Situação atual e tendências do desenvolvimento da indústria de biogás nos Estados Unidos

Thread Content

Situação atual e tendências do setor de biogás nos Estados Unidos 1 Visão geral O desenvolvimento da engenharia de biogás nos Estados Unidos é, em geral, mais lento em comparação com a Europa e a China. Na década de 70, o aumento dos preços do petróleo levou à construção de algumas instalações para a produção de biogás. Entre os anos de 1970 e 1990, com o objetivo principal de obter energia, foram construídas cerca de 140 instalações para produção de biogás. No entanto, devido a problemas como instalações precárias, projeto inadequado, montagem incorreta e má gestão, a maioria desses tanques de fermentação de biogás dos primeiros tempos já foi descartada ou deixou de ser utilizada. Nos últimos cinco anos, com o aquecimento global e a escassez de energias fósseis, a tecnologia de biogás tem recebido cada vez mais atenção. As pesquisas relacionadas a esse tema, bem como a construção de projetos-piloto nessa área, têm aumentado gradualmente. De acordo com a Agência de Proteção Ambiental dos EUA (EPA), em 2007 havia aproximadamente 111 instalações de geração de energia a partir de biogás em funcionamento. Tratava-se, basicamente, de instalações localizadas em fazendas de criação de animais, que geravam um total de 215 milhões de quilowatts-hora de energia por ano. Em 2007, a energia produzida por projetos de biogás foi 3 vezes maior do que em 2003. 2 Os principais fatores que impulsionam o desenvolvimento da tecnologia de gás de digestão anaeróbica 2.1 Os benefícios ambientais e energéticos são os principais fatores que impulsionam o desenvolvimento dessa tecnologia nos Estados Unidos. De acordo com pesquisas realizadas pela Agência de Proteção Ambiental dos EUA (EPA) sobre as emissões de metano causadas por atividades humanas, houve uma tendência de diminuição nas emissões de gases de efeito estufa, como o dióxido de carbono, nas indústrias e no setor energético, entre os anos de 1990 e 2005. Por outro lado, as emissões de gases de efeito estufa, como o metano, decorrentes do manejo de resíduos animais aumentaram em 34%. Isso porque, nas fazendas americanas, a criação de animais e a agricultura estão intimamente relacionadas. Antigamente, os resíduos provenientes da criação de animais eram armazenados ao ar livre, em tanques, para depois serem utilizados como fertilizante nos campos. Esse processo de armazenamento gerava grandes quantidades de gases de efeito estufa, como metano e dióxido de carbono. Os projetos de gás biogás permitem reduzir ao máximo as emissões de gases de efeito estufa, controlar a liberação de odores indesejados e evitar a poluição dos recursos hídricos causada pela perda de esterco, entre outros benefícios ambientais ； Ao mesmo tempo, é produzida energia em forma de biogás utilizável (50-70% de metano), além de um fertilizante de valor nutricional, o que contribui para a melhoria das condições sanitárias. Devido aos benefícios desses projetos de gás biogás e às exigências ambientais cada vez mais rigorosas, aumentou o interesse dos agricultores e das empresas de energia renovável em construir tais projetos. 2.2 Políticas de incentivo Nos últimos anos, com o objetivo de promover a construção de instalações para a produção de biogás a partir de resíduos animais, visando assim reduzir o consumo de energia e as emissões de poluentes, o Departamento de Agricultura dos EUA (USDA), a Agência de Proteção Ambiental dos EUA (EPA) e o Departamento de Energia dos EUA (DOE) criaram o projeto AgSTAR. Esse projeto visa fornecer uma plataforma de gestão para o desenvolvimento de projetos relacionados à produção de biogás, oferecendo informações sobre políticas, leis, tecnologias, equipamentos e oportunidades de mercado relacionadas a esses projetos. O governo federal dos EUA e os estados também criam programas para incentivar o desenvolvimento de projetos de gás biogênico e oferecem apoio financeiro. Portanto, a maioria das instalações de gás de digestão é financiada pelo governo federal dos Estados Unidos. Por exemplo, a Lei de Subsídios Financeiros de 2002, que estabelece políticas de incentivo diferentes para o governo federal e os estados, prevê, no seu artigo 9006 sobre energias renováveis e eficiência energética, apoio a projetos relacionados ao biogás. Desde 2003, o Departamento de Agricultura dos EUA já destinou um total de 31 milhões de dólares para sistemas de digestão anaeróbica. O “Programa de Empréstimos para Estações de Digestão de Metano” do Departamento de Agricultura de Minnesota oferece empréstimos sem juros aos agricultores que desejam construir instalações para geração de energia a partir de biogás. 3 Três processos típicos de digestão anaeróbia nos Estados Unidos 3.1 Tanques anaeróbicos revestidos: um revestimento é colocado sobre os tanques existentes para coletar o biogás. A carga orgânica é baixa, geralmente entre 0,05 e 0,2 KgCOD/M3.d. O tempo de permanência da água varia de 60 a 360 dias, dependendo da gestão da instalação. Fermentação em temperatura média de 35-40,5°C, com carga orgânica de 1-10 KgCOD/M3·d. O tempo de retenção hidráulica é de 5 a 20 dias, e a concentração de matéria seca nos resíduos tratados fica entre 3% e 10%. Atualmente, a nova tecnologia alemã de tanques anaeróbicos integrados para geração e armazenamento de gás já está sendo utilizada em fazendas nos estados agrícolas dos EUA, como Wisconsin. Devido ao seu baixo custo e confiabilidade técnica, ela está se tornando gradualmente o tipo de tanque mais utilizado. 3.3 Digestor anaeróbio de tipo em fluxo contínuo: é uma estrutura subterrânea de concreto armado, de formato alongado e estreito. É utilizado para aumentar a temperatura; geralmente, possui uma tampa que coleta o biogás produzido. A fermentação é realizada a temperatura média de 35-40,5°C, com carga orgânica de 1-6 KgCOD/M3.d. O tempo de retenção hidráulica é de 18 a 20 dias. A concentração de matéria seca nos resíduos tratados fica entre 5% e 13%. Geralmente usado em estabelecimentos leiteiros para esterco, mas não é adequado para esterco com areia. Digestor anaeróbico de tipo fluxo contínuo para resíduos de fazendas leiteiras com 800 vacas. Devido ao baixo custo de construção e à facilidade de gestão, esse tipo de processo anaeróbio tornou-se o método mais utilizado nos Estados Unidos. As instalações de tipo plug-flow, completamente misturadas e com revestimento especial representam, respectivamente, 58%, 27% e 19% do total das instalações de geração de biogás. Outras fazendas também utilizam os processos ASBR e UASB para tratar os efluentes provenientes de esterco de porcos. 4 Principais obstáculos no desenvolvimento da engenharia de biogás nos Estados Unidos Atualmente, o desenvolvimento da engenharia de biogás nos Estados Unidos enfrenta alguns obstáculos em áreas como economia, tecnologia, políticas e questões sociais. 4.1 Do ponto de vista econômico: o custo de geração de energia a partir de combustíveis fósseis é muito baixo (em média, 0,09 dólares/KWh). Já a geração de energia a partir de biogás tem um retorno sobre o investimento baixo (0,05–0,11 dólares/KWh). Além disso, são necessários grandes investimentos, e os incentivos financeiros oferecidos não são suficientes. Há também problemas relacionados aos prazos dos contratos com as empresas de eletricidade. 4.2 Em termos técnicos: existem problemas de controle relacionados à utilização contínua do lodo de digestão como material de recheio em estábulos e para compostagem, de modo a manter os padrões de higiene. Há também riscos técnicos significativos (como a falta de capacidade dos proprietários das fazendas para operar e manter sistemas complexos de gás metano, a redução do fósforo presente no líquido resultante da fermentação, e o aumento da taxa de produção de gás). 4.3 Em termos institucionais: devido à dispersão e independência das fazendas nos Estados Unidos, é difícil implementar projetos centralizados de gás metano com alta eficiência. Além disso, o sistema de negociação de créditos de carbono e créditos verdes não é suficientemente eficaz. 5. Novos avanços nas tecnologias relacionadas ao biogás. 5.1 Novos modelos de desenvolvimento e utilização do biogás. O tempo de permanência nos tanques anaeróbicos revestidos, utilizados para tratar 8600 cabeças de suínos, é curto. Tratamento de lodo com concentração de TS de 0,5-3,0%. É mais utilizado no tratamento de efluentes de esterco suíno. Pesquisa Científica: Novos modelos para o uso do biogás gerado a partir de resíduos orgânicos nos Estados Unidos. 5.2 Tecnologias para gás natural renovável: O preço do gás natural nos Estados Unidos ainda é 3 a 5 vezes maior do que o custo de produção de biogás. Portanto, torna-se viável do ponto de vista comercial a purificação do biogás, que possui um teor de metano de 50%-70%, para gás natural com teor de metano de 94-98%. Atualmente, a maior instalação de gás natural renovável da América do Norte está localizada em Huckabay Ridge, no estado do Texas. Nessa instalação, o biogás é purificado e comprimido para se transformar em metano de alta pureza, que é então injetado nas redes de distribuição de gás natural. A instalação entrou em operação em outubro de 2008. O processo de tratamento envolve a manipulação das fezes de 10.000 vacas leiteiras, com um investimento total de 12 milhões de dólares. Espera-se que seja possível gerar 200 mil toneladas de créditos de carbono por ano. 5.3 Tecnologia de fermentação anaeróbia a seco em alta concentração: O projeto piloto desenvolvido pela professora Zhang Ruihong, da Universidade da Califórnia em Davis, para o tratamento de 8 toneladas por dia de resíduos orgânicos como restos alimentares por meio de fermentação anaeróbia a seco entrou em operação em outubro de 2007. O uso de um sistema de fermentação anaeróbia em alta temperatura para materiais orgânicos em altas concentrações oferece vantagens, como alta produção de gás e menor quantidade de resíduos após a fermentação. Atualmente, estão em desenvolvimento projetos anaeróbicos em escala produtiva. 5.4 Tecnologia de geração de energia por células de combustível a partir de biogás – Em 2005, o professor Philip Goodrich, da Universidade de Minnesota, desenvolveu com sucesso um gerador a células de combustível de hidrogênio de 5KW, utilizando o biogás produzido em fazendas leiteiras na região de Haubenschild. Esse gerador tem como vantagens o baixo nível de ruído e a ausência de poluição, mas possui como desvantagens os altos custos de geração de energia e seu tamanho considerável. 6 Algumas sugestões Em resumo, levando em consideração as condições reais do desenvolvimento da indústria de biogás na China, para promover um desenvolvimento rápido e eficaz dessa indústria em nosso país, o autor acredita que existem algumas áreas nas quais se pode trabalhar. Primeiro, é necessário aperfeiçoar as políticas de incentivo às energias renováveis. Considerando o caráter benéfico dos projetos de gás biogênico em termos de economia de energia e redução de emissões, bem como os benefícios ambientais que eles geram, deve-se aumentar o apoio financeiro por meio de subsídios e empréstimos com juros reduzidos. Ao mesmo tempo, são estudadas políticas para o mercado de comércio de créditos de carbono relacionados a projetos de biogás no país. Em segundo lugar, é necessário fortalecer o desenvolvimento de novas tecnologias e equipamentos para a produção de biogás, visando sua industrialização, escalação e padronização. Além disso, é importante que os tanques de fermentação sejam montados de maneira eficiente, a fim de melhorar a qualidade do produto e reduzir os custos de construção. Em terceiro lugar, deve-se pesquisar técnicas de fermentação combinada com múltiplos materiais em alta concentração, para garantir um suprimento suficiente de matéria-prima para a produção de gás, aumentando assim a eficiência dos equipamentos. Fazer com que os projetos de gás biogênico evoluam em direção à centralização e ao aumento de escala, visando melhorar a economicidade dos projetos e a eficiência energética. Quarto, é necessário melhorar a capacidade de comercialização do biogás. Remover os obstáculos à geração de energia a partir de biogás para conexão à rede, e implementar subsídios aos preços da eletricidade. Desenvolver tecnologias para a purificação e compressão do biogás, transformando-o em metano de alta pureza, para posterior inserção nos gasodutos e uso como combustível para veículos, visando a utilização avançada do biogás e o aumento da eficiência energética. Quinto, é necessário aperfeiçoar e planejar de forma racional a distribuição das atividades de criação de animais e cultivo de plantas, a fim de alcançar um equilíbrio entre essas atividades. Isso garante o uso eficiente do lodo e dos resíduos resultantes dessas atividades, reduzindo os custos de transporte e aumentando a eficiência.