Produção e potencial do biometano
Estratégia Europeia para o Biometano
O REPowerEU é o plano da Comissão Europeia, ainda mais ambicioso do que o Fit-for-55, para acelerar a transição ecológica e tornar a Europa independente dos combustíveis fósseis, em especial os provenientes da Rússia que são, atualmente, utilizados como arma económica e política. Prevê, entre outras medidas, potenciar as energias renováveis e as alternativas ao gás natural como o hidrogénio verde e o biometano.
A transição energética será dominada pela energia eólica e solar, tanto para a eletrificação, como convertida, por exemplo, para hidrogénio (H2). O biometano também tem um papel relevante a desempenhar para descarbonizar o sistema energético da UE, porque é um dos principais gases renováveis do futuro e está disponível hoje, distinguindo-se por ser o gás renovável mais barato e mais fácil de escalar.
O biometano é uma fonte quase pura de metano produzido, quer pelo enriquecimento do biogás, quer através da gaseificação da biomassa sólida seguida de metanação.
- Digestão anaeróbia (DA)
A digestão anaeróbia é o processo em que os microrganismos (como bactérias) decompõem materiais orgânicos (por exemplo, estrume e resíduos biológicos) na ausência de oxigénio, obtendo-se biogás, que contém cerca de 55% de metano e o resto em dióxido de carbono (CO2).
O biogás pode ser convertido para biometano, através da remoção de CO2 e outras impurezas gasosas.
Posteriormente o biometano pode ser injetado na rede de gás para substituir o gás natural, enquanto o CO2 pode ser capturado e utilizado na indústria (por exemplo, na indústria de bebidas).
A produção de biometano, através da digestão anaeróbica e do seu enriquecimento, conta com tecnologia madura e disponível no mercado. Os custos atuais variam entre 50 EUR/MWh a 90 EUR/MWh e dependem, em grande medida, da matéria-prima utilizada e da escala da unidade industrial. Existem hoje quase 20.000 unidades de biogás em funcionamento na Europa e quase 1.000 delas fazem o enriquecimento do biogás e injetam o biometano na rede de gás natural.
- Gaseificação térmica
A gaseificação térmica envolve uma decomposição completa da biomassa lenhocelulósica seca (por exemplo, resíduos agrícolas) e dos resíduos sólidos urbanos, a alta temperatura num gaseificador na presença de uma quantidade controlada de oxigénio e vapor.
A gaseificação da biomassa com síntese de biometano ainda não está disponível comercialmente e só existe à escala de demonstração, por exemplo, o projecto Gaya em França. No entanto, o potencial de scale-up é grande a médio prazo (a partir de 2030).
Os custos atuais são estimados em cerca de 85 EUR/MWh em média, com base numa dimensão de central de 20 a 40 MW, e, no futuro, poderão custar cerca de 60 EUR/MWh.
Tanto as tecnologias, como as características das matérias-primas selecionadas (por exemplo, pH, temperatura, nível de humidade, e azoto) têm influência na quantidade de gás obtido e nas suas características químicas.
Pelas razões descritas, a Comissão Europeia reconhece plenamente os benefícios do biometano e estabelece assim um objetivo de 35 MM de metros cúbicos (bcm) de produção anual até 2030 e 95 bcm até 2050.
Com base em matérias-primas sustentáveis, na figura seguinte é mostrado o potencial da produção de biometano em cada Estado-Membro da UE (mais Noruega, Suíça e Reino Unido) em 2030. Estima-se um potencial de 38 bcm para a digestão anaeróbica em 2030 para a UE-27, enquanto para a gaseificação térmica um potencial de 3 bcm/ano.
Fonte. Associação Europeia de Biogás
Em 2021, o número de locais de produção de biometano, na Europa, atingiu 1.023, em comparação com 880 em 2020 (32 TWh).
Fonte. Associação Europeia de Biogás
Os 5 principais países com potencial de digestão anaeróbia em 2030 incluem França, Alemanha, Itália, Espanha e Polónia. As principais matérias-primas em 2030 são o estrume animal (32%), os resíduos agrícolas (24%) e as culturas sequenciais (21%).
Fonte. Associação Europeia de Biogás
Por outro lado, os 5 primeiros países com potencial de gaseificação térmica em 2030 incluem a Suécia, Alemanha, Espanha, França e Reino Unido. As principais matérias-primas são os resíduos florestais e os resíduos de madeira, que representam conjuntamente mais de 60% do potencial.
Fonte. Associação Europeia de Biogás
Transformação de cama de frango em biometano
A STREAM desenvolveu um estudo de mercado sobre a conversão de cama de frango em biometano através da digestão anaeróbica (seca).
Destacam-se as seguintes descobertas:
- 4-10 vezes menos água do que outras soluções tecnológicas (por exemplo, digestão anaeróbia húmida);
- Matéria seca / sólidos totais 20-40% (100-140 m3/ton) em comparação com o máximo de 20% para digestão húmida;
- Baixa necessidade energética e de calor;
- Sistema muito tolerante a contaminantes (areia, fibras, partículas grandes, etc.)
- Equipamentos menos crítico (bombas, sistemas de agitação e equipamento de alimentação);
- Menor necessidade de manutenção.
Embora ainda existam algumas oportunidades de melhoria:
- A cama de galinha é difícil de se degradar em biogás de forma eficiente;
- Necessidade de inibição do amoníaco gerado e viabilidade técnico-económica limitada das técnicas utilizadas para a sua remoção;
- A digestão anaeróbia de cama de galinha como substrato dominante na mistura de matérias-primas para reatores de biogás tem sido problemática devido ao seu elevado teor de azoto, causando a inibição do processo de digestão anaeróbia. A cama de galinha tem um teor de azoto mais elevado do que os resíduos alimentares, estrume de vaca ou chorume de porco;
- A cama de galinha é uma matéria-prima quimicamente instável;
- Outro fator que afeta o processo são as condições de armazenamento, bem como o tempo de armazenamento da cama de galinha.
Nos últimos anos, os investigadores concentraram-se na melhoria da utilização em massa de cama de galinha como matéria-prima para a produção de biogás. Os principais métodos encontrados nas recentes publicações sobre a digestão de cama de galinha são:
- Digestão com outras matérias-primas orgânicas (por exemplo, biomassa rica em carbono, como a biomassa lenhocelulósica)
- Pré-tratamento de cama de galinha
- Pós-tratamento de lamas e lodos de digestores para a remoção de amoníaco
Um caso de Estudo: A Central de Biogás de Tully gera energia renovável a partir de cama de galinha
A Central de Biogás de Tully, localizada perto de Ballymena na Irlanda do Norte, é uma das primeiras instalações no mundo que gera energia renovável a partir de cama de galinha como única matéria-prima, utilizando uma combinação inovadora de digestão anaeróbica e tecnologia de remoção de azoto.
Com um custo de construção de 23 M de libras esterlinas, esta instalação processa anualmente até 40.000 toneladas de cama de frango de origem local e gera 3MW de eletricidade renovável.
A fábrica foi desenvolvida pela Stream BioEnergy e a Xergi, um fornecedor dinamarquês especializado em instalações de biogás de grande escala, foi responsável pela conceção e entrega da fábrica. A Xergi é também responsável pelo funcionamento da central.
O processamento da cama de frango através de sistemas convencionais de DA, o que tem sido historicamente desafiante devido ao elevado teor de azoto presente na cama, o que inibe o processo de digestão. Para evitar isto, a cama de galinha (15-25%) é normalmente digerida juntamente com outras matérias-primas (75-85%) que têm um menor teor de azoto.
- Receção e Pré-tratamento do material de alimentação: quando descarregado no interior do edifício, o material de cama de frango é conduzido até tanques de mistura, com água doce e líquido de digestão circulante;
- Processo DA: a matéria-prima no tanque de mistura é bombeada para os tanques de digestão primária. A digestão ocorre em duas fases. Os digestores são operados a temperaturas mesofílicas de 37°C e o tempo total de digestão é de 35 dias. Após a digestão, os digestores são pasteurizados a 70°C durante uma hora para satisfazer os regulamentos de subprodutos animais;
- Tratamento de biogás e PCCE: o biogás gerado nos tanques de digestão é armazenado nos espaços do telhado do tanque e em duas cúpulas porta-gás. O biogás é arrefecido para remover qualquer condensado antes de ser utilizado em motores a gás para gerar eletricidade e calor. Os ventiladores a gás aumentam a pressão do gás para a entrada nos motores. Dois motores a gás Jenbacher de 1,5 MW são instalados em salas acusticamente autónomas dentro do edifício principal. A eletricidade gerada é exportada para a rede e o calor recuperado dos motores é recirculado para utilização nos processos de digestão e pasteurização;
- Gestão de digestores: após a pasteurização, todo o digestor é bombeado para a instalação de separação onde é dividido em frações sólidas e líquidas, utilizando decantadoras. A fração sólida é transferida do local para os mercados hortícolas com uma procura por este produto rico em nutrientes. A maior parte da fração líquida é tratada no processo patenteado de decapagem de azoto da Xergi, NiX®, que desnitrifica o líquido para que este possa ser utilizado para diluir a cama de galinha que chega. O decapante de azoto NiX® utiliza ácido sulfúrico que resulta na criação de uma solução de sulfato de amoníaco que é bombeada para um tanque de armazenamento antes de ser exportada para fora do local, para ser utilizada como fertilizante concentrado de amónia, que pode substituir o fertilizante de azoto artificial.
Fonte. AIE Bioenergia
Tecnologia de Digestão Anaeróbica e as suas características
Estratégias para aumentar a adoção do biometano?
A rápida expansão do biometano necessitará de mais reconhecimento e apoio dos Estados-Membros, através de políticas ambiciosas de apoio à descarbonização do gás, e da realização, como vetor estratégico, do potencial de reciclagem dos seus resíduos e resíduos para a produção sustentável de gás e biofertilizantes.
Até 2024, os países da UE deverão recolher separadamente os resíduos orgânicos, o que constituirá uma oportunidade para aumentar a produção de biometano sustentável e criar oportunidades de rendimento para os agricultores e silvicultores. Em Portugal, isto é destacado no Plano Estratégico para os Resíduos Urbanos 2030 (PERSU 2030) e alinhado com outros quadros legais.
Além disso, a utilização da cama para a produção de biometano também pode desempenhar um papel importante na redução das emissões fugitivas de metano no sector agrícola. Estes benefícios precisam também de ser reconhecidos pelos decisores políticos.
As ações devem também criar as condições prévias para uma atualização sustentável e uma injeção segura de biometano na rede de gás. A UE já criou condições de comércio funcionais para a eletricidade renovável. O setor do gás necessita de mecanismos semelhantes para comercializar volumes e garantias de origem de gás renovável além-fronteiras.
Outra ação proposta inclui a avaliação de desafios e outras medidas possíveis do ponto de vista das infraestruturas para uma implantação rentável do biometano. Além disso, as autoridades nacionais, os ORT e os ORD devem avaliar os potenciais desafios de investimento para aumentar a absorção do biometano e ligar locais de produção descentralizada a centros de consumo a grandes distâncias.
O biometano é necessário para complementar a eletricidade renovável, e o hidrogénio verde não está atualmente amplamente disponível e, pelo menos até 2030, os custos serão elevados.
A Comissão irá considerar o alargamento do âmbito da obrigação de fornecimento de combustível na Diretiva das Energias Renováveis para abranger todas as utilizações do biometano. A recomendação da Comissão sobre o licenciamento deverá também facilitar novos investimentos em biogás e biometano.
Isto incluirá a racionalização dos fundos e mecanismos de financiamento existentes, tais como a política agrícola comum, os fundos estruturais e de coesão, os Planos de Resiliência e Recuperação, o Horizon Europe, o Innovation Fund, o LIFE e outras oportunidades de financiamento nacional. Em Portugal, no âmbito do "apoio à produção de gases renováveis", já existem incentivos ao enriquecimento do biogás em biometano.
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