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UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM
ENGENHARIA DE ENERGIA
Análise das tecnologias para gestão e
reaproveitamento energético dos resíduos urbanos
para reciclagem de plásticos
Priscila Alves Carneiro
Itajubá, abril de 2009
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UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM
ENGENHARIA DE ENERGIA
Priscila Alves Carneiro
Análise das tecnologias para gestão e
reaproveitamento energético dos resíduos urbanos
para reciclagem de plásticos
Dissertação submetida ao Programa de Pós-
Graduação em Engenharia de Energia como
parte dos requisitos para obtenção do Título
de Mestre em Engenharia de Energia.
Área de Concentração: Energia, Sociedade e
Meio Ambiente
Orientador: Prof. Dr. Carlos Roberto Rocha
Abril de 2009
Itajubá - MG
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iv
Aos meus pais, irmãos e a
todos que de alguma forma
me apoiaram nessa
caminhada.
Agradeço ao meu orientador e amigo Carlos Roberto,
aos amigos Rodolfo e Karina pela ajuda prestada
e a Deus que me possibilitou vencer
mais essa etapa.
i
SUMÁRIO
LISTA DE FIGURAS ............................................................................................... iv
LISTAS DE TABELAS............................................................................................ vi
LISTA DE SIMBOLOS ........................................................................................... vii
RESUMO ................................................................................................................. x
ABSTRACT ........................................................................................................... xii
1 - INTRODUÇÃO .................................................................................................... 1
1.1 - Objetivo Geral ..................................................................................... 4
1.2 - Objetivos Específicos .......................................................................... 4
2 - REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ............................................................................... 5
2.1 - Resíduos Urbanos .............................................................................. 5
2.1.1 - Histórico dos Resíduos Urbanos ........................................................... 5
2.1.2 - Definição e Classificação ...................................................................... 6
2.1.3 - Composição dos Resíduos Urbanos ..................................................... 7
2.1.4 - Destinação Final dos Resíduos Urbanos no Brasil ................................ 8
2.1.5 - Gestão dos Resíduos Urbanos ............................................................ 10
2.2 - Reciclagem dos Resíduos Urbanos .................................................. 11
2.2.1 - Resíduos Urbanos Recicláveis ............................................................ 13
2.2.2 - Processos de Reciclagens Existentes ................................................. 17
2.3 - Geração de Energia dos Resíduos Urbanos..................................... 20
2.3.1 - Biodigestão ......................................................................................... 21
2.3.2 - Incineração .......................................................................................... 36
2.3.3 - Gaseificação ....................................................................................... 40
2.3.4 - Outras Tecnologias Utilizadas ............................................................. 42
2.4 - Combustíveis Provenientes das Tecnologias Existentes .................. 43
2.4.1 - Biogás ................................................................................................. 43
2.4.2 - Gases Resultantes da Gaseificação .................................................... 44
ii
2.4.3 - Outros Combustíveis Advindos das Tecnologias ................................. 45
3 - METODOLOGIA ............................................................................................... 48
3.1 - A Ferramenta Metodológica .............................................................. 48
3.2 - Detalhamento dos Procedimentos Utilizados na Ferramenta Metodológica
.................................................................................................................. 50
3.2.1 - Levantamento Qualitativo e Quantitativo dos Resíduos Urbanos ........ 50
3.2.2 - Estimativa do Consumo Potencial de Energia para Reciclagem de Plásticos
Pós-Consumo ................................................................................................ 55
3.2.3 - Estimativas da Quantidade de Combustível e do Potencial de Energia
Gerados a partir das Tecnologias de Conversão e Geração .......................... 56
3.2.4 - Seleção da Melhor Configuração das Tecnologias em Função do Potencial de
Conversão e Geração de Energia para Reciclagem dos Plásticos e da Gestão dos
Resíduos Urbanos .......................................................................................... 65
4 - ESTUDO DE CASO .......................................................................................... 67
4.1 - Localização da Área ......................................................................... 67
4.2 - Coleta e Destinação dos Resíduos Urbanos em Itajubá- MG ........... 68
5 - RESULTADOS E DISCUSSÕES ...................................................................... 71
5.1 - Gerais ............................................................................................... 71
5.1.1 – Aplicativo de execução da metodologia proposta ............................... 72
5.2 - Específicos para o Estudo de Caso .................................................. 73
5.2.1 - Levantamento Qualitativo e Quantitativo dos Resíduos Urbanos de Itajubá-
MG ................................................................................................................. 73
5.2.2 - Estimativa do Consumo Potencial de Energia para Reciclagem de Plásticos
Pós-Consumo de Itajubá-MG ......................................................................... 75
5.2.3 - Estimativas da Quantidade de Combustível e do Potencial de Energia
Gerados a partir das Tecnologias de Conversão e Geração Através dos Resíduos
Urbanos de Itajubá-MG .................................................................................. 77
5.2.4 - Seleção da Melhor Configuração das Tecnologias em Função do Potencial de
Conversão e Geração de Energia para Reciclagem dos Plásticos e da Gestão dos
Resíduos Urbanos .......................................................................................... 83
iii
6 - CONCLUSÕES ................................................................................................. 94
7 - REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................................. 99
APÊNDICE .......................................................................................................... 108
iv
LISTA DE FIGURAS
Figura 2.1 - Composição total do lixo urbano em porcentagem no Brasil .......................... 7
Figura 2.2 - Destinação do resíduo em percentual no Brasil ............................................. 8
Figura 2.3 - Evolução dos índices de reciclagem de resíduo sólido no Brasil .................... 9
Figura 2.4 - Simbologias utilizadas para separação dos materiais .................................. 12
Figura 2.5 - Percentual de petróleo para produção de plásticos ...................................... 16
Figura 2.6 - Diagrama mostrando a relação entre os custos para ................................... 17
Figura 2.7 - Esquema de reciclagem mecânica ............................................................... 18
Figura 2.8 - Fases de geração de biogás em aterros de resíduos sólidos ....................... 23
Figura 2.9 - Corte esquemático de um aterro sanitário .................................................... 27
Figura 2.10 - Esquema de um biodigestor ....................................................................... 34
Figura 2.11 - Esquema de um incinerador com geração de energia elétrica ................... 37
Figura 2.12 - Direção do movimento relativo da biomassa e do agente gaseificador: (a)
contracorrente; (b) concorrente; (c) fluxo cruzado; (d) leito fluidizado; (e) leito circulante.
........................................................................................................................................ 40
Figura 3.1 - Fluxograma Metodológico ............................................................................ 49
Figura 3.2 - Quarteamento de resíduos urbanos ............................................................. 51
Figura 3.3 - Amostragem para análise da composição .................................................... 52
Figura 3.4 - Linha de reciclagem de plásticos ................................................................. 56
Figura 3.5 -
Sistema integrado de captação e conversão de biogás de aterros
sanitários em energia elétrica.......................................................................................... 57
Figura 3.6 - Moto-gerador LANDSET .............................................................................. 57
Figura 3.7 - Planta de tratamento térmico e geração de .................................................. 61
Figura 3.8 - Esquema do gaseificador Downdraft ............................................................ 63
Figura 4.1 - Localização da área de estudo 67
Figura 4.2 - Aterro controlado de Itajubá-MG 70
v
Figura 5.1 - Tela para cálculo de energia térmica e elétrica através do aterro sanitário 72
Figura 5.2 - Composição dos resíduos urbanos domiciliares de Itajubá-MG 75
Figura 5.3 - Diagrama contendo as etapas do processo de reciclagem dos plásticos, os
equipamentos utilizados e a energia elétrica 76
Figura 5.4 - Diagrama de energia produzida com a matéria orgânica e gasta 79
Figura 5.5 - Fluxograma A – Disposição dos resíduos 83
Figura 5.6 - Fluxograma B – Disposição dos resíduos 85
Figura 5.7 - Fluxograma C – Disposição dos resíduos 86
Figura 5.8 - Fluxograma D – Disposição dos resíduos 88
Figura 5.9 - Fluxograma E – Disposição dos resíduos 90
Figura 5.10 - Fluxograma F – Disposição dos resíduos 91
Figura 5.11 - Fluxograma G – Gestão dos resíduos para Itajubá - MG 92
vi
LISTAS DE TABELAS
Tabela 2.1 - Composição média dos constituintes do biogás .......................................... 22
Tabela 2.2 - Valores de k e L
0
propostos pela USEPA .................................................... 31
Tabela 2.3 - Estimativa da densidade do lixo depositado ................................................ 31
Tabela 2.4 - Valores para k proposto em correspondência com a precipitação anual ..... 32
Tabela 2.5 - Valores L
0
em função da degradabilidade do resíduo.................................. 33
Tabela 2.6 - Capacidade de Geração de 1 Nm
3
de Biogás ............................................. 35
Tabela 2.7 - Equivalência do biogás com outros combustíveis usuais ............................ 43
Tabela 5.1 - Caracterização dos resíduos urbanos de Itajubá ......................................... 74
Tabela 5.2 - Consumo de energia nos equipamentos de reciclagem .............................. 75
Tabela 5.3 - Quantidade de plásticos diários a serem reciclados .................................... 77
Tabela 5.4 - Produção de biogás pela biodigestão .......................................................... 78
Tabela 5.5 - Energia térmica e elétrica gerada pela biodigestão ..................................... 78
Tabela 5.6 - Quantidade de biogás para alimentar motores ciclo diesel na proporção 7:1
........................................................................................................................................ 80
Tabela 5.7 - Energia térmica advinda do incinerador ...................................................... 81
Tabela 5.8 - Energias intermediária e elétrica final resultante do processo de incineração
........................................................................................................................................ 81
Tabela 5.9 - Produção de gás pelo processo de gaseificação ......................................... 81
Tabela 5.10 - Energia térmica gerada pela gaseificação ................................................. 82
Tabela 5.11 - Energia elétrica gerada pelo processo de gaseificação ............................. 82
vii
LISTA DE SIMBOLOS
ABEPET – Associação Brasileira dos Fabricantes de Embalagens PET
ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas
ABRE – Associação Brasileira de Embalagens
ANVISA – Agência Nacional de Vigilância Sanitária
ASMT - American Standard Methods
BEM – Biomassa – Energia - Materiais
BEN – Balanço Energético Nacional
Ca – Cálcio
cal - Calorias
Cd – Cádmio
CDR – Combustível Derivado do Resíduo
CEMPRE – Centro Empresarial para Reciclagem
CENPES – Centro de Pesquisas de Petróleo
CETESB – Companhia da Tecnologia de Saneamento Ambiental
CH
4
– Metano
CH
3
COOH – Ácido Acético
CO - Monóxido de Carbono
CO
2
- Dióxido de Carbono
CONAMA – Conselho Nacional do Meio Ambiente
COPAM - Conselho de Política Ambiental
COPPE – Instituto Alberto Luiz Coimbra de Pós – Graduação e Pesquisa de Engenharia
da Universidade Federal do Rio de Janeiro
Cu – Cobre
cv – Cavalo - Vapor
DBO – Demanda Bioquímica de Oxigênio
DQO – Demanda Química de Oxigênio
EPA – Environmental Protection Agency
viii
EPI – Equipamentos de Proteção Individual
FEAGRI - Faculdade de Engenharia Agrícola
FEM - Faculdade de Engenharia Mecânica
GJ – GigaJoules
GLP – Gás Liquefeito de Petróleo
H
2
– Hidrogênio
HCl – Ácido Clorídrico
HF – Ácido Fluorídrico
Hg - Mercúrio
H
2
S - Sulfeto de Hidrogênio
IBGE - Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística
IPCC - Intergovernmental Panel on Climate Change
IPT – Instituto de Pesquisas Tecnológicas
K – Potássio
kW - QuiloWatts
LANDGEM - Landfill Gas Emission Model
MB – Mass Burn
MMA – Ministério do Meio Ambiente
MJ - MegaJoules
MW - MegaWatts
N
2
- Nitrogênio
NaCl - Cloreto de Sódio
NBR – Norma Brasileira
NH
3
– Amoníaco
NIPE - Núcleo Interdisciplinar de Planejamento Energético
Nm
3
– Normal Metro Cúbico
O
2
– Oxigênio
PCI – Poder Calorífico Inferior
ix
PEAD - Polietileno de Alta Densidade
PEBD - Polietileno de Baixa Densidade
PET - Polietileno Tereftalato
pH – Potencial Hidrogeniônico
PMI – Prefeitura Municipal de Itajubá
PNSB – Pesquisa Nacional de Saneamento Básico
PP - Polipropileno
PS - Poliestireno
PVC - Policloreto de Vinila
RCC – Resíduos de Construção Civil
RSS – Resíduos do Serviço da Saúde
S – Sul
SEMOP - Secretaria Municipal de Obras
SO
2
– Ácido Sulfídrico
TWh – TeraWatts-hora
UNICAMP – Universidade Estadual de Campinas
UNIFEI – Universidade Federal de Itajubá
USEPA - United States Environment Protection Agency
W - Oeste
x
RESUMO
O crescimento populacional e a elevação do poder aquisitivo em virtude do
desenvolvimento econômico impulsionam o aumento gradativo de produção de resíduos
gerados a cada ano. O descarte destes resíduos representa um grande desafio
econômico e ambiental. A reciclagem de resíduos plásticos é uma solução para minimizar
o seu descarte e garantir uma melhoria ambiental, porém o alto consumo de energia
encarece o processo. Este estudo analisa as diversas tecnologias para geração de
energia utilizando resíduos urbanos que poderá ser utilizada para reciclar resíduos
plásticos, além de apresentar modelos de gestão para o município. Inicialmente foi
realizado um levantamento e análise da composição física dos resíduos, o qual permitiu
encontrar o percentual de plásticos (12,9%) dispostos diariamente pela população. Dados
sobre equipamentos utilizados na reciclagem de plásticos foram essenciais para
obtenção da demanda energética necessária ao processo tanto para plástico mole e PET
(2,12 GJ/tonelada) quanto para plástico duro (0,11 GJ/tonelada). Em posse do percentual
de plásticos a ser reciclados e da quantidade de energia elétrica necessária verificou-se a
possibilidade de reciclagem utilizando a energia gerada por diferentes tecnologias através
dos resíduos no município. A energia elétrica gerada pela utilização do biogás
proveniente da matéria orgânica, ao aplicar um estudo de caso no município de Itajubá-
MG, possível de se obter no aterro sanitário (11,7 GJ diários) e se for utilizado
biodigestores (14,9 GJ diários) é suficiente para suprir a demanda energética necessária
para reciclagem dos plásticos duros (0,17 GJ diários), bem como os plásticos moles e
PET (10,98 GJ diários) descartados diariamente neste município. Com relação aos
processos que utilizam a porção seca (matéria orgânica seca, restos de podas e outros)
dos resíduos urbanos, incineração e gaseificação, foram obtidas energia elétrica (13,6
GJ, 12,5 GJ) e térmica (158 GJ, 35,7 GJ). Através da análise dos resultados tem-se que
para Itajubá-MG, a configuração para melhor aproveitamento energético e gestão
ambiental dos resíduos seria o aproveitamento da matéria orgânica, constituída de restos
de alimentos, em biodigestores, o que geraria aproximadamente 12,9 GJ de energia
elétrica; restos de podas em gaseificadores, gerando 12,5 GJ de eletricidade e materiais
contaminados com material orgânico levados aos incineradores, gerando 5,3 GJ, ficando
o aterro sanitário para deposição dos resíduos inertes. A reciclagem de resíduos plásticos
pós-consumo utilizando energia reciclada dos resíduos descartados em um município e
uma melhor gestão destes, além de acarretar um ganho social e ambiental, vem
contribuir para a solução de problemas relacionados à destinação final dos resíduos e
conseqüentemente para o aproveitamento da energia elétrica gerada por essas
tecnologias, que ao ser vendida à concessionária local tem seu preço reduzido a metade
xi
além de não incidir imposto tornando a viabilidade econômica bem menor do que sua
utilização, o que incentiva a instalação de unidades de reciclagem nas proximidades de
uma comunidade garantindo uma maior sustentabilidade ao município em que o projeto
venha a ser implantado.
Palavras-chave: Resíduos urbanos, energia, biogás, reciclagem, plásticos.
xii
ABSTRACT
The population growth and the rise of the purchasing power in virtue of the economic
development stimulate the gradual increase of production of residues generated to each
year. The discarding of these residues represents a great economic and ambient
challenge. The recycling of plastic residues is a solution to minimize its discarding and to
guarantee an ambient improvement, however the high consumption of energy encircle the
process. This study it analyzes the diverse technologies for energy generation using
urban residues that could be used to recycle plastic residues, beyond presenting models
of management for municipal. Initially it was carried through a survey and analysis of the
physical composition of the residues, which allowed to daily find the percentage of plastics
(12.9%) made use for the population. Data on equipment used in the plastic recycling had
been essential for attainment of the necessary energy demand to the process in such a
way for soft plastic and PET (2,12 GJ/ton) how much for hard plastic (0.11 GJ/ton). In
ownership of the percentage of plastics to be recycled and of the amount of necessary
electric energy it was verified recycling possibility using the energy generated for different
technologies through the residues in the city. The electric energy generated by the use of
biogas proceeding from the organic substance, when applying a study of case in the city
of Itajuba-MG, possible of if getting in it I fill with earth bathroom (11,7 GJ daily) and will
have used biodigestors (14,9 GJ daily) is enough to supply the necessary energy demand
for recycling of hard plastics (0,17 GJ daily), as well as soft plastics and PET (10,98 GJ
daily) discarded daily in this city. With regard to the processes that use the dry portion
(organic substance drought, remaining portions of pruning and others) of the urban
residues, incineration and gasification, they had been gotten electric energy (13,6 GJ,
12,5 GJ) and thermal (158 GJ, 35,7 GJ). Through the analysis of the results it is had that
for Itajuba-MG, the configuration for better energy exploitation and ambient management
of the residues would be the exploitation of the organic substance, constituted of food
remaining portions, in biodigestors, what would generate 12,9 GJ of electric energy
approximately; remaining portions of pruning in aerators, generating 12,5 GJ of electricity
and materials contaminated with organic material taken to the incinerators, generating 5,3
GJ, being I fill with earth it sanitary for deposition of the inert residues. The recycling of
plastic residues after-I consume using recycled energy of the discarded residues in a city
and one better management of these, beyond causing a social and ambient profit, comes
to contribute consequently for the solution of problems related to the final destination of
the residues and for the exploitation of the electric energy generated by these
technologies, that to the sold being to the local concessionaire the half beyond not
happening tax well has its reduced price becoming the well lesser economic viability of
xiii
what its use, what it stimulates the installation of units of recycling in the neighborhoods of
a community guaranteeing a greater support the city where the project comes to be
implanted.
Key words: Urban residues, energy, biogas, recycling, plastics.
1
1 - INTRODUÇÃO
O impacto causado pela produção desenfreada de resíduos urbanos em virtude do
aumento populacional aliada ao ritmo acelerado das modificações econômicas e
tecnológicas, principalmente em relação ao uso de embalagens artificiais, tem levado o
governo e a sociedade a buscar alternativas para minimizar a degradação ambiental e
aumentar o bem estar da sociedade como um todo.
Essa produção exponencial de lixo no meio urbano vem preocupando cientistas e
estudiosos em todo o mundo, já que os métodos convencionais de tratamento e
disposição final, com o passar do tempo, tornam-se mais irreversíveis. Esta preocupação
estimula o surgimento de novos métodos alternativos que visam em primeiro lugar,
acompanhar a evolução do processo de urbanização, adequando soluções mais precisas
às necessidades da sociedade em curso, e em segundo lugar, adotar um plano de gestão
dos resíduos com foco em um maior reaproveitamento energético (elétrico e térmico)
contido nos resíduos urbanos.
“Os resíduos urbanos são considerados a expressão mais visível e concreta dos
riscos ambientais, ocupando um importante papel na estrutura de saneamento de uma
comunidade urbana, e, conseqüentemente nos aspectos relacionados á saúde pública.
Além das conseqüências para a saúde comunitária, deve-se considerar ainda o impacto
que a disposição inadequada desses resíduos provoca no solo, na atmosfera, na
vegetação e nos recursos hídricos”, segundo Moritz (1995).
Segundo Ensinas (2003), a disposição final dos resíduos sólidos urbanos é um dos
graves problemas ambientais enfrentados pelos grandes centros urbanos em todo
planeta e tende a agravar-se com o aumento do consumo de bens descartáveis. Entre as
alternativas de disposição dos resíduos sólidos estão os aterros sanitários, os
biodigestores, incineradores, além dos gaseificadores.
O grande desafio em gerenciar resíduos urbanos principalmente a grande
concentração de plásticos descartados sem aproveitamento econômico e energético, os
quais se acumulam em locais de disposição devido ao grande tempo de decomposição
dos mesmos, tem sido motivo de preocupação. Além dos plásticos, a matéria orgânica
presente em 50% da composição dos resíduos ao se decompor acaba por emitir metano.
O metano (principal componente do biogás), importante fonte de energia e também um
gás de efeito estufa com potencial de aquecimento cerca de 20 vezes maior que o
dióxido de carbono e responsável por 25% do aquecimento global segundo a EPA
(2007).
2
A quantidade de plástico entre os materiais que compõem o lixo urbano no Brasil
ainda é pequena quando comparada à dos países desenvolvidos, mas vem
gradativamente aumentando. Para se ter idéia, o consumo per capita de plásticos nos
EUA (o maior consumidor deste material no mundo) é de 100 kg/hab./ano e no Japão de
60 kg/hab./ano, enquanto no Brasil está em torno de 19 kg/hab./ano, de acordo com o
Compromisso Empresarial para Reciclagem (CEMPRE, 2004). Esta diferença pode vir a
indicar que o Brasil apresenta um grande potencial para o aumento do consumo de
plástico, já que a cada dia cresce o consumo de bens industrializados acondicionados em
embalagens plásticas, em oposição ao uso de produtos naturais
Neste contexto estudos sobre reciclagem de plásticos passam a ser relevantes, já
que é possível supor um aumento na geração de resíduos e conseqüentemente, um
agravo no problema de destinação do lixo urbano.
A reciclagem vista como medida para minimizar o descarte de resíduos plásticos e
garantir uma melhoria ambiental por economizar matéria-prima, vem acompanhada pelo
alto custo de geração energética, tornando-a muitas vezes inviável, o que leva a busca
de novas alternativas para geração de energia e reaproveitamento dos resíduos.
O suprimento de energia tem dado lugar às fontes alternativas que estão se
destacando em substituição das energias derivadas do petróleo, principalmente pelo fato
das atuais formas de produção de energia trazerem impactos negativos para o meio
ambiente e para a população envolvida.
Atualmente, cerca de 5% de toda a energia produzida no planeta provêm de fonte
renovável e estima-se que em 2060, quando a população do planeta deverá ser de 12
bilhões de pessoas, esse percentual chegue a 70%, de acordo com CEMPRE (2004).
Em geral, salvo algumas exceções, as fontes renováveis são consideradas energias
“limpas”, isto é, que não produzem poluição e nem se esgotam e, ainda reciclam resíduos
de alto poder energético.
Na procura por tecnologias capazes de solucionar a questão dos resíduos urbanos e
buscar novas fontes alternativas de geração de energia elétrica e térmica, diferentes
alternativa podem diversificar ou incrementar a matriz energética existente nos dias de
hoje. Alguns exemplos são as provenientes dos resíduos sólidos advindas do biogás
produzido pela decomposição dos resíduos urbanos, da queima deste em incineradores e
gaseificadores ou até mesmo uma gestão utilizando o simples processo de
compostagem.
A captação do biogás pode ser encaminhada a um conjunto moto - gerador que
utilizam o gás metano como combustível, transformando a energia mecânica resultante
3
dos motores em eletricidade, por meio de um gerador acoplado, além de ser possível sua
utilização em motores flex-fuel.
Este sistema a duplo combustível no ciclo diesel apresenta vantagens por não
necessitar de modificações técnicas no projeto do motor e nem mesmo da razão de
compressão não impedindo que o motor seja acionado 100% a diesel, além da redução
do diesel utilizado, em virtude do aproveitamento do biogás. Na condição de duplo
combustível, a substituição do diesel pode ser de até 70%, segundo Avellar (2001).
A incineração dos resíduos sólidos urbanos com aproveitamento energético quer seja
para a geração de energia elétrica quer seja para geração de vapor ou ar refrigerado é
uma alternativa que vem sendo empregada para solucionar os problemas de disposição
final dos resíduos sólidos urbanos, principalmente nos países da Europa, Estados Unidos
e Japão, por não possuírem grandes áreas para confinar os resíduos, segundo Gripp
(1998).
Nos gaseificadores, reatores químicos onde ocorrem os processos de gaseificação,
parte do combustível entra em combustão como em uma fornalha e o fornecimento de ar
é controlado de modo a evitar que a combustão se estenda a toda a carga (característica
principal do processo), produzindo gás. Utiliza-se como oxidante para o processo de
gaseificação o ar atmosférico ou oxigênio puro. O gás obtido pode ser utilizado como
combustível em um grupo motor-gerador (baixas potências até cerca de 600 - 1000 kW),
em turbinas a gás (acima de 1 MW) ou ainda queimado conjuntamente a outros
combustíveis em caldeiras, segundo Martins (2006).
O aproveitamento energético dos resíduos e sua utilização para reciclagem ou
aproveitamento em motores do ciclo diesel além de ampliar a segurança do sistema
elétrico nacional, por ofertar eletricidade de maneira descentralizada, em virtude de o lixo
estar disponível próximo dos centros consumidores, algumas delas ainda reduzem
signitivamente a emissão de gases causadores de efeito estufa proveniente da
decomposição da matéria orgânica e proveniente da combustão de combustíveis fósseis.
Além disso, a redução da quantidade de resíduos sólidos urbanos a ser depositada em
aterros sanitários tais como os plásticos, amplia suas vidas úteis e soluciona um dos
grandes problemas da atualidade, a escassez de áreas para novos depósitos de resíduos
urbanos.
A “reciclagem de energia” a partir do biogás gerado seja em aterros ou em
biodigestores, ou através da utilização de incineradores e gaseificadores para geração de
energia elétrica e térmica aliada ao uso desta para reciclar plásticos pós-consumo, que
seriam descartadas sem um devido aproveitamento ou até mesmo utilizadas para outros
4
fins de preferência do município, vem a ser uma medida importante para amenizar o
problema energético bem como a gestão dos resíduos garantindo uma melhoria na
sustentabilidade ambiental.
Este trabalho aborda diferentes caminhos para gestão dos resíduos urbanos
priorizando a geração de energia elétrica e térmica, bem como a reciclagem de resíduos
plásticos pós-consumo que seriam descartados sem nenhum aproveitamento, no
contexto amplo de reaproveitamento energético, eficiência, conservação de energia,
minimização de impactos ambientais.
1.1 - Objetivo Geral
Desenvolver ferramenta metodológica de planejamento para aproveitamento do
potencial energético e gestão dos resíduos urbanos, aplicando-a na reciclagem dos
plásticos, enfatizando seus benefícios ambientais e sociais.
1.2 - Objetivos Específicos
• Estudar a composição dos resíduos gerados e descartados;
• Levantar dados a respeito da demanda energética dos equipamentos utilizados na
reciclagem de plásticos;
• Avaliar o potencial de geração de biogás resultante da decomposição anaeróbica
dos resíduos;
• Determinar a capacidade de geração de energia elétrica e térmica utilizando
biogás através das tecnologias do aterro sanitário e biodigestor;
• Estimar a quantidade de biogás a ser utilizado em motores do ciclo diesel;
• Determinar a capacidade de geração de energia elétrica e térmica advinda dos
incineradores;
• Determinar a capacidade de geração de energia elétrica e térmica obtida pelo
processo de gaseificação;
• Analisar a viabilidade energética de reciclagem de plásticos utilizando a energia
proveniente das tecnologias de aproveitamento dos resíduos existentes;
• Criar um programa de execução da ferramenta metodológica desenvolvida;
• Desenvolver e avaliar diversas configurações possíveis para tratamento e/ou
disposição dos resíduos para um aproveitamento energético, ambiental e social
satisfatório.
5
2 - REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1 - Resíduos Urbanos
2.1.1 - Histórico dos Resíduos Urbanos
Do ponto de vista histórico, segundo Dias (2000), o lixo surgiu no dia em que os
homens passaram a viver em grupos, fixando-se em determinados lugares e
abandonando os hábitos de andar de lugar em lugar à procura de alimentos ou
pastoreando rebanhos.
A partir daí processos para eliminação do lixo passaram a ser motivo de
preocupação, embora as soluções visassem unicamente transferir os resíduos
produzidos para locais afastados das aglomerações humanas primitivas (Dias, 2000).
Os registros encontrados no Brasil de épocas pré-históricas mostram-nos sambaquis,
lançamento de detritos em locais desabitados a céu aberto ou em rios e córregos, assim
como enterramento e uso do fogo como métodos de destruição dos restos
inaproveitáveis, de acordo com Junkes (2002).
Com o passar do tempo as práticas para resolução dos problemas relacionados aos
resíduos urbanos mantiveram-se inalteradas mesmo com o grande crescimento das
comunidades. Somente no século XIX começaram a surgir as primeiras alternativas para
o problema do lixo urbano capazes de atender aos aspectos sanitários e econômicos,
desde então adotaram medidas para a regulamentação dos serviços e procedimentos no
campo da limpeza, segundo Dias (2000).
De acordo com Junkes (2002), a primeira iniciativa dos serviços para destinação final
dos resíduos urbanos no Brasil ocorreu na cidade de São Paulo, no século XIX, quando
se definiram as áreas para disposição final do lixo distantes do centro urbano, sendo que
o transporte ficava a cargo dos municípios interessados.
Atualmente o impacto causado pela produção desenfreada de resíduos urbanos, tem
levado governo e sociedade a buscar alternativas para minimizar a degradação do meio
ambiente e aumentar o bem estar da sociedade como um todo. Várias iniciativas no
sentido de ordenar a questão dos resíduos urbanos já foram realizadas mediante projetos
de lei ficando a cargo dos municípios planos de gerenciamento integrado e a gestão do
lixo municipal, tal como o aproveitamento energético dos resíduos urbanos, segundo
Peixoto et. al. (2005).
6
2.1.2 - Definição e Classificação
Segundo a Norma Brasileira, NBR 10.004 (ABNT, 1987), os resíduos urbanos são
definidos como, “resíduos nos estados sólidos e semi-sólidos, que resultam de atividades
da comunidade de origem: industrial, doméstica, hospitalar, comercial, agrícola, de
serviços e de varrição. Ficam incluídos nesta definição os lodos provenientes de sistemas
de tratamento de água, aqueles gerados em equipamentos e instalações de controle de
poluição. Também determinados líquidos cujas particularidades tornem inviável o seu
lançamento na rede pública de esgotos ou corpos de água, ou exijam para isso soluções
técnicas e economicamente inviáveis em face da tecnologia disponível”.
Na presente norma também são classificados os resíduos em classes de acordo com
suas periculosidades, sendo estas:
• Resíduos Classe I – Perigosos: Estão incluídos aqueles que apresentam
periculosidade ou mesmo inflamabilidade, corrosividade, reatividade, toxicidade
ou patogenicidade;
• Resíduos Classe II – Não-Inertes: são aqueles que não se enquadram nas
classificações de resíduos Classe I – perigosos ou de resíduos Classe III –
inertes. Estes podem apresentar propriedades, tais como: combustibilidade,
biodegradabilidade e solubilidade em água;
• Resíduos Classe III – Inertes: podem ser considerados quaisquer resíduos que,
quando amostrados de forma representativa, e submetidos a um contato estático
ou dinâmico com água destilada ou deionizada, à temperatura ambiente, não
tiverem nenhum de seus constituintes solubilizados a concentrações superiores
aos padrões de potabilidade de água, excetuando-se os padrões de aspecto, cor,
turbidez e sabor. Como exemplos destes materiais, podem-se citar rochas, tijolos,
vidros, certos plásticos e borrachas que não são decompostos prontamente.
Conforme Oliveira (2006), os resíduos quanto à natureza física, pode ser:
• Seco: composto por materiais potencialmente recicláveis;
• Molhado: correspondente à parte orgânica dos resíduos, como as sobras de
alimentos, cascas de frutas, restos de poda, entre outros. Essa classificação é
muito utilizada nos programas de coleta seletiva, por ser facilmente compreendida
pela população.
7
2.1.3 - Composição dos Resíduos Urbanos
Os resíduos urbanos domésticos, segundo definição apresentada, são constituídos
por misturas de restos de alimentos, papel, papelão, plásticos, metal, vidro, madeira,
trapos, couro, entre outros, conforme Netto (1991).
Essa composição varia com a localidade e com o estágio de desenvolvimento em que
estes se encontram inserido, pois, este aspecto acompanha diretamente as modificações
econômicas e as transformações tecnológicas, que vêm influenciando o modo de vida
dos centros urbanos em um ritmo cada vez mais acelerado, principalmente em relação ao
uso de embalagens artificiais devido ao aumento no consumo de produtos
industrializados, de acordo com Netto (1991) e Souza et. al. (2000).
Conforme a Associação Brasileira dos Fabricantes de Embalagens PET (ABEPET,
2007) no Brasil a maior parte do lixo urbano é composta de material orgânico, segundo
Figura 2.1, seguido pelo papel e papelão. Observa-se que a presença de metais,
principalmente do alumínio no lixo urbano é reduzida, devido ao alto valor agregado às
latas descartadas, favorecendo sua separação para venda (ABEPET, 2007).
Figura 2.1 - Composição total do lixo urbano em porcentagem no Brasil
Fonte: ABEPET (2007)
Em países não industrializados a porcentagem de matéria orgânica no lixo é maior do
que nos países com um alto grau de industrialização. As duas principais causas, segundo
Netto (1991), são sistemas de distribuição pouco eficientes principalmente para produtos
“in natura” e a falta de embalagens adequadas, que acarretam grandes perdas de
alimentos.
O conhecimento da composição física dos resíduos urbanos domésticos torna-se
importante para a seleção e/ou operação de equipamentos e instalações, otimização de
8
recursos e de consumo de energia, bem como para projetos de aterros sanitários, de
acordo com Barbosa (2004).
2.1.4 - Destinação Final dos Resíduos Urbanos no Brasil
Lixões, aterros controlados, aterros sanitários e reciclagem são algumas das
destinações e/ou tratamentos dos resíduos urbanos atualmente encontrados no Brasil,
conforme o Ministério do Meio Ambiente, (MMA, 2004). A questão sobre o que fazer com
os resíduos urbanos apresenta uma grande infinidade de respostas que se estende
desde o reaproveitamento da matéria-prima via reciclagem até mesmo o aproveitamento
energético destes resíduos. Em tese, grande parcela do resíduo gerado, pode ser
transformada em algo útil à humanidade, inclusive, a matéria orgânica pode ser reciclada
para beneficiamento do solo ou como fonte de energia. Contudo, grande parte do resíduo
ainda não é reaproveitada, sendo disposta de forma prejudicial à natureza, conforme
Singer (2003).
De acordo com a Pesquisa Nacional de Saneamento Básico (PNSB, 2004), realizada
pelo Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE), aproximadamente 75% das
cidades brasileiras dispõem de sistemas de coletas de resíduos fornecidas pelas
administrações municipais.
Quanto à natureza dos serviços urbanos relacionados ao gerenciamento dos resíduos
urbanos, conforme apresentado na PNSB (2004), estes são subdivididos em: limpeza
urbana, coleta de resíduo, coleta seletiva, reciclagem, remoção de entulhos e coleta de
resíduo especial. A mesma pesquisa revela que no Brasil a maioria dos municípios tem
serviços de limpeza urbana e coleta de resíduo, porém os serviços de coleta seletiva e de
reciclagem mantêm-se irrisório. Por exemplo, os dados do (PNSB, 2004), cita que das
125.281 toneladas diárias de resíduo coletado no Brasil na sua maioria são dispostas em
lixões como apresentado na Figura 2.2.
Figura 2.2 - Destinação do resíduo em percentual no Brasil
Fonte: PNSB (2004)
9
Verifica-se que no Brasil, pequena quantidade de resíduo é disposta de maneira mais
adequada, 28% do total que é coletado diariamente, recebe como destinação final os
aterros controlados e sanitários.
Quanto à reciclagem, dados publicados pelo Centro Empresarial para Reciclagem –
(CEMPRE, 2004), mostram que os índices têm aumentado gradativamente conforme
Figura 2.3.
Figura 2.3 - Evolução dos índices de reciclagem de resíduo sólido no Brasil
Fonte: CEMPRE (2004)
Este é apenas um exemplo da importância e do potencial da reciclagem de materiais,
sobretudo embalagens de produtos de consumo – papéis, plásticos, vidro, metais, e
outros materiais encontrados em abundancia na massa de resíduos urbanos, conforme
Streb (2001).
Segundo Lizárraga (2005), o tratamento dos resíduos urbanos é um grande problema
nacional. Hoje, o Brasil produz aproximadamente 200 mil toneladas de resíduos sólidos,
por dia. Desse total, 76% são destinados aos lixões a céu aberto, sem nenhum tipo de
tratamento; 13% destinam se aos aterros controlados; 10% para aterros sanitários e
somente 1% é reciclado.
Dentre as destinações, segundo Consoni et. al. (2000), o aterro sanitário é o que
reúne as maiores vantagens, considerando a redução dos impactos ocasionados pelo
descarte dos resíduos urbanos. Caracteriza-se por ser uma instalação de destinação final
de resíduos através de sua adequada disposição no solo, sob controle técnico e
operacional permanente, de modo a que nem os resíduos, nem os seus efluentes
líquidos e gasosos, venham a causar danos à saúde pública ou ao meio ambiente,
conforme Real (2005).
Outro método de disposição final dos resíduos é o aterro controlado, que segundo
Roth et. al. (1999) é menos prejudicial que os lixões pelo fato de os resíduos dispostos no
solo serem posteriormente recobertos com terra, o que acaba por reduzir a poluição local.
10
Porém, trata-se de uma solução com eficácia bem inferior à possibilitada pelos aterros
sanitários, pois não ocorre inertização da massa de lixo em processo de decomposição.
É uma instalação destinada à disposição de resíduos urbanos, na qual algumas
modalidades de controle devem ser periodicamente exercidas, visando minimizar
possíveis danos, riscos à saúde pública, a segurança e ao meio ambiente. Admite-se,
desta forma, que o aterro controlado se caracterize por um estágio intermediário entre o
lixão e o aterro sanitário, conforme Instituto de Pesquisas Tecnológicas (IPT, 2000).
Os vazadouros a céu aberto, os chamados “lixões” constituem uma forma inadequada
de descarte final dos resíduos urbanos, segundo Mousinho (2003), caracterizando pela
simples descarga dos resíduos sobre o solo sem qualquer tipo ou modalidade de
controle, sobre os resíduos ou sobre seus efluentes.
Problemas e inconvenientes como: depreciação da paisagem, presença de vetores de
doenças, formação de gás metano sem coleta e degradação social de pessoas, são
fatores comuns a todos os lixões, afirma Vanzan (2000).
2.1.5 - Gestão dos Resíduos Urbanos
Entre os fatores relacionados à preservação da saúde e da qualidade de vida das
populações, o acesso à coleta, à disposição adequada dos resíduos sólidos e o
tratamento destes, estão entre aqueles de importância fundamental, segundo Machado
et. al. (1999).
Conforme Ferreira et. al. (2001), no Brasil, a geração de resíduos sólidos urbanos tem
sido crescente ao longo dos últimos anos, sendo esta agravada pela falta de
conscientização dos indivíduos, pelo déficit de cobertura dos serviços de coleta e pela
baixa qualidade dos serviços oferecidos à população, o que reflete a precariedade das
políticas de gestão neste setor.
Embora não existam dúvidas sobre a importância da atividade de limpeza urbana
para o meio ambiente e para a saúde da comunidade, esta percepção não se tem
traduzido em ações efetivas que possibilitem mudanças qualitativas na situação negativa
em que se encontram de forma geral, os sistemas de gerenciamento de resíduos sólidos
urbanos em toda a América Latina, inclusive no Brasil (Ferreira et. al., 2001).
Os impactos provocados pelos resíduos sólidos municipais podem estender-se para a
população em geral, por meio da poluição e contaminação dos corpos d'água e dos
lençóis subterrâneos, direta ou indiretamente, dependendo do uso da água e da absorção
de material tóxico ou contaminado de acordo com Machado et. al. (1999).
11
Segundo OPAS/OMS (1994), a gestão ecologicamente racional dos resíduos deve ir
além da simples eliminação ou aproveitamento por métodos seguros, mas procurar
resolver a causa fundamental do problema buscando modificar as relações não
sustentáveis de sua produção e consumo. Os referenciais que indicam as ações
necessárias devem apoiar-se em: redução dos resíduos, aumento da reutilização e
reciclagem, recuperação energética, promoção do tratamento e ampliação do alcance
dos serviços de limpeza urbana.
De acordo com Nunesmaia (1997), uma gestão municipal integrada pode interessar-
se por todas as categorias de resíduos, incluindo aqueles provenientes de serviços de
saúde, os da demolição e construção civil, dentre outros. No tocante ao tratamento de
resíduos, a preocupação de uma gestão integrada leva a conceber várias linhas
tecnológicas de valorização dos resíduos, como a recuperação de energia e a eliminação
final (tratamento).
2.2 - Reciclagem dos Resíduos Urbanos
Reciclar é economizar energia, poupar recursos naturais e trazer de volta ao ciclo
produtivo o resíduo que seria jogado fora, para que o mesmo seja usado novamente
como matéria-prima, conforme Ambiente Brasil (2008).
Reciclagem segundo Duston (1993) é o processo através do qual qualquer produto ou
material que tenha servido para os propósitos a que se destinava, e que tenha sido
separado do lixo e reintroduzido no processo em um novo produto, seja igual ou
semelhante ao anterior, seja assumindo características diversas das iniciais.
Além de ecologicamente correta, esta pode ser viável econômica e lucrativamente,
tanto para os recicladores como para as indústrias de transformação, segundo Gedea
(2008).
Para Jardim (1995), reciclagem é o resultado de uma série de atividades por vias de
materiais que se tornariam lixo ou estão no lixo e são desviados, sendo coletados,
separados e processados para serem usados como matéria-prima na manufatura de
bens feitos anteriormente apenas com matéria-prima virgem.
Basicamente, a reciclagem inclui as etapas de coleta, separação, revalorização e
transformação do material coletado, conforme a Associação Brasileira de Embalagens
(ABRE, 2007). A coleta e separação são atividades iniciais de triagem por tipo de material
como papel, metal, plástico e madeira. A revalorização é uma etapa intermediária que
prepara os materiais separados para a etapa de transformação, responsável pelo
processamento industrial dos materiais para a fabricação de novos produtos.
12
Dessas etapas a mais importante é a etapa de separação dos resíduos, pois é
através dela que todo processo é desencadeado. Vários símbolos foram criados através
de normas a fim de facilitar todo o processo conforme mostra a Figura 2.4 (ABRE, 2007).
Figura 2.4 - Simbologias utilizadas para separação dos materiais
Fonte: ABRE (2007)
Segundo Pereira (2000), a reciclagem já é utilizada no Brasil e em várias partes do
mundo pelas indústrias de transformação, aonde um programa bem conduzido tende a
desenvolver na população uma nova mentalidade sobre questões que envolvem a
economia e a preservação ambiental. Quando o lixo residencial é acondicionado
adequadamente, o morador passa a se colocar como peça integrante de todo um sistema
de preservação do meio ambiente.
A reciclagem traz inúmeros benefícios tais como: a diminuição da quantidade de lixo a
ser aterrada (conseqüentemente aumenta a vida útil dos aterros sanitários); preservação
de recursos naturais, economia de energia na produção de novos produtos; diminuição
dos impactos ambientais; novos negócios e geração de empregos diretos e indiretos
através da criação de indústrias recicladoras, conforme Jardim (1995).
Apesar das vantagens listadas acima a reciclagem não pode ser vista como a
principal solução para o lixo. É uma atividade econômica que deve ser encarada como
um elemento dentro de um conjunto de soluções, segundo Junkes (2002). Conforme
Jardim (1995), o maior objetivo de um programa de reciclagem é o componente
ambiental por meio da exploração em menor escala dos recursos naturais diante do
aproveitamento de materiais recicláveis como matéria-prima de um novo processo de
industrialização, além de diminuir o lixo acumulado e poupar energia.
13
2.2.1 - Resíduos Urbanos Recicláveis
A reciclagem surgiu como uma maneira de reintroduzir no sistema uma parte da
matéria (e da energia), que se tornaria lixo. Assim desviados, os resíduos são coletados,
separados e processados para serem usados como matéria-prima na manufatura de
bens, os quais eram feitos anteriormente com matéria prima virgem. Dessa forma, os
recursos naturais ficam menos comprometidos.
Muitos materiais podem ser reciclados e os exemplos mais comuns são os descritos
abaixo, de acordo com Ambiente Brasil (2008).
• Aço:
A reciclagem de aço é o reaproveitamento do aço utilizado em objetos que já não
estão funcionando para produzir novos objetos, pois é utilizado em diversos materiais,
desde latas até carros. Sua reciclagem é tão antiga quanto a própria história de sua
utilização e pode ser reciclado infinitas vezes, com custos menores e menos dispêndio de
energia do que na sua criação inicial. O aço pode ser separado de outros resíduos por
diversos processos químico-industriais e voltar a ser utilizado sem perder suas
características iniciais.
• Alumínio:
A reciclagem de alumínio é o processo pelo qual o alumínio pode ser reutilizado em
determinados produtos, após ter sido inicialmente produzido. O processo resume-se no
derretimento do metal, o que é muito menos dispendioso e consome muito menos
energia do que produzir o alumínio através da mineração de bauxita. A mineração e o
refino deste requerem enormes gastos de eletricidade, enquanto que a reciclagem requer
apenas 5% da energia para produzi-lo. Por isto, a reciclagem tornou-se uma atividade
importante para esta indústria.
O alumínio pode ser reciclado tanto a partir de sucatas geradas por produtos de vida
útil esgotada, como de sobras do processo produtivo. O alumínio reciclado pode ser
obtido a partir de esquadrias de janelas, componentes automotivos, eletrodomésticos,
latas de bebidas, entre outros. A reciclagem não danifica a estrutura do metal, que pode
ainda ser reciclado infinitamente e reutilizado na produção de qualquer produto com o
mesmo nível de qualidade de um alumínio recém produzido por mineração. Pelo seu
valor de mercado, a sucata de alumínio permite a geração de renda para milhares de
famílias brasileiras envolvidas da coleta à transformação final da sucata. Desta forma, a
reciclagem do alumínio gera benefícios para o país e o meio ambiente, além de ser
menos custoso de obter do que através da sua produção por mineração.
14
• Papel:
A reciclagem de papel é o reaproveitamento do papel não-funcional para produzir
papel reciclado. Há duas grandes fontes de papel a se reciclar: as aparas pré-consumo
(recolhidas pelas próprias fábricas antes que o material passe ao mercado consumidor) e
as aparas pós-consumo (geralmente recolhidas por catadores de ruas). De um modo
geral, o papel reciclado utiliza os dois tipos na sua composição e tem a cor creme.
A aceitação do papel reciclado é crescente, especialmente no mercado corporativo. O
papel reciclado tem um apelo ecológico, o que faz com que alcance um preço até maior
que o material virgem. No Brasil, os papéis reciclados chegaram a custar 40% a mais que
o papel virgem em 2001. Em 2004, os preços estavam quase equivalentes e o material
reciclado custava de 3% a 5% a mais. A redução dos preços foi possibilitada por ganhos
de escala, e pela diminuição da margem média de lucro.Na Europa, o papel reciclado em
escala industrial chega a custar mais barato que o virgem, graças à eficiência na coleta
seletiva e ao acesso mais difícil à celulose, comparado ao do Brasil.
• Embalagens Longa Vida:
A reciclagem de embalagens longa vida é o processo pelo qual são reintegrados à
cadeia produtiva os materiais componentes deste tipo de embalagem. O processo de
reciclagem consiste de duas etapas independentes e sucessivas. A primeira delas é a
reciclagem do papel e a seguinte a reciclagem do composto de polietileno e alumínio. O
papel reciclado pode ser utilizado por exemplo para a produção de papelão ondulado,
caixas, papel para tubetes. O composto de polietileno e alumínio pode ser utilizado para a
fabricação de peças plásticas, placas, telhas ou, através da sua completa separação via
processo a plasma, para a produção de parafina e alumínio metálico.
• Vidro:
A Reciclagem do vidro é o processo pelo qual o vidro é basicamente derretido e
refeito para sua reutilização. Dependendo da finalidade do seu uso, pode ser necessário
separá-lo em cores diferentes. As três cores principais são: vidro incolor, vidro verde e
vidro marrom/âmbar. Os componentes de vidro decorrentes de lixo municipal (lixo
doméstico e lixo comercial) são geralmente: garrafas, artigos de vidro quebrados,
lâmpada incandescente, potes de alimentos e outros tipos de materiais de vidro. A
reciclagem de vidro implica em um gasto de energia consideravelmente menor do que a
sua manufatura através de areia, calcário e carbonato de sódio.
O vidro pronto para ser novamente derretido é chamado de cullet. Este material é
ideal para a reciclagem e pode, dependendo das circunstâncias, ser infinitamente
15
reciclado. O uso de vidro reciclado em novos recipientes e cerâmicas possibilita a
conservação de materiais, a redução do consumo de energia (o que ajuda nações que
têm que seguir as diretrizes do Protocolo de Quioto) e reduz o volume de lixo que é
enviado para aterros sanitários
• Plásticos:
De acordo com a Brasilplast (2003), os plásticos são utilizados em quase todos os
setores da economia desde lazer, construção civil, têxtil, alimentos, setor de energia entre
outras. Segundo Ambiente Brasil (2008), os plásticos são formados pela união de
grandes cadeias moleculares chamadas polímeros que, por sua vez, são formadas por
moléculas menores denominadas monômeros, os quais são produzidos através de um
processo químico conhecido como polimerização, união química de monômeros. O
tamanho e estrutura da molécula do polímero determinam as propriedades do material
plástico, que podem ser classificados como (Ambiente Brasil, 2008):
Termoplásticos: São plásticos que não sofrem alterações na sua
estrutura química durante o aquecimento e que podem ser novamente fundidos após o
resfriamento. Entre eles, polipropileno (PP), polietileno de alta densidade (PEAD),
polietileno de baixa densidade (PEBD), polietileno tereftalato (PET), poliestireno (PS),
policloreto de vinila (PVC) entre outros;
Termofixos: São aqueles que não fundem com o reaquecimento, tais
como resinas fenólicas, poliuretanos entre outros, não podendo ser novamente utilizado
em sua função original.
Uma das vantagens dos plásticos é sua leveza, proporcionando grande economia no
transporte das mercadorias. As embalagens de plástico descartadas reduzem o peso dos
resíduos, diminuem o custo de coleta e destinação final, não apresentam riscos de
manuseio e são 100% recicláveis, de acordo com Plasnec (2007). Conforme Brasilplast
(2003), ao impedir que os plásticos sejam dispostos sem nenhum reaproveitamento, evita
o desperdício de tudo o que a sociedade e o meio ambiente investiram para produzi-lo:
energia, recursos naturais, trabalho entre outros.
Apesar de um uso tão amplo, apenas 4% do petróleo extraído (Figura 2.5), são
destinados à produção de plásticos, segundo a Plasnec (2007).
16
Petróleo
100%
Diesel e óleo
para
aquecimento
70%
Naf ta
20%
Outros
10%
Matéria-prima
para indústria
química
7%
Gaseif icação
13%
Outros
produtos
químicos
Plástico
4%
Politileno/PVC
Espuma de
PU
Poliestireno
Polipropileno
Poliamida
Outros
Figura 2.5 - Percentual de petróleo para produção de plásticos
Fonte: Plasnec (2007)
A reciclagem dos plásticos é vista como ambientalmente viável, pois se o produto
descartado permanecesse no meio ambiente, poderia estar causando maior poluição.
Isso pode ser entendido como uma alternativa para as oscilações do mercado
abastecedor e também como preservação dos recursos naturais, o que pode reduzir
inclusive, os custos das matérias primas, segundo a Plastivida (2007).
Segundo Faria (2005), esse material apresenta duas características paradoxais para
fins de reciclagem e viabilidade econômica e financeira. Para um lado, a fabricação de
plástico reciclado economiza 70% de energia, considerando todo o processo desde a
exploração da matéria-prima virgem até a formação do produto final, por outro lado a
baixa relação preço/volume é desfavorável devido ao alto custo de energia elétrica
convencional, o que encarece a reciclagem.
17
A seguir observa-se na Figura 2.6 a relação custo para reciclar e fração reciclada.
Figura 2.6 - Diagrama mostrando a relação entre os custos para
reciclar e a fração reciclada
Fonte: ASHBY (2003)
O diagrama de Ashby (2003) mostra que os plásticos são materiais com baixa ou
média reciclabilidade, basicamente porque o custo de sua recuperação geralmente é
superior ao da obtenção da matéria prima.
O plástico reciclado tem infinitas aplicações, tanto nos mercados tradicionais das
resinas virgens, quanto em novos mercados.
2.2.2 - Processos de Reciclagens Existentes
Existem três tipos de reciclagem: Mecânica, química e energética.
• Reciclagem Mecânica
A reciclagem mecânica (Figura 2.7) é a mais conhecida e a mais utilizada para os
plásticos em particular segundo Gedea (2008).
18
Produto de
Plástico
Lixo
Plástico
Plático
Separado
Moído e
Lav ado
Secado
(Parcialmente)
Resina
(Matéria-Prima)
Granulado ou
Peletizado
Resfriado
(Água)
Extrusora
(Fusão)
Aglutibador
(Seco
Totalmente)
Figura 2.7 - Esquema de reciclagem mecânica
Fonte: Ambiente Brasil (2008)
Neste processo, a qualidade do produto final depende principalmente da qualidade do
produto a ser reciclado, ou seja, depende da qualidade dos descartes encaminhados
para a reciclagem e consiste na transformação de descartes plásticos de origem
industrial e do consumo da população em grânulos que podem ser reutilizados para a
produção de outros produtos (Gedea, 2008).
Segundo o Ambiente Brasil (2008), a reciclagem mecânica segue as seguintes
etapas:
Separação: Separação em uma esteira dos diferentes tipos de plásticos,
de acordo com a identificação ou com o aspecto visual. Nesta etapa são separados
também rótulos de diferentes materiais, tampas de garrafas e produtos compostos por
mais de um tipo de plástico, embalagens metalizadas, grampos, entre outros.
Por ser uma etapa geralmente manual, a eficiência depende diretamente da prática
das pessoas que executam essa tarefa, além da qualidade da fonte do material a ser
separado, sendo que aquele oriundo da coleta seletiva e mais limpo em relação ao
material proveniente dos lixões ou aterros.
Moagem: Processo onde os diferentes tipos de plásticos separados são
moídos e fragmentados em pequenas partes.
Lavagem: Na etapa de lavagem, o plástico fica livre dos seus
contaminantes, para que possa continuar o processo até sua utilização final como
19
matéria prima para novos produtos. É necessário que a água de lavagem receba um
tratamento para a sua reutilização ou emissão como efluente.
Secagem: A etapa de secagem elimina o excesso de água que o material
moído contém. Essa é realizada com a utilização de uma secadora tipo centrífuga,
removendo sua umidade.
A secagem para materiais higroscópicos - materiais que apresenta grande
capacidade de absorver água e umidade do ar - é extremamente importante, uma vez
que o excesso de água pode prejudicar o processamento com este material.
Aglutinação: Além de completar a secagem, o material é compactado,
reduzindo-se assim o volume que será enviado à extrusora. O atrito dos fragmentos
contra a parede do equipamento rotativo provoca elevação da temperatura, levando à
formação de uma massa plástica. O aglutinador também é utilizado para incorporação de
aditivos, como cargas, pigmentos e lubrificantes.
Extrusão: A extrusora funde e torna a massa plástica homogênea. Na
saída da extrusora, encontra-se o cabeçote, do qual sai um "espaguete" contínuo, que é
resfriado com água. Em seguida, o "espaguete" é picotado em um granulador e
transformando em pellet (grãos plásticos).
• Reciclagem Química
A produção de compostos com baixo custo de produção e com elevado grau de
qualidade, faz com que a reciclagem química tenha maior abrangência em mercados
emergentes como o Brasil, por ter uma flexibilidade grande em reprocessamento de
materiais compostos como, blendas poliméricas de PP, de acordo com Gedea (2008).
A reciclagem química se divide em quatro processos básicos (Gedea, 2008):
Pirólise: O processo de pirólise consiste na quebra das moléculas, pela
ação calorífera na ausência de oxigênio, gerando frações de hidrocarbonetos que
futuramente serão processados em refinarias. Esse processo é o mais utilizado quando
se trata de reciclagem química.
Hidrogenização: Com o tratamento de hidrogênio e calor, as cadeias são
quebradas, acabando por gerar compostos puros, deixando apenas uma pequena
parcela de resíduos não aproveitáveis, que na sua maioria são voláteis. Produtos de
utilização vigente no mercado são reproduzidos nas refinarias, sem perda de
característica micromolecular.
20
Gaseificação: As cadeias poliméricas são aquecidas com ar ou oxigênio,
gerando um gás que chamamos de "gás de síntese", que por sua vez contém hidrogênio
e monóxido de carbono.
Quimólise: Na presença de água, glicol e metanol, as cadeias são
quebradas parcialmente em monômeros, que podem ser de eteno ou propeno.
Vale citar que ainda os materiais sofrem um processo de degradação. Essa
degradação pode ser química, mecânica, térmica, fotolítica, ou outros processos
degradativos menos importantes, além de existirem alguns materiais que são
biodegradáveis, estes sofrem uma ação biológica natural ou induzida de degradação
(Gedea, 2008).
• Reciclagem Energética
Conforme a Plastivida (2007), é a recuperação da energia contida nos materiais
como os plásticos através de processos térmicos.
A reciclagem energética distingue-se da incineração por utilizar os resíduos plásticos
como combustíveis na geração de energia elétrica. Já a simples incineração não
reaproveita a energia dos materiais. A energia contida em 1 kg de plástico é equivalente
à contida em 1 kg de óleo combustível. Além da economia e da recuperação de energia,
com a reciclagem ocorre ainda uma redução de 70 a 90% da massa do material,
restando apenas um resíduo inerte esterilizado (Plastivida, 2007).
Deve ser levado em conta que o valor energético dos plásticos é equivalente ao de
um óleo combustível (37,7 MJ/kg) e por esta razão, podem-se constituir em valiosa fonte
energética se não houver possibilidade de serem reciclados por uma das alternativas
anteriores. Na cidade de São Paulo, são coletadas 700 toneladas de lixo por dia
equivalentes a cerca de 5000 barris de petróleo, o que representa 0,3% do consumo do
país, segundo Pinto (1995).
2.3 - Geração de Energia dos Resíduos Urbanos
A geração de energia elétrica a partir dos resíduos urbanos pode ser considerada
como alternativa por suas significativas vantagens estratégica, econômica e ambiental,
segundo Costa et. al. (2001):
• Vantagens estratégicas: geração descentralizada; próxima aos pontos de carga,
não necessitando de investimentos em linhas de transmissão;
• Vantagens econômicas: utilização de combustível disponível no local e de baixo
custo (resíduo de processo); dinamização do setor de máquinas e equipamentos no país;
21
• Vantagens ambientais: utilização de energia renovável (resíduos urbanos), com
menores emissões poluentes e com balanço de carbono negativo (contribuindo para
redução do efeito estufa).
Os resíduos urbanos são um indicador do desenvolvimento de uma nação. Quanto
mais forte a situação econômica do país, mais sujeira este irá produzir. É sinal de que o
país está crescendo e de que as pessoas estão consumindo mais. A questão é que
muitas vezes as cidades brasileiras não têm estrutura para encarar esse crescimento e
se encontram perto de um limite. As prefeituras estão sem dinheiro para a coleta e já não
há mais lugar onde depositar esses resíduos, de acordo com Udaeta (1997).
Segundo Kanayama (1999), uma característica importante que nem sempre é
executada na prática é a priorização de ações, muitas vezes conhecida como política dos
5 R’s , de “Reduzir”, “Reutilizar”, “Reciclar”, “Repensar” e “Recusar” , antes da disposição
final.
Cada “R” obedece a uma hierarquia. A reutilização não deve ser considerada até que
as possibilidades de redução na fonte tenham se esgotado. A reciclagem não deve ser
levada em conta até que as possibilidades de utilização tenham se esgotado, e assim por
diante, até se chegar à disposição final (Kanayama, 1999).
Assim, têm-se além da reciclagem, outras formas de se solucionar o problema de
disposição e/ou aproveitamento energético, como as tecnologias definidas a seguir,
segundo Tchobanoglous (1994 a).
2.3.1 - Biodigestão
O processo de biodigestão nada mais é do que a decomposição da matéria orgânica
realizada por microorganismos, resultando como produto o biogás.
O biogás é um combustível gasoso resultante da digestão anaeróbia, sendo
composto de vários gases como mostrado na Tabela 2.1, os quais estão presentes em
grandes quantidades (gases principais), procedentes da decomposição da fração
orgânica dos resíduos urbanos, e de vários outros em menores frações (oligogases), que
podem apresentar riscos à saúde pública por serem tóxicos, segundo Oliveira et. al.
(2002).
Entre os gases presentes encontram-se: o amoníaco (NH
3
), o dióxido de carbono
(CO
2
), monóxido de carbono (CO), hidrogênio (H
2
), sulfeto de hidrogênio (H
2
S), metano
(CH
4
), nitrogênio (N
2
) e oxigênio (O
2
), sendo o metano e o dióxido de carbono os
principais gases procedentes da decomposição anaeróbia dos componentes
biodegradáveis dos resíduos urbanos, conforme o boletim do World Bank (2002).
22
Segundo Oliveira et. al. (2002), a mistura dos gases que constituem o biogás é
resultante do tipo de material orgânico degradado biologicamente.
Dependendo da eficiência do processo, influenciado por fatores como carga orgânica,
pressão e temperatura durante a fermentação, o biogás pode conter entre 40% a 80% de
metano (Oliveira et.al., 2002).
Tabela 2.1 - Composição média dos constituintes do biogás
GASES PORCENTAGEM (%)
Metano (CH
4
)
55 – 80
Gás carbônico (CO
2
)
24,8 – 60
Nitrogênio (N
2
)
Até 5
Oxigênio (O
2
)
Até 1
Hidrogênio (H
2
)
1 – 10
Gás sulfídrico (H
2
S)
Até 3
Monóxido de carbono (CO)
0,1
Outros gases
Traços
Fonte: Oliveira et. al. (2002)
Segundo Pecora (2006), com a formação do biogás alguns problemas referentes à
saúde e de ordem social e econômica, tais como, riscos de incêndios e explosões em
instalações próximas aos aterros, odores desagradáveis, desvalorização das
propriedades, formação de ozônio de baixa altitude, formação de alguns constituintes que
podem causar câncer, entre outros, podem vir a ocorrer se esse não for devidamente
coletado e tratado.
Até a pouco tempo, o biogás era simplesmente encarado como um subproduto obtido
a partir da decomposição anaeróbica. No entanto, o acelerado desenvolvimento
econômico dos últimos anos, a subida acentuada do preço dos combustíveis
convencionais e o apelo à preservação do meio ambiente, têm encorajado investigações
para produção de energia a partir de novas fontes alternativas e economicamente
atrativas, tentando sempre que possível criar novas formas de produção energética que
possibilitem à conservação dos recursos naturais esgotáveis, sendo uma dessas formas
a utilização do biogás proveniente de aterro sanitário ou de biodigestores, conforme
Costa (2006).
23
A degradação dos resíduos em aterros sanitários ou em biodigestores ocorre através
de dois processos, o primeiro processo é de decomposição aeróbia, fase bastante curta,
devido ao rápido consumo de oxigênio presente em quantidade limitada e ocorre
normalmente no período de deposição do resíduo. Nesta fase a matéria orgânica
polimérica é, num primeiro momento, submetida à ação de enzimas extracelulares
específicas (proteolíticas, celuloliticas, entre outras) secretadas por microrganismos ditos
hidrolíticos.
Nesta fase ocorre alta liberação de calor, grande formação de CO
2
e hidrogênio,
particularmente se a umidade no interior da massa de resíduos urbanos for baixa. Após
este período, a redução do O
2
presente nos resíduos sólidos dá origem ao processo de
digestão anaeróbia (Borba, 2006).
O processo de digestão anaeróbia, segundo Alves (2000), pode ter vindo a colaborar
para a determinação da composição atmosférica e conseqüentemente para o
desenvolvimento da vida, graças aos microrganismos e a intensidade de sua ação no
ambiente primitivo.
Mais recentemente, em países limitados pela falta ou distribuição inadequada de
energia, aliado às crises energéticas da década de 70, a digestão anaeróbia foi adaptada
para atender as necessidades energéticas (Alves, 2000).
A duração de cada fase de geração de gás varia conforme a distribuição dos
componentes orgânicos, a disponibilidade de nutrientes, a umidade dos resíduos, a
passagem de umidade e o grau de compactação inicial, conforme Borba (2006).
Segundo Tchobanoglous et. al. (1994 b), a geração do biogás ocorre em cinco fases,
ou quatro se for desconsiderada a segunda, por ser uma fase de transição, como definido
abaixo e mostrado na Figura 2.8.
Figura 2.8 - Fases de geração de biogás em aterros de resíduos sólidos
Fonte: Tchobanoglous et. al. (1994 b)
24
• Ajuste inicial: Fase em que os resíduos são depositados no aterro ou nos
biodigestores e sua fração biodegradável sofre a decomposição biológica em condições
aeróbias. A fonte principal de microorganismos aeróbios e anaeróbios, responsável pela
decomposição dos resíduos, é o solo empregado na cobertura diária e final nos aterros, o
lodo de estações de tratamento, a recirculação do chorume, os nutrientes presentes nos
resíduos entre outros. Esta fase, em que a decomposição é aeróbia, se estende por um
período curto.
• Transição: Fase em que decrescem os níveis de oxigênio e começa a fase
anaeróbia. Enquanto o processo é convertido em anaeróbio, o nitrato e o sulfato, que
podem servir como receptores de elétrons em reações de conversão biológica,
freqüentemente são reduzidos a gás nitrogênio e sulfato de hidrogênio. O início das
condições anaeróbias pode ser verificado através do potencial de oxidação e redução
que possui o resíduo.
Com a queda do potencial de óxido-redução os microorganismos responsáveis pela
conversão da matéria orgânica em metano e dióxido de carbono iniciam a conversão do
material orgânico complexo em ácidos orgânicos e outros produtos intermediários. Nesta
fase o potencial hidrogeniônico (pH) começa a cair devido à presença de ácidos
orgânicos e pelo efeito das elevadas concentrações de CO
2
.
• Ácida: Fase que antecede a formação de metano, em que as reações iniciadas
na fase de transição são aceleradas com a produção de quantidades significativas de
ácidos orgânicos e pequenas quantidades de H
2
. A acidogênese envolve a conversão
microbiológica dos compostos resultantes da primeira etapa em compostos
intermediários com baixa massa molecular, como o ácido acético (CH
3
COOH) e
pequenas concentrações de outros ácidos mais complexos. O CO
2
é o principal gás
gerado durante a fase III. Também serão produzidas quantidades menores de hidrogênio.
Os microorganismos envolvidos nesta conversão, descritos como não metanogênicos,
são constituídos por bactérias anaeróbias e facultativas. A demanda bioquímica de
oxigênio (DBO), a demanda química de oxigênio (DQO) e a condutividade aumentam
significativamente durante esta fase devido à dissolução de ácidos orgânicos.
• Metanogênica: Nesta fase de fermentação do metano predominam
microrganismos estritamente anaeróbios, denominados metanogênicos, que convertem
ácido acético e gás hidrogênio em CH
4
e CO
2
.
A formação do metano e dos ácidos prossegue simultaneamente, embora a taxa de
formação dos ácidos seja reduzida consideravelmente. O pH nesta fase ascenderá a
valores na faixa de 6.8 a 8.0. A seguir o pH continuará subindo e serão reduzidas as
25
concentrações de DBO, DQO e o valor da condutividade. Com valores mais elevados de
pH, menores quantidades de constituintes inorgânicos permanecerão dissolvidas, tendo
como conseqüência a redução da concentração de outras substâncias tais como os
metais pesados.
• Maturação: Esta fase ocorre após grande quantidade do material ter sido
biodegradado e convertido em CH
4
e CO
2
durante a fase metanogênica.
Como a umidade continua migrando pela massa de resíduo, porções de material
biodegradável até então não disponíveis acabam reagindo. A taxa de geração do gás
diminui consideravelmente, pois a maioria dos nutrientes disponíveis foi consumida nas
fases anteriores e os substratos que restam são de degradação lenta. Dependendo das
medidas no fechamento do biodigestor e do aterro, pequenas quantidades de nitrogênio e
oxigênio podem ser encontradas no biogás.
Uma vez que a produção de biogás é toda feita por microorganismos, fatores que
afetam a sobrevivência dos mesmos afetarão diretamente a formação do biogás, de
acordo com Laender et. al. (2000).
Alguns dos fatores mais importantes e que devem ser controlados segundo a United
States Environment Protection Agency (USEPA,
1991) e USEPA (1996), são:
• Composição dos resíduos: Quanto maior a porcentagem de material orgânico
no resíduo, maior o potencial de geração de metano e vazão de biogás. Os principais
nutrientes (substrato) dos microorganismos são carbono, nitrogênio e sais orgânicos,
sendo que a produção não é bem sucedida, se apenas uma fonte de material for
utilizada.
Uma relação específica de carbono para nitrogênio deve ser mantida entre 20:1 e
30:1.
• Ambiente anaeróbio: Para que haja produção de metano, a matéria orgânica
deve sofrer decomposição em ambiente sem oxigênio, devido ao fato de as bactérias
metanogênicas serem essencialmente anaeróbicas. A decomposição de matéria orgânica
na presença de ar (oxigênio) produz apenas dióxido de carbono.
• Umidade: A umidade é essencial à vida das bactérias decompositoras, que
dependem da umidade inicial do resíduo, da infiltração de água da superfície e do solo, e
da água produzida na decomposição.
• Acidez e temperatura: A faixa ideal para a produção de biogás é de 35 a 45
o
C
(bactérias mesofílicas) e de 50 a 60
o
C (bactérias termofílicas). As bactérias que
produzem o metano sobrevivem numa faixa estreita de pH (6.5 a 8.0). Assim, enquanto
26
as bactérias produtoras de ácido produzem ácidos, as bactérias produtoras de metano
consomem esses ácidos, mantendo o meio neutro. Entretanto, para que o processo seja
bem sucedido é necessária uma população de bactérias metanogênicas já presente, pelo
fato de a produção ácida ser bem mais rápida do que a produção de metano.
• Substâncias prejudiciais: Muitos materiais poluentes, tais como cloreto de sódio
(NaCl), cobre (Cu), amoníaco (NH
3
), Potássio (K), cálcio (Ca) entre outros, são aceitáveis
se mantidas frações abaixo de certas concentrações. Uma quantificação exata da
concentração não prejudicial é difícil, mas qualquer nutriente de elemento na solução, em
excesso, pode provocar sintomas de toxidez ao meio bacteriano.
Desta maneira os aterros sanitários e os biodigestores são as duas formas de
disposição dos resíduos urbanos para produção de biogás e conseqüentemente geração
de energia elétrica.
2.3.1.1 - Aterro Sanitário
A utilização do biogás proveniente dos aterros sanitários é o uso energético mais
simples dos resíduos urbanos, bem como mundialmente o mais utilizado de acordo com
Junkes (2002).
Segundo a Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT, 1984), aterro sanitário
é definido como sendo “Técnica de disposição de resíduos urbanos no solo, sem causar
danos à saúde pública e a sua segurança, minimizando os impactos ambientais; método
este que utiliza princípios de engenharia para confinar os resíduos a menor área possível
e reduzi-los ao menor volume permissível, cobrindo-os com uma camada de terra na
conclusão de cada jornada de trabalho, ou a intervalos menores se for necessário”.
Conforme Junkes (2002), aterro sanitário é a alternativa que reúne as maiores
vantagens considerando a redução dos impactos ocasionados pelo descarte dos
resíduos sólidos urbanos, apresentando características como subdivisão da área de
aterro em células de colocação de lixo; disposição dos resíduos no solo previamente
preparado para que se torne impermeável, impossibilitando o contato dos líquidos
residuais (água das chuvas e chorume) com o lençol freático; presença de lagoas de
estabilização para a biodegradação da material orgânica contida nos líquidos residuais;
presença de drenos superficiais para a coleta da água das chuvas; drenos de fundo para
a coleta do chorume e para a dispersão do metano, coletores dos líquidos residuais em
direção as lagoas de estabilização, confinamento do lixo em camadas vegetal, conforme
Figura 2.9.
27
Figura 2.9 - Corte esquemático de um aterro sanitário
Fonte: RECICLOTECA (2007)
A tecnologia de aproveitamento do biogás em aterros sanitários para produção de
energia elétrica é uma alternativa que pode ser aplicada a curto e médio prazo para os
gases gerados nos aterros sanitários já existentes. É utilizada em centenas de aterros de
diversos países, e consiste na recuperação do biogás oriundo da decomposição natural
dos restos orgânicos para abastecer motores ciclo Otto ou até mesmo turbinas, que
impulsionam geradores. A partir da composição do biogás (cerca de 50% de metano,
45% de dióxido de carbono, pequenas quantidades de gás sulfídrico entre outros), que
foram desenvolvidos motores especificamente para melhorar o rendimento desse
combustível ao utilizá-lo, segundo Oliveira (2004).
De um modo geral o aproveitamento do biogás proveniente de aterros sanitários tem
as seguintes vantagens, conforme Oliveira et.al. (2000):
• Redução dos gases de efeito estufa;
• Baixo custo para o descarte de lixo;
• Permitir utilização para geração de energia ou como combustível doméstico.
E como desvantagens são citadas:
28
• A ineficiência no processo de recuperação do gás, que permite um
aproveitamento de aproximadamente 50% do total de biogás produzido
(correspondente a cerca de 90% do metano);
• A inviabilidade de utilização do metano para lugares remotos;
• Alto custo para “upgrade” de uma planta;
Conforme Oliveira (2004), um sistema padrão de coleta de biogás em aterros
sanitários possui três componentes centrais: poços de coleta e tubos condutores, um
sistema de tratamento, e um compressor.
Além disto, a maioria dos aterros sanitários com sistema de recuperação energética
terá um flare para queima do excesso de gás ou para uso durante os períodos de
manutenção dos equipamentos (Oliveira, 2004).
De acordo com Teixeira (2004), a geração elétrica a partir do biogás de aterros
sanitários é vantajosa porque produz valor agregado para o biogás. A cogeração de
eletricidade e energia térmica (vapor) a partir deste pode ser uma alternativa ainda
melhor, pois pode ser usado localmente para aquecimento, refrigeração, para outras
necessidades de processo, ou ainda transportado por tubo para uma indústria ou
comércio próximo, obtendo um segundo rendimento para o projeto.
Existem várias tecnologias para a geração de energia elétrica como: motores de
combustão interna, turbinas de combustão e turbinas a gás com utilização do vapor (ciclo
combinado). No futuro, outras tecnologias como células combustíveis tornarão
comercialmente viáveis e poderão utilizar o biogás, de acordo com Oliveira (2004).
A respeito da metodologia recomendada para o cálculo do biogás produzido em
aterros sanitários e dos dados que esta exige, é de se esperar que cada país ou grupo de
países desenvolva diferentes experiências, de acordo com a disponibilidade desses
dados. Dessa maneira, painéis de especialistas são formados de maneira a aperfeiçoá-la,
segundo Alves (2000).
Atualmente são encontrados diversos métodos para estimar o cálculo de biogás
produzido a partir dos resíduos urbanos em aterros sanitários, entre eles podemos citar
os apresentados pelo Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC), pela USEPA e
pelo Banco Mundial para sistemas de disposição nos quais não possuem sistema de
controle desses gases.
29
• Método de estimativa proposto pelo IPCC
12
16
xFxODxFCMxCODxCxRSDTaxaQ
ffRSDBiogás
=
onde:
- Q
biogás
- Quantidade de biogás (Nm
3
diários);
- Taxa
RSD
- Taxa de geração de resíduo sólido (kg/dia);
- RSD
f
– Fração de resíduo sólido que é depositada em aterros sanitários (%);
- FCM - Fator de correção de metano (Fator adimensional);
O IPCC (1996) define quatro categorias de qualidade dos aterros: Aterros
Inadequados, Aterros Controlados, Aterros Adequados e Aterros Sem Classificação e
para cada uma dessas categorias o FCM tem um valor diferente.
- COD - Carbono orgânico degradável (%);
- COD
f
- Fração de carbono orgânico degradável que realmente degrada (%);
- F - Fração de CH
4
no gás de aterro (%);
- 16/12 - Fator de conversão de carbono em metano.
Adicionando a densidade do metano à equação, para obter a geração de metano em
m
3
/ano, tem-se uma nova equação:
4
12
16
CH
ffRSD
xFxODxFCMxCODxCxRSDTaxaPopulaçãox
EM
ρ
= (2.2)
O COD é um valor baseado na composição do resíduo e é obtido através da
equação:
madeiraentosaorgânicopapel
PxPxPxPCOD 3,015,017,04,0
lim
=
(2.3)
onde:
- P
papel
- porcentagem de papel no resíduo (%);
- P
orgânico
- porcentagem de material orgânico no resíduo (%);
- P
alimentos
- porcentagem de alimentos no resíduo (%);
- P
madeira
- porcentagem de madeira no resíduo (%);
(2.1)
30
As frações 0.4; 0.17; 0.15 e 0.3 são variáveis de acordo com a classificação de cada
componente e representam a quantidade de carbono presente em cada um dos
componentes do resíduo, determinadas pelo IPCC (1996). Essa equação é recomendada
pelo IPCC para a realização de inventários nacionais.
O COD
f
é uma função da temperatura de digestão anaeróbia e segue a equação
abaixo:
28,0014,0 += xTCOD
f
(2.4)
onde:
- T - temperatura da digestão anaeróbia (ºC)
• Método de estimativa proposto pela USEPA
É apresentada a equação cinética de primeira ordem (Equação 2.5), com a qual
podem ser calculadas as emissões de metano. Essa tem como prioridade a estimativa
direta das emissões de metano a partir de um modelo Landfill Gas Emission Model
(Landgem).
(
)
tkck
CH
eexRxLQ
..
0
4
−−
−=
(2.5)
onde:
- Q
CH4
- Metano gerado no ano t, (Nm³/ano);
- L
0
- Potencial de geração de metano por tonelada de resíduo depositado,
(Nm³ - CH
4
/ tonelada de resíduo);
- R - Média anual de entrada de lixo no vazadouro, (tonelada/ano);
- k - taxa de geração de metano, (ano
-1
);
- c - anos desde o fechamento, c=0 para os ativos, (ano);
- t - anos desde o inicio da atividade, (ano).
Na Tabela 2.2, são apresentados os valores para os coeficientes K e L
0
proposto pela
USEPA (1998) na ausência de dados.
31
Tabela 2.2 - Valores de k e L
0
propostos pela USEPA
PLUVIOMETRIA ANUAL > 635 MILIMETROS <635 MILIMETROS
K
0,04 0,02
L
0
100 Nm
3
/tonelada 100 Nm
3
/tonelada
Fonte: USEPA (1998)
Caso não se conheça o valor da média anual de entrada de lixo (R), este pode ser
estimado da seguinte forma (USEPA, 1998):
nto
funcioname
em
anos
nº.
vazadourodo Capacidade
=R (2.6)
lixo do Densidade pilha da Alturavazadouro do ÁreaCapacidade ⋅⋅=
(2.7)
Se a densidade do resíduo não for conhecida, ela pode ser estimada, utilizando a
Tabela 2.3.
Tabela 2.3 - Estimativa da densidade do lixo depositado
TIPO DE COMPACTAÇÃO DENSIDADE
LIXO COMPACTADO
635 - 831 (MÉDIA 742)
LIXO DEGRADADO COMPACTADO
1.009 - 1.127 (MÉDIA 1.068)
SEM DADOS
688
Fonte: USEPA (1998)
A Equação (2.5) foi feita inicialmente para estimar a geração de metano e não para
estimar emissões, pois parte do metano em sua migração para a atmosfera é captado e
degradado nas camadas mais superficiais do terreno. Entretanto, dada a dificuldade em
avaliar as emissões, adotando um critério conservador, considera-se que todo o metano
gerado é emitido à atmosfera através de fissuras ou vias de evacuações praticadas no
terreno (USEPA, 1998).
32
• Método de estimativa proposto pelo Banco Mundial
O Banco Mundial apresenta o Modelo Scholl Canyon que é também um modelo
cinético de primeira ordem, como proposto pela USEPA (1998), considerando que há
uma fração constante de material biodegradável no aterro por unidade de tempo.
t.k
i0)CH(
emLkQ
i4
−
⋅⋅⋅=
(2.8)
onde:
- Q
(CH4)i
- Metano produzido no ano i a partir da seção i do resíduo, (Nm³/ano);
- k - Taxa da geração de metano, (anos
-1
);
- L
0
- Potencial da geração de metano, (Nm³ CH
4
/ tonelada de resíduo);
- m
i
- Massa de resíduo despejada no ano i, (tonelada/ano);
- t - Anos após o fechamento.
Os valores sugeridos para a taxa de geração de metano (k) estão apresentados na
Tabela 2.4.
Tabela 2.4 - Valores para k proposto em correspondência com a precipitação anual
PRECIPITAÇÃO
ANUAL
CAMPO DOS VALORES K
Relativamente
Inerte
Moderadamente
Desagradável
Altamente
Desagradável
< 250 mm
0,01 0,02 0,03
>250 e < 500 mm
0,01 0,03 0,05
>500 e <1000 mm
0,02 0,05 0,08
>1000 mm
0,02 0,06 0,09
Fonte: Banco Mundial (2003)
O potencial de geração de metano (L
0
) representa sua produção total por tonelada de
lixo. Valores típicos para este parâmetro variam de 125 Nm³ a 300 Nm³ de
metano/tonelada de resíduo (Banco Mundial, 2003).
O Manual do Banco Mundial (2003) propõe a utilização de um valor pré-estabelecido
de L
0
de 170 Nm³ de metano/tonelada de resíduos, conforme a Tabela 2.5.
33
Tabela 2.5 - Valores L
0
em função da degradabilidade do resíduo
CATEGORIZAÇÃO DO
LIXO
VALOR MÍNIMO PARA L
0
VALOR MÁXIMO PARA L
0
Lixo Relativamente Inerte
5 25
Lixo Moderadamente
Desagradável
140 200
Lixo Altamente
Desagradável
225 300
Fonte: Banco Mundial (2003)
De acordo com o Banco Mundial (2003), a Equação (2.8) não fornece uma
representação adequada de aterros de resíduos ativos, já que neste caso a exponencial
da equação assume o valor 1 (um), o que fornece para aterros sem grandes flutuações
no ingresso anual de resíduos uma geração constante de metano, independente do
tempo de atividade do aterro.
2.3.1.2 - Biodigestor
Um biodigestor compõe-se, basicamente, de uma câmara fechada na qual uma
biomassa (em geral detritos de animais ou matéria orgânica proveniente de resíduos
urbanos) é fermentada anaerobicamente, isto é, sem a presença de ar. Como resultados
desta fermentação ocorrem a liberação de biogás e a produção de biofertilizante. É
possível, portanto, definir biodigestor como um aparelho destinado a conter a biomassa e
seu produto: o biogás, de acordo com Gaspar (2003).
Segundo Benincasa et. al.(1991), o biodigestor é um tanque protegido do contato com
o ar atmosférico, onde a matéria orgânica contida nos efluentes é metabolizada por
bactérias anaeróbias (que se desenvolvem em ambiente sem oxigênio). Neste processo,
os subprodutos obtidos são o gás (biogás), uma parte sólida que decanta no fundo do
tanque (biofertilizante), e uma parte líquida que corresponde ao efluente mineralizado
(tratado).
Como definiu Barrera (1993), o biodigestor (Figura 2.10), como toda grande idéia, é
genial por sua simplicidade, pois tal aparelho não produz o biogás, uma vez que sua
função é fornecer as condições propícias para que um grupo especial de bactérias, as
metanogênicas, degrade o material orgânico, com a conseqüente liberação do gás
metano
34
Figura 2.10 - Esquema de um biodigestor
Fonte: Salomon (2006)
Conforme Gaspar (2003) existem vários tipos de biodigestores, tais como o chinês, o
indiano e a batelada, mas, em geral, todos possuem basicamente: um tanque onde é
coletada e realizada a digestão da biomassa e um gasômetro (campânula), para
armazenar o biogás.
A escolha do tipo de biodigestor a ser utilizado vai depender de certos fatores como:
condições locais, disponibilidade de substrato, experiência e conhecimento do construtor,
investimento envolvido, entre outros. Mas, qualquer digestor construído, se for
corretamente instalado e operado, dará uma boa produção de gás, segundo Benincasa
et. al. (1991).
Em relação ao abastecimento de biomassa, este pode ser contínuo onde a descarga
é proporcional à entrada de biomassa, ou intermitente, sistema que utiliza sua
capacidade máxima de armazenamento de biomassa, retendo-a até a completa
biodigestão sem que ocorra descarga, de acordo com Gaspar (2003).
O modelo de abastecimento intermitente é mais indicado quando da utilização de
materiais orgânicos de decomposição lenta e com longo período de produção, como no
caso de palha ou forragem misturada a dejetos animais (Gaspar, 2003).
Segundo Barrera (1993), torna-se interessante comparar a capacidade calorífica do
biogás advindos dos biodigestores com outras fontes energéticas encontradas na
natureza, pois ao ser utilizado certas fontes de energia como o petróleo que apresenta
uma baixa viabilidade econômica pelo seu elevado custo, o biogás ao contrário apresenta
um custo mínimo, pois este oriundo de um biodigestor corretamente instalado e operado
custa bem menos, pelo fato de a matéria-prima responsável pela produção do biogás já
câmara de
digestão
descarga
câmara
reguladora
câmara
de gás
saída
de gás
carga
35
estar presente na natureza e até mesmo no ciclo de vida dos animais, conforme
mostrado na Tabela 2.6, a quantidade de material orgânico necessário para produção de
1 Nm
3
de biogás.
Tabela 2.6 - Capacidade de Geração de 1 Nm
3
de Biogás
MATERIAL QUANTIDADE
Esterco Fresco de Vaca 25 kg
Esterco de Suíno 12 kg
Esterco Seco de Galinha 5 kg
Resíduos Vegetais 25 kg
Resíduos Urbanos 10 kg
Fonte: Barrera (1993)
O biogás gerado pelo biodigestor pode ser utilizado para aquecimento ou até para
geração de energia elétrica quando encaminhado a uma turbina a gás ou a um conjunto
moto gerador, e o biofertilizante, um rico adubo natural que substitui o fertilizante químico,
pode ser usado diretamente em lavouras, hortas e forragens, aumentando a
produtividade, de acordo com Energia Renovável (2008).
Segundo a Inovação Tecnológica (2007), um biodigestor capaz de processar o lixo
em sua forma "natural", tal como é coletado pelos caminhões nas residências foi
projetado nos Estados Unidos, minimizando problemas típicos dos biodigestores atuais,
que requerem em grande parte a moagem do lixo, o que reduz os ganhos de geração de
energia ao incluir uma etapa adicional de processamento e manuseio.
O conceito desse biodigestor é simples: entra lixo, sem qualquer tratamento adicional,
e sai biogás, que pode ser queimado como combustível em turbinas para a geração de
eletricidade (Inovação Tecnológica, 2007).
Para avaliar o potencial de biogás produzido nos biodigestores, este é feito conforme
os métodos de dimensionamentos destes que variam de acordo com os tipos de resíduos
a eles encaminhados, assim é dada a estimativa da produção de biogás para cada caso
específico, isto é a relação entre a quantidade de biogás (m
3
) e a quantidade de resíduos
depositada nos biodigestores (kg de resíduos), conforme Barrera (1993).
36
2.3.2 - Incineração
Segundo ABNT (1989), incineração de resíduo sólido é o processo de oxidação a alta
temperatura que destrói reduzindo o volume e até mesmo recuperando materiais ou
substâncias presentes.
Segundo Coutinho et. al.(2003), o processo de incineração é considerada uma forma
de disposição final e constitui método de tratamento que se utiliza da decomposição
térmica, com o objetivo de tornar um resíduo menos volumoso e menos tóxico, ou seja,
consiste na queima de substâncias, ocorrendo numa área fechada debaixo de condições
controladas. Durante a queima, a câmara de combustão do incinerador é alimentada com
resíduos. À medida que os resíduos são queimados uma fração da sua massa é
transformada em gases. Estes gases podem atingir uma temperatura tal que os
compostos orgânicos existentes, podem quebrar as suas ligações separando-os nos seus
constituintes elementares. Estes elementos combinam-se com o oxigênio formando
gases estáveis que, por sua vez, são libertados para a atmosfera após atravessarem
sistemas de despoluição. Os gases de exaustão produzidos pelo processo de combustão
são primariamente compostos por dióxido de carbono, oxigênio, azoto e vapor de água.
A incineração dos resíduos sólidos urbanos com aproveitamento energético (Figura
2.11), quer seja para a geração de energia elétrica quer seja para geração de vapor ou ar
refrigerado, é uma alternativa que vem sendo empregada para solucionar os problemas
de disposição final dos resíduos sólidos urbanos, principalmente nos países da Europa,
Estados Unidos e Japão, por não possuírem grandes áreas para confinar os resíduos,
segundo Gripp (1998).
O Brasil inicia no que diz respeito à recuperação de energia pela incineração. Não há
efetivamente hoje projetos representativos neste aspecto, enquanto, a nível mundial, a
tendência é a de aproveitar os resíduos urbanos para a geração de energia, segundo
Menezes et. al. (2000).
A atual gestão de resíduos estabelece como prioridade a prevenção na produção de
resíduos, seguida da reciclagem, valorização e incineração de resíduos e considera a
deposição em aterro, uma solução de último recurso, conforme Coutinho et. al. (2003).
Neste contexto, a incineração, ou o tratamento térmico, tem vindo a ser encarada
como uma das soluções ambientalmente aceitáveis para tratamento de resíduos,
principalmente para tratamento dos resíduos urbanos (Coutinho et. al., 2003).
37
Figura 2.11 - Esquema de um incinerador com geração de energia elétrica
Fonte: Luftech (2008)
Para Gripp (1998) há dois tipos de incineradores que processam os resíduos urbanos,
classificados em função da existência ou não de tratamento prévio do resíduo: a)
incinerador de queima direta (Mass Burn - MB), onde os resíduos não passam por
nenhuma preparação prévia e são encaminhados diretamente para ao local que alimenta
a câmara de combustão; b) incinerador tipo Combustível Derivado do Resíduo (CDR),
onde os resíduos a serem incinerados passam por uma preparação prévia.
Os resíduos sólidos são formados por materiais heterogêneos e anisotrópicos devido
às diferentes origens, o que lhes confere características específicas. Sendo assim, na
incineração de lixo urbano há necessidade de se manter um rigoroso controle do
processo de combustão, uma vez que o combustível utilizado pode apresentar variações
quanto à composição, umidade, peso específico, poder calorífico entre outros, de acordo
com Salgado (1993).
Segundo Coutinho et. al. (2003), dependendo da composição dos resíduos, no
entanto, os gases provenientes da incineração, podem também conter constituintes
indesejáveis, sub-produtos do processo de combustão, como são os gases ácidos: ácido
clorídrico (HCl), ácido fluorídrico (HF), entre outros, dioxinas e furanos, partículas
potencialmente contaminadas com metais condensados cádmio (Cd) e mercúrio (Hg),
compostos orgânicos não voláteis e produtos da combustão incompleta dos resíduos,
como por exemplo, o monóxido de carbono (CO).
38
Os níveis que estes sub-produtos podem atingir são altamente dependentes do tipo
de tecnologia específica de cada unidade e dependem igualmente de uma série de outros
fatores como a composição dos resíduos, do tipo de sistema de incineração, assim como
dos parâmetros de operação entre eles, temperatura e velocidade dos gases de exaustão
(Coutinho et. al., 2003).
De acordo com Udaeta (1997), é possível obter energia a partir de resíduos através
da incineração, desde que esses sejam combustíveis e não excessivamente úmidos. O
calor assim gerado pode ser utilizado para aquecimento direto, em processo de
vaporização ou para gerar eletricidade. Alguns resíduos líquidos podem até ser utilizados
como complementos a combustíveis convencionais.
As usinas de incineração utilizam fornalhas para queima de resíduos e vaporização
da água para ser aproveitado em outros processos. Existem usinas que operam em larga
escala, queimando 500 a 1000 toneladas por dia, e usinas de menor escala que operam
de 50 a 100 toneladas por dia. As usinas de grande escala apresentam vantagem na
utilização dos resíduos e também na geração de energia, pois à medida que as turbinas a
vapor utilizadas são maiores, garantem também uma maior eficiência. As usinas de
escala reduzida são úteis em comunidades com população em torno de 30 a 200 mil
habitantes, produzindo entre 50 a 200 toneladas diárias de resíduos urbanos, de acordo
com Tchobanoglous et. al. (1994 a).
De acordo com Menezes et. al. (2000), em todo o mundo, existem em torno de 600
plantas de geração de eletricidade a partir de resíduos, em 35 países. Essas unidades
tratam aproximadamente 170 milhões de toneladas de resíduos urbanos por ano.
Tradicionalmente considerada como uma área sensível ao nível da reação das
populações envolvidas, o processo de incineração surge também associado a emissões
de poluentes que, pelas suas características de persistência no ambiente, causam maior
preocupação no que diz respeito à respectiva durabilidade dos efeitos e escala de
dispersão, conforme Coutinho et. al.(2003).
Segundo Menezes et. al. (2000), esse problema já vem sendo solucionado com
tecnologias contidas nos incineradores atuais de tratamento de gases perseguindo a
meta de emissão Zero. Dá-se o aparecimento das tecnologias avançadas de tratamento
para a produção de resíduos finais inertes, que podem ser reciclados ou dispostos sem
nenhum problema para o meio ambiente, tal como o uso do plasma térmico. Vários
processos estão se sofisticando atualmente no pré-tratamento do lixo, anterior à
incineração, para aumentar a sua homogeneização, baixar a umidade e melhorar o poder
39
calorífico, de tal forma a transformá-lo em um combustível de qualidade para a máxima
geração de energia.
No Brasil, uma usina de incineração vem sendo testada no campus da Universidade
Federal do Rio de Janeiro, na Ilha do Fundão, segundo o Instituto Alberto Luiz Coimbra
de Pós-Graduação e Pesquisa de Engenharia da Universidade Federal do Rio de Janeiro
(COPPE, 2004).
Chama-se Usina Verde e gera energia elétrica para consumo próprio com a
incineração de lixo. Esse tipo de usina foi projetado em módulos, cada um deles com
capacidade para incinerar 150 toneladas de lixo por dia. Do lixo recolhido retira-se tudo
que pode ser reaproveitado — papel, papelão, plásticos limpos, vidros, metais — e o que
resta é triturado, misturado e lançado ao forno de incineração, cuja temperatura pode
chegar a 1.200 graus centígrados. O forno dá partida com gás liquefeito de petróleo
(GLP) e o calor liberado pela queima do lixo produz vapor, que movimenta uma turbina
com capacidade de gerar 2,6 MW, dos quais 0,5 MW são aproveitados no consumo
próprio da usina (COPPE, 2004).
Esta solução é particularmente eficaz na destruição de resíduos orgânicos perigosos
e na redução do seu volume e peso (cerca de 90% e 75%, respectivamente). Igualmente
relevante é a possibilidade de, através do calor gerado na combustão de resíduos, se
poder produzir energia elétrica ou ser utilizado como combustível em processos
industriais, conforme (COPPE, 2004).
Resumidamente pode-se dizer que os benefícios de uma usina de incineração são:
esterilização dos resíduos; diminuição do volume dos resíduos a ser aterrado e
ampliação da vida útil existente; economia de combustível com transporte a aterros
distantes; reaproveitamento energético dos resíduos e aumento da confiabilidade do
fornecimento elétrico da região, de acordo com Udaeta (1997).
Como desvantagens, segundo a empresa Tupy Fundições Ltda. (2003), a incineração
apresenta: custo operacional e de manutenção elevados; manutenção difícil, exigindo
trabalho constante de limpeza no sistema de alimentação de combustível auxiliar, exceto
se for utilizado gás natural; elevado risco de contaminação do ar devido à geração de
dioxinas pela queima de materiais clorados; risco de contaminação do ar pela emissão de
materiais particulados, e elevado custo de tratamento dos efluentes gasosos e líquidos
(águas de arrefecimento das escórias e de lavagem de fumos).
De acordo com Coutinho et. al. (2003), a incineração controlada (para evitar emissões
de dioxinas e furanos) foi muito desenvolvida nos últimos anos e é comercial. Alguns
processos são disponíveis, todos envolvendo uma segunda câmara de combustão (alta
40
temperatura: 1000-1250 °C, com excesso de oxigênio). O Japão incinera 100% do
material orgânico do lixo urbano; a Suíça 80%, e muitos outros países, inclusive os EUA,
estão avançando rapidamente no uso.
2.3.3 - Gaseificação
Segundo Martins (2006), a gaseificação é um processo endotérmico de conversão de
um combustível sólido em gás de baixa ou média capacidade calorífica. Os resíduos
urbanos são um exemplo de combustível que poderá ser utilizado no processo, sendo
atualmente a gaseificação da madeira mais difundida dentre as demais biomassas.
Os gaseificadores, reatores químicos onde ocorrem os processos de gaseificação,
são classificados em função da direção do movimento relativo da biomassa e do agente
gaseificador (Martins, 2006), conforme Figura 2.12.
Figura 2.12 - Direção do movimento relativo da biomassa e do agente gaseificador: (a)
contracorrente; (b) concorrente; (c) fluxo cruzado; (d) leito fluidizado; (e) leito circulante.
Fonte: Martins (2006)
41
No gaseificador, parte do combustível entra em combustão como em uma fornalha e
o fornecimento de ar é controlado de modo a evitar que a combustão se estenda a toda a
carga (característica principal do processo). Utiliza-se como oxidante para o processo de
gaseificação o ar atmosférico ou oxigênio puro. Os sistemas que utilizam oxigênio puro
permitem produzir um gás de maior capacidade calorífica, sendo também mais rápida a
sua produção; no entanto, os custos de produção aumentam devido à necessidade de
oxigênio puro (Martins, 2006).
O processo de gaseificação ocorre normalmente em quatro etapas físico-químicas
distintas, com temperaturas de reação diferentes:
• Secagem da biomassa: essa fase apresenta um controle de temperatura para
garantir a secagem da biomassa e não a sua decomposição (Martins, 2006).
• Pirólise: fase onde ocorre a decomposição química por calor na ausência de
oxigênio. Os resíduos que alimentam o reator pirolítico podem ser provenientes do lixo
doméstico, do processamento de plásticos e industriais. O processo consiste da
trituração destes resíduos que deverão ser previamente selecionados. Após esta etapa,
os resíduos serão destinados ao reator pirolítico, onde através de uma reação
endotérmica ocorrerão as separações dos subprodutos em cada etapa do processo que
fornecem a energia necessária para os processos seguintes. As reações de pirólise
começam a ocorrer a temperaturas em torno de 400 ºC, de acordo com Farret (1999).
• Combustão: combinação de uma fonte combustível com o oxigênio, sendo esse
processo em geral exotérmico e auto - sustentável. A reação de combustão ocorre em
torno de 900 e 1300ºC (Farret, 1999).
• Redução: Os gases quentes da zona de combustão passam em seguida para a
zona de redução, sempre adjacente, acima ou abaixo, onde na ausência de oxigênio
ocorre o conjunto de reações típicas que originam os componentes combustíveis do gás
produzido, conforme Silva et.al. (2001).
Esses processos são ordenados de acordo com as características do projeto e
ocorrem em regiões separadas dentro do gaseificador. De acordo com Martins (2006).
O gás obtido pode ser utilizado como combustível em um grupo motor-gerador
(baixas potências até cerca de 600 - 1000 kW), em turbinas a gás (acima de 1 MW) ou
ainda queimado conjuntamente a outros combustíveis em caldeiras (Martins, 2006).
Conforme Peres (2001), as substâncias que devem ser controladas para que se
possa utilizar o gás em um motor alternativo ou turbina são o alcatrão, cinzas volantes e
os óxidos de nitrogênio. Se utilizado um grupo motor-gerador para converter o gás em
42
eletricidade, pode-se utilizar o gás frio. Assim ele passa por resfriamento e limpeza. As
tecnologias aplicadas para a limpeza dos gases dependem do uso aos quais estes se
destinam e do ponto no processo a ser aplicada a tecnologia (antes, durante ou depois
da gaseificação).
Dentre as vantagens do processo de gaseificação, conforme Silva et. al. (2001), se
encontram:
• Alta eficiência térmica, variando de 60% a 90%, dependendo do sistema
implementado;
• Energia limpa produzida com a queima dos gases;
• A demanda de energia pode ser controlada e, conseqüentemente, a taxa de
gaseificação pode ser facilmente monitorada e, também, controlada.
Dentre as desvantagens encontram-se (Silva et.al., 2001):
• Os resíduos devem ser limpos, sem a presença de terras ou outros elementos que
possam comprometer o processo de gaseificação;
• Se não completamente queimado, o alcatrão, formado durante o processo de
gaseificação, pode limitar suas aplicações.
2.3.4 - Outras Tecnologias Utilizadas
2.3.4.1 - Tecnologia Biomassa - Energia - Materiais (BEM)
Este processo, totalmente desenvolvido no Brasil, visa utilizar o aproveitamento da
fração orgânica dos resíduos sólidos urbanos, sendo 70% deles transformados em
cellulignina catalítica – combustível para geração elétrica com poder calorífico de 4.500
kcal/kg – e os demais 30% convertidos em uma solução de açúcares, sendo a terça parte
convertida em furfural – insumo da indústria petroquímica, atualmente importado pelo
Brasil ao preço de US$ 1,500.00 por tonelada – e o restante em um fertilizante com alta
concentração de potássio e livre de contaminantes, em função do processo dispor de
uma fase com temperatura elevada e presença de ácidos, cuja combinação tornou viável
aprovação em todos os testes realizados pela agência ambiental do estado de São Paulo
(CETESB), para Licenciamento Operacional.
A estratégia desenvolvida pelos detentores das patentes desta tecnologia pode ser
classificada como bastante conservadora, na medida em que delineia seu incremento
gradual, mas também demonstra sua responsabilidade junto ao consumidor, uma vez
que a principal fonte de consumo da cellulignina – principal produto do sistema – é a
geração elétrica, setor sobre o qual este grupo não detém conhecimento, levando-os a
43
considerar a segurança de parcerias com especialistas nesta atividade, com vistas a não
gerarem estoques de cellulignina sem escoamento definido – o que acabaria por
constituir uma mudança da destinação de resíduos sólidos de vazadouros ou aterros para
silos.
O potencial de geração elétrica da tecnologia BEM usando como insumo os resíduos
sólidos urbanos é de 30 TWh, que considerando a perda evitada, na média 10%, pode
chegar a 33 TWh.
2.4 - Combustíveis Provenientes das Tecnologias Existentes
2.4.1 - Biogás
É um gás inodoro que queima sem deixar fuligem, mas, devido à presença de gás
sulfídrico (H
2
S), apresenta um odor típico (ovo podre), que pode ser usado para detectar
vazamentos. É armazenado sob baixa pressão (0,009 kg/cm
2
) e não pode ser levado a
longas distâncias, usualmente 50 a 150 m, sem utilizar compressor segundo Ferraz et. al.
(1980). A quantidade de metano existente no biogás regula seu poder calorífico que,
normalmente, se situa na faixa de 5.000 a 7.000 kcal/Nm
3
, isto em função da sua pureza
(Ferraz, 1980).
Traduzindo em termos práticos, a Tabela 2.7 apresenta a equivalência de 1 metro
cúbico de biogás com os combustíveis usuais.
Tabela 2.7 - Equivalência do biogás com outros combustíveis usuais
1 m
3
de biogás corresponde
0,61 litros de gasolina
0,57 litros de querosene
0,55 litros de óleo diesel
0,45 kg de gás liquefeito
0,79 litros de álcool combustível
1,538 kg de lenha
Fonte: Ferraz (1980)
Conforme Marriel (1996), quanto mais puro, maior é o seu poder calorífico, que pode
atingir em torno de 12.000 kcal/m
3
, com a retirada de CO
2
.
A presença de substâncias não combustíveis no biogás, como água e dióxido de
carbono prejudica o processo tornando-o menos eficiente, estas substâncias entram no
lugar do combustível no processo de combustão e absorvem parte da energia gerada.
Pode ocorrer combustão incompleta, falha de alimentação, perda de potência e corrosão
44
precoce provocada pela presença do gás sulfídrico (H
2
S), diminuindo tanto o rendimento
quanto a vida útil dos equipamentos (Marriel, 2000).
De acordo com Costa (2006), existem diversas alternativas de purificação aplicáveis
ao biogás, devendo ser definida a mais adequada para a aplicação energética que se
pretende. Por exemplo, para a aplicação no ramo automotivo, é necessária uma etapa de
purificação, onde o biogás passa por um filtro de óxido de ferro, responsável pela retirada
dos traços de enxofre. Livre do H
2
S o biogás é enviado ao compressor de baixa pressão,
que tem por finalidade forçar a passagem do biogás através de uma torre de absorção de
CO
2
. Nesta torre, água pressurizada é pulverizada em pequenas gotículas para facilitar a
absorção do CO
2
. Esse processo resultará na dissolução do CO
2
, formando H
2
CO
3
, que é
enviado para a caixa de eliminação, que tem por finalidade separar o gás carbônico da
água, onde o CO
2
é liberado para a atmosfera.
Após esse processo a água é recalcada para a torre de absorção e o metano
purificado é submetido ao processo de armazenamento.
Devido ao modo como é gerado, o biogás contém alto teor de umidade. Qualquer
resfriamento do gás durante o processo freqüentemente causa condensação da fase
líquida quando o gás entra no equipamento de conversão, sendo crítica a situação ao se
tratar de turbina a gás. A remoção do condensado, seguida do aquecimento do gás,
produz um gás seco cuja a temperatura é superior ao seu ponto de orvalho. O mesmo
efeito pode ser criado pelo uso de um dissecante. Comprimindo o gás seco e resfriando-o
em seguida, produz mais condensado. Mais uma vez, o gás deve ser resfriado, separado
e reaquecido, ou passado por um dissecante (Costa, 2006).
Além disso, fabricantes de microturbinas nos EUA perceberam recentemente a
presença de uma impureza no biogás até então desconhecida. Trata-se da siloxina, um
composto se sílica proveniente de produtos de higiene pessoal e cosméticos, Sua
presença acarreta, ao longo do tempo, problemas nos rotores de turbinas e motores pela
formação de grãos de sílica (areia) no interior dos equipamentos, devido a elevada
temperatura, segundo Capstone (2001).
2.4.2 - Gases Resultantes da Gaseificação
O poder calorífico dos gases combustíveis derivados dos resíduos urbanos é baixos,
entre 5 e 6 MJ/Nm
3
, quando comparados ao de outros combustíveis, como destilados e o
gás natural, entre 35 e 40 MJ/Nm
3
, segundo Neto (2000).
Os sistemas que utilizam oxigênio puro permitem produzir um gás de maior
capacidade calorífica, sendo também mais rápida a sua produção; no entanto, os custos
de produção aumentam devido à necessidade de oxigênio puro (Neto, 2000).
45
Conforme Silva (2002), o gás obtido pode ser utilizado como combustível em um
grupo motor-gerador (baixas potências até cerca de 600 - 1000 kW), em turbinas a gás
(acima de 1 MW) ou ainda queimado conjuntamente a outros combustíveis em caldeiras.
Modernamente, está sendo desenvolvida a tecnologia de gaseificação para utilização de
células a combustível.
O gás resultante da gaseificação possui um baixo teor de enxofre, ao contrário do gás
gerado a partir do carvão. No que diz respeito à emissão de gás carbônico, considera-se
o ciclo de consumo-produção desse gás nulo, tendo em vista que toda biomassa
consumida pelo processo de gaseificação uma vez esteve na natureza, também
contribuindo para a sua absorção, não aumentando a taxa presente na atmosfera (Silva,
2002).
Os principais componentes da mistura de gás formado são: o CO, CO
2
, H
2
e,
dependendo das condições, CH
4
, hidrocarbonetos leves, N
2
e vapor de água em
diferentes proporções, conforme Farret (1999).
De acordo com
Peres (2001), as substâncias que devem ser controladas para que se
possa utilizar o gás em um motor alternativo ou turbina são o alcatrão, cinzas volantes e
os óxidos de nitrogênio. Se utilizado um grupo motor-gerador para converter o gás em
eletricidade, pode-se utilizar o gás frio. Assim ele passa por resfriamento e limpeza. As
tecnologias aplicadas para a limpeza dos gases dependem do uso aos quais estes se
destinam e do ponto no processo a ser aplicada a tecnologia (antes, durante ou depois
da gaseificação).
2.4.3 - Outros Combustíveis Advindos das Tecnologias
Outros combustíveis recuperados através das tecnologias de tratamento dos resíduos
urbanos são os gases resultantes da incineração e o bio-óleo advindo do processo de
gaseificação.
À medida que os resíduos são queimados, como no processo de incineração, uma
fração da sua massa é transformada em gases. Estes gases podem atingir uma
temperatura de aproximadamente 1000
0
C, tal que os compostos orgânicos existentes,
podem quebrar as suas ligações separando-os nos seus constituintes elementares. Estes
elementos combinam-se com o oxigênio formando gases estáveis que, por sua vez, são
aspirados através de uma Caldeira de Recuperação, onde é produzido vapor com índices
aproximados de 45 Bar de pressão e 420° C, segundo Coutinho et. al. (2003).
De acordo com Menezes et. al. (2000), o vapor gerado pela caldeira poderá acionar
um Turbo-gerador com potência efetiva de aproximadamente 3,2 MW, gerando em média
0,6 MW de energia elétrica por tonelada de lixo tratado.
46
Os gases de exaustão produzidos pelo processo de combustão são primariamente
compostos por dióxido de carbono, oxigênio, azoto e vapor de água.
Dependendo da composição dos resíduos, no entanto, estes gases podem também
conter constituintes indesejáveis, sub-produtos do processo de combustão, como são os
gases ácidos (HCl, HF, SO
2
, e NO
x
), dioxinas e furanos, partículas potencialmente
contaminadas com metais condensados (Cd, Hg), compostos orgânicos não voláteis e
produtos da combustão incompleta dos resíduos, como por exemplo, o CO, para
Coutinho et. al. (2003).
Os níveis que estes sub-produtos podem atingir são altamente dependentes do tipo
de tecnologia específica de cada unidade e dependem igualmente de uma série de outros
fatores como a composição dos resíduos, do tipo de sistema de incineração, assim como
dos parâmetros de operação (por ex., temperatura e velocidade dos gases de exaustão),
(Coutinho et. al., 2003).
Existem diversas maneiras de purificação dos gases e subprodutos advindos da
incineração, entre eles as técnicas adotadas pela Usina Verde S/A, onde os gases
exauridos da Caldeira de Recuperação são neutralizados por processo de lavagem em
circuito fechado (lavadores e tanque de decantação), não havendo a liberação de
quaisquer efluentes líquidos. Esse processo ocorre em dois estágios: no 1º estágio,
ocorre a lavagem e redução da temperatura com o uso de spray jets; no 2º estágio os
gases resfriados são forçados a passar por “barreiras” de solução de lavagem criadas por
hélices turbinadas existentes no interior dos lavadores, ocorrendo o chamado “polimento
dos gases”.
A solução de lavagem proveniente dos lavadores é recolhida em tanques de
decantação onde ocorre a neutralização com as cinzas do próprio processo, hidróxido de
sódio e a mineralização (decantação dos sais), retornando posteriormente ao processo
de lavagem. Restará no decantador um precipitado salino (concentração de cálcio e
potássio) e material inerte, que pode ser utilizado em substituição à areia, na fabricação
de tijolos e pisos (Usina Verde, 2008).
Os gases limpos, após passagem por eliminador de gotículas (demister), são
liberados para a atmosfera pela chaminé.
Contrariamente à maioria dos sistemas de limpeza dos gases e vapores da
incineração de lixo urbano adotados no Mundo, que utilizam, principalmente, ‘filtros de
manga’ de elevado custo de aquisição e manutenção, a rota tecnológica patenteada pela
Usina Verde para a neutralização dos gases e vapores tem como base uma solução de
47
água alcalinizada com as cinzas do próprio processo e hidróxido de cálcio (Usina Verde,
2008).
Já o Bio-óleo, assim batizado pelos cientistas da Universidade Estadual de Campinas
(UNICAMP), foi produzido por pesquisadores do Núcleo Interdisciplinar de Planejamento
Energético (NIPE), da Faculdade de Engenharia Agrícola (FEAGRI) e da Faculdade de
Engenharia Mecânica (FEM), é um líquido negro obtido por meio do processo de
gaseificação, no qual os resíduos são submetidos a altas temperaturas em um ambiente
isolado com pouco ou nenhum oxigênio. É utilizado principalmente como combustível
para aquecimento e a geração de energia elétrica, segundo a revista Ciência Hoje (2008).
O Bio-óleo pode substituir o diesel, mas sua aplicação ideal não é em veículos, e sim
como alternativa na geração de energia. Devido à diferença de poder calorífico, é preciso
uma quantidade de bio-óleo duas vezes maior do que de diesel para fazer funcionar um
motor de caminhão. No entanto, em uma unidade estacionária de geração de energia,
onde pode haver grandes tanques de armazenamento, isso não é um inconveniente
(Ciência Hoje, 2008).
Assim como o petróleo, o bio-óleo tem uma constituição química complexa e alguns
de seus compostos podem ser isolados, modificados e usados para diversas aplicações.
Embora difíceis de serem isolados, os compostos derivados do bio-óleo (como a vanilina,
essência retirada da baunilha, atualmente produzida a partir do bio-óleo na França)
atingem alto valor de mercado e têm importantes funções (Ciência Hoje, 2008).
48
3 - METODOLOGIA
As grandes concentrações de resíduos urbanos gerados, principalmente dos
recicláveis, e a grande necessidade de energia para o processo de reciclagem, acabam
por enfatizar a importância de uma ferramenta para planejar não só a destinação dos
resíduos como também tornar a geração de energia fundamental para a reciclagem dos
resíduos, tanto pelo fato de ser uma fonte renovável como de estar reciclando a mesma
que estava sendo desprezada junto a esses materiais.
Essa ferramenta de planejamento auxilia na organização das tecnologias de forma
que a quantidade gerada seja compatível com a necessidade de consumo em um
processo de reciclagem, além de contribuir para projetos de destinação e uso dos
resíduos urbanos.
O uso da ferramenta metodológica para auxiliar na gestão dos resíduos de forma a
gerar energia e utilizá-la na reciclagem, além de ser economicamente viável, pelo fato de
a energia advinda dessas tecnologias de geração poder ser utilizada diretamente, o que
acaba por reduzir seu valor em venda pela metade quando comercializada a
concessionária local, ainda é vista como um ganho ambiental, principalmente pela
matéria orgânica, presente em maior porcentagem na composição dos resíduos urbanos,
que ao se decompor sem nenhum tratamento acaba por emitir grandes quantidades de
gases de aquecimento atmosférico e pelos resíduos estar sendo tratados e dispostos de
forma adequada.
3.1 - A Ferramenta Metodológica
A ferramenta metodológica desenvolvida para auxiliar no planejamento de destinação
dos resíduos urbanos e no aproveitamento desses materiais, principalmente resíduos
orgânicos, para a geração de energia e o reaproveitamento energético para
processamento dos resíduos urbanos recicláveis é estruturada por procedimentos
detalhado a seguir (Figura 3.1):
49
Figura 3.1 - Fluxograma Metodológico
50
3.2 - Detalhamento dos Procedimentos Utilizados na Ferramenta Metodológica
Para que o desenvolvimento de uma ferramenta metodológica seja coerente é
essencial que sua estrutura seja bem caracterizada de modo a resultar em dados
eficientes e precisos. Deste modo a ferramenta aqui desenvolvida foi estruturada
segundo os processos descritos a seguir.
3.2.1 - Levantamento Qualitativo e Quantitativo dos Resíduos Urbanos
O ponto de partida para desenvolver um projeto de aproveitamento energético é o
conhecimento da matéria-prima disponível.
Quando se trata de resíduos urbanos é necessário que se conheçam duas
características essenciais, que podem ser determinadas através de um estudo de campo,
ou recorrendo a uma revisão bibliográfica: a composição, pois sem esta, é praticamente
impossível se efetuar a gestão adequada dos serviços de limpeza urbana e um
reaproveitamento dos resíduos, bem como a quantidade de cada material, o qual através
destes dados possamos analisar a viabilidade de aplicação do projeto em um município
isolado ou a necessidade de se fazer consórcios entre cidades.
Antes de iniciar a caracterização, faz-se necessária a realização de um estudo
detalhado sobre o sistema de limpeza pública do município em questão. Tal estudo busca
conhecer o número de setores de coleta, freqüência da coleta, características dos
veículos coletores, distância dos locais de tratamento e de disposição final e quantidade
de resíduos gerada.
A partir desses dados, é possível definir o número total de amostras para caracterizar
fisicamente os resíduos sólidos, mas caso não seja possível a amostragem em todos os
setores de coleta existentes, o que se faz é agrupá-los, utilizando-se fatores tais como
características das edificações, densidade populacional, poder aquisitivo, costumes da
população e tipo de acondicionamento dos resíduos.
Definido o número de amostras e os pontos de amostragem, inicia-se a amostragem
propriamente dita, seguindo metodologias nacionais e internacionais existentes.
Cada metodologia é criada com um objetivo central, buscando conhecer previamente
a origem dos resíduos a serem analisados e que objetivos se pretende alcançar com a
caracterização, valorizando mais alguns aspectos em detrimentos de outros.
A caracterização é realizada com base nas informações do sistema de gestão,
variando em função dos objetivos, infra-estruturas existentes e características do sistema,
sendo, portanto, um trabalho realizado em função de situações particulares do local de
estudo, tornando difícil a comparação de resultados entre diferentes sistemas de gestão.
51
Dentre as metodologias nacionais encontram-se a de Martins et. al. (2000) e a
Companhia de Tecnologia de Saneamento Ambiental (CETESB, 1990), conforme
descritas abaixo:
• Método de MARTINS et.al. (2000)
Essa metodologia propõe que a pesquisa seja realizada em três fases,
correspondendo, no Brasil, as estações chuvosa (novembro/março); fria (abril/julho); e
quente/seca (agosto/outubro). Em cada fase, deverão ser realizados os seguintes
procedimentos:
1) Coletar e analisar, no mínimo, 4 amostras de, aproximadamente, 7m³ cada, recolhidas,
respectivamente, no centro comercial e em bairros predominantemente residenciais de
população operária, de classe média (comerciários, funcionários, prestadores de serviço
autônomo, etc.) e média-alta (comerciantes, profissionais autônomos de nível superior,
industriais, etc.), bairros esses a serem previamente identificados e selecionados de
comum acordo com a equipe da Prefeitura.
2) Antes de iniciar a coleta das amostras, a tara do caminhão deverá ser aferida e
devidamente registrada em formulário próprio, através de sua pesagem na mesma
balança a ser utilizada durante a realização dos trabalhos, sem nenhuma carga e,
inclusive, sem o motorista e os ajudantes.
3) Ao completar-se a coleta da amostra, o caminhão deverá ser coberto com lona, de
modo a impedir o derramamento de resíduos nas vias públicas e dirigir-se para pesagem.
4) Após a pesagem, o caminhão deverá dirigir-se imediatamente para o local definido
para a realização da triagem, para descarga dos resíduos coletados.
5) Após a descarga (a ser feita com o possível cuidado, no sentido de se evitar o
rompimento dos sacos de lixo), revolver os resíduos, ainda acondicionados, quarteá-los,
mesclá-los entre si, dois a dois (Figura 3.2), e, novamente, revolvê-los conjuntamente,
procedendo-se, após isso, a novo quarteamento:
Figura 3.2 - Quarteamento de resíduos urbanos
Fonte: Martins et. al. (2000)
52
6) Depois desse procedimento, desensacar e revolver os resíduos componentes de cada
quartil, com auxílio de pás, enxada e gadanhos. Feito isto, novamente os quartís devem
ser mesclados entre si, dois a dois (conforme sistemática descrita no item 6) e
conjuntamente, após o que se deverá proceder ao quarteamento final.
7) Selecionar, dois quartis opostos (1 e 4; ou 2 e 3) para a etapa de triagem (qualitativa) e
classificação (quanti-qualitativa). Descartar os dois quartis não selecionados.
8) Feita a triagem e a classificação dos materiais dos dois quartis selecionados, pesar os
materiais com uso de balança, após sua deposição nos tambores.
9) Todas as atividades supracitadas devem ser acompanhadas por um coordenador da
equipe de campo, profissional esse que deverá se incumbir do lançamento dos dados da
caracterização dos resíduos no formulário próprio.
• Método de CETESB (1990)
Para analisar a composição física dos resíduos sólidos, a CETESB (1990) recomenda
o procedimento de amostragem apresentado na Figura 3.3 e descrito em seguida.
Figura 3.3 - Amostragem para análise da composição
física dos resíduos urbanos
Fonte: CETESB (1990)
1) Descarregar o caminhão ou caminhões no local previamente escolhido (pátio
pavimentado ou coberto por lona);
2) Coletar quatro amostras de 100 litros cada (utilizar tambores), três na base e laterais e
uma no topo da pilha resultante da descarga. Antes da coleta, procede-se ao rompimento
dos receptáculos (sacos plásticos, em geral) e homogeneizar, o máximo possível, os
resíduos nas partes a serem amostradas. Ainda, considerar os materiais rolados (latas,
vidros, etc.). Caso a quantidade inicial de lixo seja pequena (menos que 1,5 t),
recomenda-se que todo material seja utilizado como amostra;
53
3) Pesar os resíduos coletados;
4) Dispor os resíduos coletados sobre uma lona. Este material constitui a amostra, a ser
utilizada para a análise da composição física dos resíduos. Tal procedimento utiliza o
método do quarteamento, que segundo a NBR 10007 (ABNT, 2004) consiste em um
“processo de divisão em quatro partes iguais de uma amostra pré-homogeneizada, sendo
tomadas duas partes opostas entre si para constituir uma nova amostra e descartadas as
partes restantes. As partes não descartadas são misturadas totalmente e o processo de
quarteamento é repetido até que se obtenha o volume desejado”. Ainda, de acordo com
essa norma, como existe risco à saúde do trabalhador, é necessário o uso de
equipamentos de proteção individual (EPI).
Esses passos devem ser realizados para cada setor, ou seja, para cada conjunto de
bairros do município agrupados de acordo com o nível sócioeconômico.
A composição física dos resíduos é obtida após a análise da amostra, por meio da
triagem, separando os materiais por classes relevantes como vidro, plástico,
papel/papelão, matéria orgânica, metais ferrosos, metais não ferrosos.
Separado os materiais, eles são pesados por classe e calculam-se, posteriormente,
as porcentagens individuais, conforme Equação 3.1.
Material (%)= Massa da Fração Material (kg) X100
Em relação as metodologias internacionais podemos citar duas mais conhecidas e
utilizadas: o Método Padrão Americano (American Standard Methods - ASMT) e o
Método de MAYSTRE et. al. (1994).
• Método Padrão Americano (American Standard Methods - ASMT)
De acordo com Cruz (2005), esse método tem por objetivo estudar os resíduos não
processados, ou seja, os resíduos urbanos indiferenciados, coletados nas residências,
comércios, instituições, escritórios. Para analisar a composição física dos resíduos
urbanos, o potencial de redução na geração e de reciclagem, as variações sazonais e
geográficas, os resíduos domésticos versus os resíduos comerciais, essa metodologia
adota o seguinte procedimento:
1) Coleta de dados e informações sócio-econômicas do município, em questão, e do seu
sistema de limpeza urbana;
2) Período de amostragem – de uma a duas semanas consecutivas, de cinco a sete dias
por semana, repetindo a amostragem por vários meses devido às variações sazonais.
_____________________
Massa Total da Amostra (kg)
(3.1)
54
3) Definir oito categorias e doze componentes;
4) Amostragem:
• Definição estatística do número de amostras, por fórmula de cálculo da ASTM;
• Seleção aleatória dos veículos de coleta.
5) Após a coleta, a amostra é quarteada até obter 90-140 kg;
6) Separam-se manualmente os componentes individuais da amostra;
7) Análise laboratorial dos resíduos;
8) Análise dos resultados obtidos.
• Método de MAYSTRE et. al. (1994)
O enfoque dessa metodologia são os resíduos domésticos. Para analisar a
composição física desses resíduos, recomenda-se o seguinte procedimento:
1) Coletar as informações sócio-econômicas da população e do sistema de limpeza
urbana do município em estudo;
2) Definir o período de amostragem – Pré-campanha (escolha da quantidade mínima
representativa de amostras a caracterizar): 1 semana; Campanha de identificação: 4
semanas por trimestre e Campanha complementar: 2 semanas;
3) Proceder ao ensaio-piloto, para aferir quais as classes de categorias a considerar na
classificação e para estudar os estratos urbanos em função da quantidade de resíduos
produzidos;
4) Definir as medidas de higiene e segurança;
5) Organizar os procedimentos e as instalações para a triagem;
6) Amostragem:
• Cálculo da quantidade mínima representativa de amostras;
• Método de seleção aleatório: estratos homogêneos – aproximação aleatória
simples; estratos heterogêneos – aproximação aleatória estratificada, primeiro
divide-se a população em grupos e depois escolhe-se, em cada estrato, uma
amostra aleatória simples;
55
• Coleta das amostras: Pré-campanha – 2 toneladas, Campanha de Identificação –
11 toneladas por trimestre e Campanha complementar – 5 toneladas.
• Número de amostras: coleta bi-semanal: 800-1000 kg em duas amostras de 400-
500 kg em ambos os dias da semana; coleta tri-semanal: 900-1200 kg em três
amostras de 300-400 kg nos três dias da semana; coleta semanal: 600-700 kg.
7) Após a coleta da amostra, descarregar o caminhão no local previamente definido;
8) Coletar uma amostra de 100 kg;
9) Pesar cada saco de resíduos domésticos para aferir a quantidade de resíduos contidos
em função do volume do saco;
10) Abrir os sacos de resíduos na mesa de triagem para a classificação por categorias;
11) Pesar os recipientes de cada categoria;
12) Repetir essa operação para cada amostra;
13) Analisar os resultados da composição física dos resíduos sólidos domésticos.
Quando os dados já existem ou uma pesquisa a campo não é realizada, recorrem-se
a pesquisa literária e a revisão bibliográfica, baseada em artigos técnicos, relatórios,
dissertações de mestrado, teses de doutorado, a fim de caracterizarmos a matéria prima
a ser utilizada no estudo desenvolvido, como realizado no presente trabalho.
Em posse dessa quantificação e qualificação dos resíduos urbanos, é possível a
separação dos dados referentes aos resíduos recicláveis entre eles os plásticos para
serem utilizados no decorrer do estudo.
3.2.2 - Estimativa do Consumo Potencial de Energia para Reciclagem de Plásticos Pós-
Consumo
Para estimar o consumo de energia a ser gasta no processo de reciclagem de
plásticos é necessário que sejam levantados dados referentes ao consumo específico de
energia elétrica (GJ/tonelada), geralmente através de contatos com empresas fabricantes
dos equipamentos, em todos as etapas dos processos de reciclagem e a quantidade de
material disponível para processamento.
56
Segundo dados da empresa KIE máquinas e plásticos Ltda. (2008), foram possíveis
no presente estudo, determinar o consumo de energia (GJ/tonelada) em cada
equipamento da linha de reciclagem de plásticos de acordo com o processo de
reciclagem ideal para cada tipo desse material (Figura 3.4), bem como criar um diagrama,
contendo dados de potência (cv – cavalo vapor) para os diferentes tipos de plásticos.
Figura 3.4 - Linha de reciclagem de plásticos
Fonte: KIE (2008)
3.2.3 - Estimativas da Quantidade de Combustível e do Potencial de Energia Gerados a
partir das Tecnologias de Conversão e Geração
Atualmente há diversas tecnologias utilizadas para geração de energia a partir dos
resíduos, bem como as formas possíveis de realizar a conversão energética. Para isso,
faz necessário um estudo comparativo entre os diversos modelos (biodigestão,
incineração e gaseificação), como realizado neste trabalho, para que obtenhamos
quantidades suficientes de combustíveis e conseqüentemente valores consideráveis de
energia útil a ser aproveitada.
Em função da fundamentação teórica e da coleta de dados importantes para o
desenvolvimento do estudo, é possível dar prosseguimento ao mesmo, bem como avaliar
a quantidade de combustível e energia gerada por cada uma das tecnologias, como
mostrado abaixo:
A) Tecnologia de Biodigestão
Um dos experimentos desenvolvidos nessa área encontra-se em Caieiras-SP,
segundo a planta mostrada a seguir (Figura 3.5), utilizando o conjunto moto-gerador
57
LANDSET (Figura 3.6), desenvolvida pela empresa Brasmetano, para produção de
eletricidade a partir do biogás de aterros sanitários.
Figura 3.5 - Sistema
integrado de captação e conversão de biogás de aterros
sanitários em energia elétrica
Fonte: Brasmetano (2008)
Figura 3.6 - Moto-gerador LANDSET
Fonte: Brasmetano (2008)
58
A.1 - Cálculo do Potencial de Biogás Proveniente da Matéria Orgânica em Aterros
Sanitários e Biodigestores
Para determinar a quantidade de biogás advindos da decomposição da matéria
orgânica, diversos métodos são reconhecidos.
No presente estudo foram utilizados os conceitos do método proposto pelo IPCC
(1996) para aterros sanitários e por Barrera (1993) para os biodigestores, justificados
suas utilizações pelos tipos de dados existentes e pela confiabilidade dos resultados.
Essa estimativa foi realizada para posteriormente determinar a quantidade de energia
elétrica que poderá ser extraída dos aterros sanitários e dos biodigestores utilizando
biogás, bem como para analisar a viabilidade de utilização do combustível em motores do
ciclo diesel (quantidade de biogás gerada suficiente).
Para tanto, através dos métodos citados, foi possível avaliar a quantidade de biogás
(Nm
3
) produzido em aterros sanitários e biodigestores através da decomposição da
matéria orgânica presente nos resíduos urbanos, conforme mostrado abaixo:
• Aterro Sanitário:
12
16
FCODCODFCMRSDTaxaQ
ffRSDBiogás
⋅⋅⋅⋅⋅⋅=
onde:
- Q
biogás
- Quantidade de biogás (Nm
3
diários);
- Taxa
RSD
- Taxa de geração de resíduo sólido (kg/dia);
- RSD
f
– Fração de resíduo sólido que é depositada em aterros sanitários (%);
- FCM - Fator de correção de metano (Fator adimensional);
- COD - Carbono orgânico degradável (%);
- COD
f
- Fração de carbono orgânico degradável que realmente degrada (%);
- F - Fração de CH
4
no gás de aterro (%);
- 16/12 - Fator de conversão de carbono em metano.
• Biodigestor:
Para a estimativa em biodigestores foram feitos os cálculos partindo da premissa que
para 10 kg de matéria orgânica são produzidos em média 1 Nm
3
de biogás, segundo
Barrera (1993).
(3.2)
59
A.2 - Estimativa da energia elétrica e térmica gerada através do biogás resultante das
tecnologias de biodigestão
Para o cálculo da energia térmica e elétrica é essencial o conhecimento do PCI
(Poder Calorífico Inferior – kJ/Nm
3
) do combustível a ser utilizado, que varia de acordo
com a quantidade de metano presente na constituição do biogás.
A partir do valor médio do PCI (22320 kJ/Nm
3
), a energia térmica advinda do biogás
no estudo foi realizada de acordo com a Equação 3.3.
onde:
- E
térmica
- Energia térmica gerada pelo biogás resultante dos aterros sanitários e
biodigestores (kJ diários);
- Q
Biogás
- Quantidade de biogás gerado (Nm
3
diários);
- PCI
Biogás
- Poder Calorífico Inferior do Biogás (kJ/Nm
3
).
A energia elétrica gerada através do biogás foi determinada utilizando a metodologia
proposta pela CETESB (2002), conforme Equação 3.4, a qual considera um rendimento
de 30% para o grupo gerador,
BiogásGeradorBiogásElétrica
PCIQE
⋅
η
⋅
=
onde:
- E
elétrica
- Energia elétrica produzida através do biogás em aterros ou biodigestores (kJ
diários);
- Q
Biogás
- Quantidade de biogás gerado (Nm
3
);
- η
gerador
- Rendimento do grupo gerador (%);
- PCI
Biogás
- Poder Calorífico Inferior (kJ/Nm
3
).
A.3 - Estimativa da quantidade de biogás necessária para o funcionamento dos motores
ciclo diesel
Para se estimar a quantidade de biogás necessária para funcionamento de motores,
na proporção biogás: diesel de 70:30, considerado ideal para que não necessite de
modificação no motor ciclo diesel, levando em consideração o consumo médio de diesel,
foi possível calcular a quantidade de biogás necessária para alimentação dos mesmos
como mostrado a seguir:
BiogásBiogásTérmica
xPCIQE =
(3.4)
(3.3)
60
( )
70,0
)PCIη(
)QPCIη(
Q
BiogásgásDieselxBio
DieselDieselDiesel
Biogás
x
x
xx
=
onde:
- Q
Biogás -
Quantidade de biogás para alimentar um caminhão (Nm
3
/km
diários);
- Q
Diesel -
Quantidade de diesel por caminhão (l/km);
- η
Diesel
- Rendimento do motor utilizando diesel (%);
- η
DieselxBiogás
- Rendimento do motor utilizando diesel e biogás (%);
- PCI
Biogás
- Poder Calorífico Inferior (kJ/ m
3
);
- PCI
Diesel
- Poder Calorífico Inferior (kcal/l).
Em posse da quantidade média de biogás necessário para o funcionamento do motor
diesel para cada caminhão de coleta dos resíduos urbanos e da distância média
percorrida por esses diariamente foi calculada a quantidade média de biogás consumida
por dia para alimentar a frota, como mostrado a seguir:
VeiculosMédiaBiogásTotal
QDQQ
⋅
⋅
=
onde:
- Q
Total
- Quantidade total de biogás para alimentar a frota (Nm
3
diários);
- Q
Biogás
- Quantidade de biogás para alimentar um caminhão (Nm
3
/km diários);
- D
Média -
Distância média percorrida por cada caminhão (km);
- Q
Veículos -
Quantidade de veículos (caminhões).
Uma das tecnologias aplicadas para o aproveitamento de biogás em motores diesel é
a desenvolvida pelo CENPES/Petrobrás, a qual não necessita fazer mudanças internas
no motor.
B) Tecnologia de Incineração
Quando tratamos de incineração muitas pesquisas foram desenvolvidas e atualmente
algumas plantas de incineração fazem parte do cotidiano Brasileiro entre elas a
tecnologia desenvolvida pela Usina Verde S/A (Figura 3.7), que nos dá uma visão geral
do processo de obtenção de energia elétrica e térmica através de incineradores.
(3.6)
(3.5)
61
1 - Ponto de descarga
2 - Triagem 3 - Moinho
4 – Incinerador
5 - Caldeira 6 - Decantador
7 - TurboGerador
8 - Condensador 9 - Exaustores
10 - Chaminé
Figura 3.7 - Planta de tratamento térmico e geração de
energia elétrica utilizando incineradores
Fonte: Usina Verde S/A (2008)
B.1 - Cálculo da energia elétrica e da energia térmica advindas dos incineradores
Para a obtenção da energia elétrica e da energia térmica gerada através dos
incineradores foi utilizado nesse estudo, o equacionamento mostrado a seguir referente
ao projeto desenvolvido pela Usina Verde S/A.
Primeiramente foram separados os materiais a serem incinerados, dentre eles,
matéria orgânica e outros contaminados com a mesma (resto de banheiro), entulho,
trapos, entre outros, sendo dessa maneira previamente separados os materiais que
poderão ser reciclados e reutilizados.
Tendo sido separados os materiais para serem processados, temos que a energia
contida nos resíduos é de:
nossíduosUrbasíduossíduos
xPCIQE
ReReRe
=
(3.7)
onde:
- E
Resíduos
- Energia contida nos resíduos (kWh);
- Q
Resíduos
- Quantidade de resíduos que será consumida pelo Incinerador (kg diários);
- PCI
ResíduosUrbanos
– Poder Calorífico Inferior dos Resíduos Urbanos (MJ/kg).
62
Já a energia térmica resultante da incineração, foi obtida conforme Equação 3.8,
considerando um rendimento de 80% para o incinerador, conforme dados da Usina Verde
S/A.
rIncineradosíduosTémica
xEE
η
Re
=
(3.8)
onde:
- E
Térmica
– Energia térmica (kWh);
- E
Resíduos
- Energia contida nos resíduos (kWh);
- η
Incinerador
– Rendimento do incinerador (%).
Com a energia térmica resultante da queima dos resíduos urbanos no incinerador foi
calculada pela Equação 3.9, estimando um rendimento de 82% para a caldeira, a energia
térmica disponível na saída da caldeira e, portanto, na entrada da turbina a vapor.
onde:
- E
Saídacaldeira
– Energia térmica na saída da caldeira (kWh);
- E
Térmica
– Energia térmica (kWh);
- η
Caldeira
- Rendimento da caldeira (%).
Para a turbina a vapor foi considerado um rendimento de 30%, conforme literatura, e
calculada a energia mecânica segundo a Equação 3.10.
vapor_Turbinacaldeira_SaídaMecânica
EE
η
⋅
=
(3.10)
onde:
- E
Mecânica
– Energia Mecânica (kWh);
- E
Saídacaldeira
– Energia térmica na saída da caldeira (kWh);
- η
Turbinavapor
– Rendimento da turbina a vapor (%).
Para o gerador estimou-se uma eficiência típica de 95% de conversão, e com essa
eficiência calculou-se a energia elétrica que deverá ser gerada por esse sistema através
da Equação 3.11.
CaldeiraTérmicairaSaídacalde
xEE
η
=
(3.9)
63
GeradorMecânicaElétrica
EE
η
⋅
=
(3.11)
onde:
- E
Elétrica
- Energia elétrica produzida pelo processo de incineração (kWh);
- E
Mecânica
– Energia Mecânica (kWh);
- η
Gerador
- Rendimento do gerador (%).
C) Tecnologia de Gaseificação
Diversos são os tipos de gaseificadores, combustíveis a serem utilizados e
configurações possíveis de se obter energia elétrica e térmica através dessa tecnologia.
Um dos estudos desenvolvidos na área é o gaseificador Downdraft de pequena
escala (Figura 3.8), testado no laboratório da Universidade de Ciência e tecnologia da
Noruega, citado por Barrio et. al. (2000), o qual utiliza como combustível madeira, e
projetado para gaseificar 5 kg/h de madeira, para produção de aproximadamente 12,5
Nm
3
/h de gás com um PCI de aproximadamente 4,9 MJ/Nm
3
.
Figura 3.8 - Esquema do gaseificador Downdraft
Fonte: Martins (2006)
C.1 - Cálculo do potencial de gás proveniente da biomassa em gaseificadores
A matéria prima escolhida para o processo foram os restos de podas,
predominantemente madeira, devido a posse de dados para esse tipo de biomassa, já
que trata-se de um estudo teórico.
Para a estimativa da quantidade de gás produzido através da gaseificação foram
feitos os cálculos partindo da premissa que para 1 kg de biomassa (madeira) são
produzidos em média 2,5 Nm
3
de gás, segundo Barrio et. al. (2000).
64
C.2 - Cálculo da energia elétrica e da energia térmica advindas dos gaseificadores
Para estimar a energia elétrica e a potência térmica advindas dos gaseificadores, os
cálculos desenvolvidos nesta seção foram feitos com base em duas configurações
proposta por Martins (2006) e utilizando os dados primários do gaseificador Downdraft
citado acima, sendo este do tipo leito fixo.
A partir do valor médio do PCI do gás resultante da gaseificação de madeira (4,9
MJ/Nm
3
), a energia térmica advinda do gás no estudo foi realizada de acordo com a
Equação 3.12.
GásgásTérmica
PCIQE
⋅
=
onde:
- E
Térmica
- Energia térmica gerada pelo gás resultante dos gaseificadores (MJ diários)
- Q
Gás
- Quantidade de gás gerado (Nm
3
diários);
- PCI
Gás
- Poder Calorífico Inferior do gás (MJ/Nm
3
).
O cálculo da energia elétrica gerada foi desenvolvido utilizando o gás dos
gaseificadores em uma turbina a gás acoplada a um gerador ou em um conjunto
MotoGerador.
• Sistema com turbina a gás - gerador
Considerando um rendimento de 30% para a turbina a gás, conforme literatura, temos
através da Equação 3.13 a energia mecânica gerada.
gás_TurbinaTérmicaMecânica
EE
η
⋅
=
(3.13)
onde:
- E
Mecânica
- Energia Mecânica (MJ diários);
- E
Térmica
- Energia térmica gerada pelo gás resultante dos gaseificadores (MJ
diários);
- η
Turbina_gás
- Rendimento da turbina a gás (%).
A energia mecânica obtida irá acionar o gerador que resultará em uma quantidade de
energia elétrica calculada conforme Equação 3.14, considerando que essas máquinas
elétricas têm um rendimento em torno de 95%.
(3.12)
65
geradorMecânicaElétrica
EE
η
⋅
=
onde:
- E
Elétrica
– Energia Elétrica produzida pelo processo de gaseificação (MJ diários);
- E
Mecânica
– Energia Mecânica (MJ diários);
- η
gerador
- Rendimento do gerador (%).
• Sistema com Motogerador
Para o MotoGerador, estimou-se uma eficiência de conversão de 35%, e foi calculada
a energia elétrica gerada de acordo com a Equação 3.15, levando em consideração a
quantidade de gás resultante dos gaseificadores, bem como seu PCI médio.
GásrMotoGeradoGásElétrica
PCIQE
⋅
η
⋅
=
onde:
- E
Elétrica
– Energia Elétrica produzida pelo processo de gaseificação (MJ diários);
- Q
Gás
- Quantidade de gás gerado (Nm
3
diários);
- PCI
Gás
- Poder Calorífico Inferior do gás (MJ/Nm
3
).
3.2.4 - Seleção da Melhor Configuração das Tecnologias em Função do Potencial de
Conversão e Geração de Energia para Reciclagem dos Plásticos e da Gestão dos
Resíduos Urbanos
Muitas são as maneiras de gerenciar a questão de disposição e/ou tratamento dos
resíduos urbanos, tanto levando em consideração apenas a gestão ou ainda o
reaproveitamento da energia contida nos resíduos para reciclagem.
Para isso diversas configurações devem ser analisadas para verificação da mais
viável em termos energéticos, ambientais e sociais.
A partir de pesquisas realizadas e de coletas de dados aleatórios em algumas
cidades brasileiras com uma faixa populacional de até 100.000 habitantes, e em posse de
todos os resultados, foi possível a montagem de diversos fluxogramas contendo
maneiras de disposição e/ou tratamento destes que seriam descartados sem nenhum
tratamento de modo a obter um melhor aproveitamento energético e uma melhor
qualidade ambiental e social para os municípios em que esses resíduos se encontram.
Esses fluxogramas foram montados considerando desde o modelo mais simples de
disposição dos resíduos adotados em algumas cidades (100% dos resíduos dispostos
(3.14)
(3.15)
66
nos aterros sanitários sem nenhum aproveitamento energético ou até mesmo sem
reciclagem alguma) até o modelo considerado ideal para disposição e/ou tratamento
destes levando em consideração a utilização de algumas tecnologias como as de
biodigestores, aterros sanitários, incineradores e gaseificadores.
A partir dos dados, bem como aplicação destes é possível selecionar a configuração
com maior viabilidade energética, energia essa aplicada a reciclagem de plásticos, e
ambiental, quando aplicada a um município qualquer.
67
4 - ESTUDO DE CASO
Para uma melhor caracterização e compreensão da ferramenta metodológica
desenvolvida foi tomada como estudo de caso a cidade de Itajubá-MG para aplicação da
mesma.
4.1 - Localização da Área
O município de Itajubá situa-se no sul do Estado de Minas Gerais (Figura 4.1), sendo
que a sede encontra-se entre os meridianos 45° 20’ e 45° 30’ Oeste (W) e os paralelos
22° 20’ e 23° 30’ Sul (S), numa altitude de 1746 metros no seu ponto mais alto e de 830
metros no ponto mais baixo, acima do nível do mar, sendo que a área urbana, sem
considerar os morros, fica numa altitude média de 842 metros. Ocupando uma área de
290,45 km² de extensão, com população de 86693 habitantes, de acordo com o IBGE
(2007), o equivalente a 298,48 hab./km², numa taxa anual de crescimento de 1,26%
habitantes por ano.
Figura 4.1 -
Localização da área de estudo
Fonte:
IBGE (2007)
68
A topografia de Itajubá é do tipo ondulada-montanhosa. O território apresenta-se
plano (10%), ondulado (12%) e montanhoso em sua maior parte (78%).
Pertencendo à Bacia Hidrográfica do Rio Grande, o município ainda conta com uma
malha rodoviária privilegiada que dá acesso aos maiores mercados do país: São Paulo,
Rio de Janeiro e Belo Horizonte, fazendo com que Itajubá tenha um dos maiores distritos
industriais do sul de Minas, com indústrias de grande e médio porte, gerando
aproximadamente 5.500 empregos. Estão instaladas indústrias de vários ramos como
autopeças, transformadores de medição, helicópteros, produtos cosméticos, armamento
bélico, biomedicina, entre outros, de acordo com Gonçalves (2007).
A cidade possui 57 bairros limitando-se, ao norte, com os municípios de: São José do
Alegre e Maria da Fé; ao Sudeste, Wenceslau Brás; ao Sudoeste com o de Piranguçu; a
Oeste, Piranguinho e a Leste com Delfim Moreira, exercendo influência direta sobre 14
municípios da micro-região, sendo a sua população equivalente a 0,47% da população
mineira.
O clima de Itajubá é variado, ocorrendo, às vezes, no mesmo dia, pela manhã e
tarde, o calor de verão e, à noite, uma da temperatura mais baixa.
4.2 - Coleta e Destinação dos Resíduos Urbanos em Itajubá- MG
Conforme Gonçalves (2007), o sistema de limpeza urbana no município é vinculado à
Secretaria Municipal de Obras (SEMOP), sendo alguns serviços terceirizados e outros
realizados pela própria prefeitura. Os serviços constituem em fiscalização, varrição de
logradouros públicos, capina, roçada, poda, limpeza de córregos, coleta regular e
disposição final dos resíduos urbanos.
A coleta dos resíduos urbanos em Itajubá é realizada em dias alternados de segunda
a sábado na região central e nos bairros, utilizando para esse fim seis caminhões para
coleta de resíduos domiciliares, comerciais e da zona rural, sendo cinco dotados de
equipamento compactador e um do tipo graneleiro com carroceria de madeira de
propriedade de uma empresa terceirizada, segundo a Prefeitura Municipal de Itajubá
(PMI, 2008).
O serviço de coleta dos resíduos domiciliares urbanos e comerciais é feito por uma
equipe de 25 funcionários, que utilizam uniforme completo, composto de luva, bota, faixa
refletora e equipamentos de proteção individual (EPI´s), (PMI, 2008).
Segundo Gonçalves (2007), os serviços de varrição, capina e poda na área urbana
são executados por uma empresa terceirizada composta de 203 funcionários que utilizam
de carrinhos de mão para coleta e acumulam esses resíduos em pontos estratégicos
para posterior recolhimento por um dos caminhões da coleta urbana.
69
A coleta na zona urbana é realizada com veículos coletores com capacidade de
quatro toneladas. Cada um percorre aproximadamente 50 km, coletando
aproximadamente 53 toneladas diárias, (Gonçalves, 2007). A coleta dos resíduos do
serviço de saúde (RSS) abrange todos os estabelecimentos de saúde do município,
incluindo hospitais, farmácias entre outros que fazem uso ou geram resíduos incluídas na
classe I (perigosos), de acordo com a PMI (2008).
Segundo Gonçalves (2007), a coleta dos RSS é realizada pela mesma empresa que
coleta os resíduos domiciliares e comerciais, porém são coletados diariamente por um
veículo tipo furgão no período das 7 às 16 horas.
Estima-se que sejam coletados cerca de 530 kg de RSS diariamente, sendo que
esses são acondicionados de acordo com as recomendações da Agência Nacional de
Vigilância Sanitária (ANVISA) e do Conselho Nacional de Meio Ambiente (CONAMA),
havendo uma segregação dos resíduos comuns e dos contaminados pelos próprios
geradores. Após a coleta, parte dos resíduos são levados para um incinerador localizado
em Contagem - MG e o restante é depositado em valas isoladas no depósito de resíduos
do município (Gonçalves, 2007).
Quanto aos resíduos de construção civil (RCC), atualmente eles ficam armazenados
em um local provisório, para posterior uso no aterro controlado ou na manutenção das
estradas rurais, segundo a PMI (2008)
De acordo com Gonçalves (2007), atualmente os resíduos domiciliares urbanos e
aqueles provenientes dos serviços de varrição e poda são depositados no aterro
controlado de Itajubá (Figura 4.2), mas o município por possuir uma população superior a
cinqüenta mil habitantes, conforme a Deliberação do Conselho de Política Ambiental
(COPAM), nº.
052/2001(MINAS GERAIS, 2001) é convocado ao licenciamento ambiental
do sistema adequado de disposição final dos resíduos urbanos.
Dessa maneira foi escolhido um terreno para a implantação do futuro aterro sanitário
de Itajubá, localizado na Fazenda da Barra, a aproximadamente 12 km da Praça Dr.
Pereira dos Santos, situado no centro do município.
Segundo Gonçalves (2007), o terreno que conta com uma área de 56,93 hectares,
tem cobertura vegetal típica de pastagens em quase toda sua extensão, com exceção da
existência de duas matas de eucalipto e de uma mata nativa na porção mais alta do
terreno.
70
Figura 4.2 - Aterro controlado de Itajubá-MG
Fonte: Gonçalves (2007)
Dessa área total foi delimitada uma área de 29,95 hectares a ser efetivamente
utilizada para a implantação do projeto. O terreno restante, com área de 26,98 hectares,
foi definido com área de reserva técnica ou de expansão futura do aterro sanitário
(Gonçalves, 2007).
71
5 - RESULTADOS E DISCUSSÕES
5.1 - Gerais
Neste capítulo são apresentados e discutidos os resultados obtidos ao longo do
trabalho.
O presente trabalho permitiu avaliar várias formas de disposição e/ou tratamento dos
resíduos urbanos, bem como a composição destes de uma maneira geral, em função da
geração de energia e de uma gestão melhorada destes em termos ambientais, sociais e
energéticos.
A avaliação das tecnologias de conversão e geração energética apresentadas neste
estudo nos relatou uma visão geral da importância de se reaproveitar resíduos, que antes
eram vistos como desprezíveis e descartado sem nenhum valor agregado.
Do ponto de vista energético são tecnologias viáveis quando utilizadas em conjuntos,
quando aplicada a consórcio de cidades ou até mesmo quando utilizadas individualmente
para um determinado fim como, por exemplo, a reciclagem dos resíduos plásticos.
Como a aplicação prática, somente para estudos, destas tecnologias envolve
questões não objetivas e muitas vezes de difícil quantificação, caracterização e inviável
economicamente, foi realizada uma metodologia baseada em casos já estudados.
Uma observação clara ao desenvolver o estudo, é que a forma de coleta de todos os
resíduos sólidos em conjunto e a posterior separação e aproveitamento são inviáveis
economicamente tanto pela contaminação dos materiais recicláveis como pela produção
de biocompostos de má qualidade.
Desta forma a implantação da coleta seletiva e o reaproveitamento dos materiais
recicláveis para os municípios brasileiros são vista como a estratégia mais correta de
reaproveitamento dos resíduos sólidos, para geração de energia.
A criação dos fluxogramas, possibilitando o entendimento das mais variadas formas
de gestão dos resíduos urbanos adotadas nos municípios brasileiros, acabou por facilitar
cálculos e visualização de uma maneira clara e objetiva da disposição dos resíduos e
conseqüentemente do seu reaproveitamento energético de maneira eficiente quando se
trata de geração e utilização da mesma.
A metodologia adotada quando aplicada, apontando para a priorização do
aproveitamento energético dos resíduos urbanos, mostrou-se bastante eficiente e de fácil
aplicação.
72
5.1.1 – Aplicativo de execução da metodologia proposta
Com uma metodologia consolidada foi possível a criação de um aplicativo utilizando
macros para realizar a interface entre os programas do Microsoft Office 2007 (Excel e
Power Point).
O aplicativo é formado por nove telas, como no modelo (Figura 5.1), através das
quais é possível efetuar cálculos e reavaliar as tecnologias para qualquer município,
bastando para isso inserir na primeira tela os dados de entrada (composição dos
resíduos presentes no município e quantidade de resíduos separados na coleta seletiva)
os quais serão utilizados automaticamente para os demais processos nas telas
seguintes.
Figura 5.1 - Tela para cálculo de energia térmica e elétrica através do aterro sanitário
Ao entramos com o consumo de energia elétrica em cada equipamento de uma linha
de reciclagem e com a quantidade de plásticos presentes no município em estudo
obtemos através do aplicativo a quantidade final de energia necessária pra reciclar esses
materiais diariamente na cidade envolvida.
As telas referentes às tecnologias de reaproveitamento energético dos resíduos
urbanos nos fornecem a geração de energia elétrica e térmica a partir dos resíduos
urbanos designados na primeira tela do aplicativo, correspondente a composição dos
resíduos urbanos descartado no município, apenas inserindo dados como PCI e
rendimentos nos locais pré-estabelecidos.
73
Por fim também é possível obter através do mesmo, a quantidade de biogás
necessária para alimentar os caminhões pertencentes a frota coletora de resíduos no
município utilizando 70% biogás e 30% diesel, quando entrarmos com dados do tipo: total
de caminhões, distância que os mesmos percorrem, rendimento do motor e quantidade
de combustível.
Com os resultados obtidos através do aplicativo ficará mais fácil a tomada de decisão
a respeito da melhor forma de gestão e reaproveitamento energético dos resíduos
urbanos na cidade envolvida principalmente quando se trata da reciclagem de plásticos.
5.2 - Específicos para o Estudo de Caso
5.2.1 - Levantamento Qualitativo e Quantitativo dos Resíduos Urbanos de Itajubá-MG
Os resíduos urbanos da cidade de Itajubá-MG, quantificados e qualificados de acordo
com três setores sócio-econômico (A - Renda acima de dez salários mínimos; B - Renda
entre cinco e dez salários mínimos;
C - Renda superior a dois e inferior a cinco salários
mínimos), por Gonçalves (2007), podem ser visto e analisados segundo Tabela 5.1.
O município possui 41,9% de matéria orgânica constituídas principalmente de restos
de alimentos e de restos de podas, percentual inferior à média do Brasil, o que pode ser
compreendido pelo fato de a composição ter apresentado uma maior porcentagem de
material potencialmente reciclável e maior quantidade de outros resíduos, constituídos de
restos de banheiro, fraldas descartáveis, entulhos, panos, trapos, isopor, pilhas entre
outros, segundo Gonçalves (2007).
O mesmo estudo mostra que 12,9% dos resíduos são plásticos potencialmente
recicláveis, quantidade maior do que a média brasileira, devido às pessoas estar
consumindo mais plásticos nos últimos anos, principalmente sacolas de supermercado,
que são reutilizadas para o acondicionamento dos resíduos, e essa porcentagem vem
aumentando gradativamente à medida que vidros e outros materiais são substituídos por
estes, o que pode ser observado pela menor quantidade desses outros materiais
utilizados para acondicionamentos, principalmente de alimentos na composição dos
resíduos urbanos de Itajubá-MG.
Com relação aos papéis, papelão, alumínio e metais não-ferrosos, esse percentual
vem gradativamente diminuindo ao longo do tempo, devido principalmente ao alto valor
agregado que esses materiais possuem, o que fazem com que sejam previamente
separados antes de serem enviados a coleta tradicional, o que não ocorre com os
plásticos que mesmo atingindo uma quantidade considerável para serem reciclados,
acaba por serem encaminhados aos aterros devido ao alto consumo de energia elétrica
necessária para o processo.
74
Tabela 5.1 - Caracterização dos resíduos urbanos de Itajubá
Fonte: Adaptado de Gonçalves (2007)
Através dos dados acima e da Figura 5.2 podemos ver a grande quantidade de
matéria orgânica e materiais potencialmente recicláveis presentes nos resíduos
domiciliares de Itajubá.
COMPONENTES
SETOR A
(%)
SETOR B
(%)
SETOR C
(%)
ITAJUBÁ
(%)
Restos de
Alimentos
Material Orgânico
(compostável)
28,1 42,9 33,1 36,4
Restos de
Podas
11,7 6,8 3,9 5,5
Papel
Reciclável
Material
Potencialmente
Reciclável
12,0 5,4 6,3 7,0
Papelão
7,0 3,2 5,3 5,4
Plástico
Mole
5,2 6,8 9,3 8,0
Plástico
Duro
2,8 2,9 3,3 3,1
PET
1,8 1,3 1,8 1,8
Tetra Pak
2,2 1,2 0,5 1,1
Metal (aço)
2,8 2,0 2,0 2,1
Metal
(alumínio)
0,1 0,5 0,3 0,4
Metal Não
Ferroso
0,0 0,1 0,1 0,1
Vidro
2,6 3,0 2,2 2,5
Trapo
Trapo 2,3 2,5 5,9 3,9
Restos de
Banheiro
Restos de
Banheiro
7,5 9,0 12,5 10,6
Entulho
Entulho 12,9 9,9 9,1 8,8
Outros
Outros 1,5 2,5 4,4 3,3
75
Figura 5.2 - Composição dos resíduos urbanos domiciliares de Itajubá-MG
Fonte: Gonçalves (2007)
Uma pesquisa realizada pelo IBGE (2000) mostrou que a cidade comportava 84.135
habitantes, e produzia aproximadamente 48 toneladas/dia de resíduos urbanos,
atualmente Itajubá conta com uma população de 86.693 habitantes segundo IBGE (2007)
e produz cerca de 53 toneladas/dia de resíduos, o que nos demonstra que a população
na cidade aumentou 3,04% nos últimos sete anos e a produção diária de resíduos
aumentou 3,28%.
5.2.2 - Estimativa do Consumo Potencial de Energia para Reciclagem de Plásticos Pós-
Consumo de Itajubá-MG
Segundo os dados da empresa KIE máquinas e plásticos Ltda. (2008), foram
determinados o consumo de energia elétrica para cada equipamento de reciclagem,
conforme mostrado na Tabela 5.2.
Tabela 5.2 -
Consumo de energia nos equipamentos de reciclagem
EQUIPAMENTOS
CAPACIDADE
DEPRODUÇÃO
(kg/h)
POTÊNCIA
(cv)
ENERGIA
CONSUMIDA
(GJ/tonelada)
Moinho
1200 30 0,67
Lavadora
1500 20 0,04
Secadora
1500 20 0,04
Aglutinador
650 125 0,52
Extrusora
650 200 0,83
Granulador
600 7,5 0,03
76
A partir dos dados e informações obtidas, foi criado um fluxograma (Figura 5.3), o
qual mostra as etapas para reciclagem de cada tipo de plástico, os equipamentos
utilizados, bem como, a energia elétrica total necessária para manter as linhas de
reciclagem dos diferentes tipos de plásticos presentes no município.
Resíduos
Plásticos
Pós-Consumo
Plástico
Mole/PET
Moinho
0,67 GJ/t
Secadora
0,04 GJ/t
Aglutinador
0,52 GJ/t
Extrusora
0,83 GJ/t
Granulador
0,03 GJ/t
Material
Granulado
Lavadora
0,04 GJ/t
Secadora
0,04 GJ/t
Granulador
0,03 GJ/t
Material
Granulado
0,11
GJ/T onelada
Plástico
Duro
Lavadora
0,04 GJ/t
Unidade de
triagem
2,12
GJ/T onelada
Figura 5.3 -
Diagrama contendo as etapas do processo de reciclagem dos
plásticos, os equipamentos utilizados e a energia elétrica
necessária para o processo
Como Itajubá coleta em média 53 toneladas diárias de resíduos urbanos, de acordo
com o levantamento qualitativo e quantitativo dos resíduos da cidade, temos que a
77
quantidade de plásticos pós-consumo descartada e potencialmente reciclável é de
aproximadamente sete toneladas diárias de acordo com a Tabela 5.3.
Tabela 5.3
- Quantidade de plásticos diários a serem reciclados
TIPOS DE PLÁSTICOS NO
MUNICÍPIO
PORCENTAGEM (%)
QUANTIDADE
(TONELADAS)
Plástico Mole
8,0 4,24
Plástico Duro
3,1 1,64
PET
1,8 0,95
Sabendo que a energia necessária para reciclagem de plástico mole e PET é de 2,12
GJ/tonelada e de 0,11 GJ/tonelada para reciclagem de plástico duro, temos que para a
cidade de Itajubá são necessários 10,98 GJ para reciclagem de Plástico Mole e PET e
11,15 GJ para a reciclagem de Plástico Mole, Plástico Duro e PET, diariamente.
O menor gasto energético para a reciclagem dos plásticos duros contidos nos
resíduos de Itajubá pode ser explicados pelo fato de estes serem classificados como
termofixos e por este motivo ter uma rota de reciclagem diferente dos plásticos mole e
PET.
5.2.3 - Estimativas da Quantidade de Combustível e do Potencial de Energia Gerados a
partir das Tecnologias de Conversão e Geração Através dos Resíduos Urbanos de
Itajubá-MG
Todos os cálculos efetuados foram feitos seguindo as equações proposta na
metodologia e todos os resultados alcançados e aqui discutidos são frutos de um estudo
puramente teórico das tecnologias avaliadas quando aplicadas a Itajubá-MG.
A) Tecnologia de Biodigestão
A.1 - Cálculo do Potencial de Biogás Proveniente da Matéria Orgânica em Aterros
Sanitários e Biodigestores
Através da Equação 3.2 e dos valores descritos por
Barreira (1993), a quantidade de
biogás produzido em Itajubá-MG, levando em consideração o encaminhamento da
matéria orgânica (restos de alimentos e restos de podas) ao aterro sanitário e ao
biodigestor, através da decomposição anaeróbia dos resíduos urbanos, pode ser vista na
Tabela 5.4.
78
Tabela 5.4 - Produção de biogás pela biodigestão
TECNOLOGIAS DE
BIODIGESTÃO
QUANTIDADE DE
MATÉRIA ORGÂNICA
(kg diários)
QUANTIDADE DE
BIOGÁS PRODUZIDA
(Nm
3
diários)
Aterro Sanitário
22.207 1744
Biodigestor
22.207 2220
Através da análise dos resultados notamos um aumento de 21% de biogás produzido
pelos biodigestores quando comparado aos aterros sanitários. Essa diferença pode ser
explicada pelo fato dos biodigestores serem mais eficientes e haver maior possibilidade
de controle das condições químicas, físicas e biológicas em que estes estão operando.
A.2 - Estimativa da Energia Térmica e Elétrica Gerada Através do Biogás Resultante das
Tecnologias de Biodigestão
As estimativas da energia térmica e elétrica gerada através do biogás dependem
muito da sua composição, levando em consideração que o PCI do combustível varia
muito com a quantidade de metano presente no mesmo, e do rendimento do grupo
MotoGerador considerado.
Através da Equação 3.3 e da Equação 3.4, considerando um PCI médio de 22320
kJ/Nm3 para o biogás e um rendimento de 30% para o grupo MotoGerador, obtivemos as
respectivas energias diárias como mostrado na Tabela 5.5.
Tabela 5.5
- Energia térmica e elétrica gerada pela biodigestão
TECNOLOGIAS DE
BIODIGESTÃO
ENERGIA TÉRMICA
(GJ)
ENERGIA ELÉTRICA
(GJ)
Aterro Sanitário
38,9 11,7
Biodigestor
49,6 14,9
Deste modo, a energia elétrica gerada pela utilização do biogás proveniente do aterro
sanitário e dos biodigestores são suficientes para suprir a demanda energética
necessária para reciclagem dos plásticos presentes na composição dos resíduos urbanos
de Itajubá como mostrado na Figura 5.4.
79
Resíduos
Sólidos
Urbanos
Unidade de
triagem
Papel
Plástico
Vidro
Metal
Aterro
Sanitário
B
i
o
d
i
g
e
s
t
o
r
Recicláv eis
Matéria
Orgânica
Resíduos
Plásticos
Pós-Consumo
Plástico
Mole/PET
Moinho
Secadora
Aglutinador
Extrusora
Granulador
Material
Granulado
Lav adora
Secadora
Energia
Elétrica
Energia
Elétrica
Granulador
Material
Granulado
Plástico
Duro
Lav adora
11,7
GJ
14,9
GJ
10,98
GJ
Unidade de
triagem
0,17
GJ
Figura 5.4 -
Diagrama de energia produzida com a matéria orgânica e gasta
no processo de reciclagem
80
A.3 - Estimativa da Quantidade de Biogás Necessária para o Funcionamento dos Motores
Ciclo Diesel da Frota Coletora de Resíduos de Itajubá-MG
Ao utilizarmos 70% de biogás e 30% diesel no motor de combustão interna (ciclo
diesel) de um dos caminhões da frota coletora de resíduos de Itajubá, considerando um
consumo médio de diesel de 1,5 l/km, obtivemos através da Equação 3.5, a quantidade
de biogás necessária para alimentação do mesmo e, a quantidade de biogás necessária
para alimentar todos os caminhões, sabendo que a frota coletora da cidade em estudo é
composta de seis caminhões e que cada um percorre em média 50 km diários, de acordo
com a Equação 3.6.
De acordo com os dados e resultados obtidos temos que é necessário em média 573
Nm
3
diários de biogás para o funcionamento dos caminhões, como mostrado na Tabela
5.6.
Tabela 5.6 -
Quantidade de biogás para alimentar motores ciclo diesel na proporção 7:1
QUANTIDADE DE BIOGÁS PARA
ALIMENTAR CADA CAMINHÃO
1,91 Nm
3
/km
QUANTIDADE TOTAL NECESSÁRIA
572,9 Nm
3
O aproveitamento de uma porcentagem de biogás nos motores de ciclo diesel, além
de trazer benefícios ambientais como a diminuição de emissões sendo lançada a
atmosfera tanto em relação ao metano proveniente da decomposição dos resíduos
urbanos como do CO
2
pelo uso dos combustíveis fósseis, vem contribuir com um ganho
de ordem econômica, ao ser reduzido um consumo de quase 315 litros de diesel diários.
B) Tecnologia de Incineração
B.1 - Cálculo da Energia Térmica e da Energia Elétrica Advindas dos Incineradores
Considerando que a quantidade de resíduos a serem incinerados no município é de
aproximadamente 36 toneladas diárias, constituídos principalmente de matéria orgânica e
de materiais não recicláveis, conforme proposto pela Usina Verde S/A, e considerando
que não há coleta aos sábados e domingos, tem-se 22 dias de coleta no mês, totalizando
aproximadamente 790 toneladas/mês.
Através da Equação 3.8, foi calculada a energia térmica mostrada na Tabela 5.7,
resultante do processo de incineração, ao ser considerado um rendimento de 80 % para
o incinerador utilizado e um PCI de 1300 kcal/kg, ou seja, 5,44 MJ/kg, valor médio dos
diferentes valores de PCI na literatura.
81
Tabela 5.7 - Energia térmica advinda do incinerador
QUANTIDADE DE RESÍDUOS PARA
INCINERAÇÃO
(kg diários)
ENERGIA TÉRMICA OBTIDA PELO PROCESSO
(GJ)
36.358 158,2
A energia térmica obtida pelo estudo pode ser utilizada de forma direta para obtenção
de calor ou reaproveitada em uma caldeira para geração de vapor, que ao ser
encaminhado a uma turbina (vapor) acoplada a um gerador nos fornece como produto
final, energia elétrica, segundo Equação 3.11, que será utilizada no processo de
reciclagem, conforme mostrado na Tabela 5.8.
Tabela 5.8
- Energias intermediária e elétrica final resultante do processo de incineração
ENERGIA TÉRMICA
OBTIDA PELO
PROCESSO
(GJ)
ENERGIA TÉRMICA
GERADA PELA
CALDEIRA
(GJ)
ENERGIA MECÂNICA
GERADA PELA
TURBINA A VAPOR
(GJ)
ENERGIA ELÉTRICA
OBTIDA PELO
PROCESSO
(GJ)
158,2 129,7 45,4 43,1
C.Tecnologia de Gaseificação
C.1 - Cálculo do potencial de gás proveniente da biomassa em gaseificadores
Levando em consideração a quantidade de resíduos a serem gaseificados (restos de
podas), conforme descrito na metodologia e tomando como base a quantidade de gás
produzido em função da quantidade de resíduo gaseificada (2,5 Nm
3
/kg de biomassa),
conforme valores descritos por
Barrio et.al. (2000), temos através da Tabela 5.9, a
quantidade de combustível (gás), obtida no processo.
Tabela 5.9 - Produção de gás pelo processo de gaseificação
TECNOLOGIA DA
GASEIFICAÇÃO
QUANTIDADE DE
RESÍDUOS
(kg diários)
QUANTIDADE DE GÁS
PRODUZIDA
(Nm
3
diários)
2.915 7.287,5
82
C.2 - Cálculo da energia térmica e elétrica advindas dos gaseificadores
As estimativas das energias térmica e elétrica geradas através do gás de gaseificação
dependem muito da sua composição, levando em consideração que o PCI do
combustível varia muito com o tipo de material a ser gaseificado, e do rendimento dos
equipamentos de conversão energética considerados.
Através da Equação 3.12, considerando um PCI de 4,9 MJ/Nm
3
para o gás gerado,
bem como a quantidade deste produzida para o município, obtivemos a energia térmica
advinda da gaseificação, como mostrado na Tabela 5.10.
Tabela 5.10
- Energia térmica gerada pela gaseificação
TECNOLOGIAS DE
GASEIFICAÇÃO
QUANTIDADE DE GÁS
PRODUZIDA
(Nm
3
diários)
ENERGIA TÉRMICA
GERADA PELO PROCESSO
(GJ)
7.287,5 35,7
A energia elétrica gerada através da tecnologia de gaseificação de Itajubá-MG,
considerando as duas configurações, proposta na metodologia, possíveis de obtenção e
conversão: sistema com turbina a gás – gerador (Equação 3.14) e sistema utilizando
MotoGerador (Equação 4.15), podem ser vistas através da Tabela 5.11.
Tabela 5.11
- Energia elétrica gerada pelo processo de gaseificação
SISTEMA DE
GERAÇÃO
ENERGIA TÉRMICA
GERADA PELO
PROCESSO
(GJ)
ENERGIA
MECÂNICA
GERADA PELA
TURBINA A GÁS
(GJ)
ENERGIA
ELÉTRICA
GERADA PELO
PROCESSO
(GJ)
Turbina a gás-gerador
35,7 10,7 10,2
MotoGerador
35,7 -------- 12,5
Deste modo, a energia elétrica gerada pela utilização do gás proveniente da
gaseificação quando utilizado um MotoGerador é suficiente para suprir a demanda
energética necessária para reciclagem dos plásticos presentes na composição dos
resíduos urbanos de Itajubá.
83
Apesar de a configuração que utiliza MotoGerador ser mais simples que a turbina a
gás, e nos fornecer uma maior quantidade de energia elétrica devido ao maior
rendimento do conjunto, essa deve ser bem projetada de acordo com algumas variáveis
tais como, vazão de gás entre outras, para que o projeto seja verdadeiramente eficiente.
5.2.4 - Seleção da Melhor Configuração das Tecnologias em Função do Potencial de
Conversão e Geração de Energia para Reciclagem dos Plásticos e da Gestão dos
Resíduos Urbanos
Diversas maneiras são encontradas para disposição, tratamento, reaproveitamento
energético e gestão dos resíduos urbanos.
Somente de posse das análises dos dados, é que se pode conhecer o tratamento
mais adequado considerando um reaproveitamento energético dos resíduos para
produção de energia suficiente que será utilizada para processos eficientes de disposição
e/ou tratamento destes, além do que o descaso das autoridades no tratamento dos
mesmos pode fazer com que surjam vários problemas de saúde pública e ambiental tais
como: transmissão de doenças através de vetores, mau cheiro, contaminação dos rios e
lençóis d’água, e grande quantidade de chorume produzido.
A criação dos fluxogramas mostrados a seguir, bem como a discussão de cada um
deles, foram significativos e importantes ao estudo, já que eles refletem o destino do lixo
na maioria dos municípios situados no Brasil, principalmente os de pequeno porte, e nos
mostram de maneira clara qual a melhor forma de se adequar a gestão dos resíduos a
produção de energia para o processo de reciclagem.
O fluxograma A (Figura 5.5), nos mostra a coleta dos resíduos e sua posterior
disposição em vazadouros a céu aberto sem nenhum aproveitamento energético e
preocupação com questões de ordem ambiental e social, situação da maioria dos
municípios brasileiros.
Resíduos
Urbanos
Vazadouros a
Céu Aberto
Figura 5.5 - Fluxograma A – Disposição dos resíduos
84
Esta forma de olhar e lidar com as sobras de nossas atividades cotidianas é resultado
de uma visão de gestão de resíduos que trata todos os materiais inservíveis como lixo.
Cerca de 90% do total dos 5559 municípios brasileiros jogam seus resíduos de maneira
inadequada, a céu aberto ou em aterros controlados, provocando situações de impacto
social e de degradação ambiental – contaminação dos lençóis freáticos e dos solos
agricultáveis, no caso de áreas rurais, pelo chorume e poluição do ar pela liberação de
gases tóxicos. Os poucos municípios, 10% do total, que destinam corretamente seus
resíduos para aterros sanitários, investem recursos consideráveis para enterrar matéria
prima.
Desta forma, resíduos assim dispostos, além de não agregar nenhum valor
econômico que poderia ser alcançado através da separação e reciclagem de materiais ou
até mesmo com a fabricação de biocompostos e biofertilizante adquiridos através de
processos que utilizam a matéria orgânica tais como compostagem e biodigestão
anaeróbica, acabam também por não aproveitar o alto poder energético, quer seja
elétrica ou térmica, que as tecnologias de reaproveitamento dos resíduos urbanos nos
oferecem, o que no caso de Itajubá-MG, deixariam de ser reciclados em média 6
toneladas de plásticos pós-consumo que iriam acumular no aterro controlado que por sua
vez necessitaria de áreas cada vez mais extensas para alojar todos os resíduos do
município.
A situação descrita no fluxograma B (Figura 5.6) nos mostra os resíduos sendo
coletados e enviados ao aterro sanitário.
Apesar de não ser a melhor forma de disposição dos resíduos (melhor
aproveitamento), essa configuração mostra-se mais adequada tanto em termos
energéticos como ambientais, já que o aterro sanitário quando bem projetado e
construído evita poluição do lençol freático, proliferação de agentes patogênicos e
diminuição da emissão de gás metano, principal componente do biogás, que neste caso
ao ser coletado, pode tanto ser utilizado para alimentar a frota coletora de resíduos do
município em questão, ou quando purificado e encaminhado a um conjunto moto-gerador
produzir energia elétrica.
85
Resíduos
Urbanos
Aterro
Sanitário
Biogás
Aproveitamento
em Motores
Ciclo Diesel
Energia
Elétrica
Figura 5.6 - Fluxograma B – Disposição dos resíduos
Essa configuração quando aplicada ao município de Itajubá nos fornece
aproximadamente 11,7 GJ (3250 kWh) diários de energia elétrica produzida a partir do
biogás, que poderia ser aproveitada dentro do próprio aterro sanitário para reciclagem
dos plásticos do município ou um aproveitamento total do biogás nas frotas coletoras de
resíduos urbanos no município, já que estes necessitam no total em média 573 Nm
3
/dia
de biogás, ou ainda realizar as duas ações, diminuindo a proporção diesel: biogás nos
caminhões, o que traria uma série de benefícios simultâneos, como por exemplo, uma
utilização de 50% de biogás, daria pra alimentar um caminhão e ainda reciclar os
plásticos, economizando assim 38 litros de diesel diários.
Alguns municípios adotam como parte do sistema de gestão dos resíduos urbanos a
triagem pós-coleta como mostra a Figura 5.7.
Papel, vidros, plásticos, metais entre outros, 38% em peso do total produzido, ao
retornarem para a cadeia produtiva para serem reciclados com a energia advinda de
geração alternativa e descentralizada reduzem gastos públicos, permitindo a aplicação
dos recursos financeiros em áreas de maior relevância social, tais como educação e
saúde. Além disso, o reaproveitamento dos materiais diminui a quantidade de resíduos
destinada a aterros sanitários, aumentando sua vida útil e evitando a ocupação de novas
áreas para esta finalidade, aliás, cada vez mais escassas em regiões urbanizadas.
86
Materiais
Náo-Recicláveis
Materiais
Recicláveis
Aterro
Sanitário
Aproveitamento
em Motores
Ciclo Diesel
Biogás
Energia
Elétrica
Reciclagem
Triagem
Resíduos
Urbanos
Figura 5.7 - Fluxograma C – Disposição dos resíduos
Uma parcela mínima dos municípios destina seus resíduos para reciclagem, cerca de
135 municípios com sistemas de coleta seletiva no país, de acordo com o CEMPRE
(2004), pela alta demanda de energia convencional que esse processo exige, o que
acaba tornando inviável a reciclagem. Dessa maneira o reaproveitamento energético para
reciclar plásticos pós-consumo demonstrado no fluxograma acima (Figura 5.7) faz com
que a reciclagem torna-se viável economicamente.
Podemos neste tipo de arranjo para destinação e/ou tratamento dos resíduos
observarmos além de uma revalorização dos materiais através da reciclagem e
conseqüentemente um ganho econômico, ambiental e energético por exaurir menos os
recursos naturais e poupar energia na fabricação de novos materiais a partir da matéria
prima virgem, observarmos a utilização da energia elétrica produzida através do biogás,
como mostrada também no fluxograma B (Figura 5.6), para atender a demanda
energética da linha de reciclagem desses materiais pré-separados, além da utilização de
87
parcela do biogás não convertido em energia elétrica como combustível para motores do
ciclo diesel.
No local de estudo, o biogás gerado no aterro sanitário é suficiente para produzir
energia elétrica (11,7 GJ diários) para manter duas linhas de reciclagem de todos os
plásticos pós-consumo do município, com gasto equivalente a 11,2 GJ (3111 kWh)
diários, utilizando apenas a tecnologia do gás de lixo.
A reciclagem de plástico proporciona, ainda, economia de petróleo, que é um recurso
natural não renovável (1kg de plásticos equivale a 1 litro de petróleo), pois utiliza a
metade do necessário para a produção a partir de matéria-prima primária segundo
Calderoni (2003). Dentre as vantagens da reciclagem do plástico, deve-se incluir, ainda, o
aumento da vida útil e a melhoria da compactação dos resíduos urbanos e do sistema de
drenagem de líquidos nos aterros, visto o volume que esse material ocupa.
Outra forma de gestão dos resíduos adotada recentemente é a mostrada no
fluxograma D (Figura 5.8).
Neste tipo de configuração ocorre a coleta seletiva dos resíduos no município, onde
os responsáveis pela geração destes os segregam em resíduos secos e úmidos,
facilitando assim seu encaminhamento ao local de disposição e tratamento adequados.
Através da coleta seletiva pode se obter maior eficácia no aproveitamento dos
resíduos, já que estes sendo separados antes da coleta convencional evita serem
contaminados e consequentemente descartados nos aterros sanitários, contribuindo
assim para proteção ambiental e a utilização dos bens renováveis.
Com a separação do material úmido (matéria orgânica), este pode ser encaminhado
ao biodigestor que assim como ocorre nos aterros sanitários há aproveitamento do
biogás resultante da decomposição anaeróbica tanto para alimentar motores do ciclo
diesel, o que no caso de Itajubá-MG seria suficiente para alimentar toda a frota, bem
como para produzir energia elétrica, como mostrado nos casos anteriores, e ainda possui
a vantagem de produzir como subproduto do processo um composto, que segundo
muitos especialistas é tido como um dos melhores fertilizantes, tanto pela alto grau de
absorção dos nutrientes necessários por parte das plantas, como pela seu baixo valor
econômico.
88
Materiais
Náo-Recicláveis
Materiais
Recicláveis
Aterro
Sanitário
Aproveitamento
em Motores
Ciclo Diesel
Biogás
Energia
Elétrica
Reciclagem
Coleta
Seletiva
Resíduos
Urbanos
Material
Seco
Material
Úmido
Matéria
Orgânica
Biodigestor
Biofertilizante
Figura 5.8 - Fluxograma D – Disposição dos resíduos
A biodigestão da matéria orgânica em Itajubá, nos fornece um ganho em relação ao
potencial de produção de biogás e consequentemente na produção de energia elétrica,
aproximadamente 14,9 GJ (4139 kWh) diários, valor um pouco acima de que quando
utilizado a técnica do gás de lixo por diversos fatores, entre eles a facilidade de controle
do processo em biodigestores.
A energia elétrica produzida além de manter as linhas de reciclagem dos plásticos
pós-consumo do município, os 3,7 GJ (1028 kWh) restantes ainda podem serem
utilizados para outros fins, tais como, reciclagem de outros materiais, o que aumentaria o
volume de matéria-prima recuperada pela reciclagem dos resíduos que se encontra muito
abaixo das necessidades da indústria, embora haja uma tendência de crescimento. Mais
89
do que uma forma de responder ao aumento da demanda industrial por matérias-primas,
a reciclagem é uma forma de reintroduzir o lixo no processo industrial.
O biofertilizante, proveniente do processo de biodigestão acoplado na Figura 5.8,
apesar de não trazer benefícios energéticos e possuir para seu processamento um
elevado custo de investimento inicial, é de grande importância para a agricultura, por ser
um composto orgânico, que pode ser aplicado ao solo para melhorar suas características
sem ocasionar riscos ao meio ambiente, devido à inativação de patógenos entre outros
benefícios, agregando novamente valor econômico e ambiental ao resíduo que seria
descartado sem nenhum tratamento.
Como o processo de biodigestão é mais bem sucedido com matéria orgânica
previamente separada o ideal para a cidade de Itajubá seria utilizar os resíduos
provenientes de feiras de alimentos (Ceasa), por não possuir materiais que diminuem a
eficiência do processo ou até mesmo provocar a contaminação do biocomposto formado.
O fluxograma E (Figura 5.9), mostra a incorporação e adoção de uma nova tecnologia
para gestão e reaproveitamento energético dados aos resíduos nos municípios, a
incineração.
Apesar de ser um sistema que necessita de altos investimentos e controle ambiental
rigoroso quando se trata dos gases poluentes emitidos no processo, este pode gerar
energia elétrica e térmica, além de destruir todo material perigoso, que no aterro causaria
problemas, necessitando para isso de pequenas áreas de instalação.
Neste sistema temos um melhor reaproveitamento energético advindo dos resíduos,
tanto por parte da geração proveniente da matéria orgânica que antes eram
encaminhados apenas aos biodigestores e aterros sanitários, como da porção seca
contaminada com o material orgânico encaminhada aos incineradores.
A porção dos resíduos de Itajubá que podem ser incinerados, equivalente a 36
toneladas diárias, além de nos fornecer aproximadamente 158,2 GJ de energia térmica
que poderia ser utilizada em aquecimento, processos de secagem, entre outros, ainda
resulta em uma quantidade média de energia elétrica de 43,1 GJ (11972 kWh) ao ser
utilizado em um sistema caldeira-turbina a vapor-gerador.
Se utilizarmos essa forma de gestão dos resíduos de Itajubá, obteremos um ganho de
energia elétrica, quando comparada à tecnologia do Gás de lixo, e térmica advindas do
incinerador além de um ganho ambiental por menos resíduos serem encaminhados ao
aterro sanitário sem nenhum valor agregado, gerando poluição e demandando áreas
cada vez maiores.
90
Portanto apesar da incineração nos gerar energia térmica e elétrica, além de suas
demais vantagens, essa configuração seria melhor aproveitada utilizando apenas a
incineração para materiais contaminados com material orgânico e biodigestores para a
porção úmida (matéria orgânica) em si, principalmente pelo alto volume de gases
poluentes que deixariam de ser lançados a atmosfera quando comparada a biodigestão.
Materiais
Náo-Recicláveis
Materiais
Recicláveis
Aterro
Sanitário
Energia
Elétrica
Reciclagem
Coleta
Seletiva
Resíduos
Urbanos
Material
Seco
Material
Orgânico
e
contaminados
Incine rador
Energia
Térmica
Figura 5.9 -
Fluxograma E – Disposição dos resíduos
Os materiais devidamente separados pela coleta seletiva presentes nos resíduos
urbanos, podem juntamente serem encaminhados além da reciclagem para o incinerador
ou ainda receber outro tratamento, a gaseificação (Figura 5.10).
Esse processo, assim como na incineração, nos fornece energia elétrica e térmica,
mas com alguns diferenciais: menos poluição atmosférica devido as tecnologias de
controle de entrada de ar nos gaseificadores, menos controle na entrada dos resíduos e
uma maior produção energética dependendo do tipo de resíduo a ser gaseificado com
menor volume deste sendo enviado ao processo.
91
Materiais
Náo-Recicláveis
Materiais
Recicláveis
Aterro
Sanitário
Energia
Elétrica
Reciclagem
Coleta
Seletiva
Resíduos
Urbanos
Material
Seco
Material
Orgânico
(Restos de
Podas)
Gaseificador
Energia
Térm ica
Subproduto
(Bio-óleo)
Figura 5.10 -
Fluxograma F – Disposição dos resíduos
Quando aplicada a técnica para o estudo de caso, levando em consideração apenas
a gaseificação de restos de podas, o processo nos fornece 35,7 GJ de energia térmica e
12,5 GJ (3472 kWh) diários de energia elétrica, considerando nesse caso o uso de um
conjunto moto - gerador por esse nos oferecer uma maior eficiência energética quando
comprado a turbina a gás e também uma maior viabilidade econômica em relação à
mesma.
Pelo estudo pode-se perceber que além de uma maior viabilidade do processo de
gaseificação quando comparado incinerador, este ainda fornece uma maior quantidade
de energia elétrica, quando se considera a mesma quantidade de material (kg diários)
sendo enviada aos dois processos separadamente.
Por outro lado, ao ser utilizado a incineração para processar demais materiais e o
gaseificador para tratamento e geração de energia apenas com restos de podas, esse
dois processos conjuntamente teríamos um ganho em média de 11,4 GJ (3167 kWh) de
energia pra ser aproveitada na reciclagem.
92
Já o bio-óleo, subproduto proveniente da gaseificação, quando tratado e purificado
pode entre outras finalidades ser enviado ao incinerador para ser processado e desta
forma gerar energia térmica e elétrica.
De acordo com os cálculos realizados e levando em consideração a quantidade de
energia elétrica e térmica advindos das tecnologias descritas acima, temos que a melhor
maneira de se dispor os resíduos urbanos de Itajubá-MG, levando em consideração o
reaproveitamento energético para a reciclagem dos plásticos pós-consumo, bem como
uma gestão mais eficiente em termos ambientais, é a descrita pelo fluxograma G, (Figura
5.11).
Mate riais
Orgânico
Materiais
Seco
Coleta
Seletiva
Resíduos
Urbanos
Aproveitam ento
em Motores
Ciclo Diesel
Biogás
Biodigestor
Biofertilizante
Aterro
Sanitário
Energia
Elétrica
Incinerador
Energia
Térm ica
Restos
de podas
Reciclagem
Mate riais
Recicláveis
Gaseificador
Mate riais
contam inados
com restos
orgânicos
Restos
de
Alim entos
Energia
Térm ica
Subprodutos
(Bio-óleo)
Mate riais
Inertes
Figura 5.11 - Fluxograma G – Gestão dos resíduos para Itajubá - MG
93
Dessa maneira, a matéria orgânica, constituída de restos de alimentos, seria
encaminhada aos biodigestores, o que geraria aproximadamente 12,9 GJ (3583 kWh) de
energia elétrica, os restos de podas seria encaminhada ao gaseificador, gerando 12,5 GJ
de eletricidade e os materiais contaminados com material orgânico e tóxicos levados aos
incineradores, o que geraria 11,2 GJ (3111 kWh).
Por meio dessa configuração, a cidade de Itajubá-MG, geraria através dos seus
resíduos em média 36 GJ (10000 kWh) de energia elétrica, suficiente (11,2 GJ diários)
para reciclar os resíduos plásticos pós consumo do município, o que antes não era feito
devido ao alto valor econômico gasta nessa reciclagem quando se utilizava a energia
convencional advinda das concessionárias, e ainda um aproveitamento de 24,8 GJ (6889
kWh) na reciclagem de outros materiais além da obtenção de biofertilizante, que poderia
ser utilizado na agricultura e outros combustíveis como o bio-óleo.
O aterro sanitário nesse caso, apesar de não gerar energia por possuir uma
quantidade mínima ou até mesmo zero de matéria orgânica (que geraria o biogás), é de
grande importância para deposição dos resíduos inertes como os RCC.
94
6 - CONCLUSÕES
O aumento dos resíduos urbanos gerados a cada dia, aliada a escassez de energia
para um tratamento adequado dos mesmos, faz com que pesquisas sobre geração de
energia utilizando resíduos sólidos como matéria prima venham realizando significativos
avanços, como alternativa, frente aos métodos tradicionais.
A questão ambiental exige a pesquisa e a aplicação dos métodos tidos como
alternativas necessárias, devido ao aumento da produção de resíduos sólidos, a
escassez dos combustíveis fósseis, principalmente petróleo, no mundo, bem como os
problemas aliados ao uso dessas fontes convencionais de energia.
O uso de energia proveniente dos resíduos urbanos, além das vantagens já descritas,
vem de encontro à economia de combustível fóssil (fonte não–renovável) e à redução do
risco de déficit e melhora nas estimativas a longo prazo para a sustentabilidade
energética do país.
No Brasil ainda são poucas as iniciativas de utilização desse tipo de energia,
principalmente pelos elevados custos de implantação, operação, manutenção destas
tecnologias, e também por existir uma grande pressão por parte das empresas
exploratórias dos combustíveis fósseis, para não perderem mercado.
A reciclagem de plásticos utilizando energia elétrica “reciclada” dos resíduos urbanos
é uma alternativa viável para minimizar o impacto ambiental causado pela disposição
destes materiais em locais de descarte, bem como pelo alto custo da energia elétrica
convencional utilizada no processo. Este tema tem tornado cada vez mais importante,
pois, além dos interesses ambientais (economia de energia e poluição) e econômicos,
começam a surgir legislações cada vez mais rígidas no sentido de minimizar e/ou
disciplinar o descarte dos resíduos sólidos.
Dentre os processos de reciclagem, a mecânica é a mais utilizada no Brasil devido a
vários fatores como custo de mão-de-obra, baixo investimento para instalação de uma
planta de reciclagem, grande volume de polímero pós-consumo, entre outros, ao
contrário dos países da Europa e do Japão que utilizam a reciclagem química e
energética, majoritariamente.
Para que o município de Itajubá siga o caminho do desenvolvimento sustentável, é
vital que sejam valorizadas as fontes de energia renováveis, menos poluidoras além de
uma melhor gestão dos resíduos urbanos. Desta forma, as tecnologias de geração e
conversão energética avaliadas no estudo enquadram-se nos quesitos de
sustentabilidade e preservação ambiental, tendo em vista a grande quantidade de
emissões de metano, proveniente da decomposição anaeróbia do material orgânico,
95
principalmente restos de alimentos, que deixariam de ser lançadas na atmosfera, quando
reutilizado para geração de energia elétrica, sendo esta através de aterros sanitários ou
biodigestores, e a menor contaminação pela disposição inadequada dos resíduos
urbanos no município.
A utilização de processos de incineração, para tratamento de resíduos contaminados
com matéria orgânica e tóxicos além da gaseificação para processar restos de podas e
conseqüente produção de energia térmica e elétrica mostram-se também bastantes
eficientes para solucionar a problemática dos resíduos e conseqüentemente a geração
alternativa e descentralizada de energia.
O estudo possibilitou analisar dados bem como a composição física dos resíduos, o
qual permitiu encontrar o percentual médio de plásticos (12,9%), matéria orgânica
(41,9%), entre outros, dispostos diariamente pela população envolvida, bem como a
determinação da energia térmica e da energia elétrica “reciclada” a partir destes que
seriam descartados sem nenhum aproveitamento.
O levantamento de dados sobre equipamentos utilizados na reciclagem de plásticos
foi essencial para determinação da demanda energética necessária ao processo tanto
para plástico mole e PET (2,12 GJ/tonelada ou 589 kWh/tonelada) quanto para plástico
duro (0,11 GJ/tonelada ou 30,6 kWh/tonelada).
A energia elétrica gerada pela utilização do biogás, ao aplicar um estudo de caso no
município de Itajubá-MG, possível de se obter no aterro sanitário (11,7 GJ ou 3250 kWh
diários) e se for utilizado biodigestores (14,9 GJ 4139 kWh diários), é suficiente para
suprir a demanda energética necessária para reciclagem dos plásticos duros (0,17
GJ/dia), bem como os plásticos moles e PET (10,98 GJ diários) descartados diariamente
neste município.
Em posse da quantidade de biogás produzida e da energia elétrica gerada pelas
tecnologias do gás de lixo ou utilizando biodigestores separadamente, para processar
toda matéria orgânica (restos de alimentos e podas), pode-se diagnosticar que há
possibilidade da implantação de duas linhas de produção para reciclar plásticos pós-
consumo (6,83 toneladas.), que iriam para o aterro controlado da cidade diariamente:
uma de plásticos mole e PET e uma de plástico duro, linhas essas que consomem em
média no total 2,23 GJ (619 kWh) por tonelada de plástico reciclada, pela análise feita em
relação ao gasto energético em cada equipamento utilizado nas mesmas.
Ao se utilizar apenas os biodigestores, por serem mais eficientes, para reciclar
somente restos de alimentos e aterros para disposição de materiais inertes, sobrariam
1,7 GJ (472 kWh) de energia elétrica que poderiam ser aproveitada com iluminação ou
96
outras formas, e ainda como produto final obter o biofertlizante que poderia ser utilizado
para aumentar a fertilidade do solo.
A maior eficiência dos biodigestores pode ser explicada pela facilidade de controle
das características físicas, químicas e microbiológicas, o que não ocorre nos aterros
sanitários. O biodigestor torna-se ainda mais viável em termos energéticos quando há
seleção do material orgânico a ele enviado, já que certos materiais como os advindos dos
restaurantes não são bem biodigeridos pela grande quantidade de conservantes
presentes nesses resíduos.
Ao considerarmos aterro sanitário e biodigestor simultaneamente para produção de
energia na cidade referente ao estudo de caso, obtivemos uma perda de energia em
relação à utilização de biodigestores separadamente, o que nos dá a opção de
utilizarmos o aterro sanitário apenas pra deposição de materiais inertes, tais como
resíduos de construção civil.
A utilização do biogás em motores diesel, tal como em frotas coletoras de resíduos,
além de diminuir o consumo de diesel utilizado, acaba por acarretar ganhos econômicos
e ambientais para o município envolvido, tais como mitigação de gases de efeito estufa e
redução do consumo de diesel, já que usaríamos apenas 30% deste, sendo os outros
70% alimentado por biogás que além de ser barato, a queima deste em motores de
combustão interna ainda dispõe de calor residual.
Para Itajubá é necessário em média 573 Nm
3
de biogás diariamente para atender a
demanda dos seis caminhões coletores de resíduos que percorrem uma média de 50 km
diários cada um, o que mostra não ser possível atender toda a frota e ainda obter energia
elétrica suficiente para manter as linhas de reciclagem de plásticos pós-consumo.
Utilizando-se da incineração para tratamento de todo material orgânico, bem como
para aqueles contaminados, além de aumentar a vida útil do aterro sanitário pela menor
quantidade de resíduos a ele encaminhada e necessitar de menores áreas para sua
instalação quando comparado a este, nos fornece aproximadamente 43,1 GJ (11972
kWh) de energia elétrica e 158,2 GJ de energia térmica que pode ser utilizada para
outros fins, além de geração de energia elétrica, tais como aquecimento e secagem.
A gaseificação através de um sistema moto-gerador nos fornece uma maior eficiência
quando comparada a incineração, ao tratar 2 toneladas diárias de material seco (resíduos
de podas) presentes nos resíduos urbanos de Itajubá. Por esse processo obtivemos 35,7
GJ referente à energia térmica e aproximadamente 12,5 GJ (3472 kWh) de energia
elétrica diariamente.
97
A implantação do projeto de reciclagem através do aproveitamento energético dos
resíduos urbanos em Itajubá trará benefícios sócio-ambientais à cidade do estudo e
conseqüentemente a região em torno do município. Dentre estes benefícios podem ser
apontados a geração de empregos diretos e indiretos principalmente no processo de
reciclagem, redução de odores no aterro, iluminação, melhor gestão dos resíduos sólidos,
mitigação de gases de efeito estufa entre outros.
Ao analisar as diversas configurações existentes para destinação dos resíduos
urbanos e reaproveitamento energético para geração de energia elétrica e térmica para a
cidade de Itajubá e conseqüente reciclagem dos plásticos pós-consumo, temos que a
utilização de biodigestores para tratamento dos restos alimentares e obtenção de
fertilizante rico em nutriente para ser utilizado como adubo; o gaseificador utilizado para
tratamento dos resíduos de podas e obtenção de subprodutos como o bio-óleo para ser
utilizados como combustível; o uso de aterros sanitários para deposição apenas dos
materiais inertes; e por fim, a incineração para processamento de materiais contaminados
e com resíduos orgânicos, todas para produção de energia elétrica e térmica, seria a
maneira mais viável ambientalmente, economicamente e energeticamente (36 GJ ou
10000 kWh diários) de disposição e tratamento dos resíduos urbanos de Itajubá-MG.
O estudo realizado, não trata apenas de discutir novas tecnologias para geração de
energia alternativa e/ou especificar uma melhor destinação dos resíduos urbanos, mas
sim, de discutir uma melhor gestão dos resíduos urbanos baseado em questões
energéticas, sociais e ambientais, pois a disposição dos rejeitos nada mais é do que a
etapa final de um grande ciclo: aquele em que os produtos utilizados pelo homem para
suprir suas necessidades vitais são devolvidos e reintegrados ao ambiente de onde foram
retirados, através de técnicas compatíveis, econômicas e ambientalmente favoráveis
A partir da caracterização dos resíduos sólidos urbanos e do plano de gestão
estudado, podem-se propor alternativas à prefeitura local para gerenciar todos resíduos
produzidos, e ainda mobilizar a população para execução das mesmas, mas tudo isso só
será possível com participação dos responsáveis no âmbito de querer solucionar o
problema e oferecer uma melhor qualidade social a população.
As idéias apresentadas neste trabalho, bem como a metodologia podem vir a ser
aplicadas ou até mesmo sugeridas a outros municípios que, independentemente do seu
porte, planejem realizar ações que visem dar uma solução adequada aos resíduos
urbanos e realizar ações par um reaproveitamento energético, reaproveitando os
resíduos, principalmente ao plástico o qual é insustentável sua disposição em lixões e
aterros pelo grande volume que estes ocupam e pelo elevado tempo de decomposição.
98
Portanto, um modelo de gestão, descentralizada e com participação da sociedade
constituí-se numa nova via para o gerenciamento adequado de resíduos urbanos no país
tanto em termos econômicos como social, ambiental e energético, pelo reaproveitamento
energético advindos dos resíduos urbanos.
99
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APÊNDICE
Aplicativo para Execução da Metodologia Proposta para o Reaproveitamento
Energético dos Resíduos Urbanos
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