Energia solar térmica como fonte de calor no processo de digestão anaeróbia

Data
2014-03-13
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Resumo
A gestão de resíduos encontra-se cada vez mais sob restrições crescentes, em especial no que toca aos resíduos orgânicos. O tratamento biológico da fração orgânica dos resíduos sólidos urbanos (RSU) constitui uma solução necessária a ter em conta na gestão de resíduos, ao promover a redução da matéria orgânica, através dos processos de estabilização e de recuperação de nutrientes. A digestão anaeróbia assume particular destaque por utilizar ainda o conteúdo energético dos resíduos, convertendo‐o numa fonte de energia - o biogás. Para manter a produção de biogás é necessário que o processo de digestão anaeróbio ocorra a uma temperatura constante e tradicionalmente este aquecimento é feito com parte do biogás produzido. Se outro tipo de energia renovável for utilizada como fonte de calor, a reação torna-se muito mais eficiente e a quantidade de biogás produzida disponível para valorização aumenta substancialmente. É neste contexto, que a energia solar e a energia geotérmica surgem como uma solução bastante promissora. Pois são ambas fontes de energia renovável com grande potencial em Portugal. Este trabalho tem como principal objetivo avaliar a viabilidade de um sistema solar térmico e de um sistema geotérmico como fonte de calor alterativa durante o processo de digestão anaeróbia, conduzindo a um aumento da disponibilidade de biogás para conversão, em energia elétrica, por exemplo. Nesta dissertação realizaram-se ainda ensaios com lamas de ETAR a uma temperatura ótima de 35ºC com e sem agitação, avaliando-se a quantidade de biogás produzida com este tipo de matéria orgânica. Verificou-se tanto o sistema solar térmico como sistema geotérmico constituem soluções economicamente e energeticamente atrativas para assegurar as necessidades energéticas da digestão anaeróbia. No entanto, o sistema solar térmico foi o que apresentou os melhores resultados, com um payback de apenas 5 anos, o investimento é recuperado a uma taxa de 17,19%, e gera-se ainda um excedente no final do tempo de vida útil do equipamento de 88290€.
Waste management is under increasing restrictions, mainly concerning the organic waste. Biologically treating the organic fraction of urban solid waste (USW) is a solution that must be considered in waste management as it promotes the reduction of organic matter through processes of stabilization and nutrient recovery. The role of anaerobic digestion must be particularly emphasized as it converts the energy content of the waste into a power source - biogas. In order to stabilize biogas production the anaerobic digestion must occur at a constant temperature; the heating needed for this process is typically supplied by part of the produced biogas. If another type of renewable energy is used as a heat source, the reaction becomes more efficient and the amount of biogas produced made available for energy recovery increases substantially. Therefore, solar and geothermal energy arise as an auspicious solution especially since these sources have great promise in Portugal. The aim of this work is to evaluate the feasibility of both a solar thermal and a geothermal systems as alternative heat sources during the anaerobic digestion process, leading to increased availability of biogas for conversion into electrical energy. Laboratory tests were performed with sewage sludge from a wastewater treatment plant for an optimum temperature of 35ºC with and without mixing, in order to evaluate the amount of biogas produced from this type of organic material. The solar thermal and the geothermal systems are both economically and energetically attractive solutions to ensure the energy needs of anaerobic digestion. Nonetheless, the solar thermal system displayed the best results: with a payback of just 5 years the initial investment is recovered at a rate of 17.19%. Moreover, a surplus of €88 290 is generated during the equipment's lifetime.
Descrição
Dissertação de Mestrado em Engenharia Mecânica
Palavras-chave
Energia solar , Energia térmica , Biogás , Energia elétrica , Digestão anaeróbia
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