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Universidade Do Estado Do Rio De Janeiro Centro De Ciência E Tecnologia Faculdade De Engenharia

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Universidade Do Estado Do Rio De Janeiro Centro De Ciência E Tecnologia Faculdade De Engenharia 1 Universidade do Estado do Rio de Janeiro Centro de Ciência e Tecnologia Faculdade de Engenharia Fábio Viana de Abreu Análise de viabilidade técnica e econômica da geração de energia através do biogás de lixo em aterros sanitários Rio de Janeiro 2009 1 Fábio Viana de Abreu Análise de viabilidade técnica e econômica da geração de energia através do biogás de lixo em aterros sanitários Dissertação apresentada, como requisito parcial para obtenção do título de Mestre, ao Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, da Universidade do Estado do Rio de Janeiro. Área de concentração: Fenômenos de Transporte. Orientador: Prof. Dr. Manoel Antonio da Fonseca Costa Filho Coorientador: Prof. Dr. Mauro Carlos Lopes Souza Rio de Janeiro 2009 1 CATALOGAÇÃO NA FONTE UERJ / REDE SIRIUS / BIBLIOTECA CTC/B A162a Abreu, Fabio Viana de. Análise de viabilidade técnica e econômica da geração de energia através do biogás de lixo em aterros sanitários / Fabio Viana de Abreu. - 2009. 175 f.: il. Orientador: Manoel Antonio da Fonseca Costa Filho Coorientador: Mauro Carlos Lopes Souza. Dissertação (Mestrado) – Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Faculdade de Engenharia Mecânica. 1. Energia Elétrica. 2. Biogás. 3. Aterros sanitários. 4. Resíduos sólidos urbanos. 5. Avaliação Econômica. 6. Sustentabilidade. I. Costa Filho, Manoel Antonio da Fonseca. II. Souza, Mauro Carlos Lopes. II. Universidade do Estado do Rio de Janeiro. III. Título. CDU 621.31:620.92 Autorizo, apenas para fins acadêmicos e científicos, a reprodução total ou parcial desta tese, desde que citada a fonte. ____________________________________ __________________________ Assinatura Data 1 Fábio Viana de Abreu Análise de viabilidade técnica e econômica da geração de energia através do biogás de lixo em aterros sanitários Dissertação apresentada, como requisito parcial para obtenção do título de Mestre, ao Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, da Universidade do Estado do Rio de Janeiro. Área de concentração: Fenômenos de Transporte. Aprovado em: 23 de Novembro de 2009. Banca Examinadora: _______________________________________________________ Prof. Dr. Manoel Antonio da Fonseca Costa Filho (Orientador) Faculdade de Engenharia - UERJ _______________________________________________________ Prof. Dr. Mauro Carlos Lopes Souza (Coorientador) Faculdade de Engenharia - UERJ _______________________________________________________ Prof.ª Dr.ª Mila Rosendal Avelino Faculdade de Engenharia - UERJ _______________________________________________________ Prof. Dr. Luiz Pinguelli Rosa Universidade Federal do Rio de Janeiro - COPPE _______________________________________________________ Prof. Dr. José da Rocha Miranda Pontes Universidade Federal do Rio de Janeiro - COPPE Rio de Janeiro 2009 1 DEDICATÓRIA A minha esposa Natália Arantes de Carvalho, por estimular meu desenvolvimento acadêmico, pessoal e profissional, além da sua compreensão e apoio para realização deste trabalho, mesmo tendo que me ausentar em alguns momentos do convívio diário. 1 AGRADECIMENTOS Ao Prof. Manoel Antonio da Fonseca Costa Filho, por acreditar no meu potencial para a realização dessa dissertação. Ao Prof. Mauro Carlos Lopes Souza, por suas valiosas sugestões para a realização dessa dissertação e ensinamentos na disciplina de Biogás. A Profª. Mila Avelino por seus ensinamentos, confiança e apoio sempre presente. Ao Prof. Norberto, por sua dedicação e conhecimentos transmitidos. Ao Prof. Luiz Pecorelli, pela oportunidade de estudo e conhecimento na área de Veículos Elétricos e aos demais Professores da UERJ. Ao Centro de Estudos e Pesquisas em Energias Renováveis (CEPER), que sempre disponibilizou toda sua infra-estrutura para a realização deste trabalho, além do convívio com professores deste Centro de Estudos. Agradeço aos funcionários da UERJ pela qualidade dos serviços prestados, em especial a Maxini Matos e a Renata Rezende. Aos colegas da área de Materiais e Universidade Petrobras, em especial aos meus superiores hierárquicos diretos Antonio Ezequiel Rodriguez e Rafael Brandão que sempre apoiaram e incentivaram a realização do Mestrado. Além do Tiago Said da Gerência de Desempenho Empresarial. Aos diversos colegas da Petrobras Distribuidora, como o Administrador Pleno Jose Wellington, o Consultor da termoelétrica de Suape II Emanuel Nazareno, entre outros. Aos meus superiores hierárquicos diretos Valter Carvalhaes, Pablo Vargas e Carmelo Scofano que sempre foram solícitos em me liberar para realizar o Mestrado na UERJ. Agradeço aos colegas Valdeci Nascimento, Adriano Gatto, entre outros do Programa de Pós Graduação em Engenharia Mecânica e do Centro de Pesquisas em Energias Renováveis, pelas discussões técnicas e científicas, além da rede de relacionamentos e amizades construídas. Agradeço ao José Penido, por disponibilizar os dados de sua palestra sobre o Aterro de Gramacho no Clube de Engenharia em 2007. Aos meus pais e familiares que proporcionaram os sustentáculos básicos para realização do curso de Mestrado. RESUMO ABREU, Fábio Viana. Análise de viabilidade técnica e econômica para geração da energia através do biogás de lixo em aterros sanitários. 2009. 175 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) – Faculdade de Engenharia, Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2009. A geração de energia a partir do biogás do lixo em aterros sanitários é uma maneira de produzir energia elétrica renovável e limpa, reduzindo os impactos globais provocados pela queima dos resíduos sólidos urbanos. A contribuição ambiental mais relevante é a redução de emissões dos gases de efeito estufa (GEE), por meio da conversão do metano em dióxido de carbono, visto que o metano possui um potencial de aquecimento global cerca de 21 vezes maior, quando comparado ao dióxido de carbono (através da combustão do mesmo). De acordo com o Mecanismo de Desenvolvimento Limpo (MDL), os países ricos podem comprar créditos de carbono (CERs) dos países em desenvolvimento (que possuam projetos sustentáveis) para cumprir suas metas ambientais. O objetivo é transformar um passivo ambiental (destinação final dos resíduos sólidos urbanos) em um recurso energético, além do estudo da alternativa de obtenção de recursos financeiros através dos CERs. São analisadas as tecnologias de conversão energética (tecnologia de gás de lixo, incineração, entre outras), com a seleção da melhor alternativa para a geração de energia através do biogás de lixo em aterros sanitários. A metodologia utilizada é a recomendada pela Agência de Proteção Ambiental dos Estados Unidos - USEPA (2005). Serão apresentadas outras duas metodologias de cálculo da geração de metano: a do Banco Mundial e a do IPCC (Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas). São apresentados estudos comparativos demonstrando quando as turbinas a gás, motores de combustão interna (ciclos Otto ou Diesel) ou outras tecnologias de conversão energética serão viáveis na área técnica e econômica para implantação de Unidades Termoelétricas a biogás. No caso do Aterro de Gramacho, o projeto é viável com a utilização de motores a combustão interna e a obtenção de receitas com a venda da produção de energia e créditos de carbono. Por fim, será apresentada a alternativa do uso do biogás como substituto do gás natural para fins energéticos ou outros fins industriais. Palavras chave: Aterro sanitário. Biogás. Energia elétrica. Resíduos sólidos urbanos. Avaliação econômica e sustentabilidade. ABSTRACT The power generation through Biogas from wastes in landfill is a way to generate renewable and clean electric energy, reducing the global impacts provoked by the burning of urban solid wastes. The more important environmental contribution associated to this project is the reduction of greenhouse gases emissions (GHG), by means of the conversion of methane in carbon dioxide, since the methane has a potential of global warming about 21 times higher than carbon dioxide (through the combustion of the same). In accordance with the clean development mechanism (CDM), the industrialized countries can buy carbon credits from the developing countries (if they possess sustainable projects) to achieve their ambient goals. The objective is to transform environmental liability (final destination of the urban solid wastes) in an energetic resource, beyond the study of the alternative for obtaining financial resources through the CERs, that also is object of the present study. The technologies of energy conversion are analyzed (landfill gas, incineration, among others) with the selection of the best solution for the power generation through biogas from wastes in landifills. The methodology used is the recommended by the United States Environmental Protection Agency - USEPA (2005). Others two methodologies of calculation of the methane generation are presented: from World Bank and from IPCC (Intergovernamental Panel on Climatic Changes). Comparative studies are presented demonstrating when gas turbine, internal combustion engines (Otto or Diesel cycles) or other technologies for energy conversion have technical and economical feasibility for implantation of the power plant. In the case of Gramacho’s Landfill, the project is feasible with the use of internal combustion engines and incomes obtained with energy sales and carbon credits. Finally, they are presented the alternative of the use of biogas as substitute of the natural gas for energetic uses or other industrial ends. Keywords: Landfill. Biogas. Electric energy. Urban solid waste. Economical analysis and sustainability. LISTA DE FIGURAS
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