizando moinho de facas acoplado com peneira de 30 mesh. Tratamentos e delineamento experimental Os tratamentos avaliados foram diferentes concentrações de peróxido de hidrogênio H2O2 (30%): (1%, 2%, 3%, 4%, 5% e 6%) na quebra da lignina do capim elefante. O delineamento experimental utilizado foi inteiramente casualizado, com 6 tratamentos e 5 repetições, totalizando 30 parcelas experimentais. Pré-tratamento No procedimento do pré-tratamento foram adicionados 2g da amostra em erlenmeyer de 250 mL e acrescido 100 mL de H2O2 corrigido com hidróxido de sódio o Ph para 6

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11,5 e levado a mesa agitadora modelo solab por 24 horas, a 150 rpm e 25 ºC (KRISHNA, 2000). Foram realizados para cada tratamento, 10 repetições. Após as 24 horas decorridas, o material foi filtrado em papel filtro com auxílio de bomba à vácuo e uso de um kitassato. Depois de filtrado, o material retido em filtro foi levado à estufa por 24 horas a 60 ºC, depois do tempo corrido a amostra foi retirado da estufa e levado ao dessecador por 30 minutos e pesado.

cação do coeficiente de hidrólise encontrado nos tratamentos pelo rendimento de biomassa do pré-tratamento de cada tratamento. Análises estatísticas

Os dados de açúcares totais foram submetidos ao teste Shapiro-Wilk para verificação da normalidade dos dados e posteriormente foram submetidos à análise de variância pelo teste F a 5% de significância. Os dados de rendimento da biomassa no pré-traHidrólise enzimática tamento e do rendimento da hidrólise foram submetidos à análise de regresCom o objetivo de disponibi- são utilizando o programa estatístico lizar os açúcares fermentescíveis, Bioestat. o material lignocelulósico obtido após pré-tratamento foi submetido RESULTADOS E DISCUSSÕES à hidrólise enzimática utilizando o complexo enzimático Cellic CTec2 Os dados do rendimento do prébatelada VCNI0013 da empresa No- -tratamento e do coeficiente de hivozymes. O complexo citado promo- drólise foram rodados pelo prograve a conversão do material de hidratos ma bioestat, foi realizado analise de de carbono em açúcares simples antes regressão, o modelo de regressão que da fermentação, ele é uma mistura de melhor explica os dados e foi utilizado celulases agressivas, com alto percen- no trabalho, é a regressão logarítmica, tual de β-glucosidase e hemicelulase. os dados deram significância (P≤0,01) O meio reacional consistiu de 0,83g (gráfico 1 e 2). Observa-se que quanto do substrato, 50 µL do complexo en- maior a concentração de peróxido de zimatico Cellic CTec2 diluido em 40 hidrogênio, menor foi o rendimento mL do tampão citrato de sódio/ácido da biomassa após o pré-tratamento. cítrico (0,05 M, pH = 4,8) em tubos Isso se deve ao fato de maior conde microkjedal de 100 ml. As reações centração de peróxido de hidrogênio enzimáticas se deram no equipamen- quebrar mais a lignina e retirar uma to Banho-Maria a 48 °C, agitação de maior quantidade de compostos da fi180 rpm, durante 72 horas. A dose de bra (gráfico 1). Cellic CTec2 utilizada foi obtida com base no teor de fibra presente em cada substrato pré-tratado, sendo usado a dosagem que corresponde a 6,0% da fibra como complexo enzimático (NOVOZYMES, 2015). Depois de decorrido as 72 horas, o material foi filtrado em filtro de papel em bomba à vácuo com auxílio de Kitassato e levado a estufa por 24 horas, 60 º C e depois pesado para expressão do coeficiente de hidrólise. Através da diferença do peso final (após a hidró- GRÁFICO 1. Rendimento (%) do pré-trataem função de diferentes concentrações lise enzimática) e o inicial (antes da mento do peróxido de hidrogênio no pré-tratamento. hidrolise enzimática), foi estimada o coeficiente de hidrólise dos tratamentos. Observa-se que quanto maior a concentração de peróxido de hidrogêEstimativa de produção de açú- nio, menor foi o rendimento da biocares totais massa após o pré-tratamento. Isso se deve ao fato de maior concentração de A estimativa de produção de peróxido de hidrogênio quebrar mais açúcares é obtida através da multipli- a lignina e retirar uma maior quanti-

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dade de compostos da fibra (gráfico 1). Gonçalves (2009) estudou as perdas de massa nos pré-tratamentos com H2O2, H2O2 alcalino e reagente Fenton no bagaço de cana de açúcar nas concentrações, (2 e 4%, em tempos de 24 e 48 horas e em pH de 3,0; 4,5 e 11,5 para o peróxido de hidrogênio e pH 2,5 para o reagente Fenton) e observou que a maior perda foi alcançada com solução de peróxido alcalino a 4% e pH 11,5 durante 48 horas de exposição, colaborando com o presente trabalho, que observou também que a maior perda mássica foi ocasionada pelo pré-tratamento com peróxido de hidrogênio com pH 11,5 nas concentrações mais altas de peróxido de hidrogênio.

Mesmo sendo mostrado no gráfico (2) que os tratamentos com maior concentração obteve um maior coeficiente de hidrolise, os tratamentos produziram teores de açúcares totais iguais estatisticamente (tabela 1), pois os tratamentos com maior concentração teve menor rendimento do material após pré-tratamento, quando comparado com as menores concentrações de peróxido de hidrogênio, se igualando estaticamente em produção de açúcares todos os tratamentos. E também pelo fato do peróxido retirar também parte de compostos importantes para a produção de açúcares, como a celulose e hemicelulose. Segundo Oliveira (2012), o principal efeito da exposição da matriz lignocelulósica aos agentes do pré-tratamento deve-se, principalmente, à perda de celulose ocasionando baixa no rendimento do processo. CONCLUSÕES

Segundo a produção de açúcares totais do experimento, não houve diferença estatística (P>0,05) entre as diferentes concentrações do peróxido de hidrogênio no pré-tratamento do capim elefante. Considerando que a GRÁFICO 2. Coeficiente de hidrólise em fun- produção de açúcares foi igual estatição de diferentes concentrações do peróxido de camente nas diferentes concentrações hidrogênio no pré-tratamento. analisadas, sugere-se à se utilizar a Observa-se que quanto maior a concentração de 1%, pois esta apreconcentração de peróxido de hidro- sentou rendimento de açúcares totais gênio, maior foi o rendimento da bio- igual as demais concentrações e tem massa hidrolisada. Isso se deve ao fato um menor custo financeiro no préda maior concentração de peróxido -tratamento. de hidrogênio quebrar mais a lignina, fazendo com que a hemicelulose e a REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS celulose fiquem mais expostas a ação AZZAM, A. M. Pretreatment of cane da enzima (gráfico 2). bagasse with alkaline hydrogen peroxiOs valores de rendimento de açucares (%) com base na matéria seca do capim elefante, não apresentaram diferença estatística (P>0,05) entre os tratamentos com concentrações diferentes do peróxido de hidrogênio (Tabela 1).

de for enzymatic hydrolysis of cellulose and ethanol fermentation. J. Environ. Sci. Heal. v.B24, n.4, p.421-433, 1989.

BALAT, M. Production of bioethanol from lignocellulosic materials via the biochemical pathway: A review. Energy Conversion and Management, v. 52, p. 858-875, 2011. CHAVES, M. C. C.; GOMES, C. F. S.; PEREIRA, E. R. Avaliação de biocombustíveis utilizando o apoio multicritério à decisão. In: SIMPOSIO BRASILEIRO DE PESQUISA OPERACIONAL, 2010.

Tabela 1. Rendimento de açúcares totais de acordo com concentrações diferentes de peróxido de hidrogênio no pré-tratamento do capim elefante.

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CORREIA, J. A. D. S. Estudo do pré tratamento do bagaço de caju com peróxido de hidrogênio alcalino para a produção de etanol. UFCE: Departamento de Enge-

nharia Química. Fortaleza, 2013. GONÇALVES, C. Aplicação de agentes oxidantes no pré-tratamento do bagaço de cana-de-açúcar e sua influência na sacarificação da celulose. 75f. (Dissertação de Mestrado). Engenharia de Engenharia Mauá, Instituto Mauá de Tecnologia, São Caetano do Sul, SP. 2009. GRASEL, F. D. S.; STIEHL, A. C. R.; BERNARDI, L. P.; HERPICH, T.; BEHRENS, M. C.; ANDRADE, J. B.; SCHULTZ, J.; MANGRICH, A. S. Inovação em Biorrefinarias I. Produção de Etanol de Segunda Geração a partir de Capim-Elefante (Pennisetum purpureum) e Bagaço de Cana-de-Açúcar (Saccharum oﬃcinarum). Revista Virtual de Química, v. 9, n. 1, 2016. Disponível em: <http://rvq.sbq.org.br/imagebank/pdf/GraselNoPrelo.pdf>. Acesso em: 29 jun. 2018. HAHN-HÄGERDAL, B.; GALBE, M.; GORWA-GRAUSLUND, M. F.; LIDÉN G.,ZACCHI G. Bio-ethanol – the fuel of tomorrow from the residues of today. TRENDS in Biotechnology, v.24, p.549556, 2006. KODALI, B.; POGAKU, R. Pretreatment studies of rice bran for the eﬀective production of cellulose. Electron J Environ Agric Food Chem, v.5, p. 1253–64, 2006. KRISHNA S. H.; RAO, K. C. S.; BABU, J. S.; REDDY, D. S. Studies on the production and application of cellulose from Trichoderma reesei QM-9414. Bioprocess Engineering, 22, p. 467-470, 2000. NOVOZYMES, Novozymes Cellic® CTec2 and HTec2 - Enzymes for hydrolysis of lignocellulosic. 2015. Disponível em :<www. bioenergy.novozymes.com>. Acesso em: 17 maio. 2018. OLIVEIRA, S. C. dos C. Otimização do pré-tratamento com peróxido de hidrogênio a alta concentração de sólidos para a hidrólise enzimática de bagaço de cana-de açúcar. 81f. (Dissertação de Mestrado). Departamento de Engenharia Química. Universidade Estadual de Campinas. São Paulo, SP. 2012. ROSSI, D. A. Avaliação morfoagronomica e da qualidade da biomassa de acessos de capim-elefante (Pennisetum purpureum Schum.) para fins energéticos no norte Fluminense. 2010. 66 p. Dissertação (Mestrado em Produção Vegetal) - Universidade Estadual do Norte Fluminense Darcy Ribeiro– UENF, Campo dos Goytacazes, 2010.

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UMA ANÁLISE DO SETOR ELÉTRICO BRASILEIRO X GERAÇÃO DISTRIBUÍDA DE ENERGIA Marina Meyer Falcão

modelo elétrico brasileiro foi concebido em 1997 pautado na política institucional da época e tinha como princípio norteador a modicidade Tarifária, a universalidade e a segurança energética, além de estimular o ingresso de investimentos privados (livre concorrência) no setor. Trazia como premissa básica a orientação para as funções de planejamento setorial de longo, médio e curto prazos. Para tal, fundamentou-se em: a. um grande “encontro de contas” entre os agentes do setor; havia um grande volume de dívidas entre os diversos agentes (especialmente distribuidoras devendo a geradoras) e governos (o setor elétrico era eminentemente estatal, com poucas empresas privadas e até reestatizadas, como o caso da Light); b. um programa de desverticalização setorial – separação entre geração, transmissão e distribuição;

Para que este novo desenho funcionasse, foram criadas instituições ligadas ao Ministério de Minas e Energia, tais como: a. EPE (Empresa de Pesquisa Energética), b. Operador Nacional do Sistema Elétrico (ONS) c. MAE – Mercado Atacadista de Energia, depois transformado em CCEE – Câmara de Comercialização de Energia Elétrica d. Transformação do DNAEE – Departamento nacional de Águas e Energia Elétrica em ANEEL - Agência Nacional de Energia Elétrica – como agente regulador e fiscalizador do sistema elétrico brasileiro.

NOVOS MODELOS DE GERAÇÃO DE ENERGIA

c. um programa de privatizações – especialmente de Distribuidoras, com

ESTÃO SURGINDO,

d. forte incentivo à livre iniciativa, com premiação à produtividade e eficiência operacional, através de mecanismos previstos nas revisões tarifárias;

A GERAÇÃO DISTRIBUÍDA,

e. lançamento das bases para a criação do MAE - Mercado Atacadista de Energia, e de uma política de descontração de energia (25% do mercado das distribuidoras a cada ano). 10 Revista Biomassa BR

COMO EXEMPLO: O ARMAZENAMENTO DE ENERGIA (STORAGE) A criação da ANEEL, como Agência Reguladora independente, com a missão de proporcionar condições favoráveis para que o mercado de energia elétrica se desenvolva com

equilíbrio entre os agentes e em benefício da sociedade, priorizou as ações de regulação, de fiscalização e do estabelecimento das tarifas, de forma a preservar o equilíbrio econômicofinanceiro dos agentes e assegurar a qualidade e a sustentabilidade do serviço de energia elétrica. Atualmente este sistema tem passado por profundas transformações e vivencia hoje uma nova fase: a era da smart energy aliada à era “3D” no setor de energia: descentralização, descarbonização e digitalização do setor elétrico. Novos modelos de geração de energia estão surgindo, como exemplo: a geração distribuída, o armazenamento de energia (storage) e um forte estímulo à eficiência energética. No entanto, ainda temos com principal entrave o elevado custo final da energia no Brasil aliado a diversas incertezas regulatórias e jurídicas. O peso tributário e dos demais encargos que compõem a conta de energia elétrica tornam a energia do Brasil uma das mais caras do mundo! Levantamento recente da Associação Brasileira de Grandes Consumidores Industriais de Energia e de Consumidores Livres (ABRACE), revelou que o aumento da conta de energia entre o ano de 2014 a 2017 foi de 31,5%. Esse índice superou a inflação acumulada no mesmo período, que chegou a 28,86%, de acordo com os dados do Instituto Brasileiro de Geografia e Estatísticas, o IBGE. Agravando a situação, as concessionárias que passaram por processo de revisão tarifária em 2018 tiveram aumentos médios muito superiores à inflação (por exemplo: Eletropaulo – 15,84%; COPEL – 15,99%; CEMIG – 23,19%). Além do ICMS, que representa um elevado custo na conta de energia

elétrica, o consumidor brasileiro também arca com parte dos custos das políticas de geração para viabilizar o suprimento a mercados não interligados ao Sistema Interligado Nacional – SIN, mais caras e menos eficazes, sem que ao menos seja informado a esse respeito, por meio dos encargos setoriais como a RGR a CCC e a CDE. Dados da ABIAPE (Associação Brasileira dos investidores em autoprodução de energia) estimam em mais de 578 mudanças regulatórias na área de energia. Apenas a Lei nº 12.783/2013 – que dispõe sobre as concessões de geração, transmissão e distribuição de energia elétrica, sobre a redução dos encargos setoriais e sobre a modicidade tarifária – teve 56 mudanças desde a sua publicação.

solar. E ainda assim a produção de energia por fonte solar no Brasil é irrisória comparada com a Alemanha por exemplo, com menor radiação solar, e que é um dos países líderes do mercado mundial. Então por qual razão o Brasil ainda está tão atrasado na modicidade tarifária, princípio este amplamente defendido em nossa Constituição Brasileira?

Uma intervenção governamental no Setor Elétrico, promovida pela Medida Provisória 579 de 11/09/212, mais tarde transformada na Lei 12.783 de 11/01/2013, acabou por trazer desequilíbrios adicionais ao setor, levando a uma forte judicialização das rela- Síntese%202018-ab%202017vff.pdf). ções entre agentes. Segundo dados da Empresa de Pesquisa Energética (EPE), empresa ligaOutros esforços são urgentes e da ao Ministério de Minas e Energia, necessários no Brasil, com destaque a Micro e a Mini Geração Distribuída, para os investimentos em infraestru- fonte incentivada por ações regulatótura de energia, levando em consi- rias que viabilizaram a compensação deração a estimativa de expansão de da energia excedente produzida por crescimento econômico do Brasil. sistemas de menor porte (net meteEm 2017, a oferta interna de energia ring), atingiu 359,1 GWh com uma (total de energia disponibilizada no potência instalada de 246,1 MW. O país) atingiu 293,5 Mtep, registrando grande destaque se deu para a fonte um acréscimo de 1,8% em relação ao solar fotovoltaica, com 53,6 GWh e ano anterior. Parte deste aumento foi 174,5 MW de geração e potência insinfluenciado pelo comportamento das talada respectivamente. E o segmento ofertas internas de gás natural e ener- industrial, respondeu com um acrésgia eólica, que subiram 6,7% e 26,5% cimo de 2,2 milhões de tep em valono período, respectivamente. Contri- res absolutos, liderando o aumento da buiu ainda para a expansão da oferta demanda energética no ano de 2017. interna bruta a retomada da atividade econômica em 2017, ano em que o O Brasil possui uma matriz enerPIB nacional cresceu 1,0%, segundo gética imensamente limpa e com alto o último dado divulgado pelo IBGE poder de geração de energia renová(fonte: www.epe.gov.br/Relatório%20 vel, em especial através da energia

Por isso a importância da geração solar distribuída (autoprodução em consumidores), em especial a geração solar PV em telhados que no Brasil representará até o ano de 2040, 20% de instalações.(Fonte: BNEF Bloomberg New Enwergy Finance – NEO - New Energy - Outlook 2017).

Temos ainda em nosso país uma radiação solar abundante, onde o sol aparece em média 280 dias por ano, além de ser detentor de uma das maiores reservas de silício no mundo, material utilizado na fabricação de painéis solares. No entanto, ainda carece de indústrias nacionais para a produção desses sistemas.

Com a publicação da Resolução Normativa nº 482/2012 da Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL) e suas alterações posteriores (Resoluções nº 687/2015 e 786/2017), o consumidor brasileiro passou a poder gerar a sua própria energia elétrica a partir de fontes renováveis (como: solar, eólica hidráulica e cogeração qualificada) e inclusive fornecer o excedente de energia para a rede de distribuição de sua localidade, através do sistema de COMPENSAÇÃO1 de Sistema de compensação de energia elétrica: sistema no qual a energia ativa injetada por unidade consumidora com microgeração ou minigeração distribuída é cedida, por meio de empréstimo gratuito, à distribuidora local e posteriormente compensada com o consumo de energia elétrica ativa; 2 geração compartilhada: caracterizada pela reunião de consumidores, dentro da mesma área de concessão ou permissão, por meio de consórcio ou cooperativa, composta por pessoa física ou jurídica, que possua unidade con1

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energia (Net Metering). O modelo da geração compartilhada de energia, ou “fazendas solares” – viabilizadas por meio da constituição de um CONSÓRCIO ou COOPERATIVA2 de energia – surgiu no mercado de geração “própria” de energia. Este novo modelo deve ser feito dentro da mesma área de concessão ou permissão, e é composto por pessoa física ou jurídica, que possua unidade consumidora com microgeração ou minigeração distribuída em local diferente das unidades consumidoras nas quais a energia excedente será compensada. (REN 482/2012 GRIFO DO ORIGINAL). Este fenômeno ocorreu principalmente em função do elevado custo final da energia no Brasil, fazendo com que as fazendas solares ficassem ainda mais atraentes e populares. Contudo, salientamos a importância de dimensionar o projeto elétrico junto à Concessionária de energia local, solicitar corretamente a conexão junto à rede da Distribuidora e elaborar corretamente os Contratos Regulatórios na área da geração distribuída com o auxílio de advogados especialistas no ramo do Direito de Energia.

DE ACORDO COM A ANEEL, OS ESTÍMULOS À GERAÇÃO DISTRIBUÍDA E A AUTOPRODUÇÃO DA ENERGIA JUSTIFICAM-SE PELOS BENEFÍCIOS QUE ESTES MODELOS PODEM PROPORCIONAR AO SISTEMA ELÉTRICO grande parte devido à implantação ou intensificação de programas de governo que estimulam tanto o uso quanto o desenvolvimento tecnológico e industrial dos equipamentos necessários para o seu aproveitamento, em especial o nosso país (particularmente privilegiado) devido aos altos níveis de radiação solar e as grandes reservas de Silício de alta qualidade.

De acordo com a ANEEL, os estímulos à geração distribuída e a autoprodução da energia justificam-se pelos benefícios que estes modelos podem proporcionar ao sistema elétrico, como Assim, a energia solar fotovoltaica adiamento de investimentos em exvem apresentando um efetivo cresci- pansão dos sistemas de transmissão e mento mundial nos últimos anos, em distribuição, baixo impacto ambiental, redução no carregamento das redes, misumidora com microgeração ou minigeração distribuída nimização de perdas elétricas e diversiem local diferente das unidades consumidoras nas quais a energia excedente será compensada; ficação da matriz energética.

Dessa maneira, faz-se urgente e necessário a imediata revisão dos encargos setoriais, considerando soluções energéticas mais eficientes e mais econômicas. A desoneração das tarifas de energia elétrica é vital para a sustentabilidade do setor elétrico. Caso isso não ocorra, os riscos que afligem o setor de energia elétrica, como a inadimplência, a redução de mercado e a inibição de investimento poderão ser majorados. E, para o avanço regulatório da área de energia acontecer a mobilização da sociedade faz-se obrigatória, para cobrar do governo e dos seus órgãos reguladores uma maior transparência das tarifas de energia elétrica, e uma redução dos tributos e moderação dos encargos e subsídios que compões e encarecem a conta de energia elétrica de todos nós brasileiros.

Marina Meyer Falcão. Advogada especialista em Direito de Energia. Consultora jurídica da ABGD. Membro representante do Estado de Minas Gerais na missão Energias Renováveis na Alemanha em 2018 e nos Estados Unidos em 2016 ( The U.S. Department of State's sponsoring an International Visitor Leadership Program project entitled “Modernizing the Energy Matrix to Combat Climate Change,” for Brazil in 2016), Autora de 3 Livros em Direito de Energia, MBA em Direito Empresarial pela Fundação Getúlio Vargas. Pós-graduada em Gestão Ambiental pelo Instituto de Educação Tecnológica - IETEC. Graduada pela Universi-dade FUMEC. Membro da Comissão de Energia da OAB-MG; Membro da Câmara de Energia, Petróleo e Gás da Federação das Indústrias do Estado de Minas Gerais - FIEMG; Ex-Superintendente de Política Energética do Estado de Minas Gerais (2009 a 2014); Ex-Conselheira do Conselho de Política Ambiental – COPAM do Estado de Minas Gerais (2009 a 2014); Ex-Secretária Executiva do Comitê Mineiro de Petróleo e Gás.

PRODUÇÃO DE BIOGÁS A PARTIR DA CODIGESTÃO DE LODO DE ESGOTO COM RESÍDUOS ALIMENTARES E GLICEROL BRUTO EM ESCALA PILOTO Janaína dos Santos Ferreira1,2*; Andrés Bedoya García2; Isaac Volschan Junior3, Magali Christe Cammarota2 1 - Instituto Federal de São Paulo, Capivari, São Paulo. 2 - Departamento de Engenharia Bioquímica, Escola de Química/UFRJ. 3 - Departamento de Recursos Hídricos e Meio Ambiente da Escola Politécnica/UFRJ. *Instituto Federal de São Paulo, janajanee@hotmail.com

RESUMO O presente estudo teve como objetivo avaliar a codigestão anaeróbica de uma mistura ternária de lodo de esgoto com resíduos alimentares e glicerol bruto em escala piloto, a fim de aumentar a produção de metano em estações de tratamento de esgoto. Dois digestores anaeróbios em (volume útil de 320 L) foram operados simultaneamente por 60 dias à temperatura ambiente (24°C média). O biodigestor denominado controle (D1), era alimentado apenas com lodo, já o biodigestor que recebeu a mistura ternária (lodo, resíduo alimentar e glicerol bruto) foi denominado D2. A alimentação dos biodigestores foi realizada em regime semi-contínuo. O Tempo de detenção hidráulica (TDH) foi de 30 dias para ambos os biodigestores. O biodigestor alimentado apenas com lodo de esgoto apresentou maior instabilidade durante todo o período de operação, tendo em sua composição de biogás 23% de metano, remoção de sólidos voláteis (SV) de 65,3% e produção específica de metano (PEM) de 98,5 LN CH4 kg/SVadicionado. Já para o biodigestor com a mistura ternária obteve-se 43% de metano, remoção de SV de 73,4% e PEM de 174,5 LN de CH4/ kg VSadicionado. Os balanços de massa e energia mostraram que através da recuperação de metano, a mistura ternária contribuiu 12 vezes mais energeticamente do que os biodigestores alimentados com lodo de esgoto puro. Palavras-Chave: Codigestão Anaeróbia, Biogás, Fração de Resíduos Orgânicos, Glicerol Bruto, ETE Sustentável.

1. Introdução A geração de efluentes de origem sanitária e industrial em Estações de Tratamento de Esgoto (ETE) pode gerar resíduos na forma sólida ou semissólida, denominados lodos. Os custos com gerenciamento do lodo são de aproximadamente 60% de todo custo de uma ETE (VON SPERLING, 2014). Dentre as tecnologias para tratamento e aproveitamento do lodo de ETE a produção e o aproveitamento do biogás proveniente da digestão e codigestão anaeróbia tornam-se uma solução cada vez mais atrativa, como uma tecnologia viável para produção de energia renovável, satisfazendo de certa forma, as crescentes preocupações com a segurança energética, impactos ambientais e aumento do custo de energia para o tratamento de águas residuais. A codigestão, em especial, associada a outros resíduos de alto conteúdo de carbono, destaca-se como uma estratégia já comprovadamente viável (JENICEK et al., 2013). Diante do exposto, o objetivo deste trabalho foi avaliar a codigestão 14 Revista Biomassa BR

de uma mistura ternária (lodo, resíduo alimentar e glicerol burto) visando ao aumento da produção de metano. O estudo foi conduzido em escala piloto, com proporções da mistura (volume de lodo: volume de resíduo alimentar: volume de glierol), pré-estabelecidos de estudos anteriores.

Universidade Federal do Rio de Janeiro. Este RA foi submetido a uma redução de tamanho e homogeneização, sendo triturado em liquidificador com adição de água (o suficiente para que a umidade da mistura fosse igual a do lodo utilizado) e, posteriormente, submetido a uma caracterização físico-química. O Glicerol bruto foi 2. Metodologia quantificado pelo método de Bondioli e Bella (2005), demais parâme2.1. Origem e Caracterização dos tros (umidade, sólidos, DQO) foram Resíduos determinados por métodos padrão (APHA, 2005). Os resultados, dos reO lodo foi proveniente de siste- síduos são apresentados na Tabela 1. ma de lodos ativados convencional do Centro Experimental de Saneamento Ambiental (CESA-UFRJ), localizado na Universidade Federal do Rio de Janeiro, e caracterizado em relação aos sólidos totais fixos (STF) e voláteis (STV), carbono, nitrogênio e umidade (APHA, 2005). O resíduo alimentar (RA) foi proveniente do Restaurante Universitário do Centro de Tecnologia da

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Figura 1. Desenho esquemático do sistema experimental dos biodigestores.

2.2. Partida e Operação do Biodigestores Piloto Antes da operação dos biodigestores com a mistura ternária (lodo, resíduo orgânico e glicerol bruto) ocorreu a partida desses biorreatores, os quais foram operados por 200 dias em TDHs diferentes (15 e 30 dias) a fim de se encontrar a melhor condição bem como a adaptação dos biodigestores. Uma bomba de recirculação garantia que, a cada 8 horas, todo o volume do digestor fosse recirculado, como sugere a literatura (JORDÃO e PESSÔA, 2014). A alimentação dos biodigestores (volume útil de 320 litros) foi realizada em regime semi-contínuo, duas vezes por semana. Um determinado volume de lodo secundário (40L) era descartado e reposto, de modo que o tempo de detenção hidráulica (TDH) pré-determinado fosse mantido. Um desenho esquemático de todo o procedimento de alimentação e descarte de lodo nos digestores é mostrado na Figura 1. Além das alimentações e retiradas semi-contínuas, a cada seis meses era realizado um descarte de lodo do fundo dos digestores (lodo digerido) e esse mesmo volume era reposto com lodo bruto, a fim de manter a eficiência do processo, conforme recomendado na literatura (JORDÃO e PESSÔA, 2014). A mistura ternária (lodo:RA:GB = 89,6:10,0:0,4 %), indicada por Ferreira et al., (2017) após estudo em escala de bancada com diferentes proporções ternárias, foi empregada na alimentação do Digestor 2 (D2). Enquanto o Digestor D1 continuou recebendo somente lodo na alimentação. Nesta condição, os dois digestores operaram por mais 60 - 64 dias com TDH de 30 d (melhor TDH encontrado durante o período de adaptação). O resíduo orgânico foi triturado com água na proporção de 1:3 (RA:água) para que a umidade da mistura fosse igual à do lodo. O GB foi diluído dez vezes para melhor homogeneização. Devido à instabilidade no sistema, provocado pela adição de RA e GB, foi necessária a adição de bicarbonato de sódio para correção do pH no Digestor D2 até que o sistema estabilizasse novamente. Os biodigestores foram operados à temperatura ambiente (em média 16 Revista Biomassa BR

Fonte: Ferreira et al., (2018).

24oC). 2.2. Monitoramento dos biodigestores em escala piloto

Tabela 3. Principais Resultados obtidos durante 60 dias de operação dos biodigestores semi-contínuos em escala piloto, operados com TDH 30d.

Os parâmetros de monitoramento dos biodigestores em escala piloto foram: volume e composição de biogás, sólidos suspensos totais (fixos e voláteis), pH, 3. Resultados temperatura e alcalinidade. Algumas análises como pH, temperatura e pro3.1. Codigestão em biodigestores dução de biogás eram diárias, já ou- semi-contínuos em escala piloto tras como sólidos, alcalinidade e composição do biogás eram semanais. Os parâmetros medidos durante os 60 dias de operação da codigestão O volume de biogás era mensura- após adição da mistura ternária estão do através de medidores de volume de resumidos na Tabela 3, divididos em biogás da marca Ritter TG 0,5/1, com dois períodos de operação de 30 dias vazão máxima de 1 L/h, acompanha- cada. dos de um software (RIGAMO) que registra o volume de biogás medido Fica evidente, pelo aumento da a cada 30 min. A composição do bio- PEM em relação ao controle, que a gás foi mensurada em equipamento mistura ternária favoreceu a metaportátil (GEM 2000 da marca LAND- nogênese. Uma das explicações para TEC). O registro de biogás era fecha- o valor da PEM de 174,5 mL CH4/g do por aproximadamente 30 min, até SVaplicados contra 98,5 mL CH4/g que se acumulasse uma quantidade de SVaplicados, totalizando um aumenbiogás suficiente para a leitura. Então, to de 1,8 vezes, deve-se à boa relação o aparelho era conectado à mangueira AVT/AT (0,3), à sinergia entre os e realizada a leitura por cerca de 1 min substratos e também à maior dispoou até que as percentagens de CH4 e nibilidade de carbono proveniente de CO2 estabilizem, sendo este proce- glicerol bruto (ATHANASOULIA et dimento feito em triplicata. O pH e a al., 2014). temperatura foram monitorados por controladores automatizados da marAlém disso, notou-se que a remoca ETATRONDS (eControl), sendo os ção de SV (73,4%) na codigestão da dados armazenados a cada 30 min em mistura ternária foi melhor em relaum cartão SD acoplado ao sistema. ção ao controle (65,3%). Esses valores

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turas, partiu-se de vem ser evitados através do ajuste de uma massa de 10,7 pH no início de operação do digestor. kg. A maior carga orgânica introduzida no digestor alimentado com a mistura No balanço de ternária proporcionou uma maior dismassa e energia ponibilidade de produtos biológicos apresentado na Fi- biodegradáveis e, consequentemente, gura 2, verifica-se uma maior produção de biogás /meque no digestor D1 tano. o biogás produzido diariamente a partir da digestão do lodo REFERÊNCIAS pode gerar 3,5 MJ, APHA (American Public Health Assoenquanto o lodo diciation), American Water Works Asgerido mantém um sociation, Water Pollution Control potencial energético Figura 2. Balanço de massa e energia para os Federation. Standard Methods for the biodigestores semi-contínuos em escala piloto. de 85 MJ. A soma da Examination of Water and Wastewater, energia produzida 18 ed., New York, 2005. (88,5 MJ) é menor que a obtida do lodo ATHANASOULIA, E., MELIDIS, P., AIbruto. No digestor VASIDIS, A. Co-digestion of sewage sluD2 os valores de dge and crude glycerol from biodiesel energia produzida production. Renew. Energ., v. 62, p. 73-78, (110,8 MJ) são 25% 2014. maiores que em D1, BONDIOLI P., BELLA L. D. An alternatornando a digestão tive spectrophotometric method for the anaeróbia mais indetermination of free glycerol in biodieteressante do ponto sel. Eur. J. Lipid Sci. Technol., v. 107, p. para mistura ternária comprovam a de vista energético. 153-157, 2005. boa sinergia entre os substratos para O volume de metano produzido codigestão e aumento da produção EPE - EMPRESA DE PESQUISA ENERde metano, já que para as misturas diariamente em D2 (1,29 m3) é 12 GÉTICA. Inventário Energético dos Rebinárias em batelada (lodo+GB) ou vezes maior que o produzido em D1 síduos Sólidos Urbanos. 1a. ed. Rio de (lodo+RA) reportado por Ferreira et (0,103 m3), comprovando que a codiJaneiro, EPE/MME, 2014. al., (2017) em escala de bancada sob gestão da mistura ternária contribui FERREIRA, J. S.; CAMMAROTA, M. C.; temperatura controlada não se obteve para o aumento da produção de metaVOLSCHAN Junior, I. J. Optimization of uma eficiência de remoção de SV tão no. Ao converter metano em energia Methane Production Based on Mixture elevada, atingindo valores em média elétrica, uma produção mensal de 38,7 de 18% e 67%, respectivamente. Pode- m3 de metano poderia gerar 1296 MJ/ Content of Sewage Sludge, Food Waste, -se ainda dizer, que sob temperatura mês ou 360 kWh/mês. Considerando and GlycerolEnergy Power Eng. 2017,11, média de 24 oC, obteve-se melhores um consumo energético de 167 kWh/ 569-583. resultados em comparação aos en- mês por família constituída de 3 pesFERREIRA, S. J.;VOLSCHAN, I.; saios com misturas ternárias sob tem- soas, em média (EPE, 2015), o valor CAMMAROTA, M. C. Enhanced Biogas peratura controlada (30oC) em escala obtido seria suficiente para fornecer a Production in Pilot Digesters Treating a energia consumida por duas famílias. de bancada (FERREIRA et., 2017). Tabela 2. Dados necessários para efetuar o balanço de massa e energia em D1 e D2.

3.2. Balanço de Massa e Energia Levando em consideração os resultados obtidos na operação dos biodigestores em escala piloto, dados da literatura e recomendações de Andreoli et al. (2001), foi realizado um balanço de massa e energia. Na Tabela 2 são apresentados valores utilizados no balanço de massa e energia dos biodigestores D1 e D2, sendo utilizada uma base de cálculo de 1 dia para o balanço. Considerando uma vazão de 10,7 L/d de lodo secundário ou da mistura ternária nos biodigestores e uma densidade de 1 kg/L para ambas as mis18 Revista Biomassa BR

4. Conclusões A codigestão da mistura ternária mostrou-se mais eficiente em relação ao controle (apenas lodo). Notou-se um aumento de 1,8 vezes na PEM, que foi de 174,5 mL CH4/g SVaplicados, sem prejudicar a estabilização do sistema que mostrou uma remoção de SV de 73% para TDH de 30 dias. No balanço de massa e energia, verificou-se um aumento de 12 vezes na energia produzida pela mistura ternária em relação ao controle. A acidificação causada pela adição de glicerol bruto e resíduos de alimentares ao lodo de-

Mixture of Sewage Sludge, Glycerol, and Food Waste. Energy&Fuels, v. 32 (6), p. 6839–6846, 2018. JENICEK, P. et al. Energy self suﬃcient sewage wastewater treatment plants: is optimized anaerobic sludge digestion the key? Water Sci. Technol. v. 68, p. 17391743, 2013.

JORDÃO, E. P.; PESSÔA, C. A. Tratamento de Esgotos Domésticos. 7a. ed. Rio de Janeiro. 2014. VON SPERLING, M. Introdução à qualidade das águas e ao tratamento de esgoto. 4ª ed. Belo Horizonte: UFMG, v 1, 470 p., 2014.

USO DO BIODIESEL NAS TERMOELÉTRICAS CFS alerta sobre sensibilidade de oxidação do biodiesel e degradação térmica

ão Bernardo, dezembro de 2018 – De acordo com a Agência Nacional de Energia Elétrica (Aneel) atualmente o Brasil dispõe de 4.916 empreendimentos de geração elétrica em ação. A potência instalada de geração de energia elétrica está dividida em: hidrelétrica: 64%; termoelétrica, 27,5%; eolielétrica 7,9%; e solar 0,6%. No mundo, as usinas termoelétricas são as principais fontes de geração de energias e são 50% mais caras do que as hidrelétricas e com potencial poluente maior por emitir uma grande quantidade de dióxido de carbono (CO2) na atmosfera, podendo causar graves problemas respiratórios. Uma das alternativas para minimizar este problema é o uso de produção de energia com recursos renováveis, como por exemplo, os biocombustíveis. Porém, no primeiro trimestre deste ano, das 3.002 usinas termoelétricas ativas no Brasil apenas três utilizaram biocombustíveis como fonte de energia. ”O país precisa se conscientizar sobre a importância da sustentabilidade. As empresas, que investirem na proteção do meio ambiente e na qualidade de vida das pessoas, terão maior valor agregado ao seu produto. O uso do biodiesel nas termoelétricas é uma necessidade emergente”, afirma o gerente de negócios para biodiesel da Camlin Fine Sciences (CFS) para América do Sul, Federico Sakson. Este cenário é bem diferente em países da Europa, Ásia e América do Norte, onde a utilização de fontes renováveis no setor de geração de energia tem crescido cada vez mais por conta de incentivos como remuneração atrativa do excedente de energia injetada na rede e formas atraentes de financiamento do investimento. O objetivo é a redução de emissões de poluentes e da dependência do petró-

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leo, hoje utilizado em mais da metade das usinas termoelétricas do país. Biodiesel no Brasil Em junho deste ano, o Conselho Nacional de Política Energética (CNPE) aprovou a redução de 10,1% nas emissões de gases de efeito estufa até 2028, no âmbito da nova Política Nacional de Biocombustíveis (RenovaBio). Para Aprobio – Associação dos Produtores de Biodiesel do Brasil – é uma meta audaciosas, mas factível, principalmente pelo potencial do Brasil em produzir biocombustível, como etanol e biodiesel. De acordo com a Aprobio, a previsão é de que o mercado dobre de tamanho até 2028 e o Brasil produza e consuma 11,1 bilhões de litros, passando a adotar a mistura de 11% de biodiesel em 2020 e chegando a 15%, o B15, em 2024.

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DEVIDO A SUA ESTRUTURA QUÍMICA O BIODIESEL PODE SER MUITO SENSÍVEL À OXIDAÇÃO E À DEGRADAÇÃO TÉRMICA, PRINCIPALMENTE, OS QUE SÃO PRODUZIDOS A PARTIR DE GORDURAS INSATURADAS, COMO ÓLEOS VEGETAIS... Sakson acredita que o Brasil deve aproveitar o incentivo à produção de biodiesel para melhorar a distribuição de energia do país seja no sistema elétrico interligado ou em cargas isoladas, levando energia a regiões não servidas por linhas de transmissão. Fatores estes que agregam mais valor ao produto. “O mesmo motor diesel – utilizado num veículo automotivo – pode ser acoplado a um gerador de eletricidade e ser utilizado em pequenas centrais de geração que podem servir para fornecer eletricidade às comunidades isoladas ou que não estejam conectadas ao sistema elétrico interligado”, comenta. As perdas na transmissão e distribuição de energia representam cerca de 17,5%, sendo 4% durante o processo de transmissão e 13,5% durante a distribuição. A utilização de biodiesel em pequenas centrais de geração não compete com a geração centralizada. Ela apenas complementa o sistema e aumenta sua confiabilidade, pois pode atuar como reserva de energia, servindo também como fornecimento de emergência.

Aditivos para biodiesel Devido a sua estrutura química o biodiesel pode ser muito sensível à oxidação e à degradação térmica, principalmente, os que são produzidos a partir de gorduras insaturadas, como óleos vegetais. Ou seja, eles tendem a oxidar e degradar com maior rapidez do que o combustível gerado de gorduras saturadas como as de animais. Os processos que removem os antioxidantes naturais do óleo como branqueamento, desodorização ou destilação - e o mal armazenamento também são capazes de acelerar a oxidação. Portanto, o biodiesel não deve ser armazenado ou transportado em cobre, latão, bronze, chumbo, estanho ou zinco, e sim em recipientes feitos de alumínio, aço, polietileno fluorado, polipropileno fluorado, Teflon® ou fibra de vidro. Para evitar todo este processo, é preciso que o armazenamento seja realizado corretamente, pois o calor, a luz solar e o oxigênio também são fatores que aceleram a degradação. Além de todos estes cuidados, é importante ter um aditivo de estabilidade, como o antioxidante, na produção e armazenamento do biocombustível. “A sensibilidade varia de acordo com as matérias-primas. As reações de oxidação e polimerização levam à formação de ácidos orgânicos e depósitos que afetam os filtros internos do motor e a bomba de combustível”, explica Federico. Camlin Fine Sciences (CFS) é um fornecedor de ingredientes de aroma de alta qualidade, antioxidantes e produtos químicos de alto desempenho. Atendemos diversos segmentos: alimentos, alimentos para animais de companhia, fragrâncias, nutrição animal, aquacultura, indústria de graxaria, biocombustíveis, além de produtos farmacêuticos, tintas, petroquímicas, agroquímicos, têxteis e curtume. Para mais informações, visite www.camlinfs.com.

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SISTEMA DE CONTROLE DE TEMPERATURA DE BAIXO CUSTO APLICADO A BIODIGESTOR COM BACTÉRIAS TERMOFÍLICAS Luís Alberto Schwind Pedroso Stussi da Silva Pereira 1 ; Ricardo Alan Verdú Ramos 2

RESUMO Na biodigestão a fase termofílica é a mais eficiente entre as faixas de temperatura, porém é bastante sensível a variações de temperatura, necessitando, assim, de sistemas de controle para evitar a esterilização. Este trabalho se propõe a produzir um sistema de controle PID de baixo custo para operar na faixa de temperatura termofílica. Foram modelados os parâmetros do sistema e o controlador foi sincronizado com o sistema. Quando implementado no sistema de biodigestão, a vazão de biogás gerado apresentou um aumento progressivo em relação à temperatura durante período transiente até a estabilização do sistema. Assim, concluímos que o controlador apresentou estabilidade na termofílica pela eficiência mostrada na geração de metano e maior estabilidade na vazão de biogás. PALAVRAS-CHAVE: Capacitância Térmica; Controle PID; Biogás; Regressão; Modelagem Numérica.

Introdução A biodigestão é uma forma eficiente de degradação de dejetos orgânicos utilizando bactérias como agente fermentador (BALMANT, 2009). Essas bactérias que estão contidas neste equipamento, em sua maioria Acetobacterium e Eubacterium, na ausência de oxigênio (processo anaeróbio), produzem gás metano, dióxido de carbono, entre outros (DEUBLEIN; STEINHAUSER, 2014). Segundo Balmant (2009), em ambiente controlado os gases liberados por dejetos aumentam o potencial combustível (aumento da proporção de metano). Porém, escolhas malfeitas ou mal planejadas podem reduzir drasticamente a eficiência do biodigestor. Por se tratar de um processo executado por micro-organismos, este se torna muito susceptível a variações bruscas de temperatura, pH e, também, concentração de nutrientes no processo. Os componentes principais e, consequentemente, os que influenciam o poder calorífico do biogás são o metano e o dióxido de carbono. Quanto maior for a conversão em metano melhor será a qualidade do bio1

Mestre - IPBEN/UNESP, Ilha Solteira, SP, lasdsp@gmail. com. 2. Livre Docente - IPBEN/UNESP, Ilha Solteira, SP, ricardo.ramos@unesp.br.

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O controlador Proporcional Ingás. Eles podem ser manipulados na prática de duas formas principais: por tegral Derivativo (PID) permite que meios térmicos e por meios químicos funções transferências, de até segunda ordem, sejam controladas relati(VILLEN et al., 2001). vamente ao tempo de assentamento, Por meios térmicos existem três sobressinal e tempo de resposta do faixas para manipulação do metabo- sistema (NISE, 2011). lismo celular, porém apenas a termoPorém, não é possível dimensiofílica e a mesofílica são de interesse nar sistemas de controle sem ter mopara a biodigestão. delos matemáticos do processo (planA termofílica é a faixa de tempe- ta) em que deve ser feito esse controle. ratura entre 45 a 70 ºC, sendo a mais Vale destacar que quanto mais eficiente, produzindo proporcionalmente três vezes mais gás (CHOO- próximo for o comportamento do RIT; WISARNWAN, 2007) e mais modelo em relação à situação real merápida em comparação à mesofílica, lhor será a eficiência do controle. Ou porém necessita de um controle de seja, a modelagem do sistema é a destemperatura refinado, pois variações crição matemática do funcionamento bruscas na temperatura esterilizam o do mesmo. biodigestor, ou fazem com que a culO modelo da capacitância térmitura de bactérias retroceda na sua fase ca é um método análogo ao circuito metabólica perdendo a eficiência e/ou até mesmo desestabilizando o biodi- elétrico, representando uma massa térmica isolada por uma resistência. gestor (VILLEN et al., 2001). Este modelo calcula o atraso de um Sistemas de controle são neces- determinado corpo de entrar em equisários para manter a estabilidade e a líbrio com o meio exposto, como, por eficiência do processo de biodigestão. exemplo, a demora para que uma garEstes sistemas são compostos por re- rafa térmica entre em equilíbrio com troalimentação, o que faz com que ele o ambiente (INCROPERA, 2008). tenha uma resposta ao estado atual e Já a resistência térmica representa não somente à entrada. Dessa forma, é possível projetar sistemas que podem a dificuldade de um local de trocar caestabilizar em determinados valores lor com outro, seja na condução, com e até aumentar a precisão de sistemas a resistência de contato, na convecção, ou na radiação. Quanto maior a readjacentes.

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COM OS DEVIDOS ISOLAMENTOS NAS MANGUEIRAS, FOI POSSÍVEL TRANSFERIR O CALOR QUASE QUE IMEDIATAMENTE DO BANHO TÉRMICO PARA O BIODIGESTOR para o sistema de controle foi baseada nas características de robustez, preço e velocidade de processamento. Assim, um PIC16 foi escolhido, senLogo, este trabalho se propõe a do este parte de uma das linhas mais criar um sistema de controle de baixo econômicas de microcontroladores custo para atuar na faixa termofílica disponíveis atualmente, além de, com a arquitetura Harvard, manter velode temperatura em um biodigestor. cidades de float point operation comparáveis aos microcontroladores mais Metodologia complexos. A. Modelamento Matemático Uma vez definida a frequência A princípio foi feita a modelagem de amostragem e tendo em mãos o do sistema de controle e da resposta modelo do sistema, o sistema estava térmica do sistema no programa Si- pronto para a sintonia discreta, com a mulink, conforme mostra a Figura 1. limitação de que não ocorra overshoot do aquecimento dentro da câmara de O modelo matemático utilizado biodigestão, evitando, assim, a morte foi o modelo da capacitância térmi- das bactérias na fase de aquecimento ca para o sistema de aquecimento do inicial. biodigestor, pela enorme massa do Outras medidas foram tomadas sistema e características de isolamenpara evitar a esterilização do biodito do volume controlado. gestor, como o dimensionamento da resistência de aquecimento, para que em regime permanente (associada às perdas térmicas para o ambiente) não exceda a temperatura máxima suportada pelas células, supondo convecção natural (evitando a presença de ventiladores ou condicionadores de ar que causassem turbilhão no ar em volta do biodigestor). Logo, a potência máxima dissipada pelo resistor dentro do biodigestor para que a temperatura máxima fosse mantida, com uma margem de segurança, foi de 400 Watts. sistência térmica, maior será o isolamento térmico do material (INCROPERA, 2008).

O modelo criado leva em consideração vários fatores como a perda de temperatura para o ambiente, a resistência de aquecimento, o calor gerado do metabolismo das bactérias dentro do biodigestor e por último as perdas por transformações químicas.

Para evitar deterioração do aquecedor, este não dissipa o calor diretamente dentro no biodigestor, sendo utilizado um banho térmico externo que controla a temperatura, evitando, assim, oscilações na carga térmica dissipada, transmitindo a média da temperatura.

Por conta dessas medidas de segurança, adotadas para evitar a esterilização, o sistema deixa de ser de primeira ordem e passa a ser de segunda ordem, neste caso um controlador PID faz-se necessário para evitar que ocorra overshooting, ou seja, que o sistema de controle não consiga acompanhar o sistema de aquecimento, evitando, assim, a instabilidade do sistema. O atuador de temperatura trata-se de uma resistência de Constantan (a mesma usada em chuveiros residenciais) pelo baixo custo e facilidade de modelar na forma desejada, e como sensores de temperatura foram escolhidos termistores, pela facilidade de utilização, baixo custo e precisão na medida. No entanto, para validar a utilização desse tipo de sensor no sistema, foi verificado o tempo crítico de resposta do sistema através da simulação. Com base nos resultados das simulações os tempos de resposta se tornavam críticos acima de 5 minutos, porém tempo de resposta do termistor é de 10 segundos, possibilitando a sua utilização. Outros tipos de sensores foram cotados para utilização dentro do biodigestor, como, por exemplo, os termopares e os sensores pirométricos, no entanto para a utilização de ambos era necessário maior complexidade de hardware e a precisão é menor, fugindo do foco do trabalho que é a construção de um sistema de controle barato para utilização na biodigestão. Para garantir que a temperatura dentro do biodigestor ficasse homogênea foi colocado uma bomba de diafragma aquário que agitava e fazia circulação dos gases dentro do biodigestor. Para o refinamento na malha de controle eram necessários encontrar os parâmetros reais e substituir no sistema numérico as variáveis obtidas por simulação (parâmetros da capacitância térmica, tempo de assentamento, tempo de resposta e oﬀset), encontrando, assim, os parâmetros PID pelo modelamento sistema de controle.

Com os devidos isolamentos nas A Figura 2 mostra a regressão dos mangueiras, foi possível transferir o B. Procedimento calor quase que imediatamente do ba- dados reais de temperatura em função do tempo. A escolha do microcontrolador nho térmico para o biodigestor.

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Os resultados pós aquecimento mostrados na Figura 5 são reações das bactérias termofílicas que produzem mais metano do que as mesofílicas. É possível verificar a ocorrência desse tipo de fenômeno onde a vazão de biogás é bem maior do que quando não se aquece o sistema.

A regressão foi feita a partir da equação da capacitância térmica e obteve-se um coeficiente R² de 0,9997. O sensor de metano também acusa que há um crescimento da proporção de metano com possível assentamento durante o decorrer do aquecimento do biodigestor, conforme pode ser observado na Figura 6.

Resultados e Discussões

Conclusões Concluímos que o sistema de controle de temperatura, utilizando como método de aquecimento indireto (banho térmico) e modelado a partir do modelo matemático da capacitância térmica, é aplicável a sistemas de controle para biodigestão na faixa termofílica de temperatura. Isso se deve ao fato de que os resultados obtidos pelo modelamento foram validados pelos resultados experimentais, mostrando um aumento de cerca de três vezes na produção de biogás, assim como previsto na literatura. Logo, o sistema de baixo custo produzido atende aos objetivos do trabalho. 30 Revista Biomassa BR

[1] BALMANT, W. Concepção, construção e operação de um biodigestor e modelagem matemática da biodigestão anaeróbica. 2009. 60 f. Dissertação (Mestrado em Processos Térmicos e Químicos) - Universidade Federal do Paraná, Curitiba, 2009. [2] CHOORIT, W.; WISARNWAN, P. Eﬀect of temperature on the anaerobic digestion of palm oil mill eﬄuent. Electronic Journal of Biotechnology, v. 10, n. 3, pp. 376386, 2007.

A Figura 3 mostra a instabilidade de sistemas na produção de biogás sem auxílio do sistema de controle, a vazão do biogás gerado sem aquecimento para comparação (grupo controle).

Na Figura 4 é possível ver que o sistema de aquecimento do biodigestor tem uma resposta compatível com a simulação da capacitância térmica.

À CAPES, pela bolsa de mestrado; aos colegas do IPBEN, que auxiliaram na coleta e condicionamento do substrato; e aos colegas de Departamento da Engenharia Mecânica da Faculdade de Engenharia da UNESP de Ilha Solteira, que ajudaram com a construção do biodigestor.

Referências

C. Análise Estatística

Para as vazões foram colhidas 5 medidas e destas a média e o desvio padrão dos dados foram colocados nos resultados e os outliners com desvios padrões muito altos foram retirados.

Agradecimentos

[3] DEUBLEIN, D.; STEINHAUSER, A. Biogas from Waste and Renewable Resources, 2008. [4] INCROPERA, F. P.; DEWITT, D. P.; BERGMAN, T. L.; LAVINE, A. S. Fundamentos de Transferência de Calor e de Massa, LTC, Rio de Janeiro, 6ª ed., 2008. [5] NISE, N. S., Control Systems Engineering, 6ª ed., Hoboken: Wiley, 2011. [6] VILLEN, R. A.; LIMA, U. A.; AQURONE, E.; BORZONI, W.; SCHIMIDELL, W. Tratamento biológico de efluentes. Biotecnologia Industrial. v. 3. São Paulo. Editora Edgar Blucher. 2001.

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ESTADO DO PARANÁ, UM DOS ÚLTIMOS A ADERIR AO CONVÊNIO 16/15 DO CONFAZ Wagner Siqueira de Queiroz Advogado OAB/PR 91.740 GW Advocacia

pós anos de atraso, o estado do Paraná aderiu em maio de 2018, mas, com efeito, a partir de primeiro de junho de 2018 ao convenio 16/15 do Conselho Nacional de Política Fazendária (CONFAZ), convenio este, que isenta sobre o excedente de energia produzida pelo sistema fotovoltaico, o Imposto sobre Operações relativas à Circulação de Mercadorias e Prestação de Serviços de Transporte Interestadual e Intermunicipal e de Comunicação (ICMS), mostrando um avanço a passos curtos, tendo em vista que os estados de Goiás, Pernambuco e São Paulo foram precursores nesta concessão, desde a criação do convenio. A alíquota do ICMS para o ramo energético no Paraná é de 29%, sendo que o contribuinte já é obrigado a pagar o imposto sobre a energia contratada, e quando seu sistema excede, gerando a venda para a concessionária, tem-se fato gerador para a cobrança do imposto.

a forma retrograda que ainda encontra-se este estado. O estado de Minas Gerais, editou o decreto 47.231/2017, ampliando a isenção do imposto para produtores que geram até 5 MW, incentivando cada vez mais a aplicação do sistema de Geração Distribuída. Neste escopo, a região Sudeste sendo São Paulo, Espírito Santo e Rio de Janeiro têm até o fim de 2018 para estender este beneficio, nos mesmos patamares de Minas Gerais, trazendo mais inovações ao setor em que pese os incentivos fiscais. No estado do Paraná, tramitava o projeto de lei 378/2015, onde regulamentava a isenção de tal imposto, sendo que o contribuinte pagaria a alíquota apenas da diferença entre o consumido e produzido. O projeto considerava microgerador até 100kw e minigerador entre 100kw e 1mw. Também isentava o ICMS das peças necessárias para a elaboração da produtora de energia, não só solar como eólica. Porem, este projeto teve o veto do Poder Executivo, na alegação de que o prejuízo para o estado seria de 300 milhões, gerando um rombo nos cofres públicos.

Com a adesão ao convenio, os considerados micros e mini geradores, ou seja, que produzem se micros potencia menor ou igual a 75 kilo watts, se mini entre 75kw e 1 mega watts, obtenham o beneficio da isenção, podendo entregar sua energia a distribuidora sem incidir nenhum Em contrapartida o estado aderiu ao contributo, incentivando assim a produção de ener- venio 16/15 do CONFAZ, porem infelizmente gia limpa e sustentável. concedendo o beneficio da isenção por um período irrisório de 48 meses, após isso, cobrando Alem da condição acima estipulada, o pro- uma alíquota absurda de 29% sobre a energia dutor de energia ainda terá o beneficio concedi- contratada e a produzida, indo contra os incendo apenas pelo período de 48 meses, indo contra tivos e evoluções do sistema de Geração Distrio que os outros 24 estados praticam, mostrando buída.

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