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O tratamento de esgoto pelo processo de digestão anaeróbia converte parte da matéria orgânica em biogás, composto principalmente de dióxido de carbono e metano. Mesmo diluído no biogás, o metano pode ser convertido em energia elétrica por meio da combustão direta em motores e turbinas ou pela conversão em células a combustível, as quais apresentam vantagens pela sua grande eficiência e facilidade de operação. Diferenciam-se das tecnologias convencionais baseadas na combustão pela menor emissão de poluentes e maior eficiência energética. Atualmente, pelo menos 1.700 m³ CH4/dia gerado na ETE Atuba Sul (Curitiba-PR) sofre um processo de combustão em queimadores, visando a emissão de CO2 e consequente redução da emissão de metano da ETE. Apesar desta redução no impacto ambiental, o biogás, composto por 60,6 % de metano, é desperdiçado ao invés de ser aproveitado para a geração de energia elétrica e calor na própria ETE. Neste trabalho avalia-se a viabilidade técnica e econômica de uma planta comercial de células a combustível de ácido fosfórico de 200 kW, para fornecimento de energia elétrica e térmica, com eficiência total de até 70%, à ETE Atuba Sul, a partir de biogás da digestão anaeróbia. As amostras de biogás foram analisadas pela técnica de cromatografia a gás. Adotou-se estimativas de produção de metano teóricas e práticas, a partir de fontes literárias e pela medição da vazão do biogás com o anemômetro digital, respectivamente. Levantou-se o perfil de consumo de energia elétrica da ETE Atuba Sul e analisaram-se as possibilidades de utilização da energia térmica. A análise da viabilidade técnica foi obtida conforme os valores de VPL, TIR, TMA e PRL (Payback). A utilização do biogás para produção de energia por meio da célula a combustível viabiliza o autofornecimento energético, possibilita a geração distribuída de energia elétrica, reduz os custos de operação da ETE e permite o aproveitamento eficaz do recurso natural biogás, propiciando o desenvolvimento sustentável. Resultados demonstram que o custo da energia alternativa gerada é competitivo e que a adaptação da planta é viável.
Waste treatment by anaerobic digestion process converts part of the organic matter in biogas, composed principally of carbon dioxide and methane. Even diluted in the biogas, the methane can be converted in electric energy through the straight combustion in motors and turbines or for the conversion in fuel cells, who present advantages for his great efficiency and easiness of operation. They are differentiated of the conventional technologies based on the combustion by the least emission of pollutants and bigger energetic efficiency. At present, at least 1.700 m³ CH4/day was produced in the ETE Atuba Sul suffers a process of combustion in burners, aiming at the emission of C02 and consequent reduction of the emission of methane of the ETE. In spite of this reduction in the environmental impact, the biogas composed by 60,6 % of methane, is wasted instead of being used for the generation of electric energy and heat in the ETE itself. At this work there is valued the technical and economical viability of a commercial plant of fuel cells of phosphoric acid of 200 kW, for supply of electric and thermal energy, with total efficiency of up to 70 %, to the ETE Atuba Sul, from biogas of the anaerobic digestion. The samples of biogas were analyzed by the chromatography technique to gas. There were adopted theoretical and practical estimates of production of methane, from literary fountains and for the measurement of the biogas flow with the digital anemometer, respectively. There was lifted the profile of consumption of electric energy of the ETE Atuba Sul and there were analyzed the means of use of the thermal energy. The analysis of the technical viability was obtained according to the values of VPL, TIR, TMA and Payback. Use of biogas and fuel cells for energy generation makes feasible self-generation, enables distributed electric power, reduces operation costs of wastewater treatment plant and allows the efficient use of biogas, a natural resource that favors sustainable development. The results demonstrate that the cost of produced alternative energy is competitive and that the adaptation of the plant is viable.
Data da defesa: 23/11/2009
Banca Examinadora
Orientador: Mauricio Pereira Cantão (Lactec)
Membro da Banca: Patricio Rodolfo Impinnisi (Lactec)
Membro da Banca: Maria Alessandra Mendes (Lactec)
Membro da Banca: Miguel Mansur Aisse (UFPR)
Membro da Banca: Cleverson Vitorio Andreoli (UNIFAE)
Palavra(s)-Chave: Tratamento de esgoto; Biogás; Energia elétrica; Células a combustível; Geração distribuída de energia; Viabilidade técnica e econômica.
Keywords: Sewage treatment; Biogas; Electricity; Fuel cells; Distributed generation of energy; Technical and economic feasibility.
