Utilidades industriais/Tipos de energias/Biog\303\241s.md ..
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Linda Carvalho Cosendey
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## Introdução
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## 1. Introdução
O biogás é uma fonte de energia renovável que tem se destacado como alternativa sustentável para geração de eletricidade, calor e substituição de combustíveis fósseis. Seu processo de obtenção ocorre por meio da digestão anaeróbia de matéria orgânica, resultando em um gás composto majoritariamente por metano e dióxido de carbono. Com uma gama diversificada de aplicações, o biogás pode ser utilizado na cogeração de energia, no setor industrial e até mesmo no abastecimento veicular, reduzindo impactos ambientais e promovendo maior eficiência no uso de resíduos.
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Dessa forma, este relatório busca apresentar os principais aspectos do biogás, abordando sua história, características, processos de produção, aplicações industriais e limitações. O objetivo é fornecer uma visão abrangente sobre seu potencial como recurso energético, destacando tanto suas vantagens quanto os desafios que precisam ser superados para sua consolidação como fonte viável e sustentável.
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## História
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## 2. História
A produção de biogás é conhecida há séculos, mas sua utilização como fonte de energia ganhou destaque apenas nas últimas décadas. Registros indicam que na Índia e na China o biogás já era utilizado para saneamento básico e geração de energia muito antes da crise do petróleo. No Ocidente, no entanto, só teve sua relevância reconhecida após as crises energéticas do século XX, quando fontes alternativas passaram a ser mais exploradas [^1].
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Dessa forma, o biogás emerge como uma alternativa promissora, não apenas como fonte renovável de energia, mas também como solução ambiental para a gestão de resíduos, destacando-se como uma tecnologia chave para um desenvolvimento mais sustentável.
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## Características
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## 3. Características
O próprio nome "bio”gás remete à sua origem biológica. Trata-se de um gás gerado pela decomposição de matéria orgânica em ambientes sem oxigênio, um processo conhecido como digestão anaeróbia. Esse fenômeno ocorre naturalmente em locais como pântanos, lagoas, esterqueiras e no trato digestivo de animais ruminantes. Durante essa decomposição, a matéria orgânica é convertida em um gás composto principalmente por metano (CH4) e dióxido de carbono (CO2), além de pequenas quantidades de hidrogênio (H2), sulfeto de hidrogênio (H2S), nitrogênio (N2), oxigênio (O2), amônia (NH3) e vapor d'água (H2O) [^5].
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Fonte: Coldebella, 2006 [^7]; Zanette, 2009 [^8].
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## Processos de produção
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## 4. Processos de produção
A degradação microbiológica de resíduos orgânicos em um ambiente sem oxigênio molecular resulta na produção de biogás e ocorre em quatro fases distintas. Cada fase envolve grupos fisiológicos específicos de bactérias do domínio Archaea (anaeróbios). Inicialmente, as bactérias fermentativas atuam nas etapas de hidrólise e acidogênese. Em seguida, as bactérias acetogênicas são responsáveis pela acetogênese. Por fim, as bactérias metanogênicas realizam a metanogênese, resultando na formação do biogás [^6].
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_**Figura 1.** Esquema de produção de biogás_
Fonte: Elaborado pelo autor, adaptado de: Rocha e Mendes, 2024 [^6]; Rohstoffe, 2010 [^5].
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### Hidrólise
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### 4.1 Hidrólise
A etapa de hidrólise é o primeiro estágio da degradação anaeróbia de resíduos orgânicos e envolve a quebra de macromoléculas em compostos menores e solúveis, facilitando sua absorção pelas bactérias. Nesse processo, as bactérias fermentativas hidrolíticas secretam enzimas extracelulares, conhecidas como hidrolases, que atuam sobre biopolímeros complexos, como polissacarídeos, proteínas, ácidos nucleicos e gorduras. Os polissacarídeos são convertidos em açúcares solúveis, como monossacarídeos e dissacarídeos; as proteínas são degradadas em peptídeos e, posteriormente, em aminoácidos; enquanto os lipídios são transformados em ácidos graxos de cadeia longa (C15 a C17) e glicerol [^9].
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### Acidogênese
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### 4.2 Acidogênese
Na fase de acidogênese, as bactérias fermentativas acidogênicas convertem os materiais solúveis provenientes da hidrólise em ácidos gordos voláteis, como os ácidos acético, propiônico e butírico. Além disso, nesse processo ocorrem a produção de dióxido de carbono e hidrogênio, bem como a formação de pequenas quantidades de ácido lático e álcoois. A composição dos compostos sintetizados nessa etapa varia de acordo com a concentração de hidrogênio intermediário presente no meio [^5].
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### Acetogênese
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### 4.3 Acetogênese
A etapa de acetogênese é responsável pela conversão dos compostos formados nas fases anteriores em substâncias que possam ser utilizadas pelas bactérias metanogênicas. Nessa fase, ocorre predominantemente a desidrogenação dos ácidos gordos voláteis, resultando na formação de acetato, além da liberação de hidrogênio e dióxido de carbono. Contudo, as bactérias acetogênicas são sensíveis a elevadas concentrações de hidrogênio, sendo essencial que as bactérias metanogênicas consumam esse gás para manter o equilíbrio do processo. Além disso, o hidrogênio e o dióxido de carbono gerados podem reagir entre si, originando mais ácido acético, que também servirá como substrato para a produção final de biogás [^10] [^6].
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### Metanogênese
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### 4.4 Metanogênese
Na etapa final da produção de biogás, ocorre a formação de metano pelas bactérias metanogênicas. Esses microrganismos anaeróbios convertem o hidrogênio, o dióxido de carbono e o ácido acético em metano e dióxido de carbono. No entanto, são extremamente sensíveis a variações ambientais, como temperatura e pH. As bactérias responsáveis pela produção de biogás são predominantemente mesofílicas, funcionando bem em temperaturas entre 35 e 45ºC. Alterações bruscas na temperatura podem comprometer sua sobrevivência, resultando em uma redução significativa na produção de biogás [^11].
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Para ilustrar visualmente os conceitos abordados sobre a produção e utilização do biogás, recomenda-se assistir o vídeo "A Journey into Biogases". O recurso apresenta, de forma objetiva, o processo de geração do biogás e algumas de suas aplicações práticas. Ele está disponível em: [^12].
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## Aplicações industriais
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## 5. Aplicações industriais
O biogás possui um significativo potencial energético e pode ser utilizado como alternativa a diversas fontes convencionais de energia. A eficiência de sua conversão em eletricidade e calor depende da composição do biogás, especialmente do teor de metano, que influencia diretamente seu poder calorífico. Em condições normais de pressão e temperatura, o metano puro possui um poder calorífico inferior (PCI) de aproximadamente 9,9 kWh/m³. No entanto, em condições típicas de produção, devido à variação na composição do biogás, com teores de metano entre 50% e 80%, seu PCI pode oscilar entre 4,95 e 7,92 kWh/m³. Isso afeta sua equivalência energética com outros combustíveis e sua aplicabilidade em diferentes processos industriais [^13].
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A seguir, serão exploradas essas aplicações, seus processos necessários e os impactos na sustentabilidade, de acordo com Muncinelli (2019) [^13].
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### Aplicação do biogás como alternativa de substituição ao diesel
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### 5.1 Aplicação do biogás como alternativa de substituição ao diesel
Após passar por etapas de purificação e compressão, o biogás pode representar uma alternativa viável ao óleo diesel, cuja origem está em recursos não renováveis. Para que seja utilizado em motores originalmente projetados para diesel, o biogás deve passar por um processo industrial específico. Esse processo inclui diversas fases, que são apresentadas no diagrama da Figura 2 a seguir.
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Segundo a reportagem “Energia limpa: biogás pode ser alternativa ao diesel” disponível em [^15], a utilização do biogás como alternativa ao diesel poderia substituir até 70% do diesel consumido por ônibus e caminhões no Brasil, reduzindo significativamente os custos operacionais com combustível.
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### Aplicação do biogás como alternativa de substituição ao gás natural veicular (GNV)
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### 5.2 Aplicação do biogás como alternativa de substituição ao gás natural veicular (GNV)
O biogás, após ser devidamente tratado, também pode ser empregado como combustível em veículos originalmente abastecidos com gás natural veicular (GNV). Para viabilizar essa substituição, é necessário submetê-lo a processos semelhantes para obtenção de diesel, conforme Figura 3.
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Vale destacar que, diferente da substituição do diesel, a troca do GNV pelo metano ocorre de maneira direta e completa, exigindo apenas ajustes simples na configuração dos motores para garantir sua compatibilidade e desempenho adequado.
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### Aplicação do biogás como alternativa de substituição ao gás liquefeito do petróleo (GLP)
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### 5.3 Aplicação do biogás como alternativa de substituição ao gás liquefeito do petróleo (GLP)
O biogás representa uma alternativa sustentável ao GLP, pois, quando tratado para remover impurezas e contendo pelo menos 50% de metano, pode ser empregado em sistemas que utilizam GLP com pequenas adaptações nos queimadores. O que é indicado na Figura 4.
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_**Figura 4.** Aplicação do biogás como alternativa de substituição ao GLP_
Fonte: Elaborado pelo autor, adaptado de: Muncinelli, 2019 [^13].
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### Aplicação do biogás como alternativa de geração de energia combinada elétrica e calorífica
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### 5.4 Aplicação do biogás como alternativa de geração de energia combinada elétrica e calorífica
Após passar pelo processo de purificação, o biogás pode ser utilizado como combustível na geração simultânea de eletricidade e calor em motores do ciclo Otto projetados especificamente para sua combustão. Esses motogeradores são desenvolvidos para operar com a explosão do biogás, garantindo um aproveitamento eficiente dessa fonte de energia. O procedimento pode ser observado na Figura 5.
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Nesse sentido, o biogás demonstra ser uma fonte de energia versátil e eficiente, com aplicações que vão desde a substituição de combustíveis fósseis, como diesel, GNV e GLP, até a geração combinada de eletricidade e calor. É importante relembrar que sua viabilidade depende da composição e do tratamento adequado, garantindo, assim, sua compatibilidade com diferentes sistemas energéticos. Além das aplicações abordadas, outras possibilidades podem ser exploradas conforme avanços tecnológicos e necessidades industriais, ampliando ainda mais o seu impacto na transição para fontes energéticas mais sustentáveis.
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## Limitações
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## 6. Limitações
Apesar do seu grande potencial energético e da sua contribuição para a transição para fontes renováveis, o biogás enfrenta desafios técnicos e econômicos que devem ser considerados para que sua implementação seja eficaz. A seguir, serão discutidos esses desafios e possíveis soluções para viabilizar o aproveitamento sustentável do biogás.
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## Referências
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## 7. Referências
[^1]: **FERRAZ, José Maria Gusmann, et al.** [_Biogás: fonte alternativa de energia._](https://www.infoteca.cnptia.embrapa.br/infoteca/handle/doc/476075) Circular Técnica n°3 - Embrapa, Centro Nacional de Pesquisa de Milho e Sorgo, 1980.
