Green corn field growing up

Eletricidade limpa da pilha de compostagem

O biogás está em ascensão. Cada vez mais agricultores utilizam esta fonte extremamente ecológica de energia. Isso não é surpreendente, uma vez que o princípio por trás do biogás é simples, assim como a tecnologia necessária para aproveitá-lo. O biogás pode também gerar lucros enormes – sem mencionar eletricidade limpa e até mesmo bons fertilizantes.

A “melhor vaca ” não dá leite

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Pastos verdes exuberantes onde as vacas pastam; árvores extremamente carregadas de frutos no verão e no outono, longas estradas arborizadas, e um castelo perfeito no alto da única elevação neste campo plano. As pessoas que trabalham aqui em Kleve realmente vivem bem, isto é, se você gostar de viver no campo.

Ionel Constantin é uma dessas pessoas. Este homem com cabelos ralos e jaqueta de couro marrom nos leva ao longo das terras de Haus Riswick, um tipo de fazenda de pesquisa operada pela Câmara de Agricultura do estado alemão da North Rhine-Westphalia, no meio desta paisagem pitoresca. Aqui, em uma das partes mais ocidentais da Alemanha, a poucos quilômetros da fronteira com a Holanda, você pode sentir um odor que mistura ar puro do campo e da silagem, usada para alimentar mais de 200 cabeças de gado alojadas em estábulos abertos. Constantin olha para as caixas nas quais os animais estão quase que silenciosamente mastigando a palha. Dificilmente pode se ouvir um som das vacas. Constantin está satisfeito com o que vê. Ele se movimenta, e de repente está à frente de algo que, à primeira vista não parece se encaixar com o cenário idílico. É um conjunto de estruturas na forma de seis cilindros, cada uma com cerca de cinco metros de altura. Duas delas têm telhados cônicos que lembram vagamente cabanas africanas gigantes. Na frente delas está um edifício verde do tamanho de uma garagem para dois carros. De dentro dela um zumbido baixo pode ser ouvido. “Esta é a nossa unidade de biogás”, diz Constantin. “A melhor vaca em nosso celeiro”, acrescenta com um sorriso depois. Nós, no entanto, pensamos em biogás e enrugamos nossos narizes – mas não podemos sentir nenhum cheiro, exceto do solo, a silagem, e folhas úmidas. Só isto.

Eletricidade a partir de esterco

Eletricidade verde é produzida aqui: Os containers redondos fazem parte da unidade de biogás.

Eletricidade verde é produzida aqui: Os containers redondos fazem parte da unidade de biogás.

Eletricidade verde é produzida aqui: Os containers redondos fazem parte da unidade de biogás.

Uma enorme quantidade de atividade acontece no interior das duas “cabanas”, que na verdade são fermentadores – reatores da instalação. O biogás definitivamente oferece o melhor exemplo de como você pode ganhar dinheiro com esterco. Isso porque os fermentadores são “alimentados” com todo material orgânico possível resultante das operações agrícolas. Por dia, os trabalhadores rurais em Kleve colocam em torno de uma tonelada de restos de alimentação no recipiente de 578 metros cúbicos. Eles também adicionam de uma a uma tonelada e meia de silagem de capim e milho e cerca de 5 a 6 metros cúbicos de estrume de vaca de baixo odor. O resultado final é a eletricidade: em torno de 1.800 kWh são produzidos pela planta de 75 kW, todos os dias. Como se não bastasse, a instalação também gera calor suficiente para todo o site inovador em Kleve.

 Um subproduto que causa um problema

Fermenting plants such as corn produces the combustible gas methane, which can be used to drive an electricity generator.

A fermentação de plantas como o milho produz o gás metano combustível, que pode ser utilizado para acionar um gerador de energia elétrica.

É fácil explicar como uma usina de biogás funciona. Em primeiro lugar, as bactérias no chorume, cuja temperatura é de 38ºC, capturam e consomem tudo o que de outra forma apodreceria a céu aberto. As bactérias então excretam metano no final do processo metabólico. Constantin mostra-nos o quê pode ser feito com este gás, abrindo a porta do misterioso recipiente verde. O zumbido baixo agora soa como o barulho de um trator e há um leve odor de óleo de máquina no ar. O piso do contêiner vibra sob os nossos pés. “O metano é combustível”, explica Constantin. Na verdade, o gás pode ser usado em vez de gasolina ou diesel para movimentar um motor de combustão – e é exatamente o que ele faz em Kleve em um motor do tamanho daqueles encontrados em caminhões. Este motor aciona um gerador que produz eletricidade. Isso é basicamente o segredo por trás de uma usina de biogás em poucas palavras.

Entretanto, as coisas são um pouco mais complicadas quando se trata da operação real. Como sempre, o problema está nos detalhes, encontrados aqui sob a tela de plástico de um pequeno dispositivo de medição montado ao lado da porta do container que contém o motor. “25 ppm”, Constantin diz com uma voz satisfeita. “Isso é um bom valor, as coisas começam a ficar críticas a 40 ppm.

Gregor Hermanns, um consultor técnico da LANXESS, sediado em Leverkusen, na Alemanha, é capaz de explicar o que Constantin quer dizer aqui: ppm, que significa partes por milhão, é uma medida usada em ciência e tecnologia.Cada parte representa um milionésimo, assim como um por cento refere-se a um centésimo. Em outras palavras, ppm expressa o número de unidades de um substância A por milhão de unidades de uma substância B.
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“Aqui, estamos falando sobre o conteúdo de sulfeto de hidrogênio do biogás”, diz Hermanns, que conheceu várias usinas de biogás em detalhes ao longo dos últimos anos. Ele também estava com uma prancheta na frente do aparelho de medição em Kleve, fazendo anotações. “O sulfeto de hidrogênio é um subproduto automaticamente formado quando a biomassa é fermentada”, diz Hermanns. “Se nada for feito, você pode acabar com até 5.000 ppm, mais de cem vezes acima do nível tolerável.”

O sulfeto de hidrogênio é um dos poucos compostos químicos que todo mundo conhece – é o gás que tem cheiro de ovo podre. No entanto, o cheiro não é o problema, pois reatores de biogás possuem vedação contra o gás; do contrário, não seria possível obter o metano porque o gás escaparia. O problema, explica Hermanns, é que “o sulfureto de hidrogênio pode danificar o motor e, eventualmente destruí-lo.” Quando o gás interage com a água, sempre presente em um reator de biogás, ele forma o ácido sulfuroso, que não é tão agressivo quanto o ácido sulfúrico – ácido conhecido,que é utilizado em baterias de carro e pode até mesmo dissolver o ferro. O ácido sulfuroso é agressivo o suficiente para danificar o fermentador, os tubos de gás, e motores ao longo do tempo. “O sulfeto de hidrogênio, portanto, tem de ser removido”, Hermanns explica, “e isso é exatamente o que fazemos com o nosso produto Bayoxide E 16”.

Como limpar um gás

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Os químicos da LANXESS usam um truque para eliminar o sulfeto de hidrogênio indesejado enquanto ele ainda está no chorume  do fermentador: eles acrescentam a ele uma substância com a qual o gás com mau cheiro gosta de reagir mais do que com o metal no motor de gás: cristais finos de um mineral conhecido como goethita. Quimicamente falando, a goethita é um composto de óxido de ferro, que rápida e facilmente se transforma em sulfetos de ferro inofensivo quando entra em contato com o sulfeto de hidrogênio. O mineral de sulfureto mais proeminente encontrado na natureza é a pirita, também conhecida como o ouro dos trouxas.

A goethita real é um minério mais ou menos banal que forma estruturas semelhantes a agulhas quando se cristaliza. No entanto, não há necessidade de extraí-lo para o processo de dessulfurização do biogás. Isso porque Hermanns e seus colegas criaram o Bayoxide E 16 – um destruidor de sulfeto de hidrogênio produzido industrialmente, a partir de substâncias sintéticas. “Queríamos desenvolver uma solução de dessulfurização que cumprisse com a legislação de fertilizantes”, explica Hermanns. “O nosso material, portanto, tinha que ser extremamente limpo. O desafio era chegar a um processo de fabricação que mantivesse um preço de produto reduzido, apesar do seu elevado grau de pureza. Depois de muito trabalho de pesquisa, conseguimos fazer exatamente isso. Afinal, temos muita experiência na produção de óxidos de ferro, como o Bayoxide E 16. Usamos óxidos de ferro para a fabricação de pigmentos ecológicos e resistentes às intempéries há mais de 85 anos, e nos beneficiamos muito de nosso expertise.”

Além da utilização de óxido de ferro para dessulfurizar o biogás, a LANXESS desenvolve pigmentos de óxido de ferro para uma ampla variedade de aplicações, que contempla desde produtos para coloração de concreto e fabricação de airbags, pastilhas de freio e conversores catalíticos até pigmentos para toners de  fotocopiadoras e impressoras a  laser. Os pigmentos podem também ser usados como adsorvedores para a purificação de água potável ou de águas residuais, por exemplo.

 

Uma solução ideal para dessulfurização

Start_BiogasO Bayoxide E 16 é uma verdadeira maravilha para os operadores de usinas de biogás já que antes haviam  poucas alternativas ecológicas, econômicas, limpas, e, acima de tudo, seguras. Isso é uma consideração importante, já que a solução mais barata – bombear o ar para o fermentador para que as bactérias o quebrem em enxofre inofensivo – é não só ineficaz porque o biogás é diluído, mas também perigosa. “A mistura de metano e oxigênio pode resultar em uma explosão”, diz Constantin.  Assim, algumas usinas colocaram pequenas quantidades de goethita real na fermentação de biomassa borbulhante. Se o resíduo fermentado realmente beneficia o meio ambiente quando espalhado sobre campos é ainda uma dúvida. Isso porque os minérios não tratados, por vezes, contêm metais pesados que não devem entrar em alimentos.

Misturar soluções de sais de ferro também não era uma boa ideia, porque a maioria destas soluções contém cloro e é corrosiva. “E isto sem levar em conta o fato de que as soluções aquosas contêm relativamente pouco ferro”, diz Gregor Hermanns. “Em contrapartida, o pó Bayoxide E 16 consiste de quase 60% de ferro, o que significa que a concentração é muito maior.” Outro benefício é que o Bayoxide E 16 é extremamente fácil de ser usado. Os agricultores apenas têm de despejar alguns sacos no sistema alimentador do fermentador. Os sacos de papel dissolvem-se ao longo do tempo, sem necessitar de caros sistemas de dosagem.

 

 Energia verde para o mundo todo

Biogas is one of the key elements of Germany’s “energy transition.” The environmentally friendly method of generating electricity and gas in simple fermenters is gaining more and more adherents worldwide.

O biogás é um dos elementos-chave da “transição energética” da Alemanha. O método ecológico de geração de eletricidade e gás em fermentadores simples está ganhando mais e mais adeptos em todo o mundo.

Por um longo período, a unidade de teste de Constantin utilizou o carvão ativado de tempo para extrair o gás com cheiro de ovos podres do fermentador, antes que pudesse causar qualquer dano. O processo era caro e demorado e exigia que os filtros fossem substituídos de cada quatro a seis semanas. Embora o carvão ativado ainda seja usado com o Bayoxide E 16, este produto “permite-nos em grande parte dessulfurizar o gás antes de o carvão ser adicionado”, diz Constantin. E se levarmos em conta o tempo e os custos envolvidos na utilização de grandes quantidades de carvão ativado, o resultado é que o Bayoxide E 16 traz menor custo, no geral. É também provável que uma quantidade menor do carvão ativado relativamente caro possa ser utilizada se mais goethita sintética da LANXESS for colocada no reator. “Vamos testar esta teoria em breve”, diz Constantin.

Apesar do carvão ativado ainda ser usado, o material fermentado que os colegas de Constantin extraem do fermentador secundário da planta de biogás pode ser espalhado em campos sem nenhuma preocupação, diz Hermanns. Essa avaliação é compartilhada por Constantin, que explica que “é um dos melhores fertilizantes que existe porque o resíduo de fermentação ainda contém nitrogênio, necessário para o crescimento das plantas. Neste caso, o nitrogênio é ainda mais concentrado do que antes”.

Uma tecnologia madura

I_9aa4bf0946Então o biogás compensa para cada agricultor? “Sim”, responde Constantin categorigamente. “A tecnologia é totalmente madura. Quando entrou em operação em 2002, nossa fábrica foi pioneira na Alemanha. Não tínhamos muita experiência na época e desde então nós realizamos vários experimentos. Nossa planta foi amortizada há muito tempo e agora gera lucro”. A princípio, qualquer um que tenha uma fazenda suficientemente grande e capital para cobrir cerca de metade dos custos de investimento pode operar uma instalação de biogás, afirma Constantin.

Muitas pessoas chegaram a uma conclusão semelhante e por isso o número de unidades de biogás aumentou dez vezes na Alemanha nos últimos 13 anos. Como resultado, os motores geraram quase 3 mil megawatts de eletricidade para a rede alemã em 2011 – o equivalente a duas grandes usinas nucleares. A tecnologia também está se tornando cada vez mais popular no resto do mundo, usada em pequena e grande escala. A China e a Índia, por exemplo, já operam plantas de biogás de escala de megawatt quase neutras em CO 2  enquanto algumas famílias do Camboja usam pequenos fermentadores domésticos para produzir gás para cozinhar.De fato, um agricultor só precisa de 500 frangos para obter resíduos suficiente para operar uma pequena instalação de biogás medindo alguns metros cúbicos de volume.

Constantin despede-se. O motor no container continua a fazer um zumbido baixo. O gado nos estábulos superlimpos nas proximidades termina de comer. Constantin, mais tarde, utilizará os restos dos alimentos para gerar eletricidade. Respiramos o ar mais uma vez. Sentimos o cheiro ruim de ovos podres? Não. Nada mesmo. Apenas o ar do campo e o cheiro de terra úmida.