Avaliação de viabilidade e sustentabilidade de um sistema de geração de energia elétrica utilizando biogás em um biodigestor de pequeno porte

Abstract

Os estudos sobre o uso do biogás para a produção de energia elétrica ainda são escassos, mesmo sendo uma opção muito sustentável, tanto pelo descarte de resíduos contaminantes, quanto pela redução dos gastos com energia elétrica. Diante disso, o objetivo do trabalho foi projetar e avaliar um sistema de geração de energia elétrica a partir do biogás gerado por um biodigestor doméstico do tipo HomeBiogas 2.0, instalado na Faculdade de Ciências Agronômicas, da Universidade Estadual Paulista, no município de Botucatu - SP. Considerando a produtividade estimada de biogás do biodigestor HomeBiogas 2.0 de acordo com a bibliografia e dados edafoclimáticos da região, foi definido o sistema motor-gerador proporcional, bem como suas expectativas de produção de energia elétrica em kWh. Alinhado aos dados produtivos, foi feita uma avaliação financeira, onde os custos de produção de energia elétrica, custos de instalação desse sistema, viabilidade e taxa de retorno de investimento foram determinados. Também considerando os componentes do sistema foi feita uma análise de ciclo de vida, com o uso do software CES EduPack, no módulo EcoAudit, discutindo sua sustentabilidade e pegada de carbono, sintetizando os resultados. Paralelamente, foi feita uma revisão sistematizada, tendo como estratégia de busca “o uso de biodigestores para produção de biogás para geração de energia elétrica no Brasil”. Essa estratégia foi aplicada em três bases: Science Direct, Scopus e Web Of Science, os trabalhos obtidos foram selecionados com o auxílio do software Rayyan, seguidos pela discussão e conclusão com base na busca. Por fim, considerando as análises realizadas durante a dissertação foram discutidos os aspectos financeiros (instalações e público alvo, manutenções e mão de obra, comparativo a rede convencional de distribuição) e de sustentabilidade (energias renováveis, destinação correta de resíduos sólidos e Objetivos de Desenvolvimento Sustentável da Agenda 2030 da ONU). Foi constatada a vantagem do uso do biogás para a produção de energia, destacando-se como uma alternativa promissora para a sustentabilidade e a redução de impactos ambientais. No entanto, a análise também revelou que, em pequenas escalas, o investimento inicial necessário para a implementação de sistemas de biogás pode ser um impeditivo.

The studies on the use of biogas for electricity generation are still scarce, despite being a highly sustainable option, both in terms of disposing of contaminated waste and reducing electricity expenses. Therefore, the aim of this study was to design and evaluate an electricity generation system using biogas produced by a HomeBiogas 2.0 domestic biodigester installed at the Faculty of Agronomic Sciences, São Paulo State University, in the city of Botucatu - SP. Considering the estimated biogas productivity of the HomeBiogas 2.0 biodigester according to literature and local climatic data, a proportional motor-generator system was defined, along with its expected electricity production in kWh. A financial evaluation was conducted, assessing the costs of electricity production, installation costs of the system, feasibility, and return on investment rate. Additionally, a life cycle analysis was performed, using the CES EduPack software, EcoAudit module, to discuss its sustainability and carbon footprint, synthesizing the results. In parallel, a systematic review was conducted, with the search strategy being "the use of biodigesters for biogas production for electricity generation in Brazil". This strategy was applied to three databases: Science Direct, Scopus, and Web of Science. The obtained studies were selected with the assistance of the Rayyan software, followed by discussion and conclusion based on the search. Finally, considering the analyses conducted during the dissertation, financial aspects (installation and target audience, maintenance and labor, comparison to conventional grid consumption) and sustainability aspects (renewable energies, proper disposal of solid waste, and the United Nations' 2030 Agenda Sustainable Development Goals) were discussed. The advantages of using biogas for energy production have been established, highlighting it as a promising alternative for sustainability and reducing environmental impacts. However, the analysis also revealed that, on a small scale, the initial investment required for implementing biogas systems can be a significant barrier.