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Miguel Beppler Penha
1 APROVEITAMENTO DE RESÍDUOS SÓLIDOS URBANOS E OUTROS REJEITOS, PARA CONVERSÃO DE ENERGIA ELÉTRICA. Marcos Gonçalves de Almeida Eduardo Manfredini Ferreira Universidade do Vale do Paraíba Univap FEAU- Faculdade de Engenharia e Arquitetura Endereço: Av. Shishima Hifumi, 2911 Urbanova São José dos Campos - SP Resumo - Os resíduos sólidos urbanos (RSU) têm se tornado um dos mais sérios problemas que a sociedade moderna enfrenta. Sua disposição de forma inadequada provoca a degradação do meio ambiente. Atualmente, a matriz energética brasileira depende, principalmente, dos derivados de petróleo e hidrelétricas. Por esse fato se fazem necessárias outras fontes alternativas de energia. O presente trabalho tem como objetivo identificar uma tecnologia para o aproveitamento energético dos RSU, com o processo de incineração. Esta incineração é uma maneira eficiente de reduzir o volume de lixo e, portanto, a demanda de espaço para aterramento. O propósito principal deste uso consiste na minimização dos poluentes que estão presentes no lixo, para se alcançar uma redução do volume e do peso do lixo restante, além da geração de calor e energia elétrica e conseqüente redução na produção de CO 2, quando em comparação com os aterros. Um ponto a ser considerado em usina de incineração de RSU é a natureza do lixo e seu poder calorífico, fator preponderante para viabilizar uma unidade de incineração deste porte. Palavras-chave: Resíduo sólido urbano, incineração e energia. Área do Conhecimento: Engenharia Ambiental Introdução Ao se analisar resíduos e energia, pode-se perceber que tais assuntos apresentam mais pontos em comum do que poderia se imaginar. Além de serem problemas atuais, pois quando se aumenta a atividade industrial há a geração de resíduo e, com a crescente produção, o risco de escassez energética para atender a demanda. Considerando-se que algumas fontes energéticas usadas são produtoras de lixo, estas geram resíduos que podem causar prejuízos à saúde. Mas, de acordo com Bueno (2008) o que é um grande problema pode ser, ao mesmo tempo, uma solução: o lixo pode se tornar, ele mesmo, uma fonte de energia. Conforme o autor, a matriz energética brasileira é majoritariamente limpa, focando-se nas hidrelétricas, com uma parcela de 70,77% da matriz energética, de acordo com dados da Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL). Para o caso da necessidade de se aumentar a produtividade elétrica, como ocorre quando há uma baixa nos reservatórios, como na longa estiagem que houve em 2007 (BUENO, 2008), há o acionamento das termoelétricas movidas a gás ou a óleo, as quais produzirão resíduos neste processo de geração energética. Quando da queima dos combustíveis, ocorre a emissão de gases poluentes, como o óxido nítrico (NO 2 ) e o gás sulfuroso (SO 2 ), ocasionando vários riscos à saúde (como problemas respiratórios), além de contribuir para o aumento do efeito estufa e da contaminação de rios, lagos e mananciais. Assim, a investigação de fontes alternativas de produção de energia torna-se premente e o presente trabalho tem como objetivo o estudo do aproveitamento de resíduos sólidos urbanos (RSU) para a conversão de energia elétrica, através do processo de incineração. Os RSU apresentam-se com grande diversidade em sua composição, bem como complexidade. Suas características físicas, químicas e biológicas variam de acordo com a sua fonte ou atividades geradoras, conforme Almeida (2008). De acordo com a autora, fatores econômicos, sociais, geográficos, educacionais, culturais, tecnológicos e legais afetam o processo de geração dos resíduos sólidos, tanto em relação à quantidade gerada quanto à sua composição qualitativa. Observa-se que o manejo, tratamento e destinação podem, ou não, fazer com que haja alterações nas características do resíduo, muitas vezes potencializando os riscos à saúde e ao meio ambiente. Metodologia O presente projeto tem o propósito de estudar o aproveitamento de resíduos sólidos para conversão de energia elétrica. A participação das energias renováveis dentro da produção de 1
2 energia primária deve aumentar nos próximos anos, ainda mais ao se considerar que a biomassa é uma fonte de energia renovável, e engloba um grupo de produtos energéticos e matérias-primas que se originam a partir de matéria orgânica formada por via biológica. Por causa do crescente interesse desperto pela obtenção de energia de forma sustentável por parte da sociedade atual, associada às tecnologias capazes de empregar a biomassa como uma forma eficiente de gerar energia, nasce a iniciativa de realizar este estudo. O problema da destinação dos resíduos sólidos urbanos sempre desafiou governos devido aos graves impactos ambientais, dentre outros como os gerados pelos lixões (aterros sanitários fora de especificações e sem controle sanitário). Além dos problemas ambientais, os altos custos para operação dos processos, a sociedade não vê com bom olhas qualquer tipo de deposição de resíduos aos arredores de sua residência, seja pelos odores desagradáveis, seja pela desvalorização econômica ao patrimônio imobiliário. A Associação Brasileira de Normas Técnicas ABNT, em sua norma NBR , de 2004, define os resíduos sólidos como os resíduos nos estados sólidos e semi-sólidos, que resultam de atividades de origem industrial, doméstica, hospitalar, comercial. Ficam incluídos nesta definição os lodos provenientes de sistema de tratamento de água, aqueles gerados em equipamentos e instalações de controle de poluição, bem como determinados líquidos cujas particularidades tornem inviável o seu lançamento na rede pública de esgotos ou corpos d água, ou exijam para isso soluções técnicas e economicamente inviáveis em face de uma melhor tecnologia disponível. De acordo com Pena (2008), a solução a esse problema, consiste na conversão de resíduos sólidos urbanos em energia WTE (do inglês Waste To Energy) e é considerada, em todo mundo desenvolvido, como sendo uma opção ambientalmente sustentável, tratando-se de uma fonte de energia limpa, confiável e renovável com a geração de energia elétrica com um impacto ambiental menor, se comparado a maioria das outras fontes energéticas. Segundo a autora, esse processo de aproveitamento energético não elimina a reciclagem de materiais, que é a primeira e mais importante etapa, mas trata-se de uma solução adequada para o restante dos resíduos que, por alguma razão, não foram separados previamente. Desta forma, há duas possibilidades para a disposição dos resíduos após a remoção dos recicláveis: depósito em aterros sanitários ou usálos no processo de conversão em energia limpa e renovável. (PENA, 2008, p.1). Como, normalmente, as usinas são instaladas próximas a centros produtores de lixo, há uma redução nos custos sociais e financeiros de seu transporte (HAUSER, 2006), se enquadrando também em outra fonte de energia alternativa: a de Geração Distribuída (ou GD). A GD é a geração elétrica feita junta ou próxima aos consumidores (INEE, 2004), sendo restrita a alguns setores da economia, mas com ganhos para o sistema interligado como um todo. Seus principais atrativos encontram-se nas menores perdas na transmissão, a redução das incertezas de planejamento devido ao reduzido tempo de implantação das centrais, a melhoria da qualidade da energia, a possibilidade de criação de serviços especiais, a redução da ociosidade e redundância dos sistemas existentes (CTGAS, 2004). A incineração do lixo apresenta-se como um método de alta eficiência para a eliminação das emissões de metano, que ocorreriam se os RSU fossem despejados em aterros (HAUSER, 2006), sendo uma boa opção para a redução das emissões de Gases de Efeito Estufa (GEE). Os custos de capital e na exploração da gestão de resíduos sólidos, bem como do tratamento biológico destes resíduos dependem de diversos fatores, os quais podem variar, em um nível estritamente regional ou local, sendo difícil a obtenção de valores médios ou comparativos (CCE, 2008). Variáveis importantes nestes custos dizem respeito à dimensão da instalação, sua tecnologia, condições geológicas, custos energéticos, o tipo de resíduo, custo do transporte, entre outros. Não estão considerados os custos indiretos para o meio ambiente e para a saúde. O aterro é, normalmente, considerado uma opção barata, facilitando a disposição dos resíduos, ainda mais quando o preço do terreno for baixo e outros fatores como os custos ambientais deste despejo, por exemplo, não foram associados à taxa de disposição (CCE, 2008). Embora a incineração exija maior investimento, permite que haja boas economias de escala, não acarretando mudanças nos regimes existentes de recolha de RSU para disposição em aterro, gerando simultaneamente receitas provenientes da valorização energética, especialmente quando a eficiência é otimizada com a utilização de resíduos em unidades de co-geração, a qual visa a produção combinada de eletricidade e calor (BALESTIERI, 2001). Segundo estudos realizados por Hauser (2006), os custos devem ser compensados mediante a venda de energia recuperada. Por esse fato este tipo de fonte de energia alternativa pode ser instalado como projetos de Mecanismos de Desenvolvimento Limpo (MDL). Fica claro, a partir da adoção do Protocolo de Kyoto, que poderia haver uma redução das emissões de Gases de Efeito Estufa, através de 2
3 propostas de se criar um valor transacional para essas reduções. Dentro desse princípio, foram estabelecidos mecanismos de flexibilização, entre eles o MDL, cuja proposta, de acordo com Maciel e Cabañas (2007) consiste em que cada tonelada de CO 2 deixada de ser emitida ou retirada da atmosfera por um país em desenvolvimento poderá ser negociada no mercado mundial, criando um novo atrativo para redução das emissões globais". De acordo com Cenamo (2004), os países do Anexo I do Protocolo de Kyoto têm que estabelecer, em seus territórios, metas para que se reduza a emissão de CO 2 e as empresas que não conseguirem se adequar a esta redução poderão comprar Certificados de Emissões Reduzidas (CERs) em países em desenvolvimento e usá-los para cumprir suas obrigações. Os países em desenvolvimento, por sua vez deverão utilizar o MDL pra promover seu desenvolvimento sustentável. Conforme divulgado pela Secretaria do Meio Ambiente (2008), a participação em um projeto de MDL deve ser voluntária e as partes interessadas devem, em primeiro lugar, designar uma autoridade nacional responsável pela aprovação ou não dos projetos MDL no país hospedeiro. Este projeto visa o estudo e coleta de informações, quando se buscam estudos aprofundados na área de aproveitamento energético de resíduos sólidos para conversão de energia elétrica e instituirá uma condição de relevância efetivamente didática, fazendo com que essa análise traduza em experiência adquirida para complementar as necessidades na prática. De acordo com Martins (2008), todos os organismos biológicos que podem ser aproveitados como fontes de energia são chamados de Biomassa, como é o caso, por exemplo, da cana-de-açúcar, do eucalipto, da beterraba, do biogás (que é produzido pela biodegradação anaeróbica existente no lixo e dejetos orgânicos), da lenha e carvão vegetal, de óleos vegetais (amendoim, soja, dendê), etc. Considerando a problemática ambiental decorrente da disposição de resíduos sólidos, e o crescente aumento da demanda por fontes alternativas de energia, se faz necessário a discussão sobre as vantagens e aspectos da viabilidade técnica, econômica e ambiental da recuperação e uso da energia gerada através de resíduos sólidos urbanos. Um estudo a respeito deste assunto aparece no trabalho de Borowski et al (2002), no qual os autores tratam do estudo da conversão de resíduos sólidos em energia elétrica, utilizando um ciclo Rankine aliado a uma análise econômica de retorno financeiro. Segundo a diretiva 2003/30/CE: biomassa é uma fração biodegradável de produtos de resíduo e resíduos procedentes da agricultura, silvicultura e das indústrias relacionadas, assim como da fração biodegradável de resíduos industriais e municipais. A biomassa é formada pela combinação de dióxido de carbono da atmosfera e água na fotossíntese clorofiliana, que produz os hidratos de carbono. A energia solar é armazenada nas ligações químicas dos componentes estruturais da biomassa. Se a biomassa for queimada de modo eficiente, há a produção de dióxido de carbono e água. Portanto, o processo é cíclico e dizemos que a biomassa é um recurso renovável. (MARTINS, 2008, p. 3) De forma geral se pode dizer que qualquer definição de biomassa deve englobar, principalmente, dois termos: orgânico e renovável. Desde tempos remotos o homem utilizou a biomassa como fonte energética para realizar suas tarefas cotidianas. Quando o uso de combustíveis fósseis começou a tomar força, a biomassa se viu relegada a um plano inferior, onde sua contribuição à produção de energia primária era insignificante. Na atualidade, devido a diversos fatores, aparece um ressurgimento da biomassa como fonte energética. Os fatores responsáveis por favorecer a biomassa, como fonte energética, são: - o encarecimento do preço do petróleo; - o aumento da produção agrícola; - necessidade de buscar usos alternativos à produção agrícola; - mudança climática; - possibilidade de utilizar os conhecimentos científicos e técnicos para aperfeiçoar o processo de obtenção de energia. Os gases responsáveis pela mudança climática, como o CO 2, CH 4, N 2 O, CFCs e SF 6 são capazes de absorver radiação infravermelha (IR, do inglês infrared) e emitir radiações de menor comprimento de onda, o que provoca um aquecimento da Terra, sendo este efeito o mais acusado nos últimos anos. As causas são devidas, principalmente: - ao aumento da queima de combustíveis fósseis, os quais produzem um aumento de CO 2 ; - ao desflorestamento, o qual provoca uma diminuição das plantas que contêm clorofila e são capazes de realizar através da luz solar o processo de fotossínteses; mediante este processo, transformam o dióxido de carbono do ar em substâncias orgânicas, segundo a reação: CO 2 + H 2 O C 6 H 12 O 6 + O 2. A maioria das folhas alcança a saturação com somente 20% da luz solar total. Da energia capturada pelas folhas só 20% se transforma em energia química. Isto equivaleria a uma eficiência teórica da fotossíntese de 4%, a qual pode diminuir mais ainda quando diminui o dióxido de carbono ao redor da folha. Além disso, só uma 3
4 parte de energia é realmente transformada em biomassa, a qual diminui mais o valor a 1% (GLIESSMAN, 2002). Este palco atual faz com que as energias renováveis, as quais geram energia de forma sustentável, sejam uma forma atrativa de gerar energia permitindo obter um menor consumo de energia através do uso de combustíveis fósseis, assim como uma menor dependência energética exterior. (SÁNCHEZ, 1996). Para uma boa eficiência e aproveitamento energético dos resíduos sólidos é necessário avaliar o poder calorífico dos resíduos a serem utilizados para a incineração. O poder calorífico é a quantidade de energia por unidade de massa (ou de volume no caso dos gases) liberada na oxidação de um determinado combustível. Existem duas formas nas quais o poder calorífico pode ser considerado: Poder Calorífico Superior (PCS) e Poder Calorífico Inferior (PCI). Conforme visualizado em Mundo Educação (2009), o poder calorífico superior (PCS) é a quantidade de calor produzida por 1 kg de combustível, quando este entra em combustão, em excesso de ar, e os gases da descarga são resfriados de modo que o vapor de água neles seja condensado. O poder calorífico inferior (PCI) é a quantidade de calor que pode produzir 1kg de combustível, quando este entra em combustão com excesso de ar e gases de descarga são resfriados até o ponto de ebulição da água, evitando assim que a água contida na combustão seja condensada. Para combustíveis que não contenham hidrogênio na sua composição, PCS e PCI apresentam o mesmo valor, devido a ausência da água que será formada pela combustão e, em conseqüência, não será gasta na sua vaporização (HENRIQUES, 2009). Assim, o PCS é sempre maior ou igual ao PCI, pois o PCS aproveita a entalpia de condensação da água. Desta forma: - Gás natural - PCS real = Kcal/m 3 (n); - Gás natural - PCI = Kcal/m 3 (n). Estudos realizados por Oliveira e Lobo (2009) apresentam a avaliação do Potencial Energético de Resíduos de Biomassa Amazônica, visando minimizar custos e impactos ambientais como fontes sustentáveis de energia, os resíduos agrícolas e florestais do extrativismo como os da castanha-do-pará, fruto comestível do castanheirodo-pará, árvore de grande porte, da família das lecitidáceas (Bertholletia excelsa). O castanheiro produz o ouriço da castanha, que pesa em média 2,4 kg, onde se armazena as castanhas. Cada ouriço contém em média 25 castanhas, totalizando 1/3 do peso bruto do ouriço. A partir do ciclo produtivo e poder calorífico dos resíduos de ouriço de castanha em laboratório, utiliza-se as Leis da Termodinâmica para determinar o potencial da sua utilização como fonte energética e comparar suas propriedades com as das biomassas lenhosas (OLIVEIRA E LOBO, 2009). Outro estudo realizado, por Cançado et al. (2008), indica que os resíduos sólidos urbanos com características domiciliares e comerciais em Belo Horizonte representam uma parcela significativa do total de resíduos sólidos. Segundo a Secretaria Municipal de Limpeza Urbana (2004), o município de Belo Horizonte gera aproximadamente toneladas/dia destes resíduos, sendo que toneladas são oriundas destes setores citados. O local de disposição dos resíduos sólidos urbanos em Belo Horizonte está chegando a sua capacidade final, o que coloca o município em busca de novas soluções para o problema. Desta forma, o município de Belo Horizonte busca novas áreas para disposição ou tecnologias alternativas para tratamento/disposição dos RSU. Uma das alternativas que podem ser implantadas é a utilização de tecnologias para tratamento baseadas na possibilidade de se tratar os resíduos e, concomitantemente, gerar energia, apresentando a qualidade fundamental de não gerar um passivo ambiental para as gerações futuras. Conforme Biodiesel.com, cerca de Mt de cana foram produzidos em 1997, com o bagaço correspondendo a 335 Mt (25%). A energia contida em uma tonelada de bagaço, com 50% de umidade, corresponde a 2,85 GJ. Pelo conceito de bagaço entende-se apenas o caule macerado, não incluindo a palhada e os ponteiros, que representam 55% da energia acumulada no canavial. Este potencial fabuloso é muito pouco aproveitado, sendo, na maioria dos casos, queimado no campo. (BIODIESEL.COM, 2009) Resultados O estudo realizado contempla uma visão geral sobre alguns tipos de resíduos sólidos, e seu aproveitamento energético. Percebe-se que diversas técnicas vem sendo utilizadas para se minimizar o impacto ambiental, bem como os custos associados a tais resíduos. Um bom exemplo é o da incineração proposto por Borowski et al (2002), no qual é analisado a incineração dos resíduos e posterior análise econômica. Com uma análise mais atual, tais resultados podem se mostrar mais promissores. Com isto, encoraja-se estudos mais detalhados a respeito do tema e, espera-se, que o setor privado perceba o potencial energético que vem sendo desperdiçado por, muitas vezes, não se conhecer tais técnicas ou, então, não serem 4
5 devidamente incentivados através de políticas públicas. Conclusão A incineração de resíduos sólidos urbanos representa uma alternativa que deve ser considerada de forma atrativa, partindo-se do princípio que a destinação final dos resíduos sólidos em aterros sanitários mostra-se cada vez menos viável. O processo de incineração de resíduos sólidos gera benefícios que superam seus custos de investimento, devendo-se estudar possibilidade de implementação, bem como de viabilidade, no que concerne às alternativas abordadas e seus atributos como, por exemplo: - redução na geração de GEE, haja vista as emissões de metano serem potencialmente mais nocivas que as de CO 2 ; - converter o lixo e lodo de esgoto em produtos de com um valor agregado mais interessante, como energia elétrica, vapor para os processos industriais, entre outros; - reduzir os custos e os transtornos decorrentes da manipulação, transporte e disposição do lixo em aterros. Agradecimentos Em primeiramente agradeço a Deus, que me mostrou a luz, quando eu estava na escuridão, e em seguida a minha amada esposa Ivana, que me aturou nos momentos difíceis, onde eu pensava em desistir, estava ela com sua garra, determinação e vontade vencer, transformando tudo isso em energia e transferindo a mim e por último, mas não o menos importante, o meu mestre Eduardo Manfredini Ferreira, o qual com seus grandes conhecimentos me orientou nas diretrizes, conduzindo-me a focar no objetivo do trabalho. Referências - ALMEIDA, Mayara Régia Alves de. Sacolas plásticas: o lixo em circulação Disponível em: s-plasticas-o-lixo-em-circulacao/pagina1.html - ANNEL Agencia Nacional de Energia Elétrica. Portal. Disponível em com acesso em 20/07/ ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas - NBR : Resíduos Sólidos: Classificação, Rio de Janeiro Balestieri, José Antônio Perrella. Cogeração geração combinada de eletricidade e calor. Santa Catarina: Ed. da Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis p. - BIODIESEL.COM. Resíduo da Cana-de-Açúcar: Energia. Disponível em com acesso em 30/07/ BOROWSKI, Hans Christian; SILVEIRA, José Luz da; EBINUMA, Carlos Daniel; FERREIRA, Eduardo Manfredini. Análise de um modelo de cogeração a partir de resíduos sólidos urbanos. Revista Tecnologia (UNIFOR), Fortaleza: Univ. de Fortaleza, v. 23, n. 1, p , BUENO, Chris. O lixo da energia Disponível em - CANÇADO, Cláudio Jorge; LESSA, Emerson Ribeiro; PARREIRA, Fabrício Vilela. XI Avaliação do poder calorífico dos resíduos sólidos urbanos com características domiciliar e comercial da cidade de Belo Horizonte/MG. Disponível em CBES/XI-093.pdf com acesso em 30/07/ CCE Comissão das comunidades européias. Livro verde sobre a gestão dos bio-resíduos na União Européia Disponível em: :2008:0811:FIN:PT:PDF - CTGAS Centro de Tecnologia do gás INEE debate as mudanças no setor elétrico com a inclusão da geração distribuída na nova lei. Disponível em: o= HAUSER, Philipp Daniel. Criação de valor e desenvolvimento sustentável: uma avaliação da incineração de resíduos sólidos municipais em projetos enquadráveis no Mecanismo de Desenvolvimento Limpo do Protocolo de Quioto. Dissertação (157f.) Universidade Federal UFRJ: Rio de Janeiro, Disponível em: Protoco - HENRIQUES, Rachel Martins. Potencial para geração de energia elétrica no Brasil com resíduos de biomassa através da gaseificação COPPE/UFRJ. Disponível em: artins.pdf 5
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