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De acordo com a Agência de Proteção Ambiental dos Estados Unidos (EPA), existem quatro compostos de gases de efeito estufa que são mais frequentemente implicados no fenômeno do aquecimento global — dióxido de carbono (CO₂), óxido nitroso (N₂O), gases fluorados e metano (CH₄). O metano é emitido para a atmosfera durante a extração e processamento de carvão, gás natural e petróleo. A flatulência de gado é outra fonte de liberação observável de metano. Entre esses gases, acredita-se que o metano contribua com 10 por cento para a presença geral de gases de efeito estufa atmosféricos. Menos notado é que o metano não é estritamente um subproduto da produção de energia, é também uma fonte crescente de geração de energia.
Materiais orgânicos podem se decompor com e sem a presença de oxigênio. Sejam árvores mortas, folhas caídas, carcaças de animais, resíduos alimentares, fezes de pássaros ou grama cortada, todas essas substâncias se desintegrarão quimicamente de uma forma ou de outra. Quando o fazem na ausência de oxigênio, as bactérias começam a decompô-las em fases, de modo que o metano é um produto final. Essa sequência de reações é chamada de digestão anaeróbica. Ocorrendo sempre no mundo natural, a digestão anaeróbica pode ser aperfeiçoada e acelerada colocando a engenhosidade humana para trabalhar nela. Tanques selados que recebem substrato, ou seja, a matéria orgânica, podem efetuar a digestão anaeróbica, levando-a à sua conclusão desejada — produção de metano renovável — em menos tempo do que seria alcançado na natureza. Esses sistemas são construídos para escalar, desde um aparelho doméstico que fornece combustível para cozinhar até uma grande usina de biometano que fornece energia para estações de tratamento de água ou sistemas de transporte público.
O biogás resultante da digestão anaeróbica contém mais do que apenas CH₄. Consequentemente, o biogás deve ser purificado, limpo de impurezas e compostos contaminantes. Entre esses adulterantes estão sulfeto de hidrogênio, amônia, siloxanos e compostos orgânicos voláteis. Alguns são perigosos para a saúde individual e pública, bem como para a integridade estrutural de gasodutos e tanques. Outros componentes não-CH₄, como CO₂ e vapor d'água, reduzem a eficiência do biogás como fonte de energia. O biogás é purificado por uma infinidade de técnicas. Algumas exigem que os contaminantes sejam absorvidos em soluções líquidas. Outros métodos de depuração de gás metano usam superfícies sólidas de carbono ativado e outros elementos para adsorver os constituintes indesejáveis do biogás. Refrigeração e condensação permitem que os vários componentes químicos se separem uns dos outros. A tecnologia de membranas funciona de forma semelhante, permitindo que os contaminantes passem pela membrana enquanto o metano é retido.
Um uso final deste biogás refinado é a conversão em eletricidade. Isso pode ser alcançado com células de combustível, que aproveitam a energia química do biogás, recebendo-o em seu eletrodo negativo enquanto o ar entra no eletrodo positivo da célula. As moléculas de gás são separadas em prótons e elétrons; este último flui para o eletrodo positivo e é aqui que a eletricidade é gerada. Outro meio de geração é o motor de combustão: aqui, a queima de biogás alimenta uma turbina que gera eletricidade. O biometano é um gás natural renovável que — juntamente com o gás natural adquirido convencionalmente — produz 26 por cento da eletricidade dos EUA.
O biometano (do biogás ao metano) também pode ser utilizado como combustível para aquecimento, combustível para cozinha e combustível veicular. De acordo com a Associação Europeia de Biogás, o biometano é totalmente compatível com motores de combustão interna. O biometano pode ser condensado em gás natural comprimido ou liquefeito. Usado por automóveis, veículos utilitários e caminhões mais pesados, o biometano está até sendo considerado para barcos, navios e locomotivas ferroviárias. O biogás purificado é um substituto adequado para o gás natural no aquecimento de casas e edifícios comerciais. O aquecimento comunitário a biometano é uma realidade estabelecida em locais como Suderbyn, Suécia. Cada casa, portanto, não precisa possuir sua própria usina de biogás.
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