ISSN 0798 1015

Vol. 38 (Nº 18) Año 2017. Pág. 21

Portfólio bibliográfico da utilização de resíduos provenientes da suinocultura na geração de bioenergia

Bibliographic portfolio using waste from pig farming in the generation of bioenergy

Cliceu MARTINKOSKI 1; Nathalie Hamine Panzarini RODRIGUES 2; Reinaldo Luan RODRIGUES 3; Jeferson Jose GOMES 4; Clécius José MARTINKOSKI 5; Cintia Regina MORAIS 6

Recibido: 18/10/16 • Aprobado: 25/11/2016

Conteúdo

1. Introdução

2.Resíduos da suinocultura

3. Metodologia

4. Resultados e discussão

5. Considerações finais

Referências

1. Introdução

Entre as principais fontes de energia utilizadas mundialmente estão os derivados do petróleo. Entretanto, os elevados preços do petróleo como consequência das crises de 70 e 80, bem como os impactos ambientais, econômicos e sociais decorrentes do uso intensivo de fontes não renováveis de energia, incentivam a busca por fontes de energia alternativas. (FERREIRA JUNIOR e RODRIGUES, 2015).

No Brasil, o estudo de alternativas energéticas, visando o desenvolvimento socioeconômico e a sustentabilidade ambiental, data da década de 1920. Uma alternativa relevante é a utilização da biomassa para geração de biogás. Este é um combustível renovável gerado a partir da digestão anaeróbia de resíduos orgânicos que podem resultar de fontes industriais, agrícolas e/ou municipais. Logo, contribui na reutilização de resíduos sólidos, utilizando-os como recurso e não como resíduo, bem como ajuda a reduzir os problemas de contaminação e propagação de doenças relacionadas com o mesmo (MARTINS, 2014; RODRIGUEZ et.al., 2013).

A biodigestão anaeróbia é um método de tratamento onde a matéria orgânica é degradada até a forma de metano (CH4) e dióxido de carbono (CO2). A emissão de metano depende basicamente do meio em que acontece a decomposição desse material. O Brasil  concentra atualmente o terceiro maior rebanho de suínos do mundo (38,9 milhões de cabeças) grande parte desse rebanho encontra-se nas Regiões Sudeste e Sul do país, sendo o Paraná  o terceiro maior Estado produtor de  suínos.

Assim, faz-se necessário a utilização e elaboração de estratégias que amenizem a situação. Esta produção suína também representa um grande volume de dejetos que, além de altamente poluentes, na maioria dos casos não recebem tratamentos adequados, sendo lançados diretamente no ecossistema. Desta forma os biodigestores despontam como uma alternativa para a sustentabilidade da atividade, agregando valor à produção, diminuindo custos e impactos ambientais (HACHMANN et. al., 2013; JUNGUES, 2009).

Dentro deste contexto, o objetivo geral deste artigo é realizar uma revisão da literatura sobre a geração de biogás através dos resíduos da suinocultura, bem como os diferentes tipos de biodigestores utilizados para a produção de energia.

2. Resíduos da suinocultura

O âmbito rural brasileiro passou por acentuada revolução tecnológica ao longo das últimas décadas que resultou em considerável aumento da produtividade. Por equivalência, as operações agrícolas tem se mostrado como grandes geradoras de resíduos em todo o mundo. Em especial relacionado à produção brasileira de suínos, normalmente os dejetos são lançados sem tratamento em rios e mananciais demonstrando um enorme potencial poluidor, pois este material contém fezes, urina, restos de alimentos não ingeridos e os germes e bactérias que os acompanham (ARVANITOYANNIS, 2008; ANGONESE et al., 2006).

Segundo Oliveira (2009), a suinocultura é uma atividade importante do ponto de vista social e econômica. No entanto, sua exploração é considerada pelos órgãos de controle ambiental, como “atividade potencialmente causadora de degradação ambiental”, sendo enquadrada como de grande potencial poluidor.

A suinocultura  tem um grande poder de geração de resíduos. São produzidos entre 5,7 a 7,6 litros de dejetos/dia, para suínos com faixa de peso entre 57 a 97 kg. Os dejetos de suínos são 260 vezes mais poluentes quando comparados com o potencial poluente dos esgotos domésticos (Angonese et al. 2006; HACHMANN et. al., 2013).

Levando em consideração a defição da equivalência populacional,  em termos de poluição de matéria orgânica, um suíno adulto equivale em média, a 3,5 pessoas adultas. Os resíduos contem altas cargas de fósforo e azoto, patógenos, sedimentos  e alguns metais pesados. A água residual de suinocultura é vastamente utilizada como fertilizante em muitos países dado sua alta carga orgânica. Contudo, a intensa criação de animais agregado às altas cargas orgânicas do resíduo, pode classificar os resíduos como responsavel por grande potencial poluidor do solo e causadores de eutrofização em corpos hídricos ( CREMONEZ, 2015).

É necessário evitar que um volume tão grande de dejetos continue a ser lançado no meio ambiente, poluindo mananciais, solo, ar, pois comprometem não somente a qualidade de vida  das populações rurais e urbanas, como também, as sobrevivência da fauna e da flora das regiões  onde os criatórios estão inseridos (BARICGELLO et. al. 2012).

Neste contexto, Martinez et al (2003) relata que a tecnologia da digestão anaeróbica em biodigestores é uma das possibilidades para o combate da poluição gerada por esta atividade e que ao mesmo tempo, agrega valor às propriedades rurais, uma vez que, apresenta aspectos de saneamento e energia, além de estimular a reciclagem de nutrientes.

2.1. Geração de Biogás na Suinocultura

2.1.1. Biodigestor

De acordo com a Associação Paranaense de Suinocultores-APS, existem cerca de dois mil biodigestores implantados no Brasil, mas este número ainda é pequeno, se comparado com as mais de 700 mil propriedades que produzem suínos no território nacional. Com a finalidade de produzir energia limpa, o biodigestor é uma alternativa para a produção de energia nas pequenas propriedades rurais e comunidades do interior (RITTER et. al 2013).

Segundo Zammar (2014) e Oliver (2008) a biodigestão anaeróbica permite o aproveitamento do esterco animal juntamente com a água utilizada para limpeza, canalizando-os até um separador horizontal de líquidos e sólidos, onde apenas o líquido é destinado ao biodigestor para a produção de biogás. Já a biomassa sólida é empregada como biofertilizante beneficiando o aumento da produtividade, preservação do meio ambiente e na saúde humana e animal como apresenta a figura 1:

Figura 1 -  Benefícios do biodigestor

Fonte: OLIVER (2008).

Dentre os benefícios alcançados com a utilização dos biodigestores estão à geração de biogás, energia limpa e renovável, utilizado em motores, geradores de energia elétrica, secadores diversos, aquecimento, etc. (OLIVER, 2008).

Segundo Hachmann et. al. (2014)os biodigestores são reatores anaeróbios, alimentados com biomassa (esterco) e que têm como produtos o biogás e o biofertilizante. Sua estrutura consiste em uma câmara de digestão e um gasômetro. A câmara de digestão é onde acontece a degradação da matéria orgânica, possuindo uma parede divisória, que favorece a hidrodinâmica e eficiência do processo. O gasômetro encontra-se sobre a câmara de digestão e é onde o biogás fica retido para seu posterior uso.

A emissão de metano depende, principalmente, do meio em que ocorre a decomposição desse material. A suinocultura acaba sendo a grande responsável pelas emissões de metano dos dejetos, já que o sistema de criação adotado no Brasil caracteriza-se pelo confinamento total, e sua decomposição ocorre em meio anaeróbio. Porém, com a utilização de biodigestores, esse problema pode ser facilmente resolvido, pois é possibilitada a captura desse gás e sua posterior queima (ORRICO JÚNIOR, 2010).

2.1.2 Modelos de Biodigestores

Vários modelos de biodigestores têm sido desenvolvidos e adaptados, buscando a estabilização de resíduos, visando tanto aumentar a eficiência, quanto também a redução de custos de implantação (RICARDO, 2012).

Compreendendo os biodigestores de abastecimento contínuos, no Brasil os modelos mais empregados em propriedades que produzem biomassa de origem bovina e suina são: biodigestor com cúpula fixa (modelo chinês) e o biodigestor com campânula flutuante (modelo indiano) (FONSECA, 2009; TEIXEIRA, 2012).

O modelo chinês é mais rústico e completamente construído em alvenaria, ficando quase totalmente enterrado no solo. Formado por uma câmara cilíndrica feita em alvenaria para a fermentação, com teto abaulado, impermeável, destinado ao armazenamento do biogás. Funciona, normalmente, com alta pressão a qual varia em função da produção e consumo do biogás, dessa forma conta com uma câmara de regulagem, a qual lhe permitiria trabalhar com baixa pressão (PERMINIO, 2013, SALES, 2014).

Figura 2 - Representação tridimensional em corte do biodigestor modelo chines.
Fonte: DEGANUTTI et al., 2002

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Figura 3 - Biodigestor modelo chinês
Fonte: DEGANUTTI et.al., 2002

De acordo com os críticos do biodigestor tipo chinês, a grande restrição para seu uso é a oscilação da pressão de consumo, ora com pressões elevadas, ora com baixas pressões. Conforme as demais soluções encontradas, como impermeabilização e o processo construtivo, a obtenção de uma pressão constante no consumo deveria ser simples e acessível. A instalação do biodigestor deve ser feita sob a supervisão de uma equipe capacitada na área de condução de gases. Tais profissionais podem ser encontrados com o auxílio da EMATER de cada Estado ou das cooperativas e associações pecuaristas  (PERMINO, 2013).

O modelo indiano é o mais usado no Brasil devido à sua funcionalidade. Quando construído, apresenta o formato de um poço que é o local onde ocorre a digestão da biomassa, coberto por uma tampa cônica, isto é, pela campânula flutuante que controla a pressão do gás metano e permite a regulagem da emissão do mesmo. Outra razão para sua maior difusão está no fato do outro modelo, o chinês, exigir a observação de muitos detalhes para sua construção.

O biodigestor Indiano (Figura 4 e Figura 5) caracteriza-se por possuir uma campânula como gasômetro, a qual pode estar mergulhada sobre a biomassa em fermentação, ou um selo d’água externo, e uma parede central que divide o tanque de fermentação em duas câmaras (DEGANUTTI et al., 2001; PERMINO, 2013).

Figura 4: Representação tridimensional em corte do biodigestor modelo indiano.
Fonte: DEGANUTTI et. al,(2002).

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Figura 5 - Biodigestor modelo indiano.
Fonte: DEGANUTTI et.al., 2002

A fim de esclarecer as vantagens e desvantagens de cada modelo de biodigestor, o Quadro 1 a seguir, apresenta uma comparação entre as características globais dos dois modelos:

Quadro 1 - Comparação de características de construção.
Fonte: Adaptado de PERINO (2013). 

2.2 Biogás

O biogás é uma mistura gasosa combustível, produzida através da digestão anaeróbia, e processo fermentativo. A produção de biogás é possível a partir de diversos resíduos orgânicos, como dejetos de animais, lixo doméstico, resíduos agrícolas, efluentes industriais e plantas aquáticas. Nesse caso, quando a digestão anaeróbia é realizada em biodigestores, a mistura gasosa resultante do processo de biodigestão pode ser usada como combustível, o qual, além de seu alto poder calorífico, não produz gases tóxicos durante a queima, e é uma ótima alternativa para o aproveitamento dos dejetos produzidos. Por fim, ainda deixa como resíduo um lodo que é um excelente biofertilizante (SANTOS,2013).

O biogás é uma fonte renovável de energia formada por uma mistura de metano (CH4) e de gás carbônico (CO2), com concentrações de 65% e 35%, respectivamente, e pode substituir as fontes convencionais na produção de suínos. Estudos sobre a geração de energia elétrica a partir do biogás gerado por dejetos de suínos e a análise econômica ainda são encontrados com certa escassez (OLIVEIRA & HIGARASHI, 2006; ZAGO, 2003). Isso levou a um considerável incremento na disponibilidade de biogás e ao surgimento da alternativa da geração de energia elétrica que pode ser aproveitada no sistema de produção ou ser vendida para as concessionárias ( MARTINS e OLIVEIRA, 2011).

Gomes et. al. (2014) cita que a geração de biogás pode ocasionar algumas vantagens e desvantagens, como mostrado no Quadro 2.

Quadro 2 - Vantagens e desvantagens da geração de biogás.
Fonte: Adaptado de Gomes et. al. 2014.

Ainda segundo Rodrigues (2006), pode-se realizar a seguinte equivalência em relação a produção de 1 metro³, ilustrado na Tabela 1.

Tabela 1 - Equivalência do Biogás
Fonte: adaptado de Rodrigues, 2006.

O aproveitamento do biogás para fins de aquecimento, geração de energia elétrica ou como combustível veicular, traz benefícios estratégicos contribuindo como fonte alternativa de energia, benefícios ambientais colaborando com a mitigação do metano, um dos principais gases responsável pelo efeito estufa, benefício socioeconômicos com uso de equipamentos e insumos nacionais desenvolvendo a tecnologia nacional e no emprego de mão de obra qualificada e não qualificada nas várias etapas do processo (PAVAN, 2010).

3. Metodologia

Trata-se de um estudo do tipo descritivo, de revisão sistemática da literatura, que adotou as seguintes etapas para a seleção da amostra: escolha da questão temática, estabelecimento de critérios de inclusão e exclusão de artigos, definição das informações a serem extraídas, análise e interpretação dos resultados e apresentação da revisão (ROSA, 2012).

Por meio do portal da Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) foram consultadas as seguintes base de dados: ScienceDirect e Scopus. Na consulta dos periódicos, primeiramente como palavra chave na língua inglesa buscou-se o termo "biodigester", na sequência realizou-se uma nova busca também na língua inglesa o termo "bioenergy". A seguir definiu-se como palavras chaves a combinação dos dois termos na língua inglesa: "biodigester" and "bioenergy". Na sequência foram aplicados dois filtros de seleção.

 O primeiro foi relacionado ao tipo de documento, no qual foi selecionado o tipo "article" ou "journals", uma vez que somente esses passam por processos de avaliação por pares na sua versão completa.

O segundo filtro considerou todos os artigos publicados nos últimos cinco anos (2012-2016), porém foram analisados os artigos publicados até setembro de 2016, pois o período de busca e análise ocorreu em outubro de 2016.

4. Resultados e discussão

Na primeira etapa de seleção dos artigos foram encontrados 132 artigos brutos com reconhecimento científico para o termo "biodigester" (Tabela 2).

Tabela 2 – Artigos com a palavra “BIODIGESTER”
Fonte: autoria própria.

Na segunda etapa de seleção foram encontrados 9539 artigos no total para o termo “bioenergy”, como ilustrado na Tabela 3.

Tabela 3 – Artigos com a palavra “BIOENERGY”
Fonte: autoria própria.

Por fim, na terceira etapa onde foram combinados os termos "biodigester" e "bioenergy", houve uma redução significativa, encontrando-se apenas 8 artigos com reconhecimento científico, conforme Tabela 4.

Tabela 4 – Artigos combinando as palavras “BIODIGESTER E BIOENERGY”
Fonte: autoria própria.

Após a leitura de todos os artigos, chegou-se a um montante de 8 artigos que se referiam aos temas biodigestores e bioenergia, as referências dos mesmos são ilustradas a seguir no Quadro 3, referente a base de dados Scopus.

Quadro 3 – Referências dos artigos encontrados na base de dados Scopus.
Fonte: autoria própria.

Já o Quadro 4 traz os resultados referentes aos artigos encontrados na ScienceDirect.

Quadro 4 – Referências dos artigos encontrados na base de dados ScienceDirect.
Fonte: autoria própria.

Desta forma o Quadro 5 apresenta os 8 artigos encontrados nas duas bases de dados, Scopus e ScienceDirect, com o principal objetivo de cada um, bem como o nome do periódico onde foram publicados.

Quadro 5 - Vantagens e desvantagens da geração de biogás.
Fonte: Adaptado de Gomes et. al. 2014.

Levando em conta as informações apresentadas pelos 8 artigos, a avaliação permite concluir que há uma variedade de aplicações e tipos de biodigestores, com as mais variadas tecnologias, materiais, tamanho ou modelo. Estes podendo influenciar diretamente nos custos e rendimentos para a produção de energia elétrica.

5. Considerações finais

O presente estudo objetivou apresentar uma visão sobre a utilização dos resíduos da suinocultura para a geração de biogás. Diante da busca por fontes alternativas de energia, destaca-se o biogás gerado a partir da biomassa de criação de suíno.

Verifica-se o aumento de biodigestores implantados no Brasil, porém esse número é pequeno comparado com o número de propriedades rurais produtoras de suínos. Visto o auto potencial poluidor dos resíduos advindos da suinocultura a possibilidade do uso do biogás e biofertilizante nas propriedades, agregando valor ao processo de tratamento dos dejetos e diminuindo os custos de produção diante da redução dos gastos do produtor com compra de energia e insumos.

A interpretação da análise dos artigos encontrados, permite deduzir que a combinação dos dois temas biodigestor e bioenergia precisa ser mais estudado e aprofundado, tendo em vista que apenas oito artigos apresentaram a combinação dos dois temas e que atuam na produção de energia, existindo assim uma lacuna relacionada a estudos prescritivos.

Considerando os aspectos apresentados, conclui-se que a suinocultura, aliada à técnicas de produção de energia a partir da produção de biogás, torna-se uma alternativa rentável para o produtor e benéfica para a gestão ambiental dentro das propriedades.

Referências

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