PRODUÇÃO DE BIOELETRICIDADE EM SISTEMA BIOGÁS-GÁS DE SÍNTESE A PARTIR DE RESÍDUOS DE MANDIOCA: VIABILIDADE TÉCNICA E ECONÔMICA

Abstract

The objective of this study is to technically and economically evaluate a bioelectricity production system, fed simultaneously by biogas and syngas in different proportions. The system is composed of a biodigester and a biomass gasifier, integrated with a small electric power generation system, capable of supplying electricity of an isolated population of 200 inhabitants, who do not have access to the electricity grid. Biogas and syngas are produced from manioc and bagasse, liquid and solid residues from cassava, which are used as biomass to generate bioenergy in the proposed system. An overview of the trends associated with the publications found in the literature of the last 10 years, on the generation of electric energy from cassava residues was performed. Associated with this analysis was developed a study to evaluate a system that has the capacity to produce bioelectricity to meet the energy demand of the isolated population. In this analysis it was possible to calculate the biomass and biofuel flows needed, as well as the electricity costs generated by the system, in order to discuss its technical and economic feasibility. The results of the overview demonstrated that biogas is the most studied biofuel when it comes to energy recovery from cassava residues and that Brazil is the country with the largest number of published articles within the analyzed period. The result of the proposed sizing suggests the employment of a system capable of powering an electric motor generator of 50kW capacity. The results obtained from the energetic analysis show that the proposed system is capable of supplying the electricity demanded by the population in 3 scenarios, considering different proportions in the biogas and syngas flow rates. The scenario 2, which presented the best result, where the energy supplied by the biogas is considered at 50% and the synthesis gas at 50%, required a consumption of 9.27 m³/h for biogas and 22.23 m³/h for synthesis gas. In an analysis of its global efficiency, for scenario 2, the proposed system reached 72.2%. Regarding the economic viability study, it was observed that for three scenarios, considering interest rates of 4% p.a., 8% p.a., and 12% p.a., the investment becomes viable after the sixth year, when the initial investment is paid off and begins to generate revenue. From the economic analysis carried out, it was also possible to verify that the cost of producing electricity in the biogas-synthesis gas system, considering an amortization period of 10 years, is between 0.4614 US$/kWh and 0.1007US$/kWh, values that, when compared with others in the literature and with the tariffs practiced in the country, are coherent and attractive.

O objetivo deste estudo é avaliar técnica e economicamente um sistema de produção de bioeletricidade, alimentado simultaneamente por biogás e por gás de síntese em diferentes proporções. O sistema é composto por um biodigestor e um gaseificador de biomassa, integrados a um sistema de geração de energia elétrica de pequeno porte, capaz de fornecer eletricidade e atender à demanda de uma população isolada de 200 habitantes, que não possui acesso à rede elétrica. O biogás e o gás de síntese são produzidos a partir da manipueira e do bagaço, resíduos líquido e sólido da mandioca, que são utilizados como biomassa para gerar bioenergia no sistema proposto. Foi realizado um panorama das tendências associadas às publicações encontradas na literatura dos últimos 10 anos, na base do Scielo e do Web of Science, sobre a geração de energia elétrica a partir dos resíduos da mandioca. Associado com esta análise foi desenvolvido um estudo para avaliar um sistema que possua capacidade de produção de bioeletricidade para atendimento da demanda por energia da população isolada. Nesta análise foi possível calcular as vazões de biomassas e biocombustíveis necessárias, bem como os custos de eletricidade gerados pelo sistema, de forma a discutir sua viabilidade técnica-econômica. Os resultados do panorama demonstraram que dentre os resíduos da mandioca, a fécula e a manipueira são os de maior destaque e que o biogás é o biocombustível mais estudado quando se trata da valorização energética dos resíduos da mandioca. O panorama também demonstrou que o Brasil é o país com o maior número de artigos publicados dentro do período analisado. O resultado da avaliação proposta sugere o emprego de um sistema capaz de alimentar um motor gerador de energia elétrica de capacidade 50kW, necessário para suprir a demanda da população local. Os resultados obtidos a partir da análise energética mostram que o sistema proposto é capaz de fornecer a eletricidade demandada pela população em 3 cenários, considerando diferentes proporções nas vazões de biogás e gás de síntese. O cenário 2, que apresentou o melhor resultado, onde se considera a energia suprida pelo biogás em 50 % e do gás de síntese em 50 %, se fez necessário um consumo de 9,27 m³/h para o biogás e 22,23 m³/h para o gás de síntese. Em uma análise de sua eficiência global, para o cenário 2, o sistema proposto atingiu 72,2%. A respeito do estudo da viabilidade econômica, observou-se que para 3 cenários, considerando taxa de juros de 4 % a.a, 8 % a.a, e 12 % a.a, o investimento se torna viável a partir do sexto ano, quando o investimento inicial é pago e começa a gerar receita. A partir da análise econômica realizada, também foi possível constatar que o custo de produção de eletricidade no sistema biogás-gás de síntese, considerando um período de amortização de 10 anos, se situa entre 0,4614 US$/kWh e 0,1007 US$/kWh, valores que, quando comparados com outros da literatura e com as tarifas praticadas no país, se mostram coerentes e atrativos.