Utilidades industriais: biogás

Integração e Intensificação de Processos
Ano letivo 2024/25

Docente:
Nuno Manuel Clemente Oliveira
Autor:
Linda Carvalho Cosendey

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.

Além de seu potencial energético, a produção e utilização do biogás estão alinhadas com estratégias globais de sustentabilidade, contribuindo para a mitigação das emissões de gases de efeito estufa e para a valorização de resíduos orgânicos. No entanto, apesar de seus benefícios, desafios técnicos e econômicos ainda precisam ser superados para viabilizar sua adoção em larga escala. Questões como armazenamento, transporte, purificação e controle de emissões precisam ser geridas adequadamente para garantir a segurança e eficiência do processo.

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.

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.

Inicialmente, o biogás era visto apenas como um subproduto da decomposição anaeróbia de resíduos orgânicos, sendo sua produção associada ao tratamento de efluentes. A principal motivação era reduzir a carga orgânica desses efluentes, mitigando impactos ambientais. Entretanto, com a ratificação do Protocolo de Kyoto e a implementação de mecanismos de desenvolvimento limpo (MDL), além do aumento nos custos dos combustíveis convencionais, a geração de biogás passou a ser reconhecida como uma alternativa energeticamente eficiente e ambientalmente viável ².

O desenvolvimento tecnológico permitiu avanços na produção e no aproveitamento do biogás, tornando-o uma fonte versátil. Ao longo das últimas décadas, consolidou-se como uma solução para reduzir as emissões de gases de efeito estufa e promover a transição energética para fontes mais sustentáveis ³. Sua produção está diretamente alinhada com os Objetivos do Desenvolvimento Sustentável (ODS) da ONU, contribuindo para um futuro mais equilibrado ao permitir a gestão adequada de resíduos e a eficiência na utilização de recursos naturais ⁴.

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.

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.

A composição exata do biogás depende dos materiais utilizados no processo e das condições em que ocorre a fermentação. O teor de metano pode variar entre 50% e 75%, sendo esse o principal componente responsável pelo poder energético do gás. Já o dióxido de carbono, que pode corresponder a até 50% da mistura, não possui propriedades combustíveis, e sua remoção melhora a eficiência energética do biogás. Por outro lado, o sulfeto de hidrogênio deve ser removido, pois sua presença pode ser corrosiva e prejudicial aos equipamentos ^{5 6}.

A obtenção do biogás pode ser feita a partir de diversas biomassas, como resíduos agroindustriais, dejetos de animais, resíduos urbanos e subprodutos de processos industriais que envolvem matéria orgânica. Além de gerar energia, a digestão anaeróbia contribui para a gestão sustentável de resíduos, reduzindo seu acúmulo e minimizando impactos ambientais. Outro benefício do processo é a produção de biofertilizantes, que são ricos em nutrientes e podem ser aproveitados na agricultura ⁷.

A composição do biogás pode ser melhor compreendida por meio da Tabela 1, que apresenta as concentrações típicas dos seus principais componentes e suas características químicas ^{7 8}.

Tabela 1. Composição do biogás

Fonte: Coldebella, 2006 ⁷; Zanette, 2009 ⁸.

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.

A Figura 1 ilustra o esquema geral do processo de produção de biogás, que será detalhado a seguir.

Figura 1. Esquema de produção de biogás

Referências