Servicios
Como citar este trabajoAn. 3. Enc. Energ. Meio Rural 2003
Avaliação do potencial do emprego do biogás nos equipamentos utilizados em sistemas de produção de leite
Paulo Cesar Hardoim; Adriano Dicesar M. A. Gonçalves
DEP. DE ENGENHARIA, UNIVERSIDADE FEDERAL DE LAVRAS, CEP. 37.200-000 Lavras-MG tel: (35) 8291485 fax: (35) 8291482
RESUMO
A tecnologia da biodigestão anaeróbia tem sido comprovada como uma das mais eficiente no tratamento dos dejetos de bovinos, contudo, o emprego do biogás como fonte de energia para o funcionamento dos equipamentos ainda encontra limitações de ordem tecnológica. O presente trabalho avaliou o potencial do tratamento anaeróbio dos resíduos de bovinos, destinados a produção de leite, como fonte renovável de energia, dentro de um conceito de desenvolvimento sustentável e de racionalização da produção sem agressão ao Meio- Ambiente. Também verificou que esta tecnologia pode ser apropriada como estratégia de conservação e uso eficiente da energia. O emprego da biodigestão anaeróbia neste caso é possível e desejável, uma vez que contribui para preservação do Meio Ambiente, viabiliza os modernos sistemas de confinamento e reduz o custo da produção. Em uma pecuária de leite a quantidade dos resíduos produzidos, pode ser usada como recursos de suprimentos, tanto de energia como de fertilizante. Em um confinamento de 100 vacas, um biodigestor pode produzir um volume de 118 m3 de biogás. Volume este suficiente para funcionar um grupo gerador de 15kVA e este atender com energia elétrica a demanda da ordenhadeira, do resfriador de leite, do triturador, do desintegrador, do misturador de ração e da bomba d'água. A demanda total de biogás do grupo gerador para funcionar estes equipamentos foi estimada em 85,3m3 de biogás, o que pode ser suprido com folga pelo biodigestor.
Palavras-chave: biodigestor anaeróbio, metano, tratamento de resíduos de bovinos.
ABSTRACT
The technology of the anaerobic digestion has been checked as one of the most efficient in the treatment of the dejection of bovine, however, the employment of the biogas as source of energy for the operation of the equipment still finds limitations of technological order. The present work evaluated, the great potential of the treatment anaerobic of the residues of bovine destined the production of milk as source energy renewably , inside of a concept of maintainable development and production rationalization without aggression to the Middle - Atmosphere. It also verified that technology is adapted as conservation strategy and efficient energy use. The employment of the anaerobic digestion in the treatment of the dejection is possible and desirable, once it contributes to preservation of the environment, it makes possible the modern confinement systems and it reduces the production cost. The residues of milk cows produced, can be used as resources of supplies, so much of energy as of fertilizer. In a confinement of 100 cows, a biodigestor can produce a volume of 118 m3 of biogas. Volume this enough one to work a generating group of 15kVA and this to assist with electric energy the demand of the milk installation and bomb of water. The total demand of biogas can working with these equipment is esteemed in 85,3m3 of biogas, what can be supplied with rest by the biodigestor.
INTRODUÇÃO
Os modernos sistemas de produção têm como objetivo principal a produção racional sem contaminação do Meio Ambiente. Para o pai da química moderna, Antoine Laurent Lavoisier, "na natureza, nada se cria, nada se perde e tudo se transforma". Hoje, o homem sabe que é necessário atuar sobre as transformações, sem transtorno ou prejuízo à natureza e conseqüentemente a si próprio. Quanto mais conhecimento o homem adquire, mais descobre a importância do uso racional dos recursos ambientais, para que estes sejam inesgotáveis e para o seu próprio bem.
As modernas técnicas de produção agropecuária têm permitido um contínuo aumento na eficiência produtiva de alimentos e de insumos. Países que dispõem de melhor tecnologia conseguem reduzir a área, o número de animais e a quantidade de trabalhadores necessários à produção agrícola. Da mesma forma, o uso racional dos insumos e o correto manejo dos resíduos, permitem otimizar os sistemas produtivos de maneira a se obter convívio harmonioso entre o homem e o Meio Ambiente.
Em sistemas de produção de leite de bovino VAN HORN (1994) observou que as vacas eliminam nos dejetos 33% da energia ingerida nos alimentos [1]. Esta energia junto com os constituintes minerais podem ser fonte de poluição ao Meio Ambiente, quando os dejetos são mal manejados. O emprego de tecnologia da digestão anaeróbia para o tratamento dos dejetos é possível e desejável, uma vez que contribui para preservação do Meio Ambiente, viabiliza os modernos sistemas de produção e otimiza a relação entre custo benefício do empreendimento.
Com o propósito de contribuir para a otimização desta tecnologia, o presente trabalho estimou o potencial da utilização do biogás no emprego dos equipamentos utilizados para à produção de leite.
REVISÃO DE LITERATURA
HARDOIM (1999) [2] relata que, o adequado manejo do resíduo é um requisito básico ao sucesso de qualquer empreendimento agropecuário. De forma mais simplificada, o bovino usado para a produção de leite, pode ser analisado como uma máquina que processa o alimento convertendo apenas parte deste no produto leite, o restante é eliminado na forma de resíduo que possui uma grande capacidade de poluição.
De uma forma cíclica, a poluição causada pelos resíduos pecuários, acaba provocando danos ao próprio animal, ao homem que trabalha no sistema produtivo e ao Meio Ambiente como um todo, uma vez que pode ser a causa de doenças nos animais e no homem ocasionando prejuízo ao próprio empreendimento.
Quando o bovino é explorado no regime extensivo (pastejo), as dejeções produzidas são dispersas no solo e sofrem um processo completo de decomposição, sem maiores problemas de poluição. Isto ocorre devido à pequena concentração de animais por área de pastejo (GARCIA-VAQUERO, 1981) [3]. Contudo, à medida que o animal fica confinado, mesmo que em um curto espaço de tempo, para ordenha por exemplo, os dejetos produzidos ficam concentrados e necessitam ser tratados para evitar poluição.
Devido ao crescimento da população humana e em virtude da demanda sempre crescente por alimentos, a cada dia que passa, os produtores de leite vêm adotando, por meio de confinamento, os "Sistemas Intensivos de Produção Animal". Isto ocorre principalmente próximo aos grandes centros consumidores, onde a poluição ambiental é um fator de grande risco à sobrevivência do homem e dos animais (CAMPOS, 1998) [4].
Um dos maiores problemas destes sistemas é a grande quantidade de resíduos produzidos diariamente devido à elevada concentração de animais. Estes resíduos constituem-se de dejetos, de material usado nas camas, de água com produtos utilizados na limpeza, de restos de animais (pêlos e células mortas) etc. Os dejetos, que se constituem a maior parte dos resíduos, contém a parte sólida, que são as fezes, e a parte líquida que é a urina. O destino final dos resíduos tem se constituído num problema para criadores e especialistas, pois envolve aspectos técnicos, sanitários e econômicos.
Nos últimos anos, o destino final dos resíduos urbanos, industriais e agrícolas e a poluição ambiental tornaram-se assunto de grande relevância mundial, chegando até mesmo, ser alvo de uma grande conferência mundial promovida pela ONU, chamada de II CONFERÊNCIA DAS NAÇÕES UNIDAS PARA O MEIO AMBIENTE E DESENVOLVIMENTO, no Rio de Janeiro, em 1992. Esta conferência reuniu os principais estadistas do mundo para tratar dos problemas causados pelo homem ao Meio Ambiente e propor normas de conduta a serem seguidas por todos os habitantes do planeta, com a finalidade de reduzir a agressão causada pelo homem à natureza, em todos os níveis.
Também nesta conferência teve como resultado um plano de ação denominado de Agenda 21 (Plano de ação da Declaração do Rio-92), que estabelece a substituição de 20% das fontes energéticas por renováveis até o ano 2000 e 50% até o ano 2020. Onde mais uma vezos combustíveis alternativos e renováveis vêm à tona, como uma das soluções para o desenvolvimento auto – sustentado.
Na 8° EUROPEAN CONFERENCE ON BIOMASS FOR ENERGY, ENVIRONMENT, AGRICULTURE AND INDUSTRY (1994), realizada em Viena, tratou-se do evidente interesse no uso da biomassa como suprimento energético. Destacando que a biomassa vegetal é uma forma de energia e matéria prima renovável, onde a larga escala de desenvolvimento, produção e uso podem trazer grande contribuição na diversificação de recursos energéticos nas áreas rurais, com menor dependência dos combustíveis convencionais, na proteção ao ambiente e no desenvolvimento das atividades agrícolas SILVA (1998) [5].
Hoje, no Brasil, como não poderia ser diferente, se faz necessário o adequado manejo dos resíduos, tendo em vista a necessidade de preservação ambiental. Isto se faz pelo aspecto prático e racional, como também pelo aspecto legal, uma vez que existem leis que regulamentam o assunto, em nível federal, estadual e municipal. Em nível federal, temos a Lei n° 24.043, de 10 de junho de 1934, conhecida como Código das Águas, e a Lei n° 9.605, de 12 de fevereiro de 1998, chamada de Lei de Crimes Ambientais, que regulamenta as atividades ligadas ao Meio Ambiente. Contudo, em cada região podem existir leis, de âmbito estadual e municipal, que estabeleçam particularidades relacionadas à cada situação, atendendo aos requisitos mínimos das leis federais.
Com o objetivo de atender às exigências práticas e legais, torna-se necessário o desenvolvimento de tecnologia apropriada para o tratamento dos resíduos a cada caso, tornando mais eficiente o tratamento e minimizando, deste modo, o impacto ambiental que estes podem provocar (LOURES, 1998) [6].
Portanto, um manejo adequado dos resíduos é uma necessidade sanitária, ecológica e econômica. Sanitária porque os resíduos podem prejudicar a saúde dos animais e do homem, tanto dentro como fora da propriedade. Ecológica, porque os resíduos, ricos em matéria orgânica e nutrientes, causam poluição e desequilíbrio no Meio Ambiente. E por fim, econômica porque o tratamento dos resíduos envolve recursos de equipamentos, de material e de mão de obra, que oneram o sistema produtivo e podem até mesmo inviabilizá-lo.
Um aspecto positivo dos sistemas pecuários é que os resíduos orgânicos são insumos de produção agrícola, quando estabilizados e reciclados adequadamente no solo, podendo estes incrementar a produção. Isto porque, os resíduos constituem-se na sua grande maioria, de dejetos que são componentes orgânicos naturais do meio e portanto em última instância, quando adequadamente tratados, podem contribuir para a melhoria da produção vegetal e por conseqüência da produção animal. Assim, embora sejam chamados de resíduos com grande capacidade de poluição, na verdade são de fato recursos a serem reciclados no ecossistema natural (VAN HORN et al., 1994) [1].
O desenvolvimento da tecnologia de utilização da digestão anaeróbia é um dos mais promissores no campo da biotecnologia, uma vez que é fundamental para promover, com grande eficiência, a degradação de resíduos orgânicos, que são gerados em grandes quantidades nas modernas atividades rurais e industriais. À medida que, os sistemas de produção animal se intensificam e se modernizam, se intensificam, também, as necessidades energéticas e de tratamento dos resíduos (LUCAS JÚNIOR, 1987) [7].
RESENDE et al. (1998) [8] afirmam que "as dificuldades para um rápido crescimento do emprego da energia renovável passam pelo tempo requerido para a maturação da tecnologia, produção industrial, treinamento e aceitação pública. Contudo, as maiores dificuldades são a falta de recursos , muitas vezes destinados, ainda, a sistemas baseados em combustíveis fósseis, nucleares hidrelétricos, e ao planejamento de curto prazo, de custos internos e das atividade de construção e de operação, que hoje dominam nas análises financeira e econômica de novos empreendimento. Contudo, a utilização das fontes renováveis é essencial para a garantia do suprimento de energia e da constituição de um ambiente equilibrado no futuro".
Portanto, em um sistema de produção de leite adequadamente planejado, a quantidade dos resíduos pode ser estimada e usada como recursos de suprimentos, tanto de energia como de biofertilizante. Porém, quando este é inadequadamente planejado, o excesso de resíduos pode se constituir em um problema e torna-se desperdício que causa desequilíbrio ambiental. Em tais circunstâncias, a sociedade tem que coibir este desequilíbrio e exigir que seja feito o processamento adequado, até mesmo quando os custos deste processamento excedem ao valor dos recursos recuperados.
Desta forma, o melhor sistema de tratamento do resíduo pecuário deve ser projetado para minimizar o impacto ao Meio Ambiente e maximizar a recuperação dos recursos energéticos e fertilizantes que estes contêm, com o objetivo de aproveitá-los no aumento da produtividade.
MATERIAL E MÉTODOS
Este trabalho foi desenvolvido no Departamento de Engenharia da Universidade Federal de Lavras.
Foi determinado o volume de dejetos produzidos por 100 vacas confinadas a partir de dados coletados no experimento conduzido por CAMPOS (1998) [4] em um Sistema Intensivo de Produção de Leite do Centro de Pesquisa de Gado de Leite da EMBRAPA de Juiz de Fora- MG.
Com estes dados foi possível estimar o potencial de produção de metano dos dejetos, quando tratado por um biodigestor do tipo indiano, empregando a equação de estimativa produção de metano (1) desenvolvida por HARDOIM (1999) [2].
em que,
= estimativa da produção volumétrica de metano do biodigestor, m3/m.d,
COV = carga orgânica volumétrica em relação a ST, kg/m3.d,
TEMP = temperatura do biodigestor, ° C,
AGIT = emprego da agitação (com = 1, sem = 0).
Usou-se para estimativa da quantidade produzida de metano o tempo de retenção hidráulica de 24 dias o que corresponde ao valor de 3,125 kg/m3.d de carga orgânica volumétrica, a temperatura média de 25ºC e sem agitação. O valor encontrado de 0,398 m3 de metano/m3 de biodigestor /d. foi multiplicado por 193 m3, que corresponde ao volume de um biodigestor necessário para o tratamento dos dejetos de 100 vacas confinadas no sistema caracterizado por CAMPOS (1998) [4], obteve-se o volume de 76,8m3 de metano que eqüivale a 118 m3 de biogás para a concentração de 65% de metano no biogás.
Para estimativa da demanda de energia elétrica, utilizou-se um relatório "Análises das instalações elétricas em uma empresa rural (produção de leite tipo "B") realizado por SOUZA et al. (1998) [9] que contém o levantamento de uma propriedade rural de 100 vacas e que possui um transformador de energia de 15kVA com os equipamentos de potência e rendimento constante na Tabela (1).
O consumo diário de energia foi calculado em 117,58 kWh que eqüivale em termos de consumo biogás para um grupo gerador de 15kVA em 85,3 m3 de biogás. O que significa uma folga de 32,7 m3 de biogás como margem de segurança e possível utilização em outros equipamentos.
CONCLUSÃO
O presente trabalho concluiu que em um confinamento de 100 vacas, o emprego de um biodigestor anaeróbio para o tratamento dos dejetos das vacas pode tratar os dejetos evitando problemas ambientais e pode também produzir um volume de 118 m3 de biogás. Volume este suficiente para funcionar um grupo gerador de 15kVA e este atender com energia elétrica a todos os equipamentos utilizados no sistema produtivo. Ou seja, a ordenhadeira, o resfriador de leite, o triturador, o desintegrador, o misturador de ração e as bombas d'água para lavagem e recalque. A demanda de biogás do grupo gerador para funcionar estes equipamentos foi estimada em 85,3m3 de biogás, o que pode ser suprido com folga pelo biodigestor.
Este trabalho apenas se restringiu em analisar o potencial energético do biogás, oriundo do tratamento anaeróbio dos dejetos de vacas destinadas à produção de leite, e avaliar o requerimento energético de todos os equipamentos necessários para o funcionamento do sistema produtivo.
Acredita-se que problemas existirão na implantação deste sistema. Contudo, cabe à pesquisa o desenvolvimento do aproveitamento energético contido nos dejetos e a adequação dos equipamentos para o aproveitamento do metano como fonte renovável de energia, dentro de um conceito de desenvolvimento sustentável e de racionalização da produção sem agressão ao Meio- Ambiente.
Também verificou-se que esta tecnologia pode ser apropriada como estratégia de conservação e uso eficiente da energia. O emprego da biodigestão anaeróbia no tratamento dos dejetos é possível e desejável, uma vez que contribui para preservação do Meio Ambiente, viabiliza os modernos sistemas de confinamento e reduz o custo da produção.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
[1] VAN HORN, H.H., WILKIE, A C., POWERS, W.J., NORDSTEDT, R.A. Components of dairy manure management systems. Journal Dairy Science, v.77(7) p.2008-30, 1994.
[2] HARDOIM, P.C. Efeito da temperatura de operação e da agitação mecânica na eficiência da biodigestão anaeróbia de dejetos de bovinos. Jaboticabal, S.P. 88p, 1999. (Tese apresentada para obtenção do título de Doutor em Zootecina, Área de Concentração Produção Animal, FCAV, UNESP, Jaboticabal, SP).
[3] GARCIA-VAQUERO, E. Projeto e construção de alojamento para animais. 2ed. Lisboa: Litexa-Portugual, 237p. 1981.
[4] CAMPOS, A T. Manejo de dejetos de bovinos. In: III Encontro nacional de técnicos, pesquisadores e educadores de construções rurais. XXVII CONBEA. Lavras: UFLA. p.233-79, 1998.
[5] SILVA, F.M. Utilização do biogás como combustível. In: Energia, Automação e Instrumentação. XXVIII Congresso Brasileiro de Engenharia Agrícola. Lavras: UFLA. Anexo. p 97, 1998.
[6] LOURES, E.G. Manejo de dejetos de suínos. In: III Encontro nacional de técnicos, pesquisadores e educadores de construções rurais. XXVII Congresso Brasileiro de Engenharia Agrícola. Lavras: UFLA. anexo. 1998.
[7] LUCAS JÚNIOR, J. et al. O esterco de suínos como substrato de biodigestor contínuo: observações quanto ao início da operação. In: XVI Congresso Brasileiro de Engenharia Agrícola, Jundiaí: SBEA, p.658, 1987. Resumos.
[8] RESENDE, A.P.S. et al. A energia renovável e o meio ambiente. In: Energia, Automação e Instrumentação. XXVIII Congresso Brasileiro de Engenharia Agrícola. Lavras: UFLA. Anexo. p 16, 1998.
[9] SOUZA, A. et al. Análise das instalações elétricas em uma empresa rural (produção de leite "B"). Trabalho da disciplina Eletrificação Rural. Departamento de Engenharia da UFLA. Lavras: UFLA. 10p, 1998.
