Discussão Sobre Biodigestor

Ponto de Partida: Biodigestores

Postado Em: Tue, 26 Jan 1999 22:20:22

Por: leovcs@e

Existe algum site conhecido sobre biodigestores? Principalmente modelo chinês. E' uma alternativa econômica e simples para o problema de combustível.

Jorge A. Wiendl
Tec. Especializado em Redes ESALQ/USP
Piracicaba/SP Brasil

Responde: Cristiano Cardoso Gomes

Em: Tue, 09 Feb 1999 12:31:41

Em relação a Biodigestores no site da lista existe um modelo que foi desenvolvido por técnicos do IPA, para conhecer visite: www.ufrpe.br/~agrisust/cactus.htm

att;
Cristiano Cardoso Gomes

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Responde:Luiz Fernando" [email protected]

Data:Tue, 9 Feb 1999 23:26:05

Procurando no site da Altavista, encontrei um trabalho sobre biodigestores, bem interessante. O endereço dele é:

Site: http://www.cdcc.sc.usp.br/escolas/juliano/biodiges.html

Da sugestão do Fernando

Biodigestor
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Cristina 2o. Colegial A, 1997
Isadora
Lilian
Aline

1 - Introdução;


Apenas 5% das 4.995 mil propriedades rurais do Brasil (IBGE), 1975) possuem eletrificação rural, ou seja cerca de 50 milhões de pessoas não dispõem de energia elétrica.
O Brasil dispõem de condições climáticas favoráveis para explorar a imensa energia derivada dos dejetos animais e restos de cultura e liberar o gás de bujão e o combustível líquido (querosene, gasolina, óleo diesel) para o homem urbano aliviando comisso o país de uma significativa parcela de importação de derivados do petróleo.
O alcance de um programa de substituição de fontes de energia por biogás, pode ser avaliado tomando-se a produção dos 7,2 milhões de biodigestores instalados na China até dezembro 1979, que tem um valor energético equivalente a cinco "Itaipus" ou 48 milhões de toneladas de carvão mineral.

Histórico do Biogás


Apesar do processo de biodigestão anaeróbica ser conhecido a longos tempos, só mais recentemente é que tem sido desenvolvido mundialmente.
A China tem sido o país que mais desenvolveu o biogás no âmbito rural, visando atender principalmente a energia par cozimento e iluminação doméstica. A Índia também tem desenvolvido uma larga propagação com biodigestores, possuindo um total de 150 mil unidades instaladas.
No Brasil os estudos com biogás foram iniciados de maneira mais intensa em 1976, entretanto, os resultados alcançados já nos asseguram um bom domínio tecnológico e podemos nos qualificar como aptos a desenvolver um vasto programa no âmbito nacional com biogás, seja no setor agrícola ou no setor industrial.

Produção de Biogás


A decomposição bacteriana de matéria orgânica sob condições anaeróbicas é feita em três fases: 1) fase de hidrólise; 2) fase ácida; 3) fase metagênica.
1) Fase de hidrólise - Nesta fase as bactérias liberam no meio as chamadas enzimas extracelulares, as quais irão promover a hidrólise das partículas e transformar as moléculas maiores em moléculas menores e solúvel ao meio.
2) Fase Ácida - Nesta fase, as bactérias produtoras de ácidos transformam moléculas de proteínas, gorduras e carboidratos em ácidos orgânicos (ácido láctico, ácido butílico), etanol, amônia, hidrogênio edióxido de carbono e outros.
3) Fase Metanogênica - As bactérias metanogênicas atuam sobre o hidrogênio e o dióxido de carbono, transformando-os em metanol (CH4). Esta fase limita a velocidade da cadeia de reações devido principalmente à formação de microbolhas de metano e dióxido de carbono em torno da bactéria metanogênica, isolando-a do contato direto com a mistura em digestão. Razão pela qual a agitação no digestor é prática sempre recomendável, através de movimentos giratórios do gasômetro.

O Biofertilizante


Depois de passarem no digestor, os resíduos sobrantes apresentam alta qualidade para uso como fertilizante agrícola, devido principalmente aos seguintes aspectos: diminuição no teor de carbono do material, pois a matéria orgânica ao ser digerida perde exclusivamente carbono na forma de CH4 e CO2;
aumento no teor de nitrogênio e demais nutrientes, em conseqüência da perda do carbono;
diminuição na relação C/N da matéria orgânica, o que melhora as condições do material para fins agrícola;
maiores facilidades de imobilização do biofertilizante pelos microrganismos do solo, devido ao material já se encontrar em grau avançado de decomposição o que vem aumentar a eficiência do biofertilizante; solubilização parcial de alguns nutrientes.

O Biogás


"O Biogás é um gás inflamável produzido por microorganismos, quando matérias orgânicas são fermentadas dentro de determinados limites de temperatura, teor de umidade e acidez, em um ambiente impermeável ao ar" O metano, principal componente do biogás, não tem cheiro, cor ou sabor, mas os outros gases presentes conferem-lhe um ligeiro odor de alho ou de avo podre. O peso do metano é pouco mais da metade do peso do ar ou seja: 1 m^3 de metano/1 m^3 de ar = 0,716 kg/1,293 kg = 0,554 kg

Condições Indispensáveis à Fermentação


As condições ótimas de vida para os microorganismos anaeróbios são: a) Impermeabilidade ao Ar.

Nenhuma das atividades biológicas dos microorganismos, inclusive, seu desenvolvimento, reprodução e metabolismo, exigem oxigênio, que em cuja presença são eles, de fato, muito sensíveis.
A decomposição de matéria orgânica na presença de oxigênio produz dióxido de carbono (CO2); na ausência de ar (oxigênio) produz metano. Se o biodigestor não estiver perfeitamente vedado a produção de biogás é inibida.
b) Temperatura adequada

A temperatura no interior do digestor afeta sensivelmente a produção de biogás.
"Todos os microorganismos produtores de metano são muito sensíveis a alterações de temperatura; qualquer mudança brusca que exceder a 30°C afeta a produção. É preciso, pois, assegurar uma relativa estabilidade de temperatura.
c) Nutrientes.

Os principais nutrientes dos microorganismos são carbono, nitrogênio e sais orgânicos. Uma relação específica de carbono para nitrogênio de ser mantida entre 20:1 e 30:1.
A principal fonte de nitrogênio são as dejeções humanas e de animais, enquanto que os polímeros presentes nos restos de culturas representam o principal fornecedor de carbono.
A produção de biogás não é bem sucedida se apenas uma fonte de material for utilizada.
d) Teor de Água

O teor de água deve normalmente situar-se em torno de 90% do peso do conteúdo total. Tanto o excesso, quanto a falta de água são prejudiciais. O teor da água varia de acordo com as diferenças apresentadas pelas matérias-primas destinadas à fermentação.
e) Substâncias prejudiciais

Materiais poluentes, como NaCl, Cu, Cr, NH3, K, Ca, Mg e Ni, são conciliáveis se mantidas abaixo de certas concentrações diluídas em água, por exemplo.
O manual Chinês cita o ABS (composto detergente), cuja concentração máxima admissível é de 20 a 40 partes milhão.




Uso do Biogás


No emprego do biogás como combustível, deve-se estabelecer entre este e o ar, uma relação que permita a combustão integral. Quando esta se dá, a chama é forte, de coloração azul claro, e o gás emite um assobio. Se a chama tremer, há insuficiência de ar e combustão incompleta. Se for curta, amarela e bruxuliante, indica biogás insuficiente e ar excessivo. Segurança: a) Manômetro - é usado para medir a pressão interna, calcular a quantidade aproximada de gás armazenado e zelar pela segurança da estrutura do digestor.
b) Em hipótese alguma, colocar no digestor fertilizantes fosfatados. Sob condições de total ausência de ar, este material pode produzir fosfina, extremamente tóxica, cujo contato será fatal.
c) O ar deve circular para que haja ventilação dentro da casa. Se alguém sentir cheiro forte de ovo podre, abrir as portas e janelas para expelir o gás, e evitar acender cigarro ou fósforo. Na utilização do biogás, acende-se primeiro o fósforo e depois abre-se a válvula de gás.

Microbiologia


A fermentação metanogênica é um processo biológico altamente sensível, uma vez que envolve três grupos distintos microrganismos e a produção de gás depende da manutenção harmônica destes grupos. Alterações substanciais no meio de cultura ou nos fatores comportamentais podem desequilibrar ou desativar a ação dos três grupos de bactérias levando a produção gasosa a níveis antiecológicos.

Disponibilidade de nutrientes


A fermentação anaeróbica é um processo biológico que ocorre devido a ação de bactérias. Evidentemente que quando maior a população bacteriana mais eficiente e rápido será a digestão. Para se manter uma boa flora bacteriana há necessidade de se facultar um ótimo meio de cultura. A disponibilidade de nutrientes é fundamental para o meio de cultura e conseqüentemente para obter uma cultura bacteriana em rítimo acelerado de síntese e desenvolvimento.
Os nutrientes são de origem orgânica e inorgânica, destacando-se principalmente os elementos carbono, nitrogênio-nitrato, fósforo-fosfatos e enxofre-sulfatos. Os nutrientes que mais freqüentemente se mostram escasso são o nitrogênio e fósforo, razão pela qual merecem atenção especial.

Novos Conceitos


Uma nova concepção energética se impõe a todos os brasileiros nesta crise irreversível do petróleo.
O domínio da tecnologia da digestão anaeróbica e da operação de digestores em geral, na prática não é complexa nem difícil. Estes conhecimentos, entretanto, só se conseguem com a lida diária dos biodigestores de pequeno porte, de baixo custo e que possam ser construídos com material local.
Uma vez adquiridos estes conhecimentos e o domínio dos problemas, biodigestores de maior capacidade e mais sofisticados podem ser construídos e operados sem dificuldades, pela mão-de-obra disponível no meio rural.
então, nesta fase do processo, a energia do metano continua no biogás e o biofertilizante, originário da reciclagem da matéria orgânica, estarão na sua plenitude, ajudando o homem rural.
Produzindo energia com recursos próprios e renováveis, o produtor rural, finalmente, pode libertar-se da energia do petróleo, de custo cada vez mais elevado e escasso.
A tecnologia chinesa impõe a reavaliação dos seguintes conceitos básicos em biodigestores, amplamente difundidos nos países em desenvolvimento: 1- "Nos últimos anos têm-se afirmado amplamente que um dos principais entraves à disseminação de tecnologia do biogás no meio rural do terceiro mundo é o custo do digestor. À medida que detalhes dos modelos criados na China vão sendo conhecidos, torna-se evidente que os digestores construídos com material disponível no local podem realmente ter custo muito baixo.

De fato, à vista do custo dos digestores atualmente disponíveis em outros países, muitas pessoas levadas a concluir que os esforços nessa área deveriam concentrar-se mais em projetos comunitários ou grandes unidades do que nos individuais. A experiência chinesa impõe uma reavaliação desse conceito".
2- "É arbitrário pensar que quanto maior o digestor mais gás produzirá". Já foi dito que "o sucesso de um digestor depende da sua operação".

No caso de um grande digestor, se não se fizer abastecimento regular de matéria-prima e não houver adequada manutenção, a produção de gás poderá ser inferior à de um digestor pequeno.
"A noção de que é melhor possuir um grande digestor do que um pequeno deve, pois, ser combatida. Naturalmente, o volume do digestor não deverá ser tão pequeno que a produção de gás seja insuficiente e as necessidades não sejam atendidas".

Vantagens


A produção de biogás representa um avanço importante no sentido da solução do problema da disponibilidade de combustível no meio rural, devido, por conseguinte, interessar a toda a população nele residente.
A redução das necessidades de lenha poupa as matas. A produção de biogás representa um importante meio de estímulo a agricultura, promovendo a devolução de produtos vegetais ao solo e aumentando o volume e a qualidade de adubo orgânico. Os excrementos fermentados aumentam o rendimento agrícola.
O biogás, substituindo o gás de petróleo no meio rural, elimina também os custos do transporte de bujão de gás dos estoques do litoral ao interior.
O uso do biogás na cozinha é higiênico, não desprende fumaça e não deixa resíduos nas panelas. As donas de casa ficam livres de pesadas tarefas domésticas, de mobilizar carvão e lenha para a cozinha.
O desenvolvimento de um programa de biogás também representa um recurso eficiente para tratar os excrementos e melhorar a higiene e o padrão sanitário do meio rural.
"O lançamento de dejetos humanos e animais num digestor de biogás soluciona o problemas de dar fins aos ovos dos esquistossomos e ancilóstomos, bem como de bactérias, bacilos desintéricos e paratíficos e de outros parasitas. O número de ovos de parasitas encontrados no efluente em 99%, após a fermentação".

O uso do Biogás


O biogás por ser extremamente inflamável, oferece condições para: uso em fogão doméstico;
em lampião;
como combustível para motores de combustão interna; em geladeiras;
em chocadeiras;
em secadores de grãos ou secadores diversos; geração de energia elétrica.

Aquecimento e Balanço calorífico


Em clima tropical onde a temperatura é praticamente constante com média acima de 20°C, Os digestores dispensam sistemas adicionais para aquecimento. Entretanto, em regiões onde a temperatura cai, durante um certo período do ano, esses sistemas são necessários.
O aquecimento do digestor pode ser feito via interna, externa e/ou chama direta. O próprio gás pode e deve ser utilizado para o aquecimento.
Ao se utilizar um sistema de aquecimento deve-se fazer uma análise entre a quantidade de calorias gasta para elevar-se a temperatura a um certo nível e a quantidade de gás produzida pelo efeito dessa elevação de temperatura.
Caso o incremento na produção de biogás seja inferior, igual ou levemente inferior às calorias gastas no processo, o sistema de aquecimento torna-se inviável.

Tempo de Retenção


Caracteriza-se como tempo de retenção o tempo que o material passa no digestor, isto é, o tempo de entrada e saída dos diferentes materiais na digestor. Como a água, sólidos e células.

Substâncias Tóxicas


Qualquer nutriente de elemento em solução no digestor, em excesso, pode provocar sintomas de toxidez ao meio bacteriano. Entretanto uma definição exata da concentração em que estes elementos passam a ser nocivos é difícil, devido à complexidade do processo.
A presença de hidrocarbonetos-clorofórmio, tetra cloreto de carbono e outro usados como inseticidas ou solventes -industrias- constituem fortes agentes tóxicos à digestão anaeróbica.
A presença do íon amônio, em digestores com altas taxas de produção, é um significante problema.

Biologia da digestão anaeróbica


Toda digestão anaeróbica (ausência de oxigênio) é um processo biológico. O organismo anaeróbico não pode sobreviver enquanto estiver oxigênio. Por isso, no digestor não deve entrar o ar atmosférico.
Só as bactérias anaeróbicas metanogênicas produzem gás metano. Pertencem a quatro grupos morfológicos e são muito sensíveis a variações de temperatura, atuando numa faixa entre 10 a 45°C. São as chamadas bactérias mesófilas.
Biologicamente, o sucesso de um digestor depende de um balanceamento entre as bactérias que produzem gás metano dos ácidos orgânicos. E este balanceamento é adquirido pela carga diária com água suficiente, pelo pH, temperatura, e a qualidade do material orgânico.

Relação carbono/nitrogênio (C/N)


O carbono (sob a forma de carboidratos) e o nitrogênio (como proteínas, nitratos, amônia) são os principais alimentos utilizados pelas bactérias anaeróbicas: o carbono, para fornecer energia; o nitrogênio, para construir a estrutura das células. As bactérias utilizam mais carbono do que nitrogênio.
A digestão anaeróbica realiza-se melhor quando o material que alimenta as bactérias contém uma certa quantidade de carbono e nitrogênio juntos.
Nitrogênio --> Alguns compostos e resíduos são indigestíveis para as bactérias, como a lignina, palhas e fibras vegetais.
A quantidade de nitrogênio contida na planta ou no organismo animal faria com a idade e seu desenvolvimento. A quantidade de nitrogênio, é alta, em excremento de aves devido as fezes serem expelidas com a urina.
Carbono --> Diferentemente do nitrogênio, o carbono existe em muitas formas (matéria orgânica), as quais não são diretamente utilizadas pelas bactérias.

2 - Experimento.

2.1 - Material Utilizado.

4 garrafas plásticas de 2 litros (de refrigerante), como biodigestor; 4 rolhas perfuradas, com tubos de vidro no meio; 4 garrafas plásticas (de refrigerante), para serem utilizadas como cilindros para recolher e medir o gás produzido; 1 caixa plástica, que funciona como banho de água de temperatura controlada; 1 caixa plástica, como banho de água a temperatura ambiente onde serão colocados os cilindros que recolhem o gás; 4 pesos aproximadamente 250g (que não enferrujem); 1 aquecedor com termostato;
1 termômetro;
1 bomba submersa para aquário;
1 bastão de vidro.
Obs.: Alguns materiais citados acima, poderão ser substituídos por outros.

2.2 - Procedimento Experimental.

a) Regulas a temperatura do banho da água para a temperatura escolhida (se o experimento for realizado a temperatura ambiente não será necessário utilizar o banho);
b) Medir o volume de inoculo que será colocado em cada garrafa, de forma que fique todas com o mesmo volume;
c) Todos os dias será feito:

Medir o volume de gás produzido e após esta medição esvaziar os cilindros de forma que não fique gás ou ar.
Alimentar o biodigestor.




2.3 - Conclusão.

Neste experimento observamos que através da decomposição dos alimentos, feito pelas bactérias, ocorre uma pequena produção, apenas, de gás carbônico (CO2) e não ocorre a produção de gás metano (CH4), como se esperava. Isso aconteceu porque para haver produção de gás metano seria necessário manter o biodigestor em funcionamento por aproximadamente um ano. Um ano seria necessário para que toda a cadeia de bactérias se desenvolvesse, chegando ao último estágio que seriam as bactérias que decompõem outros gases para chegar ao gás metano.

2.4 - Comentários.

É importante relatar que quando alguém for colocar em funcionamento um biodigestor, se faz necessário que o alimento deve ser triturado e logo colocado no biodigestor, por que se o alimento ficar muito velho em outro recipiente poderá haver perda de gás. Também a temperatura do recipiente com água deve estar sempre por aproximadamente, de 3 a 4 graus acima da temperatura ambiente (principalmente quando a temperatura ambiente estiver entre 24°C e 27°C, para que se tenha uma boa produção.

Bibliografia.
SEIXAS, Jorge. "Construção e Funcionamento de Biodigestores", por Jorge Seixas, Sérgio Folle e Delomar Machetti. Brasília, EMBRAPA - DID, 1980.
60p. (EMBRAPA