Flammable Gas

6.1 Introdução

A consciência do gás inflamável obtido de materiais vegetais podres tem sido compreendida desde a época em que os antigos Persas viveram. Mais tarde, quando a civilização entrou nos tempos modernos, na Europa estavam sendo montados sistemas centralizados de drenagem e o volume de matéria sólida nos esgotos era reduzido pela digestão anaeróbica. Ao mesmo tempo, a comunidade científica concentrava-se em encontrar novos combustíveis alternativos proporcionais ao crescimento da população para satisfazer a crescente demanda de energia da sociedade. A geração de resíduos é sempre proporcional à população, com algumas frações de resíduos sendo difíceis de reciclar. Essas frações deveriam ser investigadas mais a fundo para fins energéticos (Statistical Review of World Energy, junho de 2016). Os resíduos podem ser de muitos tipos, principalmente biodegradáveis, como biomassa, resíduos alimentares, etc., e nãobiodegradáveis, como plásticos, óleos residuais e resíduos metálicos. Muitos países como o Reino Unido (UK) e a Alemanha utilizaram esta ideia para produzir gás inflamável para acender lâmpadas de rua no início do século XIX, através do tratamento de esgotos. A primeira estação de tratamento de esgoto foi construída em Bombaim (atualmente conhecida como Mumbai), na Índia, em 1859. Na década de 1930, foi desenvolvida a prática de resíduos granjosos para gerar gás inflamável, novamente em Bombaim. No início dos anos 60, a KVIC (Khadi and Villages Industries Commission) desenvolveu unidades de biogás que eram utilizadas pelos aldeões indianos. Logo depois, o sucesso do projeto, que utilizava um tambor flutuante, moldou a fundação de um programa de alcance do governo indiano em andamento para fornecer aos aldeões indianos combustível para cozinhar .

No início dos anos 1630, Jan Baptista Van Helmont, um químico belga, estabeleceu que os gases combustíveis poderiam ser obtidos a partir de matéria orgânica em decomposição. No ano de 1776, a quantidade de gás inflamável produzida foi considerada diretamente proporcional à quantidade de matéria orgânica em decomposição pela experiência do Conde Alessandro Volta. Em 1808, Sir Humphrey Davy investigou se os gases metanos eram produzidos durante a digestão anaeróbica dos resíduos de gado. Em 1875, Wouter Sluys, um agricultor holandês, usou pela primeira vez metano para fins de iluminação. Inglaterra em 1895, quando o biogás foi recuperado de uma instalação de tratamento de esgoto “cuidadosamente projetada” e usado para alimentar lâmpadas de rua em Exeter. A primeira unidade de biogás na Índia foi construída em 1897 em Bombaim .

China instalou 5 milhões de unidades baseadas em um projeto de fossa séptica, tomando uma iniciativa semelhante no início dos anos 60 até os anos 80. Os projetos em forma de cúpula foram substituídos pelo tanque retangular original. A Índia desenvolveu projetos similares e formou a base de um programa ativo no Nepal com a participação de vários grupos, um programa que agora é chamado BSP (Biogas Sector Partnership). China, Índia e Nepal têm desenvolvido este programa de forma constante. Este programa tem aumentado o interesse mais recentemente na Europa e no Reino Unido. Devido aos picos de preços do petróleo, certos grupos no Reino Unido iniciaram a geração de energia nas fazendas através do biogás como uma alternativa; isto foi motivado pelo programa indiano no início dos anos 80. Quando a alta dos preços do petróleo levou as pessoas a procurar alternativas. A queda do preço do petróleo e, portanto, da eletricidade, que devolveu as instalações de biogás não muito rentáveis à fazenda, permitiu que as 200 instalações construídas na época sobrevivessem .

A digestão anaeróbica é uma das tecnologias mais amplamente aplicadas, mas ainda não é completamente compreendida devido ao complicado processo de digestão, que depende principalmente do desempenho dos microorganismos. Além disso, o desempenho destes microrganismos depende em grande parte do ambiente em que residem. Muitos modelos matemáticos têm sido desenvolvidos para estudar o comportamento do processo e a otimização contínua de novos modelos. Estes modelos matemáticos não podem ser implementados diretamente na indústria por causa do “fator biológico”, que dificulta um processo que não é fácil de realizar e torna a digestão anaeróbica altamente não-linear. Da mesma forma, em um ano, mais de 130 milhões de toneladas de alimentos são desperdiçadas no mundo todo, levando à geração de uma enorme quantidade de resíduos de cozinha . Os resíduos de cozinha têm alto teor de nutrientes orgânicos e se decompõem rapidamente devido à ação microbiana. Isto causa maus cheiros e doenças que tornam a gestão dos resíduos de cozinha um problema grave em todo o mundo. Como os resíduos de cozinha são principalmente orgânicos por natureza, são uma matéria-prima ideal para a produção de biogás e, portanto, o potencial dos alimentos e dos resíduos de cozinha como substrato para a produção de biogás tem sido amplamente estudado. A maioria dos esforços de pesquisa e desenvolvimento em todo o mundo se concentra em métodos de produção dos chamados biocombustíveis de segunda geração, que são identificados como tendo excelente desempenho ambiental, bem como alta flexibilidade de matéria-prima de biomassa .

Produzir syngas a partir de resíduos biológicos é um passo vital na produção da maioria dos biocombustíveis de segunda geração. Vários países da Organização para a Cooperação e Desenvolvimento Econômico (OCDE) estabeleceram suas próprias indústrias de biocombustíveis para uso local . A produção anual mundial de syngas a partir de fontes de energia fóssil, como gás natural, petróleo e carvão, é de aproximadamente 6 EJ, o que corresponde a cerca de 2% do consumo total de energia primária. Os principais produtores e consumidores de bioetanol (cerca de 95% do total mundial) são o Brasil e os Estados Unidos; do mesmo modo, para o biodiesel, os primários são a Alemanha, a Áustria e a França. A matéria-prima preferencial inclui materiais lenhosos e gramíneos, assim como resíduos agrícolas, municipais e industriais. Os combustíveis sintéticos para transporte, como o bioetanol, o bioetanol, o éter dietético (DME), o gás natural sintético, o combustível FT (Fischer-Tropsch) e o hidrogênio, produzidos e comercializados pela Sasol (África do Sul) e pela Mobil (Estados Unidos), são alguns exemplos que podem ser convertidos em gás sintético por meio de um processo de reforma a vapor. O syngas derivado do biogás pode ser utilizado para uma maior produção de álcool.

Quando o desenvolvimento do biogás em todo o mundo é revisto, a Índia e a China não são menos que os outros países, mesmo que o impulso venha da Europa Ocidental. A Índia é conhecida em todo o mundo por ter construído o primeiro digestor anaeróbico em 1897, quando os resíduos humanos foram usados para gerar gás para iluminar ruas no Asilo Matunga Leper em Mumbai. Pesquisas intensivas nos anos 1950, quando vários projetos de plantas foram desenvolvidos. A mais notável delas, conhecida como “Grama Laxmi III” foi desenvolvida por Joshbai Patel (um trabalhador gandhiano de Gujarat). Tornou-se o protótipo do modelo de cúpula flutuante da Khadi e da Village Industry Commission (KVIC) do dia seguinte. Depois de uma pausa, o interesse pelo biogás foi renovado no início dos anos 1960, quando a KVIC instalou e desenvolveu usinas de biogás padrão. Foi assim decidido criar um milhão de instalações de tamanho familiar e muitas outras instalações comunitárias do governo, durante o sexto plano de cinco anos. Até agora, a KVIC tem-se mantido sem ruptura e atingiu 4 milhões de unidades (MNRE 2011). O programa nacional de gestão de biogás e estrume tinha previsto a criação de 150.000 unidades de biogás “tipo familiar” durante 2009 e 2010 .

Biomassa é um dos campos mais focados na Índia para programas de energias renováveis devido à grande quantidade de resíduos gerados pelas culturas, bem como à demanda de energia. Cerca de 26 cultivos de um total de 39 cultivos de resíduos são considerados para o estudo de caso . No total, a Índia produz 686 TM de biomassa bruta de resíduos de culturas numa base anual, dos quais 234 TM (34% do total bruto) são estimados como excedentes para a geração de bioenergia. As áreas rurais utilizam principalmente cultivos e resíduos animais para a produção de energia, bem como para satisfazer as necessidades de energia de cozinha. Estas duas são as principais fontes que contribuem para uma grande quantidade de resíduos de cozinha das áreas domésticas e residenciais. As estatísticas dizem que as famílias maiores que acomodam mais pessoas tendem a produzir mais resíduos do que as suas congéneres menores. No entanto, as famílias com uma só pessoa têm sido reportadas como as que desperdiçam mais alimentos numa base per capita. Da mesma forma, os idosos desperdiçam tanta comida evitável quanto os mais jovens (1,2 kg por pessoa por semana), um fato que contradiz a sabedoria aceita em nossa sociedade. Todos os anos é gerado muito lixo de cozinha que precisa ser descartado para salvar o nosso meio ambiente. A digestão anaeróbica é um processo de decomposição biológica organizada dos resíduos de cozinha que permite a captura e utilização eficiente do biogás para a geração de energia. Este biogás é aproximadamente 60% metano e 40% CO2. Pessoas em áreas rurais para adotar tecnologias de biogás para atender suas necessidades de cozinha doméstica e iluminação, envolve as indústrias Khadi e Village, as usinas de biogás Janata e Deenbandhu . Estas biomassas são uma grande fonte de biometanização e produção de vários combustíveis líquidos, como o biodiesel e óleos de transporte. A digestão anaeróbica é um dos principais processos para converter a biomassa em biogás . O biogás é convertido em syngas por oxidação parcial ou reforma a vapor. O gás de síntese é ainda convertido em combustíveis líquidos usando vários métodos como o processo Fischer-Tropsch e com metanação o gás de síntese é convertido em metanol, etanol e vários biocombustíveis.