Tratamento de Biogás obtido a partir da biomassa suína com o uso de esferas de alumina.

ISBN 978-85-85905-10-1

Área

Ambiental

Autores

Moura de Oliveira, M.L. (UECE) ; Demostenis Ramos, C. (UECE) ; Maria Rodrigues Vasconcelos, V. (UECE) ; Pontes Maia Pires, A. (UECE) ; Gomes de Sousa, I. (UECE) ; Campos, F.P.C. (UECE) ; Nobre, G. (UECE) ; Lucas Mouta da Silva, J. (UECE) ; Soares Damasceno, F. (UECE) ; Henrique Porfírio Sampaio Lopes, M. (UECE)

Resumo

O beneficiamento de resíduos agroindustriais é uma ferramenta promissora para geração de energia alternativa. Um dos principais produtos desse beneficiamento é o biogás. No entanto, ao ser produzido, o biogás contém substâncias tóxicas necessitando, assim, de tratamento para obtê-lo com uma maior eficiência energética e menos riscos a saúde humana. O presente trabalho teve por objetivo o tratamento de biogás utilizando coluna adsorvente composta por esferas de alumina de diferentes diâmetros (3 mm e 1 mm) para avaliar a eficiência de remoção de H2S e NH3. Obteve-se melhores resultados para esferas de 1 mm com remoção de 53,16% de H2S e 56,32% de NH3.

Palavras chaves

Biogás; Biomassa; Alumina

Introdução

O uso de fontes energéticas renováveis tornou-se alvo de pesquisas no mundo inteiro, pois o fornecimento de energia dos países advém majoritariamente de combustíveis fósseis e sabe-se que esta fonte estará indisponível para este fim em um futuro próximo. Além disso, outro fator propulsor de pesquisas nesse âmbito é a busca por soluções energéticas ambientalmente sustentáveis que enriqueçam e diversifique a matriz energética dos países com mínimos impactos ambientais (AGROENERGIA, 2012). Neste contexto, o beneficiamento de resíduos agroindustriais surge como ferramenta promissora para geração de energia alternativa (CHENG et al., 2014; DESIDERI et al., 2014). A degradação da matéria orgânica animal ou vegetal durante o processo de digestão anaeróbia das bactérias produz, em condições ótimas de temperatura, umidade e acidez, biofertilizantes e o biogás (mistura gasosa de CH4, CO2, H2S, NH3, dentre outros) O esterco suíno é um os principais resíduos agroindustriais produzidos no Brasil, haja vista a grande produção de carne suína, constituindo assim uma grande fonte precursora de biogás e uma potencial fonte de produção de energia sustentável (TREVIZAN, 2013; FERNANDEZ, 2012). No entanto, a produção de biogás gera não somente gás metano que tem um alto poder calorífico e pode ser aproveitado como combustível, mas também gases tóxicos altamente prejudiciais à saúde humana e a atmosfera, dentre eles o sulfeto de hidrogênio e amônia gasosa que precisam ser tratados antes do biogás ser utilizado para geração de energia (KIRAN et al., 2014). Nesse contexto, o presente trabalho teve por objetivo o tratamento de biogás utilizando coluna adsorvente composta por esferas de alumina de diferentes diâmetros (3 mm e 1 mm) para avaliar a remoção de H2S e NH3.

Material e métodos

Para a realização do trabalho, utilizou-se o biogás coletado em bag plástica diretamente de um biodigestor anaeróbico de 200 L que opera com esterco suíno fornecido pela Faculdade de Veterinária (FAVET) localizado na Universidade Estadual do Ceará (UECE). A estratégia para o tratamento do biogás, proposta neste trabalho, consiste em fazer passar o biogás coletado por um tubo cilíndrico vítreo de 25 cm de altura e 1 cm de diâmetro contendo em seu interior um meio poroso adsorvente constituído por esferas de Alumina (Al2O3). Para estudo de remoção de H2S e NH3 foram utilizadas esferas de alumina com diferentes diâmetros (1 mm e 3 mm), conforme a figura 1, com intuito de avaliar a qualidade da remoção dos gases poluentes nos diferentes meios porosos supracitados. O biogás foi injetado na coluna adsorvente em fluxo ascendente de 0,2 mL/s, por um período de 100 segundos, com velocidade espacial horária gasosa (tempo de residência) de 180 h- 1. A porosidade do leito foi obtida de acordo com a norma NBR 9779/95, a partir da inserção de água no recipiente contendo as esferas de forma que o volume de água gasto para preencher o recipiente corresponda ao volume de vazios entre as esferas. A porosidade do leito é então calculada dividindo o volume de vazios pelo volume total do cilindro. As análises do biogás sem tratamento e após o tratamento foram realizadas utilizando o Kit análise de biogás com biofoto microprocessado da Alfakit® para análise de NH3, H2S, CO2 e CH4.

Resultado e discussão

A análise inicial dos gases (sem tratamento) apresentou a seguinte composição: 29,05% de CH4, 22,95% de CO2, 32,15% de NH3 e 15,90% de H2S. Diante da composição apresentada efetuou-se a passagem do biogás pelas colunas adsorventes de alumina. Essas colunas, esquematizadas na figura 1, possuem porosidade de 55% e 50% para os diâmetros de 3 mm e 1 mm, respectivamente. Após a passagem do gás segundo o fluxo ascendente de 0,2 mL/s, indicado anteriormente, efetuou-se a leitura das concentrações de gases remanescentes (H2S e NH3), cujos resultados estão apresentados na figura 2. O gráfico mostra o aumento da remoção dos gases em estudo com a diminuição do diâmetro das esferas de alumina e a porosidade da coluna adsorvente. Estes resultados podem ser atrelados e justificados pela diminuição da superfície de contato e ao aumento da área superficial das esferas de alumina proporcionando uma maior adsorção de gases em sua estrutura. Com isto pode ser inferido que, mantendo o fluxo, a diminuição do diâmetro das esferas e da porosidade do leito proporciona uma limpeza mais eficiente do biogás.

Esquema geral da unidade experimental


Concentração e remoção dos gases

Conclusões

O sistema apresentado mostrou remoção superior a 50% de H2S e NH3 para a coluna adsorvente com esferas de alumina de 1 mm, este resultado é satisfatório haja vista a simplicidade do procedimento e a baixa quantidade remanescente de gases tóxicos na corrente efluente do processo.

Agradecimentos

A Faculdade de Veterinária (FAVET) da Universidade Estadual do Ceará pela contribuição com a biomassa.E ao mestrado em Ciências Físicas e Aplicadas.

Referências

Cartilha AGROENERGIA. Serviço Brasileiro de Apoio às Micro e Pequenas Empresas – SEBRAE, 2012.
CHENG, S.; LI, Z.; MANG, H. P. M.; HUBA, E. M.; GAO, R.; WANG, X. Development and application of prefabricated biogas digesters in developing countries. Renewable and sustainable energy reviews. vol. 34, p.387- 400, 2014
DESIDERI, U.; REIS, J. A.; TUNA, C. E.; LAMAS, W. Q.; Energetic and economic analysis of a Brazilian compact cogeneration system: Comparison between natural gas and biogas. Renewable and Sustainable Energy Review. vol.38, p.193-211, 2014.
TREVIZAN, P. S. F. Produção de biogás por dejetos suínos em terminação suplementados com ractopamina. (dissertação) Mestrado. Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Aquidauana, 2013.
FERNADES, D. M. Biomassa e biogás da suinocultura. (dissertação) Mestrado. Universidade Estadual do Oeste do Paraná. Cascavel, 2012.
KIRAN, E. U.; TRZCINSKI, A. P.; NG, W. J.; LIU, Y. Bioconversion of food to energy: a review. Fuel, vol. 134, p. 389-399, 2014.

NBR 9779/95 - Argamassa e concreto endurecidos - Determinação da absorção de água por capilaridade. Associação Brasileira de Normas Técnicas - ABNT, 1995.