HOME | ÍNDICE POR TÍTULO | NORMAS PUBLICACIÓN Espacios. Vol. 37 (Nº 03) Año 2016. Pág. 1
Vanessa Alueth CAILLOT 1; Antônio Carlos de FRANCISCO 2; João Luiz KOVALESKI 3; Cristine Brandt da SILVA 4; Jovani Taveira de SOUZA 5
Recibido: 11/09/15 • Aprobado: 11/10/2015
RESUMO: Preocupações com a segurança energética, associadas a recente elevação do preço da energia de fontes hidrelétricas, a crescente necessidade de mitigação dos impactos ambientais associados à energia a partir de combustíveis fósseis como as emissões de gases com efeito de estufa, tem acelerado a busca pela implantação de combustíveis renováveis . As indústrias tem um grande numero de processos, que requerem a utilização intensiva de energia. Esta energia advém em grande parte das caldeiras e da rede hidrelétrica. Este estudo tem como objetivo identificar através de revisão bibliográfica o potencial de geração de biogás a partir de efluentes industriais. Os resultados mostram que Biogás se mostra uma alternativa promissora como fonte de energia ao mesmo tempo em que suprime outra questão importante na indústria, a eliminação de resíduos. |
ABSTRACT: Concerns about energy security, associated with the recent increase in the price of energy from hydroelectric sources, the growing need for mitigation of the environmental impacts associated with energy from fossil fuels such as gas emissions of greenhouse gases, has accelerated the search for deployment renewable fuels. The industry, particularly the food processing industries have a large number of processes that require energy intensive. This energy comes largely from boilers and hydroelectric network. This study aims to identify through literature review the potential for biogas generation from industrial wastewater. Biogas yet shown a promising alternative for energy while suppressing another important issue in the industry, the waste disposal. |
As mudanças climáticas são um dos mais graves problemas da atualidade. Os combustíveis fósseis têm sido apontados como o principal responsável por estas mudanças através da intensificação do efeito estufa, relacionado com a emissão de gases como dióxido de carbono (CO2), metano (CH4) e óxido nitroso (N2O). Por outro lado as atividades humanas são responsáveis por gerar quantidades estrondosas de resíduos, acelerando a liberação de gases de efeito estufa para o ambiente. Contudo o uso de resíduos para produção de energia se mostra cada vez mais interessante, tendo em vista a resolução das quantidades de resíduos lançadas no meio ambiente, bem como uma alternativa para substituição dos combustíveis fósseis.
Os esforços devem se concentrar em diminuir os efeitos adjacentes resíduos orgânicos através da utilização do mesmo como matéria-prima para a produção de energia. Os sistemas de digestão anaeróbia antes restrita ao tratamento de resíduos vegetais e animais, atualmente pode ser amplamente aplicado para o tratamento de resíduos sólidos agrícolas, industriais e municipais para obter biogás, contribuindo para a redução de resíduos e a proteção do ambiente.
As atividades industriais geram quantidades de subprodutos que exige etapas de tratamento abrangente devido às regulamentações nacionais. O tratamento atual dos resíduos é um processo intensivo e de custo elevado. Neste contexto, a digestão anaeróbica pode desempenhar um papel-chave a fim de produzir energia renovável na forma de um biogás, que pode ser usado no local para gerar processo de calor e eletricidade, bem como a substituir os combustíveis convencionais. Além disso, permite uma estabilização controlada do material orgânico, reduz as emissões de gases de efeito estufa e contribui para o fechamento de ciclos de nutrientes. Vários estudos em sido desenvolvidos a respeito da produção de biogás a partir de residuos indústrias advindos de matadouros Otner et al., (2015), Pitk et al (2013), Bayr et al., (2012), industrias de laticínios Coskun (2012) industrias de processamento de batatas Battista (2015).
Este estudo se mostra importante a fim de produzir novos conhecimentos a respeito da geração de energia a partir de resíduos, além de proporcionar contribuição para mitigação de impactos ambientais relativos à produção industrial. Desta forma, este estudo tem como objetivo identificar o potencial de geração de biogás a partir dos efluentes industriais. Assim, esta pesquisa poderá assessorar as organizações na a criação e implementação de energia renovável, podendo a mesma ter repercussão positiva, alavancando a competitividade da organização no mercado ao mesmo tempo que reduz o seu impacto sobre o meio ambiente.
A energia é essencial para todos os aspectos do bem estar humano, assim como para o desenvolvimento econômico. A revolução industrial deu inicio ao crescimento constante do consumo, elevando consideravelmente o uso de fontes geradoras de energia para a realização das atividades industriais. O advento da tecnologia, a inserção de processos cada vez mais automatizados, assim como a mudança dos hábitos de consumo da população tornou progressiva a demanda por energia.
As fontes energéticas são classificadas em renováveis, quando podem ser utilizadas por um longo período de tempo sem a possibilidade de esgotamento e não renováveis, quando os recursos teoricamente limitados pela quantidade existente no planeta. Em sua maioridade a energia elétrica utilizada no planeta é proveniente de combustíveis fosseis e não renováveis, como o carvão mineral, petróleo e gás natural, responsáveis pela liberação de grande quantidade de poluentes no meio ambiente. Além da preocupação ambiental, o uso de energia renovável se mostra necessário a fim de reduzir a dependência excessiva dos combustíveis fosseis, tendo em vista a flutuação da oferta, consequentemente dos preços afim de promover segurança no abastecimento (NOGUEIRA, 2011).
As fontes de energia não renováveis, também denominadas fontes de energia convencionais, uma vez que o sistema energético atual se baseia na utilização destas, suas principais características são, a origem fóssil e quantidade limitada em que se encontram na natureza em e se extinguem com sua utilização. Uma vez esgotadas estas reservas não podem ser regeneradas. Também são responsáveis por grande parte do prejuízo ambiental como a depleção da camada de ozônio e acumulo de gases de efeito estufa (ANEL 2008).
A energia nuclear surgiu como uma possível saída para dependência dos combustíveis fosseis e ao problema do efeito de estufa. Não apresenta emissão gases poluentes para a atmosfera; contribui para a diversificação das fontes de energia, diminuindo a vulnerabilidade do país às oscilações de preço dos combustíveis fósseis (ANEL 2008). Segundo Murakami (2015) em contrapartida apresenta elevados riscos inerentes à produção tais como o perigo de explosão nuclear, fugas radioativas; produção de resíduos radioativos e contaminação radioativa.
O carvão é uma rocha orgânica formada pela ação do tempo em raízes, troncos, folhas e galhos de arvores. Suas propriedades combustíveis se dão pela composição principalmente de carbono. A abundância na natureza faz com que seu custo seja baixo, com mais de 50 jazidas ao redor do mundo e reservas totalizam 847,5 bilhões de toneladas, quantidade capaz atender a demanda atual por 130 anos. (ANEL, 2008).
Segundo International Energy Agency (IEA), a energia proveniente do carvão é a mais utilizada no mundo, correspondendo a 41% da produção total, a participação do mineral na geração global de energia primária, que contempla outros empregos além da geração de energia elétrica, corresponde a 26%. A IEA afirma que o percentual de uso do mineral será mantido nos próximos 30 anos. No que diz respeito a produção de eletricidade, o carvão é responsável pela maior parte da produção, a produção mundial em 2006 segundo o IEA foi de 7.775 TWh.
O carvão tem impacto negativo sobre o meio ambiente devido aos poluentes resultantes da sua combustão. Para Klemes et al (2012) apesar da queima do carvão ser em vários países a maneira mais econômica a fim de produzir energia é também a mais prejudicial ambientalmente, devido a grande emissão de partículas de CO2 e metais pesados. A queima do mineral produz cinzas, dióxido de carbono, dióxidos de enxofre e óxidos de azoto, em quantidades significativamente maiores do que os produzidos na combustão dos restantes combustíveis fósseis.
Derivado mineral constituído basicamente por hidrocarbonetos é originado ao longo de milhões de anos, resultado da decomposição de matéria orgânica pela ação de bactérias em ambientes com baixo teor de oxigênio.
Nos anos 70 o petróleo correspondia a 50% do consumo de energia primaria no mundo. Embora decrescente ao longo dos anos, o consumo do petróleo ainda representa cerca de 40%, com tendência de manter-se expressivo por longo tempo. Além do uso predominante no setor de transportes, o combustível é utilizado para a geração de energia elétrica a partir da queima dos seus derivados em caldeiras, motores de combustão e turbinas em diversos países (IEA, 2013).
Segundo a ANEL (2008) No que diz respeito aos impactos ambienteis, a emissão de poluentes na atmosfera em virtude da geração de energia elétrica através do petróleo é bastante significativa. Gases de efeito estufa (GEE) como o dióxido de carbono, o metano e o óxido nitroso têm sido apontados como responsáveis por grande parte das mudanças climáticas no planeta. A queima de derivados de petróleo são responsáveis por outros poluentes, como dióxido de enxofre e material particulado, formado por pó e cinzas em suspensão, emitidos durante a queima de combustíveis fósseis em plantas termelétricas. Além da destruição na biodiversidade local, esses poluentes também resultam em vários problemas à saúde humana.
Sedundo Demerbas (2009) estima-se que a reserva total de petróleo e gás natural no mundo até o final do ano de 2012, é de respectivamente 265.300 milhões m³ e 187.300.000 milhões m³. Estas reservas são capazes de suportar respectivos 51 e 56 anos, isso com base no consumo de energia de corrente.
O setor de transportes merece destaque com cerca de 98% dos combustíveis de origem fóssil, essa estrema dependência poderia representar a ameaça de crise energética. Por conseguinte, é importante identificar e produzir combustíveis com teor de substituição suficientemente alta energia.
O gás natural é constituído por pequenas moléculas de carbono e hidrogênio, sua formação se dá a partir de sedimentos de animais e plantas com a ação de milhões de anos. Assim como o petróleo, localiza-se e em jazidas subterrâneas de onde é extraído, diferente do petróleo o gás natural pode ser usado tal como é extraído, sem a necessidade de refinamento.
A produção mundial de gás natural em 1973 era 1,227 bilhões de metros cúbicos (m3), passando em 2007 para de 3,031 bilhões de m3. Com o dobro de produção neste intervalo o gás natural caracteriza-se como o a terceiro combustível primário mais utilizado na matriz energética mundial. Ficando abaixo apenas do carvão e derivados de petróleo. Na produção de energia elétrica o gás natural passou de quarto para o segundo lugar dentre as principais fontes produtoras, sendo ultrapassado apenas pelo carvão. (IEA 2013)
Segundo a ANEL (2008) no que diz respeito ao impacto ambiental, como a emissão de gases de efeito estufa, de todos os combustíveis fósseis, o gás natural é o que apresenta a menor emissão, Não apresenta emissão de dióxido de carbono e dióxido de enxofre. A combustão do gás natural apenas origina dióxido de carbono e uma quantidade de óxidos de azoto muito inferior à que resulta da combustão da gasolina.
A energia nuclear é originada das reações de fissão dos átomos de urânio, durante as quais são geradas grandes quantidade de energia que podem ser transformadas em energia elétrica. A formação consiste na partição de um núcleo pesado em dois núcleos de massa aproximadamente iguais. Ainda que a quantidade de energia produzida através da fissão nuclear seja significativa, este processo apresenta problemas de difícil resolução como o perigo de explosão nuclear e de fugas radioativas; produção de resíduos radioativos; contaminação radioativa e poluição térmica (ANEL 2008).
Segundo Murakami (2015) a energia nuclear tem potencial para cumprir as metas de redução de emissões no meio ambiente, no entanto, também traz riscos nucleares de geração de energia, tais como o impacto ambiental dos resíduos radioactivos e danos à saúde das populações em caso de uma catástrofe.
Segundo a IEA (2008) no ano de 2006 a energia nuclear ocupou o penúltimo lugar entre as principais fontes de produção de energia elétrica mundiais. Mesmo assim é considerada importante na matriz de energia elétrica, representando 14,8% da produção total, como uso exclusivo da produção de energia nuclear é para a produção de energia elétrica sua participação no ranking mundial de energia primaria é de 6,2% o que corresponde a 727, 98 milhões de toneladas equivalentes de petróleo.
A principal característica das energias renováveis é o fato de serem inesgotáveis. Provenientes dos ciclos naturais de conversão da terra tem como fonte primaria a energia solar e não modificam o balanço térmico do planeta. Essas energias são chamadas de não-convencionais, ou seja não são sujeitas aos combustíveis fosseis.
A Organização para a Cooperação e Desenvolvimento Econômico (OCDE, 2011) reporta que o setor de energia elétrica apresenta um campo promissor para a utilização de energias renováveis, entretanto as energias renováveis apresentam custos mais elevados que as convencionais.
2.2.1 Energia Hidráulica
A energia hídrica é a energia obtida através da energia potencial do movimento continuo das águas. Um desnível no fluxo das águas é convertido em energia através de turbinas elétricas. As obras de uma usina hidrelétrica incidem na formação de um reservatório através do desvio do curso do rio. O fluxo da água movimenta as turbinas que estão ligadas a geradores, possibilitando a conversão da energia cinética em Mecânica. A montante de energia gerada esta sujeito ao fluxo de água e da distância vertical das cachoeiras (BROWN, MÜLLER & DOBROTKOVA, 2011). O tratamento da energia ocorre em uma grande infraestrutura denominada central hidrelétrica.
A água é o recurso natural mais abundante do planeta, as hidroelétricas proporcionam uma transformação limpa, onde não há resíduos poluentes. No entanto as centrais hidrelétricas causam alguns impactos ambientais como o alagamento de áreas vizinhas, aumento do nível dos rios, em alguns casos mudança de curso do rio represado, prejudicando a fauna e a flora locais. Para Silva (2011) as hidrelétricas podem ter um impacto social e ambiental, significativos e precisam ser identificados e considerados durante o processo de planejamento, tomando assim medidas adequadas a fim de evitar, mitigar ou compensar os impactos. Contudo ainda é o tipo de energia de menor custo e impacto ambiental quando comparada com as demais.
A fonte de energia hidrelétrica é a energia renovável mais utilizada mundialmente. Países em desenvolvimento e emergentes são responsáveis por grande parte dos projetos de expansão, estes projetos presumem que a energia hidrelétrica vai aumentar em cerca de 180 GW de capacidade instalada na próxima década. (BROWN, MÜLLER & DOBROTKOVA, 2011).
Segundo a ANEL (2008) denomina-se energia eólica a energia cinética do fluxo de ar (vento). A conversão é realizada com o emprego de turbinas eólicas que extraem energia cinética do movimento do fluxo de ar e convertem-na em energia elétrica através de um rotor aerodinâmico, o qual está ligado por um sistema de transmissão a um gerador elétrico (BROWN, MÜLLER & DOBROTKOVA, 2011).
A potência que pode ser extraída dos ventos é proporcional ao cubo da velocidade do vento e diretamente proporcional a área impelida pelas pás. Entretanto, apenas uma parte dessa potência é capturada pelas turbinas (CAMILLO 2013). Centenas de turbinas eólicas constituem parques eólicos que são ligados a uma sofisticada rede de transmissão de energia elétrica. Segundo a ANEL (2008) para ser considerada aproveitável a energia eólica deve ter densidade igual ou maior a 500 W/m³ e uma altura de 50m. A avaliação do potencial eólico de uma região é realizada através de levantamentos específicos sobre a velocidade e regime dos ventos, fornecendo uma estimativa do potencial teórico de aproveitamento da energia elétrica.
Para a ANEL (2008) o principal ganho deste tipo de energia esta na redução da emissão pelas usinas térmicas, de poluentes atmosféricos e redução da quantidade de reservatórios construídos. As usinas eólicas apresentam impacto ambiental sonoro e visual, decorrente do agrupamento das torres e aerogeradores, quanto maior o numero de turbinas, maior o impacto. Em contra partida ao impacto negativo na paisagem natural as instalações tendem a atrair turistas, gerando renda e promovendo o desenvolvimento regional. Outro impacto negativo é a possibilidade de interferência eletromagnética que podem causar pertubação nos sistemas de comunicação.
Segundo Camillo (2013) desde meados da década de 90 A capacidade acumulada em energia eólica cresceu em média 30% ao ano. Sendo que desde 1995 a capacidade acumulada em energia eólica mundial dobrou a cada quatro anos aproximadamente, atingindo 237,6 GW em 2011. Houve redução nos custos dos equipamentos, um dos principais entraves para o aproveitamento comercial deste tipo de energia. Segundo a ANEL (2008) através de desenvolvimentos tecnológicos como sistemas avançados de transmissão, melhor aerodinâmica, estratégias de controle de operação das turbinas, resultaram em melhor desempenho e confiabilidade dos equipamentos.
A radiação solar (calor e luz) pode ser convertida diretamente em energia elétrica, através determinados materiais, os semicondutores. Entre os quais se destacam o termoelétrico e o fotovoltaico. O primeiro distingue-se pelo surgimento de uma diferença de potencial, promovida pela junção de dois metais em condições especificas, seu uso comercial tem sido impossibilitado devido ao baixo rendimento e elevado custo de materiais. No segundo os fótons existentes na luz solar são transformados em energia elétrica por meio do uso de células solares ou fotovoltaicas. O efeito fotovoltaico decorre da excitação dos elétrons de alguns materiais, como o silício na presença de luz solar (ANEL, 2008).
Silva (2013) expõe que bloco básico de construção de um sistema fotovoltaico é a célula fotovoltaica, que é um dispositivo semicondutor que converte energia solar em eletricidade de corrente contínua. As células fotovoltaicas são interligadas de modo a formar um módulo fotovoltaico, tipicamente de até 50 a 200 Watts. A utilização da radiação solar por meio deste sistema esta limitada as condições climáticas e atmosféricas. A eficiência da conversão das células solares é medida pela proporção de radiação solar incidente sobre a mesma, que é convertida em energia elétrica. Atualmente o índice de eficiência é de 25% (ANEL 2008).
Segundo Brown, Müller & Dobrotkova (2011), o mercado dos sistemas solares fotovoltaicos de 2000 a 2010 apresentaram as maiores taxas de crescimento entre as tecnologias de energia em todo o mundo. Estimativas indicam que a capacidade instalada acumulada de energia solar fotovoltaica partiu de 1,5 GW em 2000 para a cerca de 40 GW no final de 2010.
A energia das marés, também chamada de Maremotriz, é gerada a partir da energia cinética produzida pelo movimento das águas, derivada da diferença do nível do mar entre as marés alta e baixa. Segundo Neto et al (2011), Brown, Muller & Dobrotkova (2011) e Silva (2013) uma das principais formas de exploração da energia das mares, consiste na instalação de turbinas nas barragem, o princípio utilizado é o mesmo das usinas hidrelétricas convencionais. As marés criam um desnível suficientemente elevado entre os lados da barragem de modo que as turbinas sejam acionadas.
Estima-se que o potencial energético global seja da ordem de 22 mil TWh por ano, dos quais 200 TWh seriam aproveitáveis. Em 2008, menos de 0,6 TWh, ou 0,3%, eram convertidos em energia elétrica (ANEL,2008). Neto (2011) afirma que embora seja um valor significativo, o numero de lugares no mundo que apresentam condições geográficas favoráveis para este tipo de exploração é limitado. Existe a necessidade de presença de mares e desnível no solo do oceano.
O custo de implementação do sistema de uma usina maremotriz é elevado, deste modo à obtenção deste tipo de energia, não se apresenta competitivo, quando comparados às demais fontes. Entretanto é uma fonte de energia limpa e renovável apresentando-se como uma alternativa para países que não podem gerar energia de outra forma (ANEL, 2008).
Segundo Silva (2013) Brown, Muller & Dobrotkova (2011) as Tecnologias de geração de energia através das marés estão em fase inicial de implantação em mercados principais. As perspectivas futuras dependerão do desempenho confiável em condições de teste, e sobre a capacidade de demonstrar que as reduções de custos projetados podem ocorrer. Nesta fase um financiamento considerável é exigido de fontes do setor público e privado, na forma de apoio de capital, enquanto as tecnologias surgem e possam romper a fase de abertura para entrar na fase de desenvolvimento do mercado.
A energia geotérmica é obtida pelo calor que existe no interior da Terra. São utilizados recursos como os gêiseres (fontes de vapor no interior da Terra que apresentam erupções periódicas), a partir desta água aquecida é produzido o vapor utilizado em usinas termelétricas, também se pode utilizar o vapor quente seco para movimentar as turbinas. Esta última tecnologia é pouco aplicada, mas pode ser encontrada na Itália e no México. (ANEL 2008)
De acordo com a ANEL (2008) a capacidade mundial total instalada em 2007 era de 9.720 MW. A maior parte das usinas termelétricas concentrava-se nos Estados Unidos (2.936 MW), Filipinas (1.978 MW) e México (959 MW) que, juntos, respondiam por 60% da capacidade instalada total. Nos últimos anos, no esforço para diversificar a matriz, alguns países, como México, Japão, Filipinas, Quênia e Islândia procuraram expandir o parque geotérmico. Os Estados Unidos também apresentam iniciativas neste sentido.
Do ponto de vista energético, a biomassa é toda a matéria orgânica de procedência animal ou vegetal que pode ser empregada na produção de energia. A energia pode ser gerada através da queima de resíduos orgânicos como palha, madeira e subprodutos da indústria florestal para fornecer calor e eletricidade, a digestão anaeróbia de resíduos orgânicos para a produção de biogás e culturas agrícolas convencionais como cereais, sementes oleaginosas, açúcar para produzir biocombustíveis. (BROWN, MÜLLER & DOBROTKOVA, 2011).
Calor e energia podem ser gerados através de diferentes combinações de matéria prima. As tecnologias disponíveis para a transformação da biomassa em energia são inúmeras, a exemplo:
ANEL (2008) estima a produção que a biomassa total de 183,4 TWh (terawatts-hora) em 2005, o que correspondeu a um pouco mais de 1% da energia elétrica produzida no mundo neste ano. A biomassa é considerada uma das principais alternativas para a diversificação da matriz energética e a consequente redução da dependência dos combustíveis fósseis, é uma das fontes com maior potencial de crescimento para produção de energia nos próximos anos.
Mengistu et al (2015) discorre sobre a existência de relatos históricos de utilização de resíduos orgânicos para produção de biogás anterior ao nascimento de Cristo. Para Sanches (2010) os primeiros indícios da utilização de gás para fornecimento de energia remontam ao ano 900, os chineses transportavam o gás do solo por tubulações de bambu para iluminação dos templos. Porém o uso tecnologia de conversão de material orgânico em combustível origina-se nas ultimas décadas do século XVII, na Inglaterra por meio da conversão de material orgânico em gás a partir da destilação de seca de carvão em uma retorta com atmosfera isenta de oxigênio. Com base neste principio a primeira companhia de gás e carvão surgiu em Londres em 1812 com o objetivo de fornecer a iluminação publica.
Na virada do foram século XX os esforços foram direcionados para a produção de gaseificadores, deste modo houve aprimoramento das técnicas de gaseificação e o rápido crescimento da indústria manufatura de gás. Por volta dos anos 30 deste século, devido ao surgimento de linhas de distribuição de gás natural e uso em larga escala dos derivados do petróleo, resultando no desuso (SANCHES, 2010).
Com segunda guerra mundial, houve escassez dos combustíveis fosseis o que resultou no ressurgimento de muitas atividades de desenvolvimento e implementação de gaseificadores, assim como a utilização em larga escala do gás combustível em automóveis. Porém fim da guerra trouxe a reestabilização do fornecimento dos combustíveis fosseis e uma rápida conversão dos veículos para diesel e gasolina, colocando de lado a gaseificação, o que resultou na estagnação quanto ao desenvolvimento das tecnologias. (MENGISTU et al 2015).
Em 1973 com o advento da crise do petróleo junto com a crescente preocupação ambiental fez com que as atenções se voltassem novamente para a utilização e difusão das tecnologias de desenvolvimento do biogás. Contudo o aumento das pesquisas a fim de substituir os métodos convencionais de energia por fontes renováveis tem se mostrado bem significativas (NOOROLLAHI, 2015).
O foco das instalações de biogás em países desenvolvidos e em desenvolvimento se diferem. Enquanto os primeiros apresentam instalações, com elevado potencial de geração combinada de calor e geração de energia. Os países em desenvolvimento se caracterizam pela construção em pequena escala de digestores de biogás em grande parte para geração de calor com fim domestico.
A tecnologia de biogás também se revelam irregulares ao longo do globo. Entre países em desenvolvimento, enquanto alguns se encontram em uma fase inicial, países como a China e índia tem o maior registro de implementação e crescimento. O mesmo ocorre com os países desenvolvidos, a quantidade de biodigestores instalados na Alemanha e Estados unidos demonstram uma diferença significativa.
Entre os países desenvolvidos, a Alemanha liderou a geração de biogás, com cerca de 5800 plantas produtoras de biogás em larga escala, gerando 2300 MW de eletricidade. Considerando Estados (DEUBLEIN e STEINHAUSER, 2008).
Foreest (2012) enfatiza que das 10,9 Mt produzidas na Europa em 2010 a Alemanha correspondeu a 61% da produção da Europa no mesmo ano. Vale ressaltar que as projeções de crescimento para 2020 da Alemanha se referem a 43.000 instalações geradoras de biogás (DEUBLEIN e STEINHAUSER, 2008).
A China se destaca pelo desenvolvimento e crescimento acelerado tanto de unidades de biogás domésticas, quanto unidades de produção em larga escala. Segundo Dong (2012) o final de 2010 a China contava 40 milhões de instalações as quais geram 15,4 bilhões de m³ de biogás por ano. No final de 2011, este numero foi para 41.680.000 (ZUZHANG, 2013). O país segue desenvolvendo projeto crescimento de 2011 a 2015, com o plano de construção de 6 milhões de unidades domesticas a cada ano (CHEN et al, 2010). Entre os países em desenvolvimento a Índia ocupa o segundo na produção mundial de biogás, até março de 2011 o numero de instalações domesticas eram de 4,4 milhões (SNV, 2013).
A China também se destaca pela geração de biogás em larga escala, em 2010 contava com 4700 unidades de produção agrícolas e industriais, além de 1600 instalações de biogás dos resíduos orgânicos. A capacidade de produção destas estruturas foi de 4 milhões de m³ por ano. (DONG, 2012).
Existem diferentes modelos de biodigestores anaeróbicos. Entre os mais conhecidos estão os de tecnologia indiana, chinesa, alemã e canadense. Normalmente os modelos se diferem quanto ao numero de compartimentos e automatização. Os Digestores são basicamente compostos por um local onde se dispõe a matéria-prima, um tanque de digestão, uma unidade de recuperação de biogás, e um trocador de calor para conservar a temperatura necessária para a digestão bacteriana. Um bom desempenho do Biodigestor depende da manutenção da temperatura média de 39°C aproximadamente. Segundo Divya (2015) as variações de temperatura no digestor pode resultar na a formação de espuma, que vai impactar fortemente no rendimento total de biogás. Sistemas de grande escala precisam alem se temperatura constante, um misturador ativo, de forma a obter uma substancia homogênea, o que acarretara o aumento das taxas de reação metabólica, Esses biodigestores têm sido utilizados com sucesso em estações de tratamento de águas residuais e de grandes fazendas de leite (LAZARUS, 2013).
Nizami e Murphy (2010) discorrem que aperfeiçoar o projeto do digestor, ou seja, a maior carga orgânica, menor tempo de retenção hidráulica e rendimentos mais elevados de metano é de grande importância. Parâmetros operacionais como o numero de tanques, heterogeneidade da mistura, junto com as propriedades da matéria prima devem ser levadas em consideração na fase da concepção do digestor.
Em um estagio de digestão anaeróbica microbiológica todas as fases podem ocorrer em um tanque ou separadas em duas fases. A digestão em uma fase permite que ambas as etapas e processos microbianos sejam completadas, incorporando armazenamento e coleta de gás corretivas. Quando as fases microbianas são separadas as fases de hidrólise e acidificação pode ocorrer no primeiro reator e acetogênese e metanogenese ocorrem no segundo reator. O conceito de digestão de duas fases otimiza o processo de digestão, resultando em rendimentos mais elevados de biogás em digestores menores (NIZAMI E MURPHY 2010).
O sistema de uma fase é mais popular em escala industrial devido a simplicidade na operação, menores custos a lé de apresentar menores problemas técnicos (DEMIRED E YENIGUN 2002), (WEILAND et al 2004).
As configurações do digestor além de um ou dois estágios também se diferem em molhado ou seco e semi seco, ligado ou não ligado, no caso dos digestores de biomassa do lote ou digestores contínuos, digestores de alta taxa. Desta forma a concepção dos bio digestores podem abordagens diferentes, que devem ser avaliada a fim de obter as condições de maior rendimento de biogás. (NIZAMI E MURPHY 2010). A determinação do formato dos biorreatores é determinada a partir do tipo de biodigestão Para isso deve-se considerar o TRH (Tempo de retenção hidráulica), o volume total de substrato disponível. Deve-se levar em conta o espaço para concentração e captação do biogás, cerca de 10% do volume do biodigestor (SOUZA et al., 2014).
A principal importância atribuída aos biocombustíveis de segunda geração é o fato de que matérias primas não requerem o uso de terras agrícolas, não competindo com a produção de alimentos. As principais matérias primas para os combustíveis de segunda geração incluem plantas herbáceas, e lenhosas, resíduos agrícolas e florestais, resíduos urbanos e industriais, resíduos do processo e resíduos orgânicos (LIEW, 2014). A digestão anaeróbia é o conjunto de processos pelos quais bactérias especificas convertem materiais orgânicos biodegradáveis em biogás. O processo consiste em quatro diferentes fases, hidrólise, acidogênese, acetogénese e metanogenese. Um dos benefícios do processo, que logo contribuiu para um crescente interesse por esta tecnologia, reside na conversão da maior parte da carga poluente do efluente numa fonte energia: o biogás (CHEN et al. 2008). Pesquisas tem revelado a preocupação em elevar a quantidade e a qualidade do biogás Chaiprasert (2011), Nges (2012), Mahanty (2013). A viabilidade dos sistemas de digestão anaeróbica é influenciada pelas características das matérias primas, condições operacionais, e designer do digestor (CHAIPRASERT 2011). A composição da matéria-prima empregada na digestão anaeróbia tem impacto sobre a estabilidade, o desempenho, e, finalmente, a produtividade do processo de metano. Os resíduos urbanos e industriais, ricos em lipídios e proteínas, como matérias primas são interessantes devido aos elevados rendimentos de metano, que podem ser obtidos a partir destes materiais (CIRNE et al. 2007), (HWU et al.1998), (PEREIRA et al., 2005) e (NGES, 2012). No entanto, os produtos de degradação de lipídios formam os ácidos gordos de cadeia longa responsáveis pela inibição da metanogênese Nges (2012), resultando no aumento da concentração de amônia e consequentemente na degradação de proteínas, o que tem sido conhecido como outro fator inibidor da acidogênese e metanogênese (NIZAMI E MURPHY 2010). Segundo Nges (2012), uma matéria-prima mista é também mais provável que haja equilíbrio em termos de concentração de macro e micronutrientes.
Para o processo de digestão anaeróbica ser produtivo e sustentável, a concentração de macro e micronutrientes tais como azoto, fósforo, enxofre, ferro, níquel, selênio, tungstênio, cobalto, e molibdênio devem ser controlados. Obter controle de condições e os conteúdos de micronutrientes, requer co-digestão das matérias-primas adequadas. (CHEN et al., 2015)
As atividades industriais requerem um nível elevado de energia. A recente alta no custo de energia, aliada a preocupações com a segurança energética tem se mostrado relevante nas organizações. Por outro lado a crescente demanda pelo desenvolvimento sustentável revelou a necessidade de obtenção de fontes alternativas de energia com baixo impacto ambiental. Contudo o Biogás se mostra uma alternativa promissora como fonte de energia ao mesmo tempo em que suprime outra questão importante na indústria, a eliminação de resíduos.
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