Duarte, Elizabeth d’Almeida Duarte

Repositório Institucional da UFSC

JORNADA DE SUSTENTABILIDADE NA SUINOCULTURA  O Contributo da Digestão Anaeróbia para o Aumento da Competitividade do Setor Agropecuário 29 de Setembro, 2016  Auditório do ENS-UFSC, Florianópolis  Índice Geral • Nota histórica • Cadeia de valor da Suinocultura • Economia Circular • Iniciativas na UE Introdução • Digestão e Co-digestão Anaeróbia • Painéis Evaporativos • Bioconversão por Insetos Tratamento de efluentes Nota histórica • Há 30 anos já se estabeleciam sinergias entre:  Compostagem Fertilização Digestão Anaeróbia 1985-1987 1987-1990 2010 - 2014 Caracterização e Aproveitamento de Resíduos Orgânicos Poluentes – ID/70/87 Implementação de dois Reactores Anaeróbios à escala real. Projeto -MEDSPA-89-1/B/160/P/D Projecto LIFE – Aproveitamento dos Factores Climáticos no Tratamento de Efluentes Suinícolas – Painéis de Evaporação Projeto BATFARM Breve síntese das atividades desenvolvidas… 2015 Integração de tecnologias de bioconversão – Biogás, Bioetanol e Biodiesel  Produção de Biogás a partir de resíduos orgânicos –   Biometanização à escala real  Valorização de lamas como fertilizante  Projeto AGRO CODIGANDES (2004-2007);  Protocolo ADISA/IA: “Análise de Metodologias de Determinação de Emissões de Poluentes EPER” 2004  Há 30 anos! Projecto LIFE – Aproveitamento dos Factores Climáticos no Tratamento de Efluentes Suinícolas – Painéis de Evaporação Projecto CODIGANDES - Valorização Descentralizada de Chorumes Suinícolas por  Co-Digestão Anaeróbia  Projecto BATFARM  Avaliação das MTD para reduzir as Emissões para o Ar e Água nas Explorações Pecuárias 1985-1987 2015 Novas iniciativas! Que futuro? Grupos Operacionais Projetos H2020 Projetos FCT …Estabelecimento de Redes de Transferência de Conhecimento Iniciativas para a Agropecuária na UE Efluentes de Pecuária: abordagem estratégica à valorização agronómica/energética dos fluxos gerados na atividade agropecuária GoEfluents • Abordagem integrada, dos sistemas intensivos de produção animal; • Visa a redução e valorização dos fluxos gerados na atividade agropecuária; • Valorização/Implementação nas unidades de produção animal/agrícola e florestal. Novos produtos alimentares e bioenergia a partir de frutos de baixo valor comercial e resíduos agroindustriais ProEnergy • Promover a mudança de uma visão tradicional da gestão de resíduos orgânicos, para uma abordagem que tenha em consideração o Nexus “resíduos-energia-alimentos”; • Contributo para a sustentabilidade da agroindústria; • Integração de uma economia hipocarbónica. Inovação, Eco-Eficiência e Segurança em PME do Setor dos Lacticínios  LACTIES  • Melhoria da eficiência energética dos processos de fabrico • Inserção da sustentabilidade das PME no setor Lacticínios • Produções Eco-Eficientes   Densidade Pecuária na UE • Holanda e Bélgica > 3 CN/ha SAU • 1 CN = 500 Kg  Portugal 0,6 CN/ha SAU Cadeia de valor da Suinocultura Culturas Ração Água Energia Matadouro Processamento Consumidor final Chorume Carcaças Tratamento de efluentes Painéis de evaporação Digestão Anaeróbia Biometano Digerido Água Energia Embalagem Emissões gasosas Valorização Agronómica Valorização Energética Lagunagem Insectos Gorduras Efluentes ricos em N Economia Linear vs Economia Circular Mudança de Paradigma para Explorações Eco- Eficientes e Sustentáveis! Qual a importância da economia circular? Esquema do conceito de economia circular De que forma podem as explorações integrar este conceito? Alteração do atual Paradigma, encarando as Explorações Pecuárias como cadeias de valor que geram bioresíduos com valor agronómico e energético, estabelecendo sinergias com a atividade agrícola. Onde intervir? Energias Renováveis Biogás  Biometano Digeridos Energia Térmica Energia Elétrica   Exploração Agro-Pecuária Eco-Eficiente Exploração Agro-Pecuária e as Biorefinarias Soluções Ambientais • Redução de GEE • Redução de odores; • Exportação e reciclagem de nutrientes; • Redução de fito-fármacos Independência energética Desenvolvimento rural • Gestão Integrada de bioresíduos de explorações agro-pecuárias implementadas de acordo com a especificidade regional Aumento  da competitividade • Energia renovável; • Estrumes e chorumes • Emissões controladas • Taxas de produção de resíduos cumpridas 14 Pecuária em Portugal • Pecuária maioritariamente intensiva • Elevado nível de industrialização • Sem integração entre a produção e indústria Atualmente Desafios  • Cumprir as regulamentações • Minimizar impactes ambientais •  Não comprometer a competitividade dos mercados • Segmentação do setor suinícola • Regimes de produção extensivos • Necessidade de visão integradora Futuro? Digestão Anaeróbia no ISA Esquema das unidades de digestão anaeróbia(ULDA) 1- Tanque da mistura de alimentação; 2 – Digestor Anaeróbio de mistura completa; 3 – Tanque de recolha do diferido; 4 – Recolha do biogás; 5- Bomba de alimentação; 6 – Contador de biogás; 7 – Analisador da qualidade do biogás; 8 – Queimador de biogás Estruturas de Apoio à Tecnologia  Mistura completa Automatizados 12L Regime de Mesofílico (35 a 37ºC) Com mantas térmicas 4L Unidade laboratorial de digestão anaeróbia (ULDA) I Unidade laboratorial de digestão anaeróbia (ULDA) II Unidade Piloto-Móvel Processo de co-digestão descentralizada usando uma unidade piloto móvel implementada numa  exploração suinícola • Adaptação de modelo aplicado para lamas de ETAR de acordo com:  Pinto, N.; Carvalho, A.; Pacheco, J.; Duarte, E. (2016) Study of different ratios of primary and waste activated sludges to enhance the methane yield. Water and Environment Journal. doi:10.1111/wej.12188  ▫ E1 = Cálculo da energia adaptando o modelo desenvolvido por Cano et al., 2016. com os valores das concentrações de sólidos totais (ST) e na eficiência de  remoção da carência química de oxigénio (CQO) obtida nos diferentes ensaios experimentais desenvolvidos; ▫ E2= Cálculo da energia através do metano produzido em cada ensaio experimental e o poder calorífico inferior (PCI) de 11,00 kWh m−3    Conteúdo Bioenergético de substratos e co-substratos Tendo uma previsão do conteúdo energético dos co substratos, estimada a partir da sua composição física química, é possível optimizar as combinações entre substratos e co- substratos!   Características Médias de alguns Substratos e Co-Substratos CQOBruto (g/L) CQOSolúvel (g/L) rCQO (%) pH CE (mS/cm) ST g/L SVT (g/L) R (%) svt/st Nk (g/L) N - NH4+ (g/L) PT (g/L) C/N Referências Chorume de porco (ciclo fechado) 16,40 8,71 53 7,77 12,72 14,72 10,10 69 1,78 1,04 0,34 3 Ferreira et al. 2012 Lamas mistas de ETAR 34,85 1,48 4 5,79 12,78 26,77 19,54 73 1,46 0,33 0,32 9 Pinto et al. 2016 Chorume de Vaca 40,70 15,06 37 7,10 11,30 33,70 24,00 71 1,20 0,80   12 Dias et al. 2014 Resíduos de escarola* 20,64 8,22 40 5,49 3,85 10,19 9,03 89 0,32 0,29 0,28 16 Em desenvolvimento Resíduos de café* 58,50 37,55 64 12,11 15,61 48,35 29,79 62 0,66 n.a. 0,34 26 Em desenvolvimento Culturas bioenergéticas* 20,01 19,20 96 10,41 8,65 17,75 16,26 92 0,23 0,21 0,25 41 Carvalho et al. 2016 Resíduos de cenoura* 14,74 - - 4,56 3,62 19,97 15,78 79 0,17 0,06 0,15 54 Em desenvolvimento Resíduos de laranja* 63,53 35,15 55 4,15 1,11 48,87 44,98 92 0,38 0,03 0,06 69 Carvalho et al.(submitted) Resíduos de pêra 104,72 98,44 94 3,56 3,01 50,40 45,30 90 0,16 0,02 0,07 164 Dias et al. 2014 Resíduos de frutas 186,96 166,05 90 3,49 2,81 157,58 154,17 98 0,46 0,11 0,06 194 Ferreira et al. 2012 Óleo de sardinha 1159,00 - - n.a. n.a. 876,00 831,00 95 0,63 n.a. n.a. 765 Ferreira et al. 2012 *Pré-tratamentos: tratamentos mecânicos, hidrólises térmicas ou hidrólises térmico-químicas  Como interpretar? • Ter um dos substratos como base (matriz-base) • Tentar conjugar os diferentes parâmetros para perceber que fragilidades quero colmatar e que co-substratos devo selecionar para aumentar a produção específica de metano • Ex: Se for utilizar o chorume de porco (CP)  Potencial Bioenergético de Substratos e                    Co-Substratos Pontos fortes • pH neutro • Capacidade tampão Pontos fracos • Baixa [SVT] • Baixa C/N • Baixo conteúdo energético (E) Como escolher o co-substrato? • > [SVT] • > C/N • > E   • Digestão Anaeróbia de Chorume de Porco Conteúdo Bioenergético   ▫ (Gama Baixa de Teor de ST)   CQO = 16,4 kg/m3     ST = 14,7 kg/m3   SVT/ST = 69%  SVT = 10,1kg/m3  CQO/SVT = 1,62   η=CQOrem/CQO = 59% CQOrem = 9,7 kg /m3   Produção diária de metano = 1,53 Nm3/dia  E1 = 33,98 kWh/m3 E2 = 16,83 kWh/m3  • Digestão Anaeróbia de Chorume de Porco Conteúdo Bioenergético   ▫ (Gama Média/Alta de Teor de ST)     CQO = 26,2 kg/m3     ST = 25,8 kg/m3   SVT/ST = 73%  SVT = 18,8 kg/m3  CQO/SVT = 1,39   η=CQOrem/CQO = 61% CQOrem = 15,9kg /m3    Produção diária de metano = 1,95 Nm3/dia  E1 = 56,11 kWh/m3 E2 = 21,45 kWh/m3  • Co-Digestão Anaeróbia de Chorume de Porco (CP) com Licor de Escarola: ▫ Escarola (70:30, v/v)  CQO = 13,92 kg/m3   ηCQO = 78%  ST = 12,17 kg/m3  CQOrem = 10,97 kg/m3 SVT = 8,82 kg/m3    Produção diária de metano = 2,73 m3/dia  E2 = 38,30 kWh/m3 E3 = 30,03 kWh/m3 Conteúdo Bioenergético • Co-Digestão Anaeróbia de Chorume de Porco (CP) com Borras de Café (LB) ▫ (70:30, v/v)  CQO = 47,78 kg/m3   ηCQO = 59%  ST = 36,00 kg/m3  CQOrem = 28,06 kg/m3 SVT = 32,49 kg/m3    Produção diária de metano = 5,07 m3/dia  E2 = 111,45 kWh/m3 E3 = 55,77 kWh/m3 Conteúdo Bioenergético Chorume de Porco Chorume de Bovinos de leite Lamas Mistas de ETAR Ensaios de Digestão Anaeróbia (AD)   C/N  = 5 Biogás = 2,74 m3 dia-1 Produção diária de Metano= 1,64 m3 dia-1 E2 = 18,04 kWh  m-3 C/N  = 6 Biogás = 2,23 m3 dia-1 Produção diária de Metano = 1,35 m3 dia-1 E2 = 14,85 kWh  m-3  C/N  = 12 Biogás = 2,41 m3 dia-1 Produção diária de Metano = 1,54 m3 dia-1 E = 16,94 kWh  m-3  Unidade de Produção de Biogás  Biogás Culturas Bioenergéticas Restos de sopa de cantina Frutas não-conformes Resíduos de frutas e vegetais Óleo de sardinha Duckweed cynara cardunculus pennisetum purpureum Sopa de Cantina Licor de Capim Elefante  Licor de Cascas de Laranja Lamas Mistas de ETAR Ensaios de Co-Digestão C/N   Biogás = 3,88 m3 dia-1 Metano = 2,33 m3 dia-1 E = 25,63 kWh  m-3 > 74% C/N  Biogás = 3,72 m3 dia-1 Metano = 2,52 m3 dia-1 E = 27,72 kWh  m-3  C/N   Biogás = 6,24 m3 dia-1 Metano = 3,96 m3 dia-1     E = 43,56 kWh  m-3  > 67%  > 180%               Maçãs não-conformes Lemna Minor Escarola não-conforme Cascas de Cenoura Óleo de sardinha Ensaios de Co-Digestão Chorume de Porco (CP) Biogás = 11,76 m3 dia-1 Metano = 6,82 m3 dia-1 E = 75,02 kWh  m-3  Biogás = 3,02 m3 dia-1 Metano =1,66 m3 dia-1 E = 18,26 kWh  m-3  Biogás = 4,08 m3 dia-1 Metano =2,73 m3 dia-1 E = 30,03 kWh  m-3  Biogás = 3,95 m3 dia-1 Metano =2,65 m3 dia-1  E = 29,15 kWh  m-3  > 330% > 23%  > 49%  > 62%                C/N   Ensaio feito à escala-piloto > 272% Biogás = 3691 m3 dia-1 Metano =2571 m3 dia-1 E = 28000 kWh  m-3   Ensaio feito à escala-piloto 70:30 (v/v) 70:30 (v/v) 95:5 (v/v) 70:30 (v/v) 70:30 (v/v) Valorização energética de insolúveis de cereais e café através da co-digestão anaeróbia  com chorume de porco Aumento do nível de autossuficiência de uma ETAR com a implementação de co-digestão anaeróbia e de um sistema solar fotovoltaico em regime de autoconsumo Ensaio de co-digestão utilizando três bioresíduos: lamas mistas de ETAR, extratado de borra de café e extratado de cascas de cenoura A decorrer Ensaios de co-digestão utilizando lamas de ETAR como substrato base e licor de cascas de cenoura e licor de borras como co-substratos  Co-digestão anaeróbia Lama de ETAR Licor de cenoura Licor de borras de café Tanque de recolha e separação sólido-líquido Fração Líquida Mistura com lemna minor Co-Digestão Anaeróbia Lagoas de estabilização Crescimento de lemna minor Valorização Agronómica Biogás Biometano Integração de um sistema de tratamento por Co-Digestão Anaeróbia numa Suinicultura Chorume recolhido em fossas Efluente depurado para descarga em meio recetor natural Aproveitamento dos factores climáticos no tratamento de efluentes suinícolas – Painéis de evaporação Tratamento de Efluentes – Fenómeno Evaporativo Fenómeno evaporativo  tratamento de efluentes gerados nas adegas, queijarias, lagares de azeite, pecuárias e lixiviados de aterros, especialmente para as unidades produtivas designadas “sem terra”, onde as condições climáticas, tais como a temperatura do ar, humidade relativa e velocidade do vento, possam optimizar a evaporação natural.  Princípios de funcionamento dos painéis de evaporação natural: • Criar o máximo de superfície de exposição ao ar ocupando a menor área de terreno possível • Esta área de exposição ao ar é conseguida através de uma estrutura alveolar dupla, construída com um material cuja superfície específica é de 200 m2/m3 de material • No meio do painel, a cerca de 2/3 da sua altura, a partir da base, um tubo de aço galvanizado atravessa o painel. Este tubo transporta a fracção líquida do efluente que vai ser aspergida através de 2 aspersores, colocados perpendicularmente ao painel, de modo a molhá-lo completamente Painéis evaporativos Solução para explorações com pouca área útil Reduzidas emissões gasosas Função das condições meteorológicas Para o dimensionamento de uma instalação onde se pretende implementar a tecnologia de evaporação natural quatro fatores são essenciais: • O tipo de efluente a tratar;  • A redução de volume que se pretende alcançar;  • O volume de efluente a evaporar;  • Dados meteorológicos do local. Lay out do sistema de tratamento por evaporação natural Os desempenhos do fenómeno evaporativo de um núcleo de painéis podem variar significativamente em cada unidade produtiva, resultante dos procedimentos utilizados e das práticas de lavagem implementadas.  Diagnóstico: • às características quantitativas e qualitativas do efluente a tratar; • dados meteorológicos do local onde se pretende instalar os módulos de evaporação (diários, mensais, anuais). Novas Abordagens Estas larvas são uma fonte nutricional valiosa, rica em proteína e gordura, tendo cerca de 42% e 52% de proteína bruta na matéria seca, bem como um elevado teor em aminoácidos. Mosca Soldado Negro As larvas de mosca soldado negra (Hermetia illucens)podem ser encontradas em locais onde há matéria orgânica em decomposição. São ótimos agentes decompositores que contribuem significativamente para a reciclagem de compostos orgânicos na natureza. São insetos que não transmitem doenças, não picam e não possuem ferrão, e em fase adulta não têm boca e consequentemente não se alimentam. A utilização de larvas de Mosca Soldado Negro (BSF) na bioconversão de resíduos não é comum em Portugal mas encontra-se em expansão na Europa. Será uma solução de futuro ao melhorar a eficiência e Sustentabilidade do setor agro-pecuário. Estas larvas convertem resíduos agro-pecuários num curto espaço de tempo, com redução das emissões de gases e da humidade, tornando-os mais adequados à utilização direta nos solos como fertilizantes ou corretivos. Num modelo de economia circular, no sistema de fluxos gerados, os efluentes/estrumes serão reintroduzidos no ciclo do carbono como um recurso valorizado. Estratégias futuras 40 Dimensão Estratégica Programas Temáticos • Objectivos • Incentivos Ações Futuro em Portugal Alterações no sector? Novos financiamentos? Preocupações ambientais? 41 Dinamização de um fórum de reflexão…. Hoje…. 29.09.2016 

O Contributo da Digestão Anaeróbia para o Aumento da Competitividade do Setor Agropecuário

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