Reaproveitamento dos resíduos orgânicos para geração de biogás, Study Guides, Projects, Research of Design

Download Reaproveitamento dos resíduos orgânicos para geração de biogás and more Study Guides, Projects, Research Design in PDF only on Docsity! 0 Sufo Bacar Reaproveitamento dos Resíduos Orgânicos para a Geração de Biogás Através de Estéricos Bovinos. Universidade Rovuma Montepuez 2022 1 Sufo Bacar Reaproveitamento dos Resíduos Orgânicos para a Geração de Biogás Através de Estéricos Bovinos. Licenciatura em Ensino de Química Com Habilidades em Gestão Laboratorial Monografia científica que vai ser apresentada ao Departamento de Ciências, Tecnologia, Engenharia e Matemática, curso de Química na Extensão de Cabo Delgado, para obtenção do grau de Licenciatura em Ensino de Química com Habilitações em Gestão de Laboratório. Supervisor: Mestre Eduardo Priceiro Universidade Rovuma Montepuez 2022 4 LISTA DE ABREVIATURAS E SÍMBOLOS CH4 – Metano NO- Óxido de Nitrogénio SO- Óxido de Enxofre V - Volume g - Gramas kg - Quilograma L– Litros PVC – Policloreto de vinila CO2 – Dióxido de Carbono TRH – Tempo de retenção hidráulica iv 5 LISTA DE FIGURAS Figura 1 - Fluxograma do processo de digestão anaeróbia ……………………………………………….17 Figura 2: Biodigestor do tipo Indiano …………………………………………………………………….26 Figura 3: Biodigestor Modelo Chinês …………………………………………………………………….27 Figura 4: Curral de Bovinos na aldeia 25 de Setembro…………………………………………………...33 Figura 5: Materiais para Construção do biodigestor………………………………………………………35 Figura 6: Pesagem da câmara de pneu…………………………………………………………………….35 Figura 7: Entrada do biodigestor…………………………………………………………………………..36 Figura 8: Saída do Biogás…………………………………………. ……………………………………..36 Figura 9: Cámara de pneu conectado em uma das pontas de tee …………………………………………37 Figura 10: Biodigestor Montado…………………………………………………………………………..37 Figura 11: Biodigestor com biogás armazenado na câmara de pneu ……………………………………..39 Figura 12: Teste de Chama………………………………………………………………………………..42 v 6 LISTA DE TABELAS Tabela 1- Produção de biogás para diferentes tipos de substrato…………………………………………21 Tabela 2 - Composição típica do biogás …………………………………………………………………22 Tabela 3 - Comparação entre biogás e outros combustíveis ……………………………………………..23 Tabela 4 -Comparação entre os biodigestores chinês e indiano……………………………….................28 Tabela 5 - Materiais Para Construção Do Biodigestor ………………………………………...................34 vi 9 DEDICATÓRIA À minha irmã Atija minha querida irmã, sua presença significou segurança e certeza de que não estou sozinho nessa caminhada. ix 10 Resumo O presente trabalho objectivou criar alternativas que devem ser usadas para o tratamento e reaproveitamento dos resíduos orgânicos (dejectos de animais) na aldeia25 de Setembro, em que se verifica muita proliferação de matéria orgânica (dejectos bovinos), provocando assim a poluição ambiental. Para isso construiu-se um biodigestor capaz de tratar e reaproveitar resíduos. A operação do biodigestor consistiu em preparo do substracto onde colocou-se num balde plástico cerca de 9 a 10 litros de estéricos de boi, adicionou-se água na mesma proporção e misturou-se bem até ficar homogéneo e depois despejou-se aos poucos todo o substrato contido no balde e fechou-se para não permitir a passagem de ar no interior do biodigestor, e, finalmente deixou-se o biodigestor exposto ao sol num período de três semanas, nas instalações da universidade Rovuma extensão de Cabo delgado Montepuez. Passado duas semanas após a exposição do biodigestor no sol, houve o início da geração de biogás, e para garantir o bom funcionamento do biodigestor e a produção do biogás foi necessário observar algumas condições tais como: alimentar o biodigestor com a matéria orgânica fresca na proporção de 1:1 num período de 2 em 2 dias. Agitar o galão 3 vezes por semana, balançando manualmente, Adicionar água aquecida dentro do biodigestor, e por fim fez- se o teste de chama que teve como objectivo identificar a presença do gás metano, em que deu um resultado positivo, houve a presença do metano. Palavras-Chave: Reaproveitamento, biodigestor, biogás, resíduo orgânico. Abstract The present work aimed to create alternatives that should be used for the treatment and reuse of organic waste (animal waste) in the locality 25 de Setembro, a place where there is a lot of proliferation of organic material (bovine waste), thus causing environmental pollution. . For this, a biodigester capable of treating and reusing waste was built. The biodigestion operation consisted of preparing the substrate, where about 9 to 10 liters of ox manure were placed in a plastic bucket, water was added in the same proportion and mixed well until homogeneous and then gradually poured all over the substrate contained in the bucket and closed to prevent the passage of air inside the digester and finally the digester was left exposed to the sun for a period of three weeks, in the premises of the Rovuma university- extension of Cabo delgado Montepuez. Two weeks after exposing the digester to the sun, the generation of biogas began, and to ensure the proper functioning of the digester and the production of biogas, it was necessary to observe some conditions such as feeding the digester with fresh organic matter in the proportion of 1:1 in a period of 2 in 2 days. Shake the gallon 3 times a week, manually shaking, Add heated water inside the biodigester, and finally the flame test was carried out, which aimed to identify the presence of methane gas, in which it gave a positive result, there was the presence of methane. Keywords: Reuse, biodigester, biogas, organic waste. x 11 1.Introdução O presente trabalho tem como tema, reaproveitamento dos resíduos orgânicos para a geração de biogás através de estéricos bovinos. Um dos maiores problemas que esta ligado ao desenvolvimento económico mundial está relacionado com a produção energética de cada país. Tal dependência acontece devido ao uso de fontes de carbono fóssil, das quais 36% correspondem ao petróleo; 23%, ao carvão, e 21%, ao gás natural que contribuem para a poluição ambiental (Hernández, 2008). Por isso, é importante a produção de energias alternativas para suprir a demanda energética das grandes nações e proporcionar a expansão dos países em crescimento a partir de fontes provenientes da agricultura. (Vilela & Araújo, 2006: Paulillo et al., 2006) Existem hoje diversas alternativas tecnológicas de aproveitamento da biomassa para geração de energia e formação do biogás, tecnicamente viáveis para a agricultura familiar. Uma das alternativas que vem despertando grande interesse é a tecnologia de biodigestão anaeróbia de resíduos dos animais, e particularmente de resíduos gerados com a criação animal, pela implantação de biodigestores de implantação e operação, e redução da pressão sobre as matas pelo consumo de lenha. Os factores que afectam a geração de biogás são: a composição do resíduo, humidade, pH, tamanho das partículas, idade do resíduo, temperatura, nutrientes, bactérias, compactação de resíduos, dimensões do aterro (área e profundidade), operação do aterro e processamento de resíduos variáveis. Neste contexto, a questão (problema) que orienta esta pesquisa é: que alternativas devem ser usadas para o tratamento e reaproveitamento dos resíduos orgânicos (dejectos de animais). Como objectivo principal pretende-se criar alternativas que devem ser usadas para o tratamento e reaproveitamento dos resíduos orgânicos (dejectos de animais), e como objectivos específicos visa construir um sistema biodigestor e através dela produzir o biogás e por fim fazer teste de uma chama; 14 1.5. Hipóteses H0: Não existe nenhuma forma de tratamento e nem reaproveitamento dos resíduos orgânicos na aldeia 25 de Setembro. H1: Existe uma forma adoptada pela população para o tratamento e reaproveitamento dos resíduos orgânicos. 1.6. Questões Científicas  Como é que as comunidades fazem a gestão dos resíduos orgânicos (dejectos de animais) na aldeia 25 de Setembro?  Será que existe uma forma que é usada para tratar os resíduos orgânicos na aldeia 25 de Setembro 1.7. Objectivos 1.7.1 Objectivo Geral  Criar uma alternativa que deve ser usada para o tratamento e reaproveitamento dos resíduos orgânicos (dejectos de animais); 1.7.2 Objectivos Específicos  Construir um sistema biodigestor capaz de produzir um biogás a partir de resíduos orgânicos.  Produzir o biogás no sistema biodigestor.  Testar o gás obtido através de uma chama; 15 2. CAPITULO II: FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA Neste capítulo são apresentados os aspectos inerentes ao tema, bem como os principais estudos na área do trabalho, recorrendo diversas literaturas, tais como: livros, artigos científicos e jornais, que serviram de suporte para dar sustento teórico ao tema. 2.1. A História do Biogás O biogás foi descoberto, como “gás dos pântanos” em 1667 (Classen; et al., 1999), e, somente um século depois, em 1776, Alessandro Volta reconheceu novamente a presença de metano no gás dos pântanos. Já no século XIX, Ulysse Graynon, um aluno de Louis Pasteur, conseguiu obter 100 litros de gás por m³ de matéria, ao realizar a fermentação anaeróbia de uma mistura de estrume e água, a 35 °C (Nogueira, 1986). Pasteur apresentou os trabalhos do seu aluno à Academia das Ciências em 1884 e considerou que esse gás poderia ser uma fonte de aquecimento e iluminação. Baseando se na explanação dos autores acima citados, é de afirmar que o biogás é uma substância que existiu há décadas atrás, e que era antes de ser descoberto, porque era antes de se efectuar a biodigestão para a possível comprovação da existência do gás metano nos pântanos. Nas décadas de 50 e 60, Índia e China desenvolveram os seus próprios modelos de biodigestores e começaram a utilizar mais intensamente o processo de biodigestão como fonte de energia (Nogueira, 1986). O primeiro relato da colecta de biogás proveniente de um processo de biodigestão anaeróbia é de 1895 na Inglaterra, numa estação de tratamento de efluentes municipais. Porém, somente em 1941, na Índia, apareceu o primeiro estudo de aproveitamento de biogás gerado através de estrume e outros materiais numa pequena planta. Esse foi o início do desenvolvimento do processo de biodigestão anaeróbica para tratamento de resíduos industriais, agrícolas e municipais (Ross e Drake, 1996). Biogás é o nome dado à mistura de gases, produzido por intermédio do processo fermentativo da biomassa, tendo por constituinte energético o metano, além do gás carbónico e outros gases, presentes em menor proporção, variável em função da composição do resíduo (Magalhães, 1986). 16 2.1.2. Biodigestão Anaeróbia A biodigestão anaeróbia é um processo biológico, onde diferentes tipos de microorganismos, na ausência de oxigénio, promovem a transformação de compostos orgânicos complexos (carbohidratos, proteínas e lípidos) em produtos mais simples como metano e gás carbónico (Nopharatana, et al., 2003). Trata-se de um processo simples, que ocorre naturalmente com quase todos os compostos orgânicos e é bastante utilizado no tratamento de dejectos orgânicos (estérico animal, resíduos industriais etc.). Podem ser feitos pela digestão anaeróbica em biodigestores, onde o processo é favorecido pela humidade e aquecimento provocados pela acção das bactérias acidogénicas e metanogénicas (Aneel, 2010). Em termos energéticos, o produto final é o biogás, composto essencialmente por metano (50% a 75%) e dióxido de carbono. O efluente gerado pelo processo pode ser usado como fertilizante (Aneel, 2005). A representação da biodigestão anaeróbica pode ser feita pela equação 1: (Kelleher et al., 2002). Matéria Orgânica + H2 -------> CH4 + CO2 + Biomassa + NH3 + H2S + Calor (1) De acordo com os autores acima citados e olhando aquilo que é a definição de biodigestão anaeróbica, vale ressaltar que é um processo que ocorre num sistema fechado, e que muitas vezes utiliza se para o tratamento de dejectos orgânicos. 2.1.3. Formação do Biogás O biogás é uma mistura gasosa composta principalmente por dióxido de carbono (CO2) e metano (CH4). É produzido pela digestão anaeróbia, que é um processo fermentativo que tem a finalidade de remover matéria orgânica, formar biogás e produzir biofertilizantes. Os biofertilizantes são o que resta da biomassa após a fermentação. Ele apresenta teores de nitrogénio (N), entre 1,5 e 2,0%, de fósforo (P), entre 1,0 e 1,5%, e de potássio (K), entre 0,5 e 1,0%, sendo um adubo orgânico com alta qualidade. (Deublein & Steinnhauser, 2008). 19 Nas equações a seguir, 5 e 6 destacam-se alguns exemplos das reacções na Acidogénese: C₆H₁₂O₆ + 2H₂ ↔ 2CH₃CH₂COO- + 2H₂O + 2H₂ (5) Glicose Propianato C₆H₁₂O₆ ↔ CH₃CH₂CH₂COO- + 2CO₂ + H+ +2H₂ (6) Glicose Butirato Acetogénese A acetogénese é a fase na qual os materiais resultantes da acidogénese são transformados em ácido etanóico, hidrogénio e gás carbónico por bactérias acetogénicas. Essa é uma das fases mais delicadas do processo, considerando que é necessário manter o equilíbrio para que a quantidade de hidrogénio gerado seja consumida pelas bactérias arqueais responsáveis pela metanogénese. Nas equações a seguir, 7 e 8 destacam-se alguns exemplos das reacções na Acetogénese: CH₃CH₂COO⁻ + 3H₂O ↔ CH₃COO⁻ + H⁺ + HCO₃⁻ + 3H₂ (7) Propianato Acetato CH₃CH₂CH₂COO⁻ + 2H₂O ↔ 2CH₃COO⁻ + H+ + 2H₂ (8) Butirato Acetato Metanogénese Durante a metanogénese na biodigestão anaeróbia, o ácido acéitico, o hidrogénio e dióxido de carbono são finalmente convertidos em metano e gás carbónico através da acção de microrganismos metanogénicas classificados no domínio das arqueas, conhecido como distinto das bactérias devido a suas características genéticas. As arqueas possuem características únicas e particulares que as permitem viver em ambientes específicos onde são receptores de electrões como, por exemplo, oxigénio (O2) e Nitrato (NO3-) 20 são ausentes ou existentes em baixas concentrações. Desta forma, a metanogénese pode ser considerada como sendo uma respiração anaeróbia onde o gás carbónico ou o grupo metil de compostos C-1, ou carbono do grupo metil do acetato é o receptor de electrões. (Machado, 2016). Exemplos: CH₃COO⁻ + H₂O ↔ CH₄ + HCO₃⁻ (9) CO₂ + 4H₂ ↔ CH₄ + 2H₂O (10) a) Composição da matéria Quanto maior a percentagem de material orgânico presente no resíduo, maior é o potencial de geração de metano. Para a formação de biogás é necessário que exista uma relação entre 20:1 e 30:1, de carbono para nitrogênio. O excesso de nitrogênio pode levar a má produção de biogás, com formação de compostos nitrogenados como a amônia (NH3). b) Teor de água O teor de água deve estar ao redor de 90% do conteúdo total de biomassa, de acordo com a origem da mesma. A diluição deve estar em torno de 1:1 e 1:2 de água para substracto. O excesso de água pode atrapalhar a hidrólise, exigindo uma elevada carga de biomassa, e a falta de água pode causar o entupimento da tubulação de carga do biodigestor. c) pH As bactérias envolvidas no processo são afectadas por alterações do pH no interior do biodigestor. A média de valores está entre 6,0 e 8,0, tendo o pH 7,0 como ponto óptimo. Esses valores são respeitados quando o processo acontece em condições normais. d) Temperatura As actividades enzimáticas das bactérias dependem da temperatura, e alterações bruscas causam desequilíbrio nas culturas, principalmente nas bactérias formadoras de metano. Em torno de 10ºC a actividade é muito reduzida e acima de 65ºC as enzimas são destruídas. Deve-se procurar sempre manter a temperatura de 35 a 45 ºC, sendo esta a óptima temperatura para a biodigestão. Para conter a variação da temperatura no interior do biodigestor, a maior parte do sistema se 21 encontra enterrado no solo, pois a variação de temperatura ali é muito menor do que na atmosfera. A temperatura ideal, no entanto, dependerá do tipo de bactéria a ser utilizada, ou seja, se forem termofílicas, mesofílicas ou psecrofílicas, além das condições locais. e) Tempo de retenção O tempo de retenção pode variar de reacção para reacção, porém normalmente leva de 30 a 45 dias para a formação do biogás. Entretanto, em algumas situações, na primeira semana de retenção hidráulica, já é possível verificar a existência de biogás em menores proporções. Essa variação é mais fácil de ser observada em biodigestores do tipo contínuo. f) Concentração de sólidos voláteis Quanto maior a concentração de sólidos voláteis da biomassa, maior será a produção de biogás, já que são os que serão fermentados para produzir o biogás. Comastri Filho (1981) recomenda pelo menos 120 g de sólidos voláteis por kg de matéria seca, sendo o teor de sólidos voláteis presentes no estérico bovino variado entre 80 e 85%. Portanto, vemos que podemos produzir biogás a partir de qualquer tipo de substrato orgânico, desde que tenhamos as condições necessárias para o desenvolvimento das bactérias envolvidas no processo. Porém, diferentes matérias orgânicas nos darão diferentes produções de biogás, o que pode ser visto na tabela 1, abaixo Tabela 1- Produção de biogás para diferentes tipos de substracto. Espécie m 3 de biodigestor / kg de estérico m 3 de biodigestor / 100 kg de estérico Caprino/Ovino 0,040 – 0,061 4,0 – 6,1 Bovino de leite 0,040 – 0,049 4,0 – 4,9 Bovino de corte 0,040 4,0 Suinos 0,075 -0,089 7,5 – 8,9 Frangos de corte 0,090 9,0 Poederas 0,100 10,0 24 como por exemplo granjas avícolas de corte, onde o estérico é removido quando ocorre a limpeza do galão após a venda das áves. idem 2.3.1.Biodigestor Contínuo Nos biodigestores do tipo contínuo, ao contrário do tipo batelada, a produção de biogás e biofertilizante enquanto o mesmo for alimentado com substracto, nunca cessa. Esse tipo de biodigestor é alimentado continuamente com um substracto que seja de fácil degradação e disponível abundantemente no local através de ductos de alimentação, enquanto o biogás é extraído por tubulação na parte superior e o biofertilizante é removido através de ductos de saída. (Deganutti, R, et al., 2002). Os biodigestores contínuos são divididos em horizontais e verticais, de acordo com seu posicionamento no solo, sendo que esses dois ainda são subdivididos em outras classificações quanto ao modelo. Os biodigestores contínuos verticais são compostos de tanques cilíndricos de alvenaria, na maioria das vezes com sua maior parte enterrada no solo. A alimentação desse tipo de biodigestor é feita pela parte inferior, enquanto o biogás sai pela parte superior. Quando esse tipo de biodigestor é utilizado, é necessária atenção para não contaminação de lençóis freáticos, visto que eles apresentam certa profundidade escavada na terra. Idem Os biodigestores contínuos horizontais têm sua altura menor que seu comprimento e largura, podendo assumir quaisquer formas. Eles podem ou não estarem submersos, o que faz com que os mesmos sejam recomendados em áreas onde existem lençóis freáticos, com baixos riscos de contaminação. A alimentação de biomassa é realizada por um dos lados do biodigestor, enquanto do outro lado retira-se o biofertilizante. (Deganutti, R, et al., 2002). Me auxiliando no trecho acima, os biodigestores podem ser vários tipos, e cada tipo tem a sua vantagem e desvantagens, por exemplo o biodigestor continuo ele a sua produção nunca cessa, no biodigestor de modelo canadense a sua produção cessa, e depois para onde se faz um novo abastecimento, podemos também encontrar biodigestores circulares e horizontais. Idem Os modelos mais utilizados de biodigestores contínuos são o Indiano, o Chinês e o Canadense. Esses três tipos de biodigestores serão apresentados a seguir. 25 2.3.2. Biodigestor Batelada No sistema do tipo batelada, a matéria-prima é inserida no biodigestor fechado, totalmente sem ar, para que seja realizada a fermentação anaeróbica do material. O gás inserido é armazenado num gasómetro acoplado no próprio recipiente ou permanece no biorreactor servindo de digestor. Após o término da produção de biogás, o biodigestor é aberto e os resíduos são retirados. A seguir, é feita a limpeza do sistema e é inserida uma nova quantidade de substracto, reiniciando o processo (Comastri Filho, 1981). 2.3.3.Modelo Indiano No biodigestor do modelo Indiano, existe uma campânula flutuante como gasómetro, sendo que ela pode estar inserida sobre a biomassa em fermentação ou em um selo de água externo, e uma parede central que divide o tanque em duas câmaras, para que o material circule de maneira homogénea por todo o seu interior. O modelo Indiano possui pressão de operação constante, ou seja, à medida que o volume de gás produzido não é consumido de imediato, o gasómetro tende a deslocar-se verticalmente, aumentando o volume deste, portanto, mantém a pressão em seu interior constante (Deganutti et. al., 2002). Esse modelo de biodigestor apresenta fácil construção, porém o gasómetro de metal pode encarecer o custo final e inviabilizar o projecto de instalação do mesmo. O resíduo utilizado para alimentar o biodigestor Indiano, deve apresentar uma concentração de ST (sólidos totais) não superior a 8%, para facilitar a circulação do resíduo pelo interior da câmara de fermentação e evitar entupimentos dos canos de entrada e saída do material (Deganutti et. al, 2002). 26 Figura 2: Biodigestor do tipo Indiano.Fonte: (Deganutti et al, 2002). Segundo Souza (2009), os principais componente de um biodigestor Indiano são:  Caixa de carga – local de diluição dos dejectos;  Tubo de carga – conduz dejectos da caixa de carga para o interior do biodigestor;  Câmara de biodigestão cilíndrica – local de ocorrência da fermentação anaeróbica com produção de biogás;  Gasômetro – local de armazenamento do gás produzido, formado por uma campânula/ campana que se movimenta verticalmente;  Tubo guia – guia o gasômetro quando este se movimentar para cima e para baixo;  Tubo de descarga – conduz para a saída o material fermentado sólido e líquido;  Caneleta de descarga – local de recebimento do material fermentado sólido e líquido;  Saída de biogás – dispositivo que permite a saída do biogás produzido para ser e caminhado para os pontos de consumo. 2.3.4.Modelo Chinês O biodigestor modelo chinês é formado por uma câmara cilíndrica em alvenaria para fermentação, com tecto impermeável, destinado ao armazenamento do biogás. Este biodigestor funciona com base no princípio de prensa hidráulica, de modo que aumentos de pressão em seu interior, devido ao acúmulo de biogás, resultarão em deslocamentos do efluente da câmara de fermentação para a caixa de saída, e em sentido contrário quando ocorre descompressão (Benincasa et al., 1990). 29 eléctrica é dada pela razão entre a energia produzida pela equivalência de 1m³ de biogás, ou seja: Eficiência (%) = (energia produzida kWh/m³ / 6,5 kWh/m³) * 100. (Catapan, 2011). A produção de energia através do biogás pode gerar lucros para o produtor. Dados obtidos no artigo “Formas alternativas de geração de energia eléctrica a partir do biogás: uma abordagem do custo de geração de energia” pode mostrar que, de Agosto de 2009 à Julho de 2010, em duas granjas no estado do Paraná, os donos das mesmas poderiam receber uma média de R$ 842.737,12 a partir da produção de biogás. No estudo estão apresentados os valores usados para fazer o levantamento de valores de biogás produzido. (Catapan, 2011) Segundo a Escola de Governo do Paraná (2009), o preço médio pago pela empresa por este tipo de energia vária de R$ 134,21 á R$ 135,91 por kWh gerado. Este é o chamado potencial económico da produção de biogás. Em Santa Catarina, o Acordo de Empréstimo entre o Governo Brasileiro e o Banco Mundial, deu início ao PNMA II (Programa Nacional do Meio Ambiente II) que está direccionado para o aperfeiçoamento do processo de gestão ambiental no País. No âmbito desse Programa, foram implantados, com sucesso, projectos ambientais na produção de suínos. O Projecto Suinicultura Santa Catarina é um desses projectos. Esse Projecto promoveu a instalação de dois biodigestores em propriedades produtoras de suínos, com a finalidade de implantação de unidades demonstrativas. (Lima, 2007). Durante o tempo de produção de biogás, nas esterqueiras seleccionadas pelo programa no em Concórdia SC, foram levantados dados para que pudessem ser feitos cálculos de energia produzida durante um mês. No mês de Julho de 2007 a produção média de biogás observada, em m³/dia, foi de 52 (10). Para ser feita a conversão da energia eléctrica normalmente é usado um motor conectado um gerador, que transforma energia mecânica em eléctrica. O sistema é composto de um grupo gerador com um motor 1800 CC, movido a biogás e refrigerado por trocador de calor a água, com rotação de 3.600 RPM, controlado por regulador electrónico micro processado acoplado a um economizador assíncrono com potência de 30 30 kW, trifásico, sem escovas, dois pólos, 220 V, 60 Hz, com capacidade para produzir 25 kVA de potência eléctrica. (Lima, 2007). Estudos feitos para avaliar o potencial de produção de energia a partir do biogás produzido na região meio oeste catarinense pelo PNMA II, concluiu que o consumo médio de energia nas propriedades é de 600 a 1800 kWh/ mês e uma produção média de 50 m³/dia de biogás pode gerar 2160 kWh/mês. 2.5.1.Uso do biogás em motores. Quimicamente a produção do biogás se assemelha muito com a produção do gás natural obtido a partir dos combustíveis fosseis. A partir daí é possível conseguir a matéria principal que é o biogás e também fazer uso dos resíduos da decomposição, que são normalmente usados como fertilizantes por ser um resíduo altamente nutritivo. OlaFredriksson, engenheiro na Gryaab, a estação de tratamento de esgoto em Goteborg, diz que a quantidade média anual de dejectos eliminados por cada pessoa nas descargas do vazo sanitário cria biogás suficiente para que um automóvel rode 120 quilómetros. Existem grandes montadoras hoje que seguem a ideia de produzir novos modelos de carros movidos a biogás. Conforme relata BoRamberg, director-executivo da FordonGas, uma empresa com sede em Goteborg que opera a maior rede de postos de abastecimento de biogás na Escandinávia: A ideia é que a quantidade de gás utilizada pelos veículos seja compensada pelo gás produzido a partir de resíduos orgânicos. Nós queremos certificar as emissões presentes no ciclo de vida inteiro do biogás, da produção ao uso. Mas já acreditamos que o biogás seja o melhor combustível para reduzir as emissões. (Kanter, 2008). Aparentemente a ideia proposta pelas montadoras é muito boa, mas existem ainda reclamações de outras montadoras que começaram a produzir os veículos movidos a biogás e não tiveram os lucros esperados, ou então que tiveram muitas reclamações de seus consumidores. Em geral, os motoristas reclamam da dificuldade de encontrar um posto de abastecimento para motores movidos a biogás. As críticas a tais motores incluem também o facto de os carros comportarem 31 uma quantidade de gás suficiente para rodar poucas horas, duas, três horas no máximo. Motoristas também reclamam que os primeiros modelos de motores movidos os biogás apresentam mau desempenho em ladeiras, eram lentos em manhãs húmidas e os tanques ocupavam muito espaço no porta-malas. (Kanter, 2008). 2.5.2. O incentivo público. O biogás por ser considerado como uma forma alternativa de energia, sendo que, por vezes ocorre sua produção para utilização doméstica. No meio rural é possível verificar que há disponibilidade para a produção de tal fonte alternativa de energia. No meio rural, as fontes renováveis alternativas de energia podem ser utilizadas em comunidades rurais isoladas, com o objectivo de melhorar as condições de vida destas populações. A implantação depende da disponibilidade dos recursos energéticos existentes em cada região. Em locais onde há disponibilidade de resíduos animais, os quais não podem ser dispostos na natureza antes de passarem por um processo de tratamento, ocorre a disponibilidade de biogás. (Pereira; Pavan, 2004). No Brasil existe o PROINFA (Programa de Incentivo às Fontes Alternativas de Energia) que tem base na lei nº 10.438/02, tendo como objectivo incentivar a produção de energia a partir de produtores independentes ou autónomos. O programa faz incentivo às fontes de energia eólica, pequenas centrais hidroeléctricas, e biomassa. O programa pode ser visto como uma oportunidade para que a produção de energia eléctrica com o biogás como sua fonte primária, possua cada vez mais adesão e assim venha participar em maior escala na matriz energética nacional. 2.6. Biomassa O termo biomassa é considerado como qualquer matéria orgânica que possa ser transformada em algum tipo de energia. Compreendida também como matéria vegetal gerada pela fotossíntese e seus diversos produtos e subprodutos derivados deste fenómeno, tais como as florestas, as culturas e os resíduos agrícolas, os dejectos animais e a matéria orgânica que é contida nos resíduos industriais e urbanos (Malico, 2010). 34 3.3.Universo e Amostra Universo Fizeram parte do universo ou população desta pesquisa curais de bovinos existentes na aldeia 25 de Setembro. Amostra Trabalhou se com uma amostra probabilística de 10 kg de estéricos bovinos escolhidas aleatoriamente nos 3 curais, da aldeia 25 de Setembro, no distrito de Montepuez. 3.4. Materiais e Procedimentos Materiais O processo inicial de trabalho consistiu na construção de um biodigestor. Os materiais utilizados na produção dos biodigestores foram adquiridos em lojas de materiais de construção. A seguir uma listagem de materiais utilizados e a quantidade necessária para construção do biodigestor. Tabela 5: Materiais para construção do Biodigestor Ordem Materiais Quantidades 1 Galão de água de 25 litros vazio, para o Biodigestor Um 2 Câmara de pneu vazia, para o armazenamento de biogás Uma 3 Tubulação de plástico maleável de diâmetro (6 mm) Dois metros 4 Tampas de PVC de diámetro (6 mm) Duas 5 Válvula de gás de diámetro ¼ (6 mm) Uma 6 Areia Fina 0,5 kg 7 Sacola Plástica Uma 8 Fita Adesiva Um rolo 9 Balde de plástico de 20 litros Um 10 Funil de Plástico Um 11 Isqueiro Um 12 Vela Duas 35 Figura 5: Materiais para Construção do biodigestor (Fonte: Autor 2021). 3.4.2.Etapas da Construção O primeiro passo foi a aquisição do material que serviu para a montagem do sistema biodigestor. Depois de se adquirir o material fez se a pesagem da câmara de pneu. Figura 6: Pesagem da câmara de pneus (Fonte: Autor 2021). Depois seguiu-se para o processo da construção do sistema onde: Com ajuda de uma faca fez-se duas aberturas no galão (Uma na parte superior e a outra na parte lateral), a parte superior, serviu como a entrada da matéria orgânica e a parte lateral a saída do biofertilizante. Depois cortou-se dois pedaços do tubo de PVC de (20 mm), um pedaço encaixou-se na parte superior que serviu como a entrada da matéria orgânica e o outro pedaço do tubo PVC na parte lateral (saída do biofertilizante). Os tubos não foram conectados na sua totalidade, isto é, uma parte dos tubos PVC ficaram por fora do galão para permitir a entrada da matéria orgânica assim como a saída do biofertilizante. 36 Depois do encaixe dos tubos conectou-se tampas de PVC na extremidade dos tubos que estão por fora do galão para não permitir a entrada e a saída do ar. . Figura 7: Entrada do biodigestor (Fonte: Autor 2021). De seguida fez se uma outra abertura lateral no galão, essa abertura serviu para encaixar a tubulação, que serviu para o transporte do biogás até a câmara (armazenamento). A fixação da tubulação fez se através de uma cola e areia. Como ilustra a figura: Figura 8: Saida do biogas (Fonte: Autor 2021). Depois cortou se a ponta da tubulação e fez se um tee, em que uma das pontas do tee conectou-se um pedacinho da tubulação que depois foi encaixada a câmara de pneu, e na outra extremidade do tee conectou-se a válvula 39 Uma maneira simplificada e não onerosa de manter a temperatura elevada dentro do biodigestor é a adição de água aquecida dentro do mesmo. Para isto, coloca-se água em um tambor, cubra-se com uma lona preta ou outro material isolante termicamente e deixa-se no sol. No final do dia utiliza-se esta água aquecida para realizar a mistura entre esterco e água para a alimentação do biodigestor que poderá manter a temperatura elevada. Depois de se observar todas as condições que garantiram o bom funcionamento do biodigestor, o biogás foi armazenado na câmara de pneu, montada no próprio biodigestor como ilustra a figura 11: Figura 11: Biodigestor com biogás armazenado na câmara de pneu (Fonte: Autor 2021). 3.4.4.Teste de Chama Fez se o teste de chama que tinha como objectivo identificar a presença do gás metano, em que consistiu na abertura da válvula do biodigestor e com uma vela acesa aproximou-se a válvula na vela e começou a queimar o biogás 40 CAPITULO IV: APRESENTAÇÃO, ANALISE E DISCUSSÃO DOS RESULTADOS 4. Apresentação dos resultados A pesquisa envolveu em análise sobre o reaproveitamento dos resíduos orgânicos para a geração de biogás através de estéricos bovinos, numa amostra de 10 kg de estercos bovinos, através da instalação de um sistema biodigestor que permitiu de uma forma eficaz a obter os dados credíveis da pesquisa. 4.1. Resultados e Discussão 4.1.1. Produção do biogás A quantidade do biogás produzido pelo biodigestor durante 21 dias foi de 0,195 gramas determinados pela diferença da câmara de pneu vazia e a câmara de pneu contendo o biogás. Como mostra o cálculo abaixo: Cámara Vazia: 0,310 g Biogás = Câmara com biogás – Cámara Vazia Cámara com biogás: 0,505 g Biogás = 0,505 g – 0,310 g Biogás =? Biogás = 0,195 g Durante 21 dias o biodigestor construído nas instalações da universidade Rovuma extensão de Cabo-Delgado - Montepuez, produziu uma quantidade de 0,195 g de biogás com uma quantidade de 10 kg de Estéricos bovinos. É importante realçar que a produção de biogás pode variar durante os testes realizados com o mesmo substrato. Essa variação deve-se ao inóculo, em que estão concentrados os microrganismos que realizam a degradação real do substrato, apresentando capacidades distintas para decompor o material. A temperatura de degradação e o tipo de pré-tratamento utilizado também influenciam na geração de biogás. Trabalhos realizados utilizando o sistema biodigestão anaeróbico, de Nascimento e Lucas Júnior (1995). Encontraram a produção de biogás na biodigestão anaeróbia de estrume de suínos com cinco tempos de retenção hidráulica, de 0,0863 m3.kg-1 para TRH de 50 dias, 0,1152 m3.kg-1 para TRH de 30 dias, 0,1145 m3.kg-1 para TRH de 20 dias, 0,1152 m3.kg-1 para TRH de 15 dias, 0,0931 m3.kg-1 para TRH de 10 dias. 41 As várias experiências já realizadas na área de biodigestão anaeróbica indicam uma correlação entre a produtividade do processo e a faixa de temperatura de operação. Sendo o processo eminentemente biológico, os microrganismos participantes devem ser então adaptados ao meio. Segundo Ahn e Forster (2002), os microorganismos termofílicos suportam melhor os efeitos da variação de temperatura em relação aos microrganismos mesofílicos. Castro e Cortez (1998), estudando a influência da temperatura no desempenho de biodigestores com esterico bovino, concluíram que a faixa de temperatura mesofílica (de 30 °C a 40 °C) mostrou-se a mais favorável, não só em relação à produção de biogás, como também em relação à eficiência na degradação de sólidos do esterco bovino. Souza (2001) avaliou a eficiência da digestão anaeróbica no tratamento de resíduos de suínos em terminação, estudando as temperaturas de 25, 35 e 40ºC, sob efeito ou não de agitação, com tempos de retenção hidráulica de 30, 25, 15 e 10 dias. Concluiu que o melhor desempenho geral foi verificado na temperatura de 35 °C . Souza et al. (2002), avaliando a partida de biodigestores de bancada, alimentados com dejectos de suíno, submetidos a três temperaturas diferentes (25, 35 e 40 °C) e agitação do substracto, concluíram que as temperaturas de 35 e 40 °C favoreceram a partida dos biodigestores, pois resultaram em maior produção acumulada de biogás. Gorgati e Lucas Júnior (1996) avaliando a fracção orgânica de lixo urbano como substracto para biodigestor encontraram o início de produção efectiva de biogás aos 35 dias, constatando-se o pico de produção aos 98 dias. Massé e Masse (2001), estudando o efeito das temperaturas de 20° C, 25 °C e 30 °C no tratamento de águas residuárias de abatedouro em biodigestor anaeróbio sequencial, concluíram que a produção de metano decai quando o biodigestor é operado na temperatura de 20° C. Segundo MASSÉ et al. (2003), o desempenho do biodigestor anaeróbio diminui significativamente quando a temperatura operacional cai de 20° C para 10° C. 44 Conclusão Nas condições de estudo conclui-se que: O sistema biodigestor construído, foi eficiente para o tratamento e reaproveitamento dos resíduos orgânicos (estéricos bovinos), pois em 21 dias conseguiu produzir uma quantidade considerável de biogás. A produção de biogás no sistema biodigestor foi satisfatória, pois permitiu teores médios de gás metano, que foi verificado a partir do teste de chama. Não existe nenhuma forma que é usada para o tratamento e reaproveitamento dos resíduos orgânicos na aldeia 25 de Setembro e uma das práticas mais comuns é a queima do lixo, justamente por não haver um sistema de colecta; Outra alternativa utilizada é a deposição dos resíduos sólidos em espaços a céu aberto nos próprios terrenos a distância das residências, gerando depósitos sobre os quais provavelmente não há técnica adequada e cujas práticas de manejo realizadas pela população são desconhecidas. Sugestões No âmbito de minimizar um problema de natureza sugere se aos moradores da aldeia 25 de Setembro de modo que cada um tivesse uma consciência ambiental e que venha a saber sobre os riscos de proliferação dos resíduos orgânicos.  Sensibilizar a população sobre os riscos de proliferação dos resíduos orgânicos;  Que se monte um biodigestor de maior dimensão capaz de tratar e reaproveitar os resíduos orgânicos proliferados na aldeia 25 de Setembro; 45 10. Referências Bibliográficas 1. AHN, J. H. e FORSTER, C. F. The effect of temperature variations on the performance of mesophilic and thermophilic anaerobic filters treating a simulated papermill wastewater Process. Biochemistry, v. 37, p. 589–594, 2002. 2. Ahring, B.K..Perspectives for anaerobic digestion. Advances in biochemical engineering/biotechnology - Biomethanation I.(Ahring, B. ed). Springer. Berlin. pp. 1- 30.2003 3. Albuquerque, C. Uma alternativa para a vinhaça. UDOP, 2017. 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