Contributo para o estudo da valorização energética de biogás em estações de tratamento de águas residuais

Dissertação apresentada na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Sanitária

O crescente aumento do consumo energético das sociedades desenvolvidas e emergentes, motivado pelo progresso económico e social, tem induzido a procura de alternativas focalizadas nas energias renováveis, que possam contribuir para assegurar o fornecimento de energia sem agravar o consumo de combustíveis fósseis e a emissão de gases com efeito de estufa. Nesse sentido, a produção de energia eléctrica a partir do gás metano resultante da estabilização anaeróbia de efluentes tem vindo a ser estudada e praticada desde finais do século XIX, tendo assumido maior expressão a partir dos anos 70 do século XX, na sequência das primeiras crises petrolíferas. As estações de tratamento de águas residuais (ETAR) reúnem dois factores chave para o sucesso do aproveitamento energético do biogás produzido no tratamento de lamas: por um lado, produzem matéria-prima com potencial energético - lamas primárias e biológicas, na sequência do tratamento das águas residuais - e, por outro, necessitam de energia eléctrica para o funcionamento dos equipamentos electromecânicos e de calor para a manutenção de condições mesofílicas ou termofílicas da estabilização anaeróbia das lamas. A valorização energética do biogás produzido na estabilização anaeróbia das lamas, para além de permitir obter um retorno financeiro, que contribui para o equilíbrio dos custos de investimento e de exploração, contribui igualmente para a redução das emissões de gases com efeito de estufa, como o dióxido de carbono e o metano, e para a segurança de abastecimento energético à instalação, na medida em que assegura a alimentação de energia eléctrica em caso de falha no fornecimento pela rede nacional. A presente dissertação apresenta um contributo para estudos a desenvolver por entidades gestoras de sistemas municipais e multimunicipais de tratamento de águas residuais, empresas de projecto e estudantes de Engenharia do Ambiente ou Sanitária, constituído por uma compilação da informação mais relevante associada à estabilização anaeróbia de lamas e à valorização energética do biogás produzido. Com base em informação referente a algumas ETAR nacionais com instalações de valorização energética de biogás, propõe-se um conjunto de indicadores expeditos relativos ao custo de investimento dos processos de digestão anaeróbia e de cogeração e ao desempenho dos sistemas de cogeração em ETAR, que possam ser utilizados como um instrumento de apoio à decisão. Os indicadores apresentados poderão ser utilizados no planeamento de sistemas de tratamento de águas residuais e em análises de viabilidade de soluções de tratamento de águas residuais que contemplem a componente de estabilização anaeróbia de lamas. A partir dos indicadores estimados, foram avaliados diferentes cenários de investimento, tendo-se concluído, com base num conjunto de pressupostos admitidos, que a valorização energética de biogás é técnico-economicamente viável em ETAR de dimensão superior a 35 000 e.p., caso se opte pelo consumo interno da energia produzida, e de dimensão superior a 30 000 e.p. se se admitir a venda da totalidade da energia produzida à rede eléctrica nacional.