Produção  e  uso  de  biogás  no  Brasil  

Dra.Marilin  Mariano  dos  Santos    

05.08.2016  

THE  PERSPECTIVES  OF  BIOMETHANE´S  CONTRIBUTION  TO  INCREASE  NG  SUPPLY  

 

Prof  Suani  Teixeira  Coelho,  PhD  -­‐  Coordinator  Project  27    Research  Group  on  Bioenergy  –  GBIO  -­‐  InsHtute  of  Energy  and  Environment  University  of  São  Paulo,  Brazil  

Project  27  -­‐  The  perspecHves  of  biomethane´s  contribuHon  to  increase  NG  supply  

Scope  To  analyze  the  perspecHves,  corresponding  benefits  and  potenHal  barriers,  as  well  as   propose   adequate   policies   for   integrated   soluHons   using   biomethane   as   a  contributor   to   increase   the  offer   of   natural   gas   (NG)   (georeferenced  mapping  of  Sao  Paulo).      Project  Team  Suani  Teixeira  Coelho  (Project  Coordinator  –  GBIO/IEE/USP)  Marilin  Mariano  dos  Santos  (Post  Doctoral  Fellow)  Vanessa  Pecora  Garcilasso  (Post  Doctoral  Fellow)  Alessandro  Sanches  Pereira  (Post  Doctoral  Fellow)  Manuel  Moreno  Poveda  (PhD  Candidate)  Naraisa  Esteves  Coluna  (M  Sc)  Danilo  Perecin  (Master  student)  Rosa  Velásquez  (Engineer–  University  Magdalena  /  Colombia)  Jan  Memedovic,  Stanley  Speel,  and  Christopher  Phillips  (Oxford  University  -­‐  Internship  holders  at  GBio  /  IEE  /  USP)  

Project  descripHon  and  scope  

q  Project  descripHon:  •  Analysis  of  the  perspecHves  of  biomethane  (methane  produced  from  biogas  purificaHon)  (from  urban  and  rural  sources)  to  contribute  to  increase  the  natural  gas  supply  in  the  State  of  Sao  Paulo  

•  Analysis  of  environmental  impact  of  increasing  biomethane  share  in  the  energy  matrix  of  São  Paulo  State  

•  Analysis  and  discussion  of  the  standards  for  injecHon  of  biomethane  into  the  NG  grids  as  well  as  the  other  final  uses  of  biomethane,  such  as  in  automoHve  vehicles.  

q  Project  scope:  •  Mapping  of  potenHal  biogas  sectors/producers  in  São  Paulo  •  Technology  review  for  biogas  producHon  •  Technology  review  for  biomethane  producHon  through  biogas  cleaning  (CO2  extracHon)  

•  Review  of  different  end  uses  of  biogas/biomethane  •  Technical/economic  potenHal  of  different  end  uses  of  biogas/biomethane  •  Environmental  aspects  of  different  end  uses  of  biogas/biomethane  •  CDM  project  for  NG  replacement  by  biomethane  •  Mapping  of  biogas/biomethane  producHon  in  the  St  of  SP  

Produção  e  uso  de  biogás  no  Brasil  

•  Agenda  – Definição  – Principais  substratos  orgânicos  – Usos    – Cenário  internacional  de  produção  e  usos  – Cenário  brasileiro  de  produção  e  usos  – Aspectos  regulatórios  internacionais  e  nacionais  

Produção  e  uso  de  biogás  no  Brasil  Definição  

•   A  produção  de  biogás  envolve  um  processo  biológico    

•  Matéria  orgânica  é  decomposta  na  ausência  de  oxigênio  (ambiente  anaeróbio)  que  com  o  auxílio  de  bactérias  dá  origem  a    uma  mistura  gasosa  denominada  de  biogás,  juntamente  com  o  biogás  é  formado  um  resíduo  no  estado  sólido  que  tem  grande  potencial  para  ser  uHlizado  como  ferHlizante.    

Produção  e  uso  de  biogás  no  Brasil  Componentes  

Metano  

Dióxido  de  Carbono  

Vapor  de  água  

Sulfeto  de  hidrogênio  

Outros  contaminantes  (siloxano,  parHculas,  VOC,  mercaptanas  etc.)  

Produção  e  uso  de  biogás  no  Brasil  Composição  

Composição média do biogás

Metano  (CH4)     50%  -­‐  70%  (vol.)    

Dióxido  de  carbono  (CO2)     25%  -­‐  50%  (vol.)    

Água  (H2O)    2%  –  7%  (vol.)    (20  -­‐  40  °C)  

Sulfeto  de  hidrogênio  (H2S)     20  -­‐  20.000  ppm    

Nitrogênio  (N2)     <  2%  (vol.)    

Oxigênio  (O2)     <  2%  (vol.)    

Hidrogênio  (H2)     <  1%  (vol.)    

Fonte  :  Diversos  autores  ;  elaboração  própria  

Produção  e  uso  de  biogás  no  Brasil  Matérias  primas  

•  Substratos  (matérias  primas  )  

•  Há  várias  matérias  primas  que  podem  ser  empregadas  em  processos  de  digestão  anaeróbica.  

•  Resíduos  urbanos  (fração  orgânica)  •  Lodo  de  estação  de  tratamento  de  esgoto  •  Lodo  de  estação  de  tratamento  de  efluentes  industriais  •  Dejetos  de  suínos,  bovinos,  aves  •  Resíduos  das  industrias  de  alimentos  •  Resíduos  das  industrias  de  bebidas  •  vinhaça  

 •   A  composição  do  biogás  é  fortemente  dependente  do  substrato  orgânico  uTlizado  e  da  tecnologia  do  biodigestor  

Produção  e  uso  de  biogás  no  Brasil  Biometano  

BIOGÁS  Poder  Calorífico  

Inferior  ~  5.000  Kcal/Nm3    

Tratamento  e  Purificação  

ReHrada  de:  ü  água,  ü  CO2  ü  H2S  ü  VOCs  ü  Siloxanos  ü  Outros  

 

BIOMETANO  Poder  Calorífico  

Inferior  ~  9.400  Kcal/Nm3      

Produção  e  uso  de  biogás  no  Brasil    

Limpeza  de  biogás  ü remoção  de  impurezas  a  nível  de  traços  do  biogás  tais  como  sulfetos,  amônia,  siloxanos  etc.  

ü remoção  de  gotas  de  água  e  umidade  Purificação  de  biogás  ü remoção  de  dióxido  de  carbono  ü remoção  de  nitrogênio  em  alguns  casos  especiais  (gás  de  aterro)  

Produção  e  uso  de  biogás  no  Brasil  Usos  finais  

Injeção  na  rede  de  Gás  Natural            Uso  automoHvo        Tratores,  caminhões,  colheitadeira  (equipamentos  agrícolas      

Produção  e  uso  de  biogás  no  Brasil  Cenário  internacional  

 

EBA,  Report  2015  

Produção  e  uso  de  biogás  no  Brasil  Cenário  internacional  

 

EBA,  Report  2015  

Produção  e  uso  de  biogás  no  Brasil  Cenário  internacional  

 

EBA,  Report  2015  

Produção  e  uso  de  biogás  no  Brasil  Cenário  internacional  

 

Nicolas  de  la  Vega  European  Biogas  AssociaHon  14th  of  June  2016,  Brussels  

AD plants in Europe by type

•  DireTva  Europeia  1999/31/CE,  que  atribui  aos  Estados  Membros  a  necessidade  de  reduzir  a  quanHdade  de  resíduos  biodegradáveis  desHnados  a  aterros  sanitários.  

 •  DireTva  2006/12/CE  orienta  os  estados  membros  a  

implantarem  medias  que  encorajem  o  uso  de  resíduos  como  fonte  de  energia    

•  DireTva  2009/28/CE  -­‐  DirecHva  Energias  Renováveis:  estabelece  meta  obrigatória  de  20%  das  fontes  de  energia  renováveis  no  mix  energéTco  final  da  UE  até  2020.    

•  .    

Produção  e  uso  de  biogás  no  Brasil  PoliHcas  de  incenHvo  ao  biogas/biometano  

na  Europa  

•  DireTva  2009/73  CE  que  estabeleceu  regras  comuns  para  o  mercado  interno  de  gás  natural,  incluindo  o  gás  natural  liquefeito  (GNL),  regras  estas  igualmente  aplicáveis  aos  gases  provenientes  de  biomassa  ou  outros  Hpos  de  gases,  desde  que  esses  gases  possam  ser,  do  ponto  de  vista  técnico  e  da  segurança,  injetados  e  transportados  na  rede  de  gás  natural.  Essa  DireTva  impulsionou  a  produção  do  biometano  na  Europa  

 •  DireTva   2014/94/UE   –   referente     à   criação   de   uma  

infraestrutura  para  combuswveis  alternaHvos    

Produção  e  uso  de  biogás  no  Brasil  PoliHcas  de  incenHvo  ao  biogas/biometano  

na  Europa  

•  Na  Alemanha  "Programa  de  Energia  Integrada  e  do  Clima"  (IEKP),  é  a  linha  condutora  para  aTngir  a  meta  de  reduzir  as  emissões  de  gases  de  estufa  em  40%  até  2020  em  comparação  às  de  1990.  O  pacote  é  composto  de  29  medidas,  que  auxiliam  a  definir  os  programas  de  subvenção  e  regulação  relaHvos  às  energias  renováveis  como  biogás/biometano  (Claus  Doll,  et  all,  2012).    

Produção  e  uso  de  biogás  no  Brasil  PoliHcas  de  incenHvo  ao  biogas/biometano  

na  Europa  

•  Na  Suecia  Climate  Investment  Program  Klimp  da  Suécia  desTna  para  cada  unidade  de  biogás  uma  bolsa  de  até  30%  do  valor  do  invesTmento  total.  Para  o  usuário  final,  no  caso  o  proprietário  do  veículo  a  biogás,  este  também  se  beneficia  de  um  subsídio  financeiro  (Nordberg,  2016).  

Produção  e  uso  de  biogás  no  Brasil  PoliHcas  de  incenHvo  ao  biogas/biometano  

na  Europa  

Medidas  de  suporte  econômico   Alemanha   Espanha   Suécia  Os  subsídios  ao  invesHmento   sim     sim     Sim  EmprésHmos  para  invesHmento  em  condições  especiais   sim   sim     não  Tarifas  especiais   sim   sim     não  CerHficados  verdes   não   não   sim  Apoio  indireto  (imposto  sobre  o  carbono)   sim   não   Sim  Suporte  adicional  para  instalações  de  pequena  escala     sim     sim     não  IncenHvos  para  uso  de  esterco  como  matéria-­‐prima     sim   sim     sim  IncenHvos  para  a  uHlização  de  culturas  energéHcas   sim   não   sim  Apoio  orientado  para  o  conhecimento  Apoio  por  meio  de  ações    informaHvas   sim   sim   sim  Biogás  como  parte  de  estratégias  de  desenvolvimento  rural   sim   sim   sim  Biogás  como  parte  de  estratégias  de  manejo  de  adubo   sim   sim   sim  Medidas  de  suporte  adicional  Acesso  prioritário  à  rede  elétrica  nacional   sim   sim   não  Acesso  prioritário  à  rede  nacional  de  gás   sim   não   não  Condições  preferenciais  para  carros  movidos  a  gás   não   não   sim  Redes  de  aquecimento  urbano  extensas   não   não   sim  

Fonte:  Andrea  G.  Capodaglio  et  all,  2016  

Produção  e  uso  de  biogás  no  Brasil  PoliHcas  de  incenHvo  ao  biogas/biometano  

na  Europa  

0"

2"

4"

6"

8"

10"

12"

Austria" Alemanha" Dinamarca" Estonia" Finlandia" Hungria" Italia" Suécia" Slováquia"

Fonte:  AEBiom,  2012  

Numero  de  regulamentos  para  o  setor  de  biogás  em  alguns  países  da  Europa  

Produção  e  uso  de  biogás  no  Brasil  PoliHcas  de  incenHvo  ao  biogas/biometano  

na  Europa  

Plantas à Biogás em Operação

Origem No de plantas Capacidade instalada (MW)

Aterro     7   77  

ETE     4   4  

Dejetos  animais     10   2  

Ind.  Alimentos     2   0,9  

Total     23   84

Produção  e  uso  de  biogás  no  Brasil  Cenário  nacional  

 

Plantas à Biogás em Outorga

Origem No de plantas Capacidade instalada (MW)

Aterro     4   68  

ETE     1   2,6  

Ind.  Alimentos     1   0,04  

Resíduos da cana

2   15,8  

Total     8   86

•  No  Brasil,    – Lei  federal  nº  12.187/2009,    insHtuiu  a  PolíHca  Nacional  de  Mudanças  ClimáHcas    

– Lei  Federal  nº  12.305/2010,  que  trata  da  PolíHca  Nacional  de  Resíduos  Sólidos  (PNRS).    

•  No  Estado  do  Rio  de  Janeiro    – Lei  Estadual  nº  6361,  de  18  de  dezembro  de  2012  torna  mandatória  a  injeção  de  10%  de  biogás  proveniente  de  RSU  (Resíduos  Sólidos  Urbanos)    na  rede  da  distribuidora  local  de  gás  canalizado    

Produção  e  uso  de  biogás  no  Brasil  PoliHcas  de  incenHvo  ao  biogas/biometano  

no  Brasil    

•  Em  São  Paulo,    – Lei   Estadual   nº   13.798,   de   9   de   novembro   de  2009,  que  insHtui  a  PolíHca  Estadual  de  Mudanças  ClimáHcas,   regulamentada   pelo   Decreto   nº  55.947,  de  24  de  junho  de  2010.    

– Decreto  Estadual  no  58.659  de  4  de  dezembro  de  2012,   insHtuiu   o   Programa   Paulista   de   Biogás   e  Biometano  de  São  Paulo.  

Produção  e  uso  de  biogás  no  Brasil  PoliHcas  de  incenHvo  ao  biogas/biometano  

no  Brasil    

•  Em  São  Paulo,    – Decreto  nº  60.001/2013  reduziu  a  base  de  cálculo  do  imposto  incidente  nas  saídas  internas  de  biogás  e  biometano,  de  forma  que  a  carga  tributária  corresponda  ao  percentual  de  12%.  (antes  era  18%)  

– Decreto  60.298/2014  Deferimento  para  a  produção  de  biogás  ou  biometano  e  geração  de  energia  elétrica  ou  térmica  a  parHr  de  biogás  ou  biometano  

– Decreto  59039/2013  Diferimento  para  tratamento  e  disposição  de  RSU  com  geração  de  energia  elétrica  e  térmica  

Produção  e  uso  de  biogás  no  Brasil  PoliHcas  de  incenHvo  ao  biogas/biometano  

no  Brasil    

•  IncenHvos  fiscais,  no  Brasil  há  várias  fontes  de  incenHvos  que  auxiliam  o  desenvolvimento  do  mercado  de  energia  da  biomassa  residual,  tais  como:    –  Plano  Nacional  de  Agroenergia,    –  Programa  de  Agricultura  de  Baixo  Carbono,  o  Programa  Nacional  para  a  Agricultura  Familiar  (PRONAF),    

–  Programa  de  IncenHvo  às  Fontes  AlternaHvas  de  Energia  (PROINFA),  entre  outros.    

A  maioria  destes  programas  preveem  incenHvos  que  propiciam  créditos  diferenciados  para  inovação  e  transferência  de  tecnologia  que  garantam  a  sustentabilidade  da  cadeia  produHva  da  agroenergia.  

Produção  e  uso  de  biogás  no  Brasil  PoliHcas  de  incenHvo  ao  biogas/biometano  

no  Brasil    

Produção  e  uso  de  biogás  no  Brasil    

•   Resolução  ANP  Nº  8  DE  30/01/2015  – Origem  do  biogás:  aHvidades  agrossilvopastoris;    –  Planta  de  biometano:  injeta  gás  na  rede  de  distribuição  de  gás  natural;    

–  Especificação  de  abrangência  nacional;      –  Contaminantes  CO2,  H2S,  H2O:  limites  iguais  aos  aplicados  ao  gás  natural.    

–  Cria  obrigações  ao  produtor  quanto  ao  controle  de  qualidade;    

– Determina  o  uso  Experimental  para  o  biometano  oriundo  de  aterros  sanitários  ou  estações  de  tratamento  de  esgoto.    

ESPECIFICAÇÕES

7

CARACTERÍSTICA UNIDADE GÁS NATURAL RANP n° 16/2008 BIOMETANO RANP n° 8/2015 Norte Nordeste Centro-Oeste,

Sudeste e Sul Norte - Urucu Brasil, exceto

Norte-Urucu

Poder calorífico superior kJ/ m³ 34.000 a 38.400 35.000 a 43.000

kWh/m³ 9,47 a 10,67 9,72 a 11,94 Índice de Wobbe kJ/m³ 40.500 a 45.000 46.500 a 53.500 Número de metano, mín. anotar 65

Metano, % mol. 68 min. 85 min. 90,0 a 94,0 96,5 min. Etano, máx. % mol. 12 12 Propano, máx. % mol. 3 6 Butanos e mais pesados, máx. % mol. 1,5 3

Oxigênio, máx. % mol. 0,8 0,5 0,5 Inertes (N2+CO2), máx. % mol. 18 8 6 N2+CO2+O2, máx. % mol. 10 3,5 CO2, máx. % mol. 3 3 3 Enxofre Total, máx. mg/m3 70 70 70 Gás Sulfídrico (H2S), máx. mg/m3 10 13 10 10 10

Ponto de orvalho de água a 1atm, máx. ºC -39 -39 -45 -45 -45

Ponto de orvalho de hidrocarbonetos a 4,5 MPa, máx.

ºC 15 15 0

Mercúrio, máx. µg/m³ anotar

•  Regulamentação  técnica    –  Qualidade  do  gás    –  Especificações,  projeto,  filosofia  de    –  Operação  e  manutenção    –  Requisitos  dependentes  de  avaliação    –  de  risco  consoante  ponto  de  injeção    

•  Regulamentação  econômica    –  IncenHvos    –  ReparHção  de  custos  entre    –  operadores    –  Pagamento  da  injeçãoã̧o    –  Acesso  às  redes    

•  É  necessária  a  definição  clara  das  atribuições  de  papéis  e  responsabilidades  entre  produtor  /  operador  da  instalação  de  biometano  e  o  operador  de  rede:    

•  Processamento  da  matéria  prima,  upgrade  de  qualidade,  unidade  de  compressão,  estação  de  injeção,  sistemas  de  controle  de  qualidade,  sistemas  de  monitoramento  local  e  remota    

•  Odorização    •  Procedimentos  de  operação  e  informação  (parHda,  

funcionamento  normal,  parada  normal  e  emergencial)    •  Manutenção    •  Verificações  periódicas  da  estação  de  injeção  e  seus  

componentes  bem  como  controle  de  qualidade  do  gás,  incluindo  os  aspectos  relacionados  com  a  saúde    

•  Andrea  G.  Capodaglio,  Arianna  Callegari  and  Maria  Virginia  Lopez.  European  Framework  for  the  Diffusion  of  Biogas  Uses:   Emerging   Technologies,   Acceptance,   IncenHve   Strategies,   and   InsHtuHonal-­‐Regulatory   Support   .  Sustainability  2016,  8,  298;  doi:10.3390/su8040298    

•  DOLL,  CLAUS,  et  all.    Determining  the  climate  impact  of  the  German  government’s  Integrated  Energy  and  Climate  Programme  (IEKP)  and  proposing  a  plan  to  conHnuously  monitor  its  climate  impact.  Environmental  Research  of  the  German  Federal  Ministry  of  the  Environment,  Nature  ConservaHon  and  Nuclear  Safety.  Project-­‐no.  (FKZ)  3708  41  120,  Report-­‐no.  (UBA-­‐FB)  001576.  Dessau-­‐Roßlau,  Germany,  2012    

•  European  Union  (EU).  DirecHve  2009/28/EC  of  the  European  Parliament  and  of  the  Council  of  23  April  2009  on  the  PromoHon  of   the  Use  of  Energy   from  Renewable  Sources  and  Amending  and  Subsequently  Repealing  DirecHves  2001/77/EC   and   2003/30/EC   (Text   with   EEA   relevance).   Available   online:   h�p://faolex.fao.org/docs/pdf/eur88009.pdf  (accessed  on  14  March  2016).    

•  European   Commision   (EC).   NaHonal   Renewable   Energy   AcHon   Plans.   Available   online:   h�ps://ec.europa.eu/energy/node/71  (accessed  on  14  March  2016).    

•  European  Biogas  AssociaHon  (EBA).  EBA  Biogas  Report  2014;  European  Biogas  AssociaHon:  Brussels,  Belgium,  2014    •  European  Biogas  AssociaHon  (EBA).  EBA  Biogas  Report  2014;  European  Biogas  AssociaHon:  Brussels,  Belgium,  2015    •  NORDBERG   AKE.   Review   of   European   policies   affecHng   implementaHon   of   anaerobic   digesHon.   JTI   -­‐   Swedish  

University   of   Agricultural   Sciences.   2016.   Disponível   em:   h�ps://www.researchgate.net/publicaHon/267415853.  Acesso  em  10.05.2016