RESUMO
Berliner Stadtreinigung (BSR) Berlim é uma empresa municipal, que vem oferecendo, há quase 20 anos, para os munícipes de Berlim, a possibilidade de destinação dos resíduos orgânicos – conhecido como “bio-produtos” – coletados separadamente em contêineres próprios. A maioria dos moradores de Berlim já participa da coleta seletiva. O composto orgânico a partir dos resíduos é certificado pela Associação Federal da Qualidade dos Compostos (Bundesgütegemeinschaft Kompost e.V.) e é empregado na agricultura, bem como em atividades de jardinagem. A fim de recuperar o alto potencial energético desses “bio-produtos” a BSR tem destinado os resíduos fermentáveis para a planta de biodigestão em Berlin Spandau desde 2013. O biogás purificado é introduzido na rede local de gás e usado em três postos da BSR para abastecer cerca de 150 caminhões de coleta de resíduos, estes em funcionamento com gás natural renovável. Isso corresponde a mais de metade da frota de caminhões de coleta BSR. Cerca de 2,5 milhões de litros de diesel podem, assim, serem substituídos por ano. Aproximadamente 580.000 t de resíduos – representando 60% de todos os resíduos domésticos e orgânicos – podem ser coletados e transportados sem afetar o clima. Através da reutilização dos resíduos orgânicos em uma planta de biodigestão e, após o tratamento da massa sólida digerida, a BSR utiliza os “bio-produtos” de forma adequada. Os resíduos orgânicos servem tanto para equilibrar as mudanças climáticas através de sua recuperação energética quanto para fornecer nutrientes para a agricultura, sendo um importante gerador de húmus para os nossos solos. Desta forma, os produtos gerados a partir de bio-produtos substituem as fontes fósseis de energia, bem como os fertilizantes sintéticos.
Palavras-chave: Resíduos. Biogás. Composto. Gestão. Produtos.ABSTRACT
Berliner Stadtreinigung (BSR) is a municipal Berlin company, which has been offering Berlin households for almost 20 years the possibility the dispose of organic waste – known as “bio-goods” – separately from household waste in an organic bin. Most of Berlins households use this organic bin by now. The compost made of the organic household waste has a certificate issued by the Federal Association of Compost Quality (Bundesgütegemeinschaft Kompost e.V.) and is used in agriculture as well as in landscape gardening. In order to recover the high energetic potential in these “bio-goods” BSR has been using these fermentable wastes in a bio-fermentation-plant in Berlin Spandau since 2013. The purified biogas is fed into the local gas grid and used on three BSR compounds to refuel some 150 waste collection trucks running on CNG. This corresponds to more than half of BSR’s waste collection fleet. Some 2.5 million liters of diesel can thus be substituted per year. Approximately 580,000 Mg of waste – that is 60% of all domestic and organic waste – can be collected and transported climate neutrally. By reusing organic waste in a fermentation plant and by after treating the solid fermentation residues, BSR puts “bio-goods” to an optimum use. Organic waste serves in the same way as a climate neutral source of energy as well as – like before – a supplier of nutrients for the agriculture and it is an important generator of humus for our soils. The products made out of bio-goods thus substitute fossil sources of energy as well as synthetic fertilizers.
Keywords: Waste. Biogas. Compost. Management. Product.1 INTRODUÇÃO
O governo federal definiu a meta de reduzir as emissões de gases de efeito estufa na Alemanha em 40%, comparado ao nível de 1990, o mais tardar até 2020. Esta meta só poderá ser alcançada por meio de uma economia ou gestão sustentável, ou seja, economia de energia, geração de energia renovável e uso eficiente da energia. No futuro, a gestão de resíduos poderá continuar a dar uma contribuição significativa, especialmente com relação ao tema resíduos orgânicos, para que sejam atingidas as metas em matéria de recursos naturais, energia e clima.
Nas últimas décadas muitas coisas mudaram na gestão de resíduos da Alemanha. Empresas antes apenas preocupadas com a disposição final dos resíduos passaram a ser especialistas em reciclagem e reutilização. Com um balanço de CO2 excelente, a indústria de gestão de resíduos alemã é pioneira na implementação das metas de proteção do clima. O estudo “Potenciais de proteção do clima da indústria de gestão de resíduos” (IFEU / ÖKO-INSTITUT E.V., 2010) comprova estes dados. O estudo examina os potenciais de aproveitamento / reutilização material e energético das frações relevantes de resíduos. Os resultados já confirmam hoje em dia a enorme contribuição prestada pela indústria de gestão de resíduos alemã para a redução das emissões de gases de efeito estufa no país. Paralelamente, apresenta outras possibilidades de diminuir ainda mais as emissões na Alemanha.
Diante do pano de fundo de um aumento contínuo dos preços das energias fósseis, a pressão socioambiental é tão decisiva quanto a avaliação ambiental do uso de resíduos na geração de energia que se torna cada vez mais relevante. O uso energético de resíduos em centrais termoelétricas (alimentadas com resíduos) é praticado há muitos anos e oferece uma contribuição considerável para a conservação de recursos.
Uma outra via é o uso de resíduos biodegradáveis oriundas da coleta seletiva, não apenas para fins de compostagem ou preparação de húmus para melhorar o solo, mas também para a produção do biogás. Neste caso a fermentação de resíduos biodegradáveis coletados separadamente é mais complicada do ponto de vista tecnológico e biológico e por isso, também, mais cara do que a mera compostagem. Observa-se, no entanto, cada vez mais nos últimos anos uma aproximação econômica entre compostagem e fermentação. Além dos custos operacionais, a receita gerada pelo rendimento energético líquido em fermentadores conquista uma importância cada vez maior. Isto fica tanto mais claro quanto mais intensivo for o uso da energia total contida no biogás e quanto melhor a economia obtida com a estratégia energética do biodigestor acoplado puder ser retratada.
Se apostarmos de forma consequente na tecnologia (o desenvolvimento tecnológico continuou nos últimos anos e esta tecnologia já pode ser considerada madura atualmente) usada nas plantas na forma de fermentação seca de resíduos biodegradáveis e se considerarmos o aumento futuro esperado dos preços das energias fósseis, fica óbvia a necessidade de combinar o aproveitamento material e energético de resíduos biológicos. Trata-se de um caminho que aproxima cada vez mais a economia do fator ambiental. Resumindo, os potenciais dos resíduos biodegradáveis já dão uma contribuição significativa à redução dos gases de efeito estufa na Alemanha atualmente.
2 SITUAÇÃO INICIAL EM BERLIM
A BSR como instituição estatal de direito público é responsável pelos serviços de limpeza urbana em área de 890 km² na qual há 3,4 milhões de habitantes. No âmbito da coleta (400.000 contêineres de resíduos estão instalados) são realizados cerca de 19 milhões de esvaziamentos por ano. Como serviço adicional oferecido aos cidadãos (são aproximadamente 2,8 milhões de visitas de clientes por ano) temos em Berlim quinze empresas de reciclagem e seis pontos de coleta para resíduos perigosos, nos quais são entregues em torno de 150.000 t de resíduos. Nas empresas de reciclagem distingue-se entre aproximadamente 20 materiais diferentes e 35 substâncias nocivas, entre estas também se encontram três frações de resíduos de natureza biogênica. Trata-se das seguintes frações – material lenhoso descartado, resíduos de poda de árvores e arbustos, folhagem seca. Somente no início do ano, são coletadas cerca de 400.000 árvores de natal em Berlim. Um serviço especial é a coleta de resíduos sólidos volumosos diretamente em casa a pedido do cidadão. A varrição e limpeza de ruas e calçadas abrange cerca de 1,5 milhão de km, aproximadamente 4,9 milhões de esvaziamentos de contêineres de resíduos bem como 260.000 limpezas de bueiros. As folhagens recolhidas durante o ano todo resultam em um volume de aproximadamente 100.000 m³. Além disso, temos a eliminação de depósitos ilegais e trabalhos de remoção de neve e gelo durante o inverno.
No passado, as diferentes frações de resíduos não eram primordialmente consideradas pelos seus potenciais de fermentação de resíduos biodegradáveis e o aproveitamento do gás gerado, mas isto mudou neste ínterim. Devido à decisão do parlamento de 06 de dezembro de 2007 (Abgeordnetenhauses von Berlin, Drucksachen 16/1033 und 16/1038 [Câmara de Deputados de Berlim, impressos 16/1033 e 16/1038]), a BSR recebeu a obrigação de elevar significativamente o potencial ambiental dos resíduos oriundos da coleta seletiva através da sua reutilização energética. No dia 20 de agosto de 2010 esta obrigação de construir uma planta de fermentação foi concretizada com o plano de gestão de resíduos da cidade-estado Berlim (ABGEORDNETENHAUSES VON BERLIN, 2010).
A BSR é financiada com taxas cobradas diretamente dos cidadãos, ou mais especificamente do proprietário do terreno, na forma de tarifas. Em princípio, a BSR tem a responsabilidade de assegurar a segurança da disposição dos resíduos e limpeza da capital da Alemanha. A BSR é submetida periodicamente a um processo de benchmarking (análise comparativa), no qual o aspecto mais importante é uma comparação com as taxas cobradas em outras grandes cidades alemãs. Nos últimos anos, conseguiu-se chegar a taxas mais favoráveis para resíduos específicos.
3 RESÍDUOS BIOGÊNICOS
A BSR pode aproveitar os potenciais de resíduos biogênicos de diferentes frações. No total, a BSR conseguiu juntar 121.000 t de resíduos biogênicos na coleta seletiva em 2012, dos quais aproximadamente 117.000 t eram folhas secas e resíduos biológicos. Considerando os 121.000 t, isto corresponde a 35 kg/habitante.
Figura 1 – Evolução dos volumes de resíduos biogênicos
provenientes da coleta seletiva da BSR sem varrição (Mg/a)
provenientes da coleta seletiva da BSR sem varrição (Mg/a)
Fonte: Adaptado pelos autores de BSR (Berliner Stadtreinigung).
4 RESÍDUOS ORGÂNICOS DA COLETA SELETIVA
Desde 1996, a BSR pratica a coleta seletiva para os resíduos orgânicos domiciliares. A adesão e o uso do assim chamado “contêiner marrom” são obrigatórios. Em 2013, foi registrado outro aumento na coleta seletiva que chegou então a 63.000 toneladas. Cerca de 83% dos domicílios fazem parte do sistema de coleta seletiva.
Atualmente está sendo testado se é possível aumentar ainda mais esta quantidade. Na discussão política sobre o futuro incremento da coleta seletiva foi exigida a introdução da fermentação e o abandono total da compostagem. Nesta discussão, a BSR fez uma distinção entre resíduos “fermentáveis” e “não fermentáveis”. Definimos que resíduos fermentáveis devem produzir no mínimo 80 m³ de biogás bruto na fermentação, caso contrário, a fermentação não faz sentido nem do ponto de vista energético nem do ponto de vista econômico.
Figura 2 – Aproveitamento futuro de resíduos biogênicos
Fonte: Adaptado pelos autores de BSR (Berliner Stadtreinigung).
Diante destas considerações foi extrapolado que a primeira instalação de fermentação em Berlim deveria ser projetada para 60.000 t de resíduos a serem processados e capacidade de geração de um volume médio de gás bruto de no mínimo 100 m³/t.
Enquanto a contratação e implementação da maior das duas plantas urbanas planejadas estiver em curso, serão implementadas diversas atividades paralelas visando aumentar as quantidades de resíduos coletados seletivamente em Berlin. A segunda planta instalação será construída quando houver o volume suficiente.
5 TECNOLOGIA DE INSTALAÇÃO E DE PROCESSO DA PLANTA DE BIOGÁS “WEST”
Após um amplo processo de licitação, de âmbito europeu, realizado em 2009, a adjudicação do contrato para a primeira planta foi para o consórcio STRABAG Umweltanlagen GmbH, em Dresden (Alemanha) e STRABAG AG, em Berlin.
O projeto abrangia a construção de uma planta de fermentação seca em Berlim – Spandau composta dos seguintes elementos:
- Balança veicular;
- Recebimento e preparação de resíduos;
- Planta de fermentação com desidratação em fluxo total e tratamento da fase líquida;
- Aeração dos restos de fermentação higienizados e desidratados;
- Coleta, armazenamento e tratamento do biogás para alcançar a qualidade de gás natural;
- Coleta e depuração do ar de exaustão através de um sistema de filtros biológicos em linha dupla.
Figura 3 – Esquema do processo da planta de biogás
Fonte: Adaptado pelos autores de BSR (Berliner Stadtreinigung).
O acesso à planta é pelo lado sul, mais concretamente pela rua “Freiheit”, passando pela rampa de acesso para a área das balanças.
Após a pesagem e registro dos volumes de resíduos na plataforma da balança, os resíduos seguem e são armazenados temporariamente em área de descarga.
Figura 4 – Esquema de instalação da Strabag Umweltanlagen GmbH
Fonte: Adaptado pelos autores de Strabag Umweltanlagen.
A área de descarga está subdividida por três portões equipados com tecnologia de pressão negativa através de cortina de ar para gerar uma separação atmosférica. Os portões podem ser acessados por uma rampa com várias vias. Os veículos de transporte entram de ré na abertura do portão liberado, depois de terem manobrado em uma plataforma suficientemente ampla. O galpão para acondicionar os resíduos, chamado de bunker, foi rebaixado e possui uma profundidade de 2 m em relação à altura da rampa e encontra-se assim no mesmo nível do galpão de recebimento e tratamento. A gestão do bunker é feita por tecnologia móvel (carregadeira de rodas). O material é encaminhado ao processo de tratamento por carregadeiras de rodas. Foi projetado um sistema de galpão rebaixado (silo tipo bunker) para o recebimento dos resíduos, pois oferece uma tecnologia de armazenamento simples com manutenção fácil e boa acessibilidade. Durante a entrega, o motorista da carregadeira de rodas já pode cuidar da gestão do bunker sem haver colisões: ordenamento, triagem, alimentação. A possibilidade de entrar com semirreboque para fins de carga/descarga ou transporte para fora da área do bunker se dá pela entrada e saída no nível do chão em uma zona específica do galpão de recebimento.
A linha de tratamento segundo o princípio da desintegração por peneiras é alimentada pela carregadeira de rodas através de um dosador integrado ao rompedor de sacolas. Os resíduos orgânicos são transportados por correias para o peneiramento. Devido ao projeto de construção em polígono do tambor de peneiramento, tanto o acesso às malhas de peneiramento como à sua substituição é fácil. De acordo com nossa experiência, o formato em polígono também garante um peneiramento eficiente por causa da recirculação reforçada do material a ser peneirado. O tambor de peneiramento está conectado ao sistema de exaustão do galpão. O fluxo de material é separado em duas frações pelo peneiramento (o tamanho das malhas é igual a 55 mm). Os grãos com tamanho superior são conduzidos por um sistema de transporte e separação de materiais ferrosos, e então submetidos a uma pós-trituração em triturador de dois eixos. É possível tornar opcional esta segunda trituração, desta forma a rota também pode ser reestruturada segundo o fluxo de material, onde o material será reconduzido para o galpão bunker. A quantidade de resíduos a ser retirada do ciclo de peneiramento e trituração depende das propriedades do material alimentado (por exemplo, substâncias perturbadoras, plásticos aderentes ao material úmido). A seguir, o material excedente do peneiramento (geralmente material lenhoso) é reconduzido para o ciclo, voltando ao tambor de peneiramento. Este ciclo de peneiramento passa igualmente por uma separação de material ferroso e depois vai para um armazenamento intermediário antes da fermentação.
A área de armazenagem intermediária antes da fermentação possui sistema de ventilação que opera segundo o princípio da pré-decomposição. Esta área serve basicamente para desatrelar a parte de tratamento da parte de fermentação na planta e equalizar o fluxo horário de material, tornando possível a dosagem, no decorrer do dia, do biodigestor (princípio seco) conforme a quantidade de resíduos gerada diariamente.
Além disso, existe a possibilidade de programar a alimentação automática dos fermentadores nos fins de semana ou feriados. Cada um dos três silos tipo bunker possui uma capacidade de aproximadamente 110 m³ e vem equipado com um sistema de piso móvel acionado hidraulicamente, permitindo uma descarga automática e consequentemente também uma alimentação automática do reator. Este depósito também auxilia no preaquecimento da carga do reator, reduzindo a demanda térmica na parte anaeróbia. Nas épocas mais frias, este recurso constitui uma vantagem na produção de biogás por contribuir para a homogeneização. A área de armazenagem intermediária é encapsulada e conectada ao sistema de exaustão. Sendo necessário, ela pode ser esvaziada usando a tecnologia de transporte por esteiras para o setor de recebimento.
São utilizados dois reatores de digestão seca TF 2200 LARAN® com um volume bruto de 2.399 m³. Neste caso trata-se de um processo de fermentação seca termofílica consistindo em uma etapa. Os fermentadores operam de forma quase contínua no regime de fluxo pistão (plug flow).
Modelo construtivo: são duas câmaras de concreto especial em formato horizontal. Os agitadores curtos instalados de forma transversal impedem a formação de camadas flutuantes e/ou camadas de sedimentos e promovem a liberação de gás. Os fermentadores também estão equipados com todos os componentes relevantes para a segurança e conforme requisitos relacionados à tecnologia de gás previstos na legislação vigente. Depois da retirada do silo bunker intermediário, o conteúdo do fermentador é pesado na esteira transportadora equipada com sistema de balança antes de ser transferido por uma esteira distribuidora para uma das duas roscas helicoidais e pressionado para dentro do reator a ser alimentado. O material na rosca helicoidal veda o reator, impedindo a entrada de ar no fermentador.
Figura 5 – Representação esquemática do processo de fermentação seca
Fonte: Adaptado pelos autores de Strabag Umweltanlagen.
O material passa pelo reator em regime de fluxo pistão em modo quase contínuo e – dependendo do teor de substância sólida (TS) – assegura um longo tempo de residência (pré)definido. Visando cumprir os requisitos de higienização do regulamento relativo a resíduos biológicos, o fermentador é operado em regime termofílico (temperatura entre 53 e 55 °C). Devido à operação da planta na faixa termofílica em combinação com as características do fluxo pistão, a higienização do sistema de reatores pode ser certificada com o selo da Associação Alemã para a Qualidade de Compostagem (Bundesgütegemeinschaft Kompost e.V.). O tempo de residência hidráulico médio perfaz cerca de 23 dias. O que significa que a carga volumétrica no fermentador é de aproximadamente 9 kg oTS/m³/d. O fermentador possui nove agitadores posicionados transversalmente. Os agitadores dotados de pás compactas mergulham muito lentamente e em intervalos na suspensão fermentada. Desta maneira, evitam a formação de camadas flutuantes, rompem camadas em formação ou as puxam para baixo, melhorando a liberação de gás. O acionamento dos agitadores é controlado por computador em ciclo escalonado ou defasado. A rotação em sentido horário/anti-horário dos agitadores evita que o fluxo pistão seja influenciado. O substrato fermentado é descarregado na saída do fermentador por um sistema de vácuo através de tubos de sucção de diâmetro generoso (sistema sem contato), ou seja, praticamente sem desgaste e sem interferências. Nos tanques de retirada do material fermentado gera-se vácuo por meio de uma bomba de vácuo. O material fermentado é aspirado para o tanque ao abrir a porta corrediça do reator. No próximo passo, um dos dois recipientes é pressurizado com a ajuda do compressor e o material pressionado pela tubulação para os recipientes intermediários das prensas de rosca.
O material fermentado escoa dos recipientes intermediários, posicionados acima das prensas de rosca, para as prensas de rosca – sendo que cada recipiente está atribuído diretamente a uma das prensas de rosca. A fase sólida desidratada, com um teor de substância seca de aproximadamente 35 a 40% na massa, cai sobre um transportador localizado embaixo dos mecanismos de desidratação. Todo o material desidratado é transportado para um galpão próximo para a aeração subsequente, onde é lançado em uma caixa por uma carregadeira de rodas para as próximas etapas de manipulação. A fase líquida da primeira etapa de desidratação é conduzida para o tanque de água de prensagem. O tanque de água de prensagem está equipado com agitadores para evitar uma separação da mistura sólidos/água na área de sucção das bombas. A bomba que abastece os decantadores aspira a água de prensagem dos tanques e alimenta os decantadores para o tratamento da fase líquida. A qualidade da fase líquida da água de processo é otimizada sem dosagem de floculante para um valor de escoamento da substância sólida < 15%.
Para tal, faz-se apenas uma desidratação do fluxo parcial na forma de tratamento da fase líquida para obter as quantidades de água de processo suficientes para o ciclo de retorno ao fermentador e o ajuste do teor de substância sólida nos tanques de logística. Desta maneira apenas será decantada a parte da água de prensagem para a água de retorno necessária à fermentação e obtenção da qualidade de água de processo para uso na agricultura. O excedente da água de processo é armazenado em dois tanques, com capacidade para dois dias, esvaziados por meio de uma estação de bombeamento para um caminhão cisterna. Por causa do tempo de armazenamento e das propriedades do fluído, os tanques foram conectados à rede de biogás interna com os dispositivos de segurança necessários e uma isolação térmica.
Como os resíduos sólidos da fermentação apresentam pouco material estrutural, tendo por conseguinte um volume de poros inferior ao necessário para uma ventilação “normal” como é usual na compostagem, a aeração é realizada apenas com uma carga volumétrica máxima de 1 t/m², o que corresponde a uma altura da camada de aproximadamente 1 m para a densidade esperada de quase 1 t/m³. O tempo de residência deverá ser, no mínimo, de sete dias para alcançar uma aerobização segura. O objetivo da aeração é assegurar um tratamento direcionado do ar de exaustão e garantir um transporte dos restos sólidos da fermentação com um mínimo de emissão de odor. As seis caixas de decomposição são alimentadas pela carregadeira de rodas. A aeração é assegurada por grandes quantidades de ar e alimentação de calor. O ar de exaustão saturado de umidade é conduzido para o sistema de exaustão com a ajuda de uma ventoinha.
O biogás que escapa das grandes superfícies de substrato nos reatores de digestão seca e do depósito de produtos fermentados passa, por causa da autocompactação (gravidade), pelo acumulador de gás no topo do fermentador e pela depuração grosseira subsequente com separação de condensado integrada. A seguir, o biogás é transportado por tubos de aço inoxidável para um tanque de membranas duplas com capacidade aproximada de 2.150 m³ localizado ao ar livre. Este tamanho permite um armazenamento intermediário do biogás bruto por cerca de duas horas. Após uma dessulfurização, o biogás é refrigerado e/ou secado. Esta etapa é necessária para o uso posterior do biogás, seja no processamento para atingir a qualidade de gás natural, seja no uso interno para geração de calor de processo por meio de caldeira. Para a utilização do gás, o biogás é disponibilizado aos demais consumidores, tratamento do biogás e caldeira, a partir do tanque de gás equipado com ventoinha para elevar a pressão. O biogás bruto depois de purificado é tratado em uma instalação de tratamento de gás para atingir um teor de metano de no mínimo 96% de CH4, sendo a seguir, transmitido para a operadora da rede a “Netzbetriebsgesellschaft Berlin-Brandenburg (NBB)” para aumento da pressão, adaptação do valor energético e odorização.
A planta de fermentação possui um abrangente sistema de tratamento de ar de exaustão equipado com biofiltros e uma lavagem ácida à montante. A versão fechada do filtro biológico é disposta em duas linhas. A seguir, o ar de exaustão é eliminado pela chaminé. O sistema foi projetado de forma a atender os requisitos legais e, além disso, ainda cumprir os critérios de irrelevância da diretiva de emissão de odor (sigla em alemão GIRL).
6 USO ENERGÉTICO DA PLANTA DE BIOGÁS WEST
O conflito que eclodiu entre a Rússia e a Ucrânia, bem como o inverno rigoroso em 2009/2010, mostrou mais uma vez em que medida a Alemanha depende das importações de energia. Last but not least [“Por último, mas não menos importante”], isto constitui mais um motivo para o governo alemão apoiar há anos as energias renováveis.
Em princípio, existem diversas possibilidades para aproveitar o biogás gerado.
Após um esforço de purificação relativamente pequeno, o biogás pode, por exemplo, ser queimado em uma planta de cogeração (calor e força motriz). A planta de cogeração, também designada de CHP, é via de regra composta por um motor a gás acoplado a um gerador e na rota de exaustão a trocadores de calor para produzir calor ou energia elétrica. Normalmente, a eletricidade gerada é injetada na rede pública.
Outra opção é tratar o biogás produzido e operar um posto de abastecimento de biogás junto à planta de biogás, conforme mostrado na terceira coluna da Figura 6. Neste caso, o biogás é usado como biocombustível.
Alternativamente, também poderá ser instalada uma microrrede de gás, por exemplo, para transportar o biogás de uma fazenda ou produtor independente para a planta de cogeração na cidade vizinha, onde será aproveitado para gerar energia elétrica ou calor.
Municípios autossuficientes em matéria de energia usam este recurso para ficar livres dos custos de luz e rede das grandes concessionárias elétricas e empresas de gás.
A quarta opção é a injeção de biogás na rede pública de gás natural. Esta possibilidade é retratada na Figura 6 com pontilhado azul em volta e usada no âmbito do projeto BSR. As BSR injetam o biogás tratado na forma de biometano na rede pública de gás natural e o retiram em diversos pontos para usá-lo como biocombustível.
As condições gerais para a injeção de biogás foram redefinidas com a implementação do programa integrado de energia e clima do governo federal. A alteração do regulamento sobre o acesso à rede de gás (sigla em alemão, GasNZV, revisão em setembro de 2010), que entrou em vigor no dia 12 de abril de 2008, define o desenvolvimento de um potencial de cerca de 6 bilhões de m³ de biometano até 2020 e cerca de 10 bilhões de m³ para injeção na rede de gás até 2030 como meta da ampliação.
Figura 6 – Opções de utilização do gás
Fonte: Adaptado pelos autores de BSR (Berliner Stadtreinigung).
O parceiro da BSR na injeção de biometano é a distribuidora e operadora da rede NBB (Netzgesellschaft Berlin-Brandenburg), uma spin-off (subsidiária) das operadoras de rede GASAG (Berliner Gaswerke Aktiengesellschaft) e EMB (Erdgas Mark Brandenburg GmbH) que iniciou suas atividades em 1º de janeiro de 2006. Sendo uma das maiores empresas de distribuição e operação da rede com atuação em toda a Alemanha. Faz parte das atribuições da NBB assegurar a operação técnica do abastecimento de gás na região Berlim-Brandenburgo. Entre as tarefas centrais está a manutenção e ampliação da infraestrutura técnica necessária bem como providenciar uma operação técnica segura.
O regulamento sobre o acesso à rede, regulamenta as responsabilidades e a repartição dos custos entre as empresas que injetam e operam a rede, e define pela primeira vez a primazia do acesso de biometano na rede de gás. Segundo o parágrafo 41c do regulamento GasNZV, os operadores da rede têm a obrigação de dar prioridade à conexão das plantas de biogás em todos os níveis de pressão.
Figura 7 – Utilização de biogás na BSR
Fonte: Adaptado pelos autores de BSR (Berliner Stadtreinigung).
Os custos de conexão à rede são compartilhados entre operadoras da rede (75%) e injetores de biogás (25%). O limite financeiro da comparticipação dos injetores de biogás é igual a 250.000,00 Euros. De acordo com o parágrafo 41b GasNZV, a conexão à rede é composta por linha de conexão (até 10 km), medidor-regulador da pressão do gás, dispositivo de concentração e equipamento aferido para medição do biometano a ser injetado. A operadora da rede é proprietária da conexão à rede e assume os custos de manutenção e operação. Nos termos do parágrafo 41d GasNZV, as operadoras da rede devem dar preferência à celebração de contratos de injeção e retirada de energia com clientes de transporte (atacadistas, fornecedores e consumidores finais) de biometano.
Simultaneamente, a operadora da rede tem a obrigação de efetuar todos os gastos aceitáveis do ponto de vista econômico para otimizar a receptividade técnica da rede. Para os clientes de transporte de biogás, o regulamento GasNZV prevê disposições específicas visando mecanismos de compensação do balanço em caso de lançamento do biogás. Para conseguir esta compensação do balanço, os clientes de transporte são atribuídos a um grupo contábil separado para biogás. Neste grupo contábil, as diferenças precisam ser compensadas, o que é feito por uma assim chamada conta de balanço. A operadora da rede deve oferecer uma margem de flexibilidade de 25% (em relação à quantidade de gás injetada) a grupos contábeis contendo apenas biogás. A margem de flexibilidade é calculada por um período contábil de doze meses. No cálculo, o desvio acumulado da quantidade de energia proveniente de biometano é saldado com os equivalentes de energia retirados da rede. Saldos finais positivos podem ser transferidos para o próximo exercício contábil pelos injetores de biogás. Para o uso da margem de flexibilidade de fato utilizada paga-se um montante fixo de 0,1 ct/kWh (ct = centavos de euros) à operadora da rede.
Além disso, a operadora da rede tem direito ao reembolso dos custos dos serviços de transporte na rede segundo o regulamento relativo à remuneração das redes de gás (sigla em alemão, GasNEV). Por outro lado, as redes à montante não devem ser usadas na injeção distribuída de biogás para não gerar taxas de uso da rede. As taxas evitadas são reembolsadas com um montante fixo de 0,7 ct/kWh (ct = centavos de euros) aos injetores de biogás pelo operador em cuja rede o biogás foi injetado.
Na soma, a posição do cliente de transporte de biogás fica melhor com as regras descritas acima do que a de um cliente de transporte de gás natural para que a injeção de biogás possa ocorrer em condições econômicas. Estas regras também levam em consideração que o biogás é produzido de forma contínua (24 horas por dia) a partir de um processo microbiano, mas que o uso da energia ocorre geralmente de forma descontinuada e sujeito a consideráveis oscilações sazonais. Por causa da redução dos custos da injeção de biogás, considerando custo de conexão, remuneração para taxas de uso evitadas, qualidade do gás e compensação ampla do balanço, há um aumento dos custos para as operadoras da rede. Estes custos adicionais são, no entanto, compensados por serem fixados como custos de rede elegíveis, podendo ser repassados ao consumidor final do gás.
Nas fichas técnicas da Associação Alemã para Gás e Água (Deutsche Vereinigung des Gas- und Wasserfaches e.V. – DVGW) foram definidas as principais exigências relativas à qualidade dos gases na rede de abastecimento público. O regulamento GasNZV remete para as fichas técnicas G 260 (Características do gás) e G 262 (Uso de gases de fontes regenerativas no abastecimento público de gás). Enquanto os injetores de gás têm o dever de assegurar que o gás tenha as características citadas nas fichas técnicas, as operadoras da rede têm a responsabilidade de cuidar da odorização, dos valores energéticos e da taxa de compressão.
A energia também é utilizada como substituto do combustível fóssil na frota de veículos. Assim, a BSR usará os equivalentes de energia conseguidos com o biometano abastecendo os tanques dos seus veículos, ampliando para tal a sua frota. Para isso, serão comprados mais 100 caminhões de coleta de resíduos movidos a gás natural no âmbito do investimento para fins de substituição dos veículos antigos movidos a diesel. Desta maneira, o número total de caminhões CNG chegará a aproximadamente 150 caminhões, além disso, serão instaladas mais duas bombas de gás de alta performance nas empresas da BSR para facilitar o abastecimento.
A quantidade de biogás disponibilizada anualmente pela planta de biogás da BSR corresponde a cerca de 2.000 t/h de gás natural ou 2,5 milhões de litros de equivalente de diesel por ano, segundo uma estimativa conservadora considerando a energia operacional. A BSR avaliou as diferentes opções de utilização do biogás gerado a partir de amplas análises ambientais e econômicas, nas quais foram incorporadas condições naturais e específicas do local. Como resultados das avaliações temos a preferência ao uso na forma de combustível nos veículos de coleta.
Principais aspectos que remontaram à decisão tomada:
- O nível de ruído significativamente inferior dos motores a gás junto com uma melhoria das emissões (ver norma Euro VI) o que é altamente benéfico para o meio ambiente no centro da cidade de Berlim.
- O aumento contínuo dos preços do diesel e gás natural cuja substituição por biogás resulta em uma diminuição notável dos custos indiretos.
Se o biogás for usado como combustível, o consumo de diesel da frota poderá ser reduzido em torno de 2/3 e as emissões de CO2 da frota em mais de 6.000 t CO2/ano. A quantidade de biocombustível gerada é tão elevada que não cobre apenas o consumo de combustível dos caminhões de coleta de resíduos orgânicos, mas até poderão, futuramente, abastecer mais caminhões de coleta dos resíduos domésticos com biocombustível. Além disso, os veículos movidos a gás são bem mais silenciosos, dado que a redução de aproximadamente 2 dB percebidos representa cerca da metade do nível de ruído. As emissões de particulado fino também são extremamente baixas, de modo que haverá melhorias significativas em comparação aos veículos existentes.
No caso da conversão em eletricidade na própria planta, como é praticada nas outras instalações, o biogás gerado é consumido na planta de cogeração integrada. Porém, em muitas destas plantas o rendimento é baixo e apenas uma parte da energia armazenada no biogás acaba sendo aproveitada. Esta ineficiência nas plantas de cogeração de eletricidade e calor acontece devido à falta de dissipadores de calor, por isso a energia térmica gerada frequentemente não pode ser usada, sendo liberada para o ambiente depois de passar pela refrigeração. Se uma planta não tiver uma estratégia para aproveitar a energia térmica, pode-se elevar o rendimento para aproximadamente 80% com um tratamento do biogás bruto para injeção na rede de gás.
É exatamente esta a proposta do tratamento do biogás bruto para torná-lo um produto comparável ao gás natural visando sua injeção na rede de gás. Os equivalentes de energia do biometano podem substituir toda a gama de aplicações do gás natural fóssil em outros pontos. As vantagens de usar a rede de gás são óbvias: por um lado, a produção de biometano pode ser desatrelada do momento de utilização (aspecto temporal) e a função de armazenamento da rede aproveitada, por outro, a rede representa uma função de crédito devido às regras da margem de flexibilidade para o grupo contábil biogás.
A BSR foi a primeira empresa a celebrar um acordo de cooperação com a cidade-estado Berlim para a redução da emissão de gases de efeito estufa. No âmbito deste acordo, a BSR comprometeu-se a continuar reduzindo as emissões de gases nocivos ao clima, isto é, obter e usar energias renováveis para alcançar esta meta. Os principais instrumentos para atingir a meta são as plantas de tratamento de resíduos e a cobertura de aterros. Por isso, a BSR atualizou o seu plano de utilização da fração orgânica dos resíduos domésticos e planejou a construção de mais duas plantas de biogás. Paralelamente, ainda está sendo implementado o potencial de proteção do clima na frota de veículos e na carteira de imóveis.
Uma publicação atual do Ministério Federal do Meio Ambiente, Proteção da Natureza e Segurança Nuclear (BMU) feita em cooperação com a Agência Federal de Meio Ambiente (UBA) aponta para as vantagens e os efeitos positivos da fermentação para o clima: “O aproveitamento energético de resíduos orgânicos em combinação com o uso material dos nutrientes vegetais contidos nos resíduos orgânicos pode ser classificado como ‘aproveitamento valioso’” (BMU/UBA, 2012). Nesta publicação também foi incluída uma figura pioneira que aponta uma tendência ao fazer uma comparação entre as vantagens e desvantagens da compostagem e da fermentação com relação ao equivalente de CO2.
Na Figura 8, a vantagem e o grande efeito positivo da fermentação em relação à compostagem ficam bem visíveis.
Figura 8 – Balanço climático comparativo: compostagem X fermentação
Fonte: Ifeu e Partner, 2008.
Mesmo assim não devem ser negligenciados os outros efeitos sobre o meio ambiente. Algumas frações presentes nos resíduos prestam uma contribuição importante para outros impactos ambientais, tais como, os resíduos orgânicos ou resíduos verdes de parques, praças e jardins, cuja coleta seletiva para reaproveitamento ajuda a poupar, sobretudo, o recurso mineral fósforo. Na discussão atual sobre a mudança climática muitas vezes são apenas destacados os potenciais energéticos, enquanto os valores específicos da produção obtidos com a aplicação de resíduos orgânicos tratados no solo, geralmente não são debatidos ou apenas mencionados rapidamente. Isto se deve à dificuldade de retratar objetivamente fatos e circunstâncias diferentes, como a substituição de fontes de energia fósseis por um lado e os efeitos, por exemplo, da compostagem sobre a fertilidade do solo por outro em um diagrama comum de avaliação do balanço ambiental. Porém, foi exatamente esta a tarefa proposta à Agência de Incentivo à Proteção Ambiental (EPEA) pela Associação dos produtores de húmus e terra (Verband der Humus- und Erdenwirtschaft – VHE).
O estudo igualmente comprova as vantagens ambientais da compostagem e da fermentação de resíduos orgânicos, e fundamenta a importância da coleta seletiva e reciclagem dos materiais, sobretudo produtos gerados a partir do efeito do adubo e do húmus. Assim, por exemplo, a recirculação dos resíduos da fermentação no solo resulta em um crédito de carbono por causa do sequestro de carbono de aproximadamente 6.000 t CO2 Eq./a (bruto).
8 CONCLUSÕES
Hoje em dia, os prestadores de serviços de coleta seletiva e reciclagem municipais têm de fazer jus à exigência socioambiental de contribuir para a redução das emissões de gases de efeito estufa e a necessidade da gestão sustentável dos recursos. Para tal, é essencial que haja transparência, continuidade e confiabilidade no que toca às condições macro políticas, econômicas, ambientais e técnicas necessárias para a ampliação futura da injeção de biogás.
Neste contexto, o uso de resíduos na geração de energia torna-se cada vez mais importante para a estratégia da BRS. Com o projeto de plantas atualizado da BSR para resíduos orgânicos, em especial, o material biológico da coleta seletiva (BIOGUT), será possível minimizar os aumentos de tarifas e, ao mesmo tempo, incrementar a produção de energia verde da BSR através do prolongamento da cadeia de valor agregado – e isto tudo a custos aceitáveis para a fermentação e redução dos custos de transporte e compra de diesel.
Além disso, o aproveitamento das possibilidades de reduzir as emissões de dióxido de carbono e metano conseguido como a reutilização dos resíduos da fermentação dará mais uma contribuição à economia de ciclo fechado (economia circular) e proteção do clima. Com esta estratégia para as suas plantas, tornou-se possível uma combinação ambiental do ciclo logístico com o ciclo de materiais orgânicos.
Figura 9 – Ciclos fechados no reaproveitamento dos resíduos orgânicos
Fonte: Adaptado pelos autores de BSR (Berliner Stadtreinigung).
REFERÊNCIAS
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ABGEORDNETENHAUSES VON BERLIN. Vorlage – zur Beschlussfassung – Abfallwirtschaftskonzept 2020 für das Land Berlin. Drucksache 16/3403. 20.08.2010. [Estratégia de gestão de resíduos, impresso 16/3403, Câmara de deputados de Berlim, 20.08.2010]. Disponível em: <http://www.stadtentwicklung.berlin.de/umwelt/abfall/konzept_berlin/download/AWK2010_Endfassung.pdf>. Acesso em: 12 jan. 2015.
BMU/UBA – Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit / Umweltbundesamt. Ökologisch sinnvolle Verwertung von Bioabfällen – Anregungen für kommunale Entscheidungsträger. 2012. <https://www.umweltbundesamt.de/sites/default/files/medien/publikation/long/3888.pdf>. Acesso em: 31 maio 2014.
BSR – Berliner Stadtreinigung. Ringbahnstraße 96, 12103 Berlin. Disponível em: <http://www.bsr.de/>. Acesso em: 12 jan. 2015.
EPEA/VHE – Internationale Umweltforschung GmbH / Verband der Humus- und Erdenwirtschaft e.V. Ökologisches Leistungsprofil von Verfahren zur Behandlung von biogenen Reststoffen – Kompass für die Entscheidungsfindung vor dem Hintergrund der geplanten Überarbeitung des Erneuerbaren-Energien-Gesetzes. April 2008. Disponível em: <http://www.bde-berlin.org/wp-content/uploads/2008/04/epea_kompass.pdf>. Acesso em: 31 maio 2014.
IFEU / ÖKO-INSTITUT E.V. Klimaschutzpotenziale der Abfallwirtschaft – am Beispiel von Siedlungsabfällen und Altholz. [Potenciais de proteção climática na gestão de resíduos tomando como exemplo o lixo urbano e a madeira usada], janeiro de 2010, Bundesverband der deutschen Entsorgungs-, Wasser- und Rohstoffwirtschaft e.V. – BDE [elaborado a pedido do Ministério Federal do Meio Ambiente, Proteção da Natureza e Segurança Nuclear (BMU) / Associação Federal de Gerenciamento de Aterros Sanitários, Água e Recursos Naturais]. 2010. Disponível em: <http://www.bde-berlin.org/wp-content/pdf/2010/klimaschutzpotentiale.pdf>. Acesso em: 12 jan. 2015.
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WINKELMANN, Wilhelm; GOSTEN, Alexander. Exploração e Beneficiamento do Biogás Obtido na Planta de Fermentação da Cidade de Berlim. In: FRICKE, Klaus; PEREIRA, Christiane; LEITE, Aguinaldo; BAGNATI, Marius. (Coords.). Gestão sustentável de resíduos sólidos urbanos: transferência de experiência entre a Alemanha e o Brasil. Braunschweig: Technische Universität Braunschweig, 2015. Disponível em: <https://goo.gl/BE246I>. Acesso em: .
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