Analise tecnico-economica para aproveitamento energetico do gas gerado em aterros sanitarios utilizando pilhas a combustivel : o caso do municipio de Campinas - SP - Brasil

Orientadores: Pablo Cesar Cadavid Perez, Ennio Peres da Silva

Access type:openAccess
Publication Date:2004
Main Author: Cadavid Perez, Pablo Cesar
Advisor: Oliveira, Wagner dos Santos, 1947-
Referee: Campos, João Sinezio Carvalho, Linardi, Marcelo
Document type: Master thesis
Language:por
Published: [s.n.]
Universidade Estadual de Campinas. Faculdade de Engenharia Quimica
Portuguese subjects:
Online Access:http://repositorio.unicamp.br/jspui/handle/REPOSIP/267633
Citation:CADAVID PEREZ, Pablo Cesar. Analise tecnico-economica para aproveitamento energetico do gas gerado em aterros sanitarios utilizando pilhas a combustivel: o caso do municipio de Campinas - SP - Brasil. 2004. 148p. Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica, Campinas, SP. Disponível em: <http://www.repositorio.unicamp.br/handle/REPOSIP/267633>. Acesso em: 4 ago. 2018.
Portuguese abstract:Resumo: Devido às constantes crises no mundo causadas pela dependência do petróleo tem-se buscado diversificar as fontes primárias energéticas, tais como, energia solar, eólica, hidráulica e biomassa. Além disso, é cada vez maior a preocupação com a contaminação atmosférica que constitui um dos problemas decorrentes do intenso uso do petróleo. Entre as alternativas que apresentam um interesse crescente está a exploração do gás gerado em aterros sanitários que tem uma composição média em massa de 50% de metano, 40% de gás carbônico e 10% de outros gases. No país, os aterros são ricos em resíduos orgânicos, o que contribui para formação de grandes quantidades de metano; porém, atualmente os gases são queimados sem qualquer tipo de aproveitamento energético. Do ponto de vista ambiental, as emissões gasosas de aterros sanitários contribuem para o aquecimento global do planeta com alguns gases apresentando alto grau de toxicidade, mau cheiro, perigo de explosão, além de outros riscos. Assim, o objetivo desta pesquisa é apresentar o Projeto Conceitual e Análise Técnico-Econômica preliminar para o aproveitamento do gás gerado em aterros sanitários, utilizando pilhas a combustível na produção de energia elétrica e térmica, levando também à diminuição da poluição atmosférica. O projeto inclui uma concepção de um Sistema Integrado inovador na área de aproveitamento de biogás, que consiste na exploração conjunta da Unidade Receptora e de Tratamento de Resíduos (URTR), Complexo Delta, do Município de Campinas/SP e da Estação de Tratamento de Esgoto (ETE), Piçarrão, do mesmo Município. Nessa integração, além da geração de energia elétrica e térmica, é possível a exploração do gás carbônico para neutralização de esgoto alcalino, por meio de um Reator de Neutralização de Esgoto Alcalino (RNEA) e a utilização dos lodos gerados nos biodigestores da ETE como material de cobertura na UR TR. A determinação do potencial de gás aproveitável é obtida por meio de métodos de cálculo e dados, teóricos e experimentais, utilizando o valor total de resíduos domiciliares e comerciais, depositados na URTR e sua composição percentual. Utilizando a análise termodinâmica das reações de fermentação e combustão tem-se que o volume gerado de CH4 por ano é VCH4 = 149,1 l/kg. Pela análise das reações de biodegradação, tem-se que o volume total de gases é VTOTAL = 287,7 l/kg. Comparando VTOTAL com VCH4, pode ser confirmado que a composição de CH4 está entre 50 e 65%, valores médios encontrados na literatura. Pela análise da cinética das reações foi calculado um fator de eficiência de biodegradação entre 46,6 e 55,4%, sendo que estes valores também correspondem com valores teóricos. O potencial total de gás aproveitável calculado teórica e experimentalmente para 190.000 ton/ano de resíduos foi de 16,7 milhões m3/ano, assumindo 60% de extração de gases. O potencial energético total real do aterro utilizando PAFC's é de 2,32 MW. Concluiu-se que existe viabilidade técnica para implantação do sistema, o qual será economicamente atraente a médio-longo prazo em dependência do avanço da tecnologia de pilhas a combustível e das mudanças políticas e econômicas do setor energético do país
English abstract:Abstract: Due to the constants crises in the world caused by the dependence of the petroleum many researches have been done in order to diversify the energy primary sources, such as, solar energy, wind energy, hydraulic energy and biomass energy. Besides, it is every time larger the concern with the atmospheric contamination. Among the alternatives that present a growing interest it is the exploration of the gas generated in landfill that has a medium composition of 50% of methane, 40% of carbon gas and 10% of other gases. In the country, the landfill is rich in organic residues, what contributes to formation of great amounts of methane; however, now the gases are burned without any type of energy use. Of the environmental point of view, the gaseous emissions of landfill contribute to the global heating of the planet with some gases presenting high toxicity degree, bad smell and explosion danger, besides other risks. Like this, the objective of this research is to present the Conceptual Project and preliminary Technician-economical Analysis for the use of the gas generated in landfill, using fuel cell in the electric and thermal energy production, also taking to the decrease of the atmospheric pollution. The project includes a conception of a SYSTEM INTEGRATED innovative in the area of biogas use that consists of the united exploration of the Landfill Complexo Delta (URTR), of the Municipal district of Campinas/SP/Brazil and of the Waste Water Treatment Station (ETE), Piçarrão, of the same Municipal district. In that integration, besides the electric power generation and thermal, it is possible the exploration of the carbon gas for neutralization of alkaline waste water, through a Neutralization Reactor (RNEA) and the use of the sludge generated in the biodigestors of ETE as covering material in URTR. In order to evaluate the energetic potential of this system, the amount of profitable gas was calculated, using different theoretical and experimental methodologies. Using the thermodynamic analysis of the fermentation reactions and combustion was calculated the generated volume of CH4 a year (VCH4 = 149.1 l/kg). For the analysis of the biodegradation reactions was calculated the total volume of gases (VTOTAL = 287.7 l/kg). Comparing VTOTAL with VCH4, it can be confirmed that the composition of CH4 is in the strip between 50 and 65%, medium values found in the literature. For the analysis of the kinetics of the reactions a factor of biodegradation efficiency is calculated between 46.6 and 55.4%, that you/they are also values found in the literature. The total theoretical and experimental potential of profitable gas for 190,000 ton/year of residues and assuming 60% of extraction of gas is 16.7 million m3/year. The total potential energy of the landfill using the PAFC is 2.32 MW. It was concluded that technical viability exists for implantation the fuel cell system, which will be economically attractive the medium-long period in dependence of the progress about fuel cell technology and political and economical changes of the energy section in the country