O aproveitamento de biogás e a tecnologia em busca da universalização do saneamento

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Com o novo marco legal do saneamento básico, diversos setores relacionados a água e esgoto receberam investimentos no país nos últimos tempos. Apesar disso, de acordo com dados do Sistema Nacional de Informações sobre Saneamento (SNIS) em 20201, apenas 55% da população tinha acesso à coleta de esgoto e somente 50,8% de todo o esgoto gerado foi tratado. Com isso, é cobrado cada vez mais pela sociedade para que sejam melhorados os índices de coleta e tratamento, visando a sua universalização.

No caminho para atingir este objetivo, há uma tendência em serem adotados processos de tratamento que permitam o aproveitamento energético e a recuperação de subprodutos gerados, tendo como visão os princípios da economia circular e da sustentabilidade. Neste contexto, as Estações Sustentáveis de Tratamento de Esgoto (ETEs Sustentáveis) se encaixam na prática com esses valores, objetivando a transformação do esgoto em um recurso com potencial de utilidade para as pessoas. Esta aplicação contribui, ainda, para a universalização dos serviços de saneamento no país, levando em conta a importância da minimização de custos operacionais para a manutenção dos processos.

Dentre as possibilidades que a economia circular pode trazer a ETEs, o aproveitamento do biogás tem importante destaque, uma vez que impacta diretamente nas despesas energéticas e de gerenciamento de lodo das operações. A sua aplicação vai desde a geração de energia elétrica até a geração de energia térmica para secagem de lodo ou mesmo para aquecimento de reatores, sendo aplicado também na produção de biometano ou injeção na rede de gás natural. Por ter ampla gama de possibilidades, o aproveitamento do biogás se demonstra uma ferramenta potencial na busca pela universalização do saneamento.

Segundo Nota Técnica publicada pela Associação Brasileira do Biogás (2021)2,

                 (…) estima-se que o Brasil, em 2019, tinha um potencial de produção de 493 milhões de Nm³ de biogás no ano, a partir do esgoto coletado e tratado de 106 milhões de habitantes. Esses 493 milhões Nm³ anuais de biogás poderiam suprir o equivalente a 1,18 milhão de MWh/ano em energia elétrica ou 375 milhões de Nm³/ano de biometano, que representam a demanda elétrica anual de uma cidade com 587 mil residências ou a substituição de 347 milhões de litros de diesel. A região Sudeste se destacou com 71% desse potencial, sendo que São Paulo representa 43% do total regional. A região Sul, segunda colocada, contou com aproximadamente 13% do potencial brasileiro de 2019.

Ainda, segundo a Nota, apesar da grande capacidade que o país possui, apenas 3,92% de todo o potencial é aproveitado, tendo destaque novamente para as regiões Sul e Sudeste que lideram o ranking de unidades produtoras. É visto que nessas regiões há um incentivo maior partindo de políticas públicas, que propiciam a produção e uso do biogás, além também de rotas de tratamento por via anaeróbia já estarem bastante consolidadas. Tendo isso em vista, a facilitação por via pública e a destinação de recursos para a produção de biogás no setor de saneamento são grandes aliados no crescimento do potencial real aplicado.

Como estimativas futuras, é mencionado pela Nota Técnica que o potencial de produção de biogás no país pode ter um crescimento de mais de 85% até 2033, num cenário otimista. Isso demonstra um cenário favorável à universalização do saneamento, podendo ter como possível resultado o alcance de até 84,5% da população com atendimento de coleta e tratamento de esgoto com aplicação de processos viáveis à geração de energia elétrica e térmica, além do aproveitamento de um combustível renovável.

Análise de produção de biogás aliada à modelagem numérica

Considerando o potencial de aplicação do aproveitamento do biogás em diversas plantas pelo país, recursos devem ser destinados a estudos de implementação de sistemas eficientes de conversão e manutenção do processo. Em projetos que visam a utilização do biogás gerado pelas operações anaeróbias, seja em ETEs novas ou já existentes, a busca pela otimização do processo e pela implementação de infraestrutura adequada deve ser objetivada.

Para isso, a modelagem numérica tem se mostrado uma grande aliada a estudos na área de otimização, dimensionamento e simulação de processos, possibilitando a análise de diferentes cenários de operação com grande agilidade. No ramo das rotas anaeróbias, o modelo Anaerobic Digestion Model Nº 1 (ADM1), desenvolvido por Batstone e colaboradores (2002)3, tem sido uma ferramenta bastante útil no apoio à descrição e compreensão da dinâmica de processos, bem como na avaliação de impactos decorrentes de mudanças de parâmetros operacionais da digestão anaeróbia, como vazão, concentração de substrato, temperatura etc.4. Com dados reais disponíveis e um adequado software de simulação, é possível obter resultados realísticos sobre uma análise de predição de desempenho na remoção de matéria orgânica e geração de biogás.

Como exemplo de aplicação real, a DHI, empresa desenvolvedora dos softwares MIKE, realizou recentemente um estudo de otimização para a ETE de West Lafayette, nos Estados Unidos5. Neste estudo, havia o interesse de redução dos impactos do processo através da diminuição da pegada de carbono em 50% antes de 2025. Ao mesmo tempo, deveria ser melhorada a qualidade do efluente despejado no corpo hídrico receptor através da otimização das operações.

Sabe-se que o aproveitamento de biogás e a própria melhoria dos processos de tratamento da ETE são importantes contribuidores para a redução da pegada de carbono de processos. Assim, dentre as soluções propostas, foi indicada a otimização do sistema de digestão anaeróbia com a aplicação de novas tecnologias para controle do balanço de energia da operação. Como resultado, foi possível otimizar a recuperação de biogás, resultando num consumo de 60% de energia neutra pelo processo, o que tem grande importância para a diminuição dos impactos das operações. Para além disso, a implementação do plano de soluções pode resultar numa economia significativa de gastos, possibilitando o investimento em outros setores da ETE.

E tudo isso só foi possível com a aplicação do software WEST para modelagem e simulação dos processos biológicos da ETE, o que possibilitou a quantificação dos efeitos e benefícios das novas estratégias de operação, seja em termos de qualidade do efluente ou em termos econômicos, bem como a realização do cálculo da pegada de carbono da planta. Tendo este caso como exemplo prático, é bastante evidente o potencial que a modelagem numérica tem como ferramenta de apoio a projetos ligados ao aproveitamento de biogás e otimização de processos. Não somente isso, a modelagem numérica tem também grande relevância para o desenvolvimento de oportunidades na busca pela universalização do saneamento no país.

Referências:

[1] – Sistema Nacional de Informações sobre Saneamento (SNIS). Diagnóstico Temático: Serviços de Água e Esgoto – 2020. Ministério do Desenvolvimento Regional. Secretaria Nacional de Saneamento. Brasília, 2021. 90 p.

[2] – Associação Brasileira do Biogás (ABiogás). Potencial de produção de biogás a partir do tratamento do esgoto: perspectivas para a universalização sustentável dos serviços de esgotamento sanitário no Brasil. Publicação elaborada por: ABES, ABiogás, CIBiogás,GEF Biogás Brasil, INCT ETEs Sustentáveis, Instituto 17/Programa de Energia para o Brasil (BEP), Sabesp e Sanepar. São Paulo/SP: ABiogás, 2021. 33 p.

[3] – Batstone D.J.  et al. The IWA Anaerobic digestion Model No 1 (ADM1). IWA Publishing, 2002. Water Science and Technology. v. 45, nº 10, p. 65–73.

[4] – HENZE, M. et al. Biological Wastewater Treatment: Principles, Modelling and Design. Londres: IWA Publishing, 2008. 511 p.

[5] – DHI Group. Achieving 50% carbon footprint reduction by 2025: Explore how a WRRF plans to reduce emissions based on technology assessment and model simulations. Disponível em: https://www.dhigroup.com/global/references/nala/overview/achieving-50-percent-carbon-footprint-reduction-by-2025

[6] – Fotos Pexels

[7] – Fotos Unsplash

Escrito por: Juliana Neves - Eng. Química e Consultora na HydroInfo.
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