Análise técnica do ponto de vista termodinâmico sobre a injeção de biometano na rede de distribuição de gás natural

Abstract

Este trabalho apresenta uma análise técnica, sob o ponto de vista termodinâmico, da viabilidade de injeção de biometano na rede de distribuição de gás natural, considerando o desempenho físico-químico de misturas entre esses dois combustíveis. A pesquisa parte do contexto da transição energética brasileira, no qual o gás natural se destaca como energético de menor intensidade de emissões e o biometano desponta como alternativa renovável capaz de compartilhar a infraestrutura já existente. Para fundamentar o estudo, discute-se a formação, composição e características do gás natural e do biometano, bem como as normas técnicas aplicáveis. A metodologia empregou 31 amostras de gás natural e biometano obtidas por cromatografia gasosa, e avaliou cinco condições de mistura, variando a porcentagem de biometano. Foram determinados a composição molar, o fator de compressibilidade, o poder calorífico superior, a densidade relativa e o índice de Wobbe, utilizando os modelos de cálculo previstos na NBR 15213. Os resultados indicam que o aumento da fração de biometano eleva a concentração de metano em 6%, chegando a 97%, e reduz os hidrocarbonetos mais pesados, sem ultrapassar os limites regulatórios. Em relação aos parâmetros físico-químicos houve redução do poder calorífico, na ordem de 6%, chegando ao valor de 3,63 × 104 kJ/m³, já o índice de Wobbe reduziu em 3%, chegando a 4,80 × 104 kJ/m³; entretanto, todos os valores permaneceram dentro das faixas especificadas pela ANP, garantindo a intercambialidade entre os combustíveis. As análises demonstram que a inserção de biometano na rede de gás natural é tecnicamente viável, não exigindo adaptações nos equipamentos consumidores, e reforçam o potencial do biometano como vetor estratégico para a transição energética. Conclui-se que a utilização conjunta de gás natural e biometano pode contribuir para a redução de emissões, a diversificação da matriz energética e o aproveitamento eficiente da infraestrutura já instalada.

This study presents a technical analysis, from a thermodynamic perspective, of the feasibility of injecting biomethane into the natural gas distribution network, considering the physicochemical performance of mixtures of these two fuels. The research is grounded in the context of Brazil’s energy transition, in which natural gas stands out as an energy source with lower emission intensity, while biomethane emerges as a renewable alternative capable of sharing the existing infrastructure. To support the study, the formation, composition, and characteristics of natural gas and biomethane are discussed, as well as the applicable technical standards. The methodology employed 31 samples of natural gas and biomethane obtained through gas chromatography and evaluated five blending conditions, varying the biomethane percentage. The molar composition, compressibility factor, higher heating value, relative density, and Wobbe index were determined using the calculation models established in NBR 15213. The results indicate that increasing the biomethane fraction raises the methane concentration by 6%, reaching 97%, and reduces heavier hydrocarbons without exceeding regulatory limits. Regarding the physicochemical parameters, a reduction in the higher heating value of approximately 6% was observed, reaching 3.63 × 10⁴ kJ/m³, while the Wobbe index decreased by 3%, reaching 4.80 × 10⁴ kJ/m³; however, all values remained within the ranges specified by the ANP, ensuring fuel interchangeability. The analyses demonstrate that the injection of biomethane into the natural gas network is technically feasible, requiring no adaptations to end-use equipment, and reinforce the potential of biomethane as a strategic vector for the energy transition. It is concluded that the combined use of natural gas and biomethane can contribute to emission reductions, diversification of the energy matrix, and efficient use of the existing infrastructure