Avaliação da influência da alimentação de biodigestores na produção flexível de biogás

Abstract

Resumo: Nos anos recentes, o uso de fontes de energias renováveis, como eólica, solar, biomassa e hidrelétrica, cresceu ao redor do mundo. Todavia, um problema relacionado com essas fontes de energia é que elas podem apresentar um fornecimento intermitente. Uma opção versátil para compensar as diferenças entre a demanda e o fornecimento de energia por outras fontes renováveis é o uso da produção flexível do biogás. Neste contexto, o objetivo desse trabalho foi de avaliar a influência da alimentação de uma mistura de cereais e lodo digerido na produção flexível de biogás. Os experimentos foram realizados em um reator anaeróbico piloto de 250 l, com temperatura de operação mantida na faixa de 31 ± 1 °C, com uma alimentação diária e cargas orgânicas volumétricas progressivas da mistura a ser testada (0,70, 0,94, 1,19 e 1,43 gMOS/(l·d)). As condições do processo analisadas durante o experimento foram: a temperatura de operação do reator, o volume e a composição do gás produzido, o pH, o teor de matéria seca e o teor de matéria orgânica seca do lodo formado no biodigestor. Os resultados mostraram que o aumento da carga volumétrica utilizada provocou o crescimento da produção de gás, mas também a redução do teor de metano do biogás de 58% para até 46%. O rendimento de metano no biogás produzido variou de 188,31 Nm³/tMOS a 201,59 Nm³/tMOS. A taxa de degradação do substrato apresentou valores médios de 69%. Não foi possível observar uma tendência similar de crescimento do volume de gás entre os experimentos realizados. Após 96 h sem alimentação, a produção de gás seguiu uma tendência de decaimento logarítmico. A comparação dos resultados obtidos com os de um estudo similar, mostrou que a mistura utilizada para a co-digestão nesse trabalho apresenta um maior potencial para a produção flexível. Todavia, por se tratar de um assunto recente, os estudos de flexibilidade e de produção orientada com a demanda ainda carecem da criação de critérios e valores de referência a serem seguidos para atingir a flexibilidade.

Abstract: In recent years, the use of energy from renewable sources like wind, solar, biomass and hydropower, increased around the world. However, a problem related to these energy sources is that they can provide an intermittent power supply. A versatile option to compensate the discrepancy between the demand and the energy supply from other renewable sources is the use of flexible production of biogas. In this context, the aim of this study was to evaluate the influence of feeding a mixture of cereals and digested sludge in a flexible production of biogas. The experiments were performed in a pilot anaerobic reactor of 250 l, with operating temperature maintained in the range of 31 ± 1 °C, with daily feeding and step by step increasing volume loads of the mixture to be tested (0.70, 0.94, 1.19 and 1.43 gODS/(l·d)). The process conditions analyzed during the experiment were: the reactor operating temperature, the volume and the composition of the produced gas, pH, dry matter content and the organic dry matter content of the sludge formed in the digester. The results showed that the use of higher volume loads caused an increase of the gas production but also a reduction of the methane content up 58% to 46%. Methane yield in the produced biogas varied from 188.31 Nm³/tODS to 201.59 Nm³/tODS. The average substrate degradation rate was 69%. It was not possible to observe a similar trend in the growth of volume of gas between the experiments. After 96 h without feeding, the gas production follows a logarithmic decay. The comparison of results obtained with a similar study showed that the mixture used for the co-digestion in this work has a higher potential for flexible production. However, because it is a recent issue the studies related to flexible and the demand driven production still require the establishment of criteria and benchmarks to be followed, in order to be achieve flexibility.