Biogás e Biometano: Produção e Vantagens

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ 
INSTITUTO DE ENGENHARIA MECÂNICA 
 
 
 
EEN 603 - BIOCOMBUSTÍVEIS 
 
 
 
 
 
 
Biodigestão Anaeróbica: 
Parte 2 
 
 
 
 
 
 
 
Autor: Prof. Dr. Christian Jeremi Coronado Rodriguez 
 
 
 
 
 
 
 
Itajubá - MG, novembro de 2023 
 
2 
 
1. Medidas de segurança para utilização do Biogás. 
 Evitar vazamentos usando materiais adequados 
 Treinamento regular de pessoal para operar o biodigestor 
 Sinalização adequada na área de maior perigo 
 Evitar aumento de temperatura (armazenamento e transporte) 
 Instalação de equipamentos corta-chamas 
 Deve-se fazer um monitoramento da composição do biogás 
 
1.1. Remoção das impurezas do biogás 
 Lavagem do gás para remoção do CO2 
 Adsorção 
 Uso de membranas 
 Liquefação 
 
3 
 
 
 
 Siloxanos: Composto de sílica proveniente de produtos de higiene pessoal e cosméticos. 
Sua presença no biogás acarreta, ao longo do tempo, problemas nos rotores de turbinas 
e motores pela formação de grãos de sílica no interior de dos equipamentos, devido a 
elevada temperatura. 
2. Biometano. 
O biogás sofre um processo de conversão, ou seja, acréscimo do teor de CH4, e passa a 
ser chamado de biometano ou Greengas. 
Alguns países europeus, como Alemanha, Noruega, Suíça e Suécia, estão investindo em 
pesquisas visando ao melhoramento do biogás, para utilização como combustível em 
substituição do Gás Natural. 
 
 
4 
 
As condições prévias para o fornecimento do biometano à rede de gás natural são 
mostradas na tabela. 
 
Gas Verde – Empresa Brasileira produtora de Biometano 
A GÁS VERDE é uma empresa sediada em Seropédica, RJ, que valoriza o biogás produzido 
pelo aterro que recebe 10.000 toneladas/dia de resíduos urbanos da cidade do Rio de Janeiro. 
Em novembro de 2022, a capacidade de produção da empresa era de 120.000 Nm3/dia de 
biometano e pode abastecer indústrias do vizinho estado de São Paulo. 
 https://gasverde.com.br/ 
 https://www.youtube.com/watch?v=wBEA_POk1Js 
Diagrama de produção e distribuição de biometano (Gas Verde) 
 
https://www.youtube.com/watch?v=wBEA_POk1Js
https://www.youtube.com/watch?v=wBEA_POk1Js
https://www.youtube.com/watch?v=wBEA_POk1Js
https://www.youtube.com/watch?v=wBEA_POk1Js
https://www.youtube.com/watch?v=wBEA_POk1Js
https://www.youtube.com/watch?v=wBEA_POk1Js
 
5 
 
 
Fonte: www.gasverde.com.br 
2.1. Vantagens do biometano. 
As vantagens em relação ao biogás são: 
 Cogeração 
 Elevada eficiência elétrica 
 Baixo custo de investimento 
 Baixo custo operacional 
 Maior vida útil dos equipamentos 
 Na geração de calor industrial 
 Elevada eficiência e baixa emissão 
 Uso como combustível veicular 
 
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 Baixas emissões 
Custos de produção do biometano referente às plantas mencionadas. 
 
4. Aterros sanitários – RSU. 
 Um dos principais problemas enfrentados pela administração pública municipal é o 
gerenciamento dos RSU 
 Maior parte do lixo urbano produzido no mundo é despejado em aterros sanitários ou 
em aterros não regulados (lixões ou aterros controlados) e o biogás gerado é emitido 
diretamente na atmosfera 
 
 
 
 
4.1. Aterros sanitários 
 
 
9 
 
 
 
Disposição final de lixo no Brasil - 2008 
 
IBGE, 2008 
No Brasil, aproximadamente, 38,6% dos RSU produzidos são encaminhados para 
aterros sanitários, principalmente nas grandes cidades do pais. 
Vazadouro a céu 
aberto
50%
Aterro controlado
22%
Aterro sanitário
28%
Destino final dos resíduos sólidos, por unidades de destino 
dos resíduos (%), 2008
 
10 
 
O restante é enviado a aterros controlados (31,8 %) ou lixões (29,6%), presentes na 
maior parte de média e pequenas cidades. 
Segundo a CETESB (2016) o índice de produção per - capita de resíduos sólidos 
domiciliares em função da população urbana: 
Índices estimativos de produção per cápita de resíduos sólidos urbanos em 
função da população urbana 
 
http://g1.globo.com/jornal-nacional/noticia/2017/05/brasil-tem-quase-3-mil-
lixoes-ou-aterros-irregulares-diz-levantamento.html 
4.2. Aterros sanitários – H2S 
A concentração de H2S geralmente menor que 100 ppm em volume, entretanto em 
aterros construídos ou cobertos por material geológico rico em enxofre, tal como o gesso, esta 
concentração pode ser maior. 
4.3. Aterros sanitários e a produção do biogás 
 O volume de biogás gerado por um aterro sanitário não é constante 
 Cada célula irá produzir diferentes capacidades de produção de CH4 em função do seu 
tempo de residência no interior do aterro 
 O biogás total produzido por um aterro sanitário, em um determinado instante, é igual à 
soma das capacidades individuais das células presentes no aterro 
http://g1.globo.com/jornal-nacional/noticia/2017/05/brasil-tem-quase-3-mil-lixoes-ou-aterros-irregulares-diz-levantamento.html
http://g1.globo.com/jornal-nacional/noticia/2017/05/brasil-tem-quase-3-mil-lixoes-ou-aterros-irregulares-diz-levantamento.html
http://g1.globo.com/jornal-nacional/noticia/2017/05/brasil-tem-quase-3-mil-lixoes-ou-aterros-irregulares-diz-levantamento.html
 
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Aterro sanitário de Indaiatuba, SP. Recebe diariamente cerca de 150 toneladas de 
lixo domiciliar 
Curva de produção de biogás típica para uma pequena quantidade de materiais rápida e 
lentamente descompostos em aterros sanitários: 
 
 
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4.4. Tempo de decomposição 
 
4.5. Geração de energia 
 O aproveitamento do biogás para geração de eletricidade pode ser realizado com 
aplicação de módulos geradores 
 Caso ocorre o excesso de gás, a instalação pode continuar queimando o biogás em flares. 
 O uso de flares não é obrigatório pela legislação brasileira 
 No Brasil é mais interessante quando se deseja a obtenção de créditos de carbono 
4.6. Hermetizãção 
 Os aterros não são herméticos, parte do biogás gerado é perdido para atmosfera pelas 
paredes externas do mesmo 
 A taxa de recuperação dever ser entre 75 e 90%. 50 % em aterros mal projetados e 
operados 
 
13 
 
 Além de sistemas de sucção de ativos, podem ser empregados sistemas de 
impermeabilização que impedem a entrada e saída de gases na massa de resíduos 
Impermeabilização de aterros 
Além de 
impedir a entrada a águas pluviais, a Vinigemomanta também evita a perda de gás fora do 
sistema de drenagem. 
 
14 
 
4.7. Modelos de produção 
 O potencial energético de um aterro sanitário depende da quantidade de CH4 que ele 
produz 
 Foram desenvolvidos modelos matemáticos que prevêem a produção de CH4 em aterros 
 Técnicas usuais de ajuste de curvas teóricas com resultados experimentais 
Aterro Bandeirantes 
 
Aterro Salvador 
 Usualmente estas curvas são descritas por um modelo conhecido como “school 
canyon”, leva em conta uma cinética de 1ra ordem igual a: 
 
Onde: 
 Lt = Produção total do gás no tempo t (m3/ano) 
 L0 = Potencia de geração de gás do resíduo (m3/ton) 
𝐿𝑡 = 𝐿0(1 − 𝑒−𝑘𝑡) 
 
15 
 
 t = tempo (anos) 
 k = cte de decaimento do carbono (ano-1) 
 
4.8. Metodologia mais usada 
A metodologia mais utilizada atualmente para o calculo do potencial de geração de CH4 em 
aterros é: 
 
CH4y: Emissão de metano no ano y (ton de CH4/ano) 
F: Fração de metano no biogás (em volume) 
DOCj: Fração de Carbono Orgânico Degradável no resíduo tipo j (ton C/ton de RSU) 
DOCf: Fração de DOCj possível de ser degradada (varia de 0 a 1, recomenda-se usar 
0,5) 
MCF: Fator de correção do CH4 (varia de 0,4 a 1) 
Rj,x: Quantidade de resíduo tipo j depositado no ano x (ton de RSU) 
kj: Taxa de degradação do residuo tipo j (1/ano) 
x: Ano dentro do período de tempo calculado (x varia de 1 até y) 
y: Ano para o qual as emissões de CH4 são calculadas. 
Dados fictícios para a estimativa de geração de metano 
 
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Ano de abertura do aterro 1 
Ano de fechamento do aterro 20 
Tempo que o aterro permanece fechado gerando biogás 20 anos 
População atendida
pelo aterro 100.000 hab 
Taxa de crescimento populacional 1,38% ao ano 
Taxa de geração de resíduos per capita diária 0,5 kg RSU/hab dia 
Taxa de resíduos coletados que são depositados em aterro 88% 
Cte de decaimento (k) 0,125 / ano 
Potencial de geração de biogás 0,25 m
3
 d/kg RSU 
T° de digestão anaeróbica 50 °C 
Fator de metano no biogás 50 % 
Fator de conversão do metanol 1,0 (aterro sanitário) 
 
 
5. Exemplo – Projeto e construção. 
Aterro Sanitário na cidade de Guaratinguetá. Parque Temático de Santa Luzia 
(1992/2006). 
 
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O objetivo principal do trabalho pretendido era fazer um diagnóstico inicial da situação 
dos lixões das cidades citadas, da situação da coleta do lixo, dos custos envolvidos na gestão 
dos resíduos e, com base nestas informações, fazer uma proposta para a solução dos graves 
 
18 
 
problemas ambientais e sociais (catadores) que na época já eram muito presentes nos 
municípios. 
Estes trabalhos foram desenvolvidos durante o ano de 1992, por uma empresa alemã 
contratada Deutsch Gesellschaft fuer Techische Zusammenarbeit – GTZ , originando o 
primeiro estudo. 
Assim, no final do ano de 1992 foi concluído o primeiro "Conceito Integrado para 
Gerenciamento dos Resíduos Sólidos para a Região Administrativa de Guaratinguetá”, o qual 
apresentou um diagnóstico do problema na época e, o mais importante, uma solução para uma 
gestão econômica e ambientalmente sustentável dos resíduos dos municípios integrantes do 
consórcio. 
No caso de Guaratinguetá, por exemplo, ficou evidenciado neste estudo, que além do 
sistema de disposição ser inadequado, o lixão estava localizado em área imprópria, havia a 
presença de catadores que coletavam restos de alimentos e materiais recicláveis, sendo que 
muitos deles viviam no local. 
1989-1992, os novos Prefeitos eleitos não tiveram vontade e unidades políticas 
suficientes para a implementação das soluções propostas, perdendo, na época, uma grande 
oportunidade de mostrar competência administrativa e maturidade política, o que poderia fazer 
da região um marco de pioneirismo na área ambiental e social no Brasil. 
Em 1998, por intervenção da CETESB, a Prefeitura Municipal assinou o Termo de 
Ajustamento de Conduta – TAC, que estabelecia as medidas necessárias para a recuperação 
sanitária da área atual. O TAC estabelecia ainda que os resíduos sólidos não poderiam ser 
despejados no lixão do bairro Santa Luzia. 
Em 2000, iniciou-se um processo de melhoramento do lixão, obtendo-se a qualificação 
de aterro controlado. Primeiramente, retiraram-se os catadores do local, implantando a coleta 
seletiva solidária, através da Cooperativa "Amigos do Lixo" de Guaratinguetá. 
Em 2003, iniciou-se um processo para a construção de um aterro sanitário. 
 
19 
 
Durante o período de transição, entre aterro controlado e o saneamento do local, de 2002 
à 2005, a área era constantemente invadida por catadores. Para evitar estas ocorrências e manter 
a ordem, foi necessário vigilância permanente e intervenções policiais. 
Somente em 2006, após aproximadamente 13 anos, do primeiro estudo para o 
gerenciamento integrado dos resíduos sólidos, iniciou-se a implantação deste no município. A 
gestão dos resíduos passou a ser de competência do Serviço Autônomo de Águas e Esgotos de 
Guaratinguetá – SAAEG. 
Com a necessidade de destinar de forma adequada as 60 toneladas diárias de resíduos 
produzidas, uma vez que os prazos estavam se esgotando, o Prefeito Municipal se viu obrigado 
a optar por terceirizar parcialmente os serviços. 
5.1. Etapas 
5.1.1. Recuperação e saneamento da área 
A recuperação e saneamento da área constaram da instalação de sistema de drenagem 
do chorume e construção da lagoa, cobertura impermeabilizante com argila, perfuração de 
poços para drenagem de gases, retirada de lixo em alguns locais, compactação, construção dos 
taludes para estabilização do aterro, cobertura vegetal e arborização. 
5.1.2. Sistema de drenagem de chorume e lagoa 
A drenagem do chorume foi construída no formato de espinha de peixe, utilizando-se 
uma variedade de material drenante como, feixes de bambu e palha, tubos, pedra rolada, e pneus 
enfileirados e palha. Para facilitar e direcionar o escoamento para a lagoa de chorume, foi feito 
uma inclinação de 2%. Na lagoa o chorume é coletado periodicamente por um caminhão pipa 
e transportado para a estação de tratamento de esgotos. A lagoa é revestida com manta PEAD 
e tem uma capacidade para armazenar até 110 m³. 
5.1.3. Impermeabilização com argila 
 
20 
 
Para promover a impermeabilização do solo superior, foi aplicada uma camada de 
argila, com o objetivo de evitar a percolação de águas provenientes das chuvas e ao mesmo 
tempo reduzir a geração de chorume. 
5.1.4. Sistema de drenagem de gases 
 Tem por finalidade retirar os gases gerados no processo de decomposição bioquímica 
dos resíduos, constituído por cerca de 80% de metano (CH4), 17% de gás sulfídrico 
(H2S) e 3% gás carbônico (CO) 
 O sistema consiste dos dutos horizontais, construídos de tubos drenos de PEAD de ø 
110 mm, internos ao maciço, ligados a dutos verticais de tubos drenos de PEAD ø 110 
mm, denominado de TG-Tubo de Gás, num total de 11 TG`s, formando uma malha de 
drenos, que atende e drena a área de influência do entorno de cada TG, volume 
aproximado de gás 2,5 Nm³/h/dreno 
5.1.5. Pós-aterramento 
Após a execução dos itens anteriores, a área foi coberta com grama, iniciando-se as 
edificações. Procurou-se fazer as edificações nos locais que não haviam sido utilizados para a 
disposição dos resíduos, como é o caso do Portal de Acesso, setor administrativo. 
Já para a construção da Casa Tronco, sala de educação ambiental e brinquedoteca, foi 
necessário escavar aproximadamente 1,5 m, retirar o lixo existente no local e compactar a área. 
5.2. Parque Ambiental e Temático Santa Luzia 
No dia 16 de dezembro de 2006, foi inaugurado o Parque Ambiental Santa Luzia, que 
funciona como área de lazer, principalmente para a população do entorno, a qual convivia 
diretamente com a problemática do lixão e, para atender atividades de educação ambiental do 
município e da região. 
As infra-estruturas do parque ambiental compreendem: 
 Um Portal de Acesso para administração 
 
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 Uma Casa de tronco como núcleo de educação ambiental 
 Quatro Quiosques de Bambu 
 Jardim dos sentidos 
 Parque infantil, campo de futebol, quadra de areia para vôlei 
 Caminho educacional do lixo, contendo 26 painéis auto-explicativos, sobre geração, 
tratamento e disposição final dos resíduos, em tinta e em braile 
 Galeria do lixo em rampa e escada, com um visor em vidro para visualizar as camadas 
de lixo soterradas 
 Anfiteatro ao ar livre 
 Canteiro de mudas para manutenção do jardim do parque e para as atividades de 
educação ambiental 
 Estacionamento para a frota de veículos da administração pública e visitantes 
No ano 2013, foi realizado um projeto de revitalização do Parque Ambiental Santa 
Luzia. 
 A direção do Parque Ambiental no início do ano, juntamente com a nova administração 
do SAEG, ao qual a área é subordinada, constatou que a área, com 30 mil metros, estava em 
estado de abandono. 
A partir de então foi desencadeado um projeto de recuperação, que contou com limpeza 
geral da área, troca do telhado das instalações, nova pintura, construção de rampas para 
acessibilidade, reforma dos brinquedos do playground, novos plantios de mudas, reativação do 
viveiro, implantação de guarita e cancela para organizar e controlar o acesso ao local, 
dedetização para eliminação de escorpiões e caramujos que infestavam o Parque, colocação de 
iluminação interna e externa, instalação de chuveiros com água quente para os funcionários, 
quadro indicativo detalhando os diversos setores do Parque. 
 
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5.2.1. Novembro de 2005 
 
 
 
5.2.2. Janeiro de 2006 
 
 
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5.2.3. Fevereiro de 2006 
 
5.3.4.
Março de 2006 
 
 
 
 
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5.3.5. Abril de 2006 
 
5.3.6. Maio de 2006 
 
5.3.7. Junho de 2006 
 
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5.3.8. Julho de 2006 
 
 
 
26 
 
 
5.3.9. Agosto de 2006 
 
 
 
 
27 
 
5.3.10. Setembro de 2006 
 
 
5.3.11. Outubro de 2006 
 
 
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5.3.12. Novembro de 2006 
 
5.3.13. Dezembro de 2006 
 
 
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5.3.16. Antes 
 
5.3.14. Depois 
 
 
 
 
30 
 
6. Estações de tratamento de esgoto – ETE´s. 
Segundo o IBGE (2008), no Brasil somente 28,5% dos municípios possuem tratamento 
de esgotos. 
Percentual de municípios com tratamento de esgoto, em ordem decrescente, 
segundo as Unidades da Federação - 2008 
 
 
E.T.E. de São Miguel - SP 
 
31 
 
No Brasil, os tratamentos biológicos mais utilizados são: 
 Lagoas de estabilização 
 Processo de lodo ativado com areação prolongada 
 Filtros biológicos 
 Tanques sépticos (áreas rurais) por vezes seguidos de um filtro anaeróbico ou ainda da 
infiltração do efluente no solo 
 A produção per capita de biogás pode variar em uma ETE na faixa de 5 – 20 l/pessoa/dia, 
sendo que a participação de CH4, em volume, pode variar entre 50 e 70%. O restante é composto 
por CO2, NH3, N2, H2, outros gases e vapor água. 
6.1. Exemplo de MiniETE – FEG –UNESP (Wendell e Godoy 
2004-2009) 
 A miniestação de tratamento de esgoto (miniETE), implantada no Campus 
Guaratinguetá da Universidade Estadual Paulista “Julio de Mesquita Filho”, foi 
dimensionado um sistema de produção do biogás gerado na miniETE, que tem a 
finalidade de produzir energia elétrica. Também se utiliza a queda d’água da parte 
aeróbia para produzir energia mecânica para o sistema de geração que é parte integrante 
dessa planta de tratamento de esgoto 
 Há também a perspectiva do uso do efluente tratado (biofertilizante) para a ferti-
irrigação de um bosque de plantas em formação, existente no campus de Guaratinguetá 
 
32 
 
 
6.2. Operação 
 O esgoto proveniente do prédio da administração e da cantina do Campus entra no 
sistema pela caixa de gordura, que é o tratamento preliminar das águas residuais, eliminando 
os sólidos mais grosseiros, por exemplo blocos de gordura, via gradeamento. 
6.2.1. P. Anaeróbico 
 Primeiro, o esgoto passa por um sistema anaeróbio, composto por três biodigestores tipo 
manta de lodo, que, por meio de um separador de fases em formato helicoidal, separa 
os resíduos sólidos (lodo), do biogás e da água do esgoto 
 Nesse estágio, o lodo excedente é retirado e torna-se biofertilizante. A outra parte do 
lodo é mantida, pois os micro-organismos ali presentes, com predominância do gênero 
Methanosaeta, digerem a matéria orgânica presente no esgoto e produzem o biogás 
 Esse biogás é transferido ao gasômetro onde é concentrado e colocado à pressão 
apropriada para alimentar o MCI, que gera energia elétrica suficiente para manter 
pequenos sistemas, como uma sala de controle, a iluminação, uma bomba etc 
 
33 
 
 
 
34 
 
 
35 
 
 
 
 
36 
 
 A água do esgoto segue o fluxo do sistema até o quarto biodigestor, aeróbio-anóxio, 
onde micro-organismos aeróbios digerem a matéria orgânica que não foi digerida 
anaerobicamente, além de transformar o nitrogênio amoniacal em nitrato 
 Cabe aos micro-organismos anóxios presentes nesse biodigestor transformar o nitrato 
em nitrogênio gasoso e remover parte do fósforo na forma de biomassa bacteriana do 
lodo 
 Nesse estágio, a água em condição de re-uso passa por uma roda d’água que gera 
potência mecânica a ser utilizada no funcionamento do aerador, o qual supre o 
biodigestor aeróbio de ar para as bactérias. A água em condição de re-uso (tratada) pode 
ser utilizada na ferti-irrigação de área verde 
 
 
 
37 
 
 
7. Dejetos rurais. 
Produção diária de resíduos líquidos e esterco de diversos animais. (Oliveira, 1993): 
 
Quantidade de rejeitos necessários para produção de 1 m3 de biogás (Castañon, 2002): 
 
8. Dejetos de bovinos. 
A biodigestão anaeróbica representa uma alternativa para o tratamento de resíduos 
bovinos, pois além de permitir a redução do potencial poluidor e dos riscos sanitários dos 
dejetos ao mínimo, promove a geração do biogás. 
 
38 
 
 A bovinocultura, em regime de confinamento, possui um potencial considerável de 
produção de biogás: 
 
9. Dejetos suínos. 
 Um suíno, na média, equivale, pelo seu impacto poluidor, a 3,5 pessoas 
 A quantidade total de esterco produzido por um suíno varia de acordo com o seu 
desenvolvimento ponderal, mas apresenta valores decrescentes de 8,5 a 4,9% em relação 
ao seu peso vivo/dia para a faixa de 15 a 100 kg 
 C/suíno adulto produz me media 7 – 8 l de dejetos líquidos/dia ou 0,21 – 0,24 m3 por 
mês 
Características químicas e físicas dos dejetos (mg/l) dos dejetos de suínos (EMBRAPA): 
 
39 
 
 
9.1. Estatísticas 
Brasil tem cerca de 2,4 milhões de matrizes alojadas e ocupa o 4° lugar no mundo 
produzindo aproximadamente 3,5 milhões de ton de carne suína (3% do mercado mundial). 1° 
é a China (45% do mercado) seguido pela EU (22% mercado), 3° lugar os USA (10 % mercado). 
10. Potencial energético – Geração de eletricidade. 
A tabela apresenta o potencial de geração de eletricidade a partir da produção de CH4 
dos resíduos orgânicos mais difundidos no Brasil. 
 
40 
 
 
Tecnologia de conversão energética do biogás e valores típicos de vazão potência 
(Environment Canada, 2001): 
 
 
Características de um MCI Caterpillar 3516 STA utilizando Biogás de aterro (Bovi e 
Lunghi, 2006): 
 
41 
 
 
Características de uma Turbina a Gás utilizando Biogás de aterro (Bovi e Lunghi, 2006):