Aproveitamento energético de biogás em ETEs: viabilidade de geração elétrica e uso veicular na região sul catarinense

Abstract

O crescente interesse por fontes renováveis de energia e pela redução das emissões de gases de efeito estufa tem impulsionado estudos voltados ao aproveitamento energético do biogás gerado em Estações de Tratamento de Esgoto (ETEs). Nesse contexto, este estudo avaliou o potencial energético do biogás gerado em ETEs da Agência Regional Sul Catarinense da Companhia Catarinense de Águas e Saneamento (AGSU/CASAN), considerando a geração de energia elétrica e a produção de biometano para aplicação em veículos a diesel. A pesquisa foi desenvolvida a partir da caracterização quali-quantitativa do biogás produzido na ETE Montevideo, em Criciúma/SC, por meio de campanhas sazonais de monitoramento, análises laboratoriais e determinação da vazão volumétrica do biogás. Os resultados demonstraram concentrações de metano entre 71,7% e 85,0%, indicando elevado potencial energético. A estimativa de geração elétrica para a ETE Montevideo alcançou aproximadamente 1.733,75 kWh/ano, e o total para as ETEs da AGSU foi de cerca de 877,8 MWh/ano. A produção de biometano foi estimada em 339.100 m³/ano, volume capaz de substituir integralmente o consumo anual de diesel da frota operacional da AGSU, com um potencial de mitigação de 78,3 toneladas de CO2 por ano. A partir da revisão da literatura, a tecnologia de purificação por membranas apresentou-se como a alternativa mais adequada para o biogás de ETE. Para a frota veicular, a adaptação dos motores para o sistema dual-fuel mostrou-se a solução de transição de melhor custo-benefício no curto prazo. Conclui-se que o aproveitamento energético do biogás em ETEs apresenta viabilidade técnica e ambiental, constituindo alternativa promissora para a redução de custos operacionais, mitigação de emissões e fortalecimento da sustentabilidade no setor de saneamento.

Abstract: The growing interest in renewable energy sources and the reduction of greenhouse gas emissions has encouraged studies focused on the energy recovery of biogas generated in Wastewater Treatment Plants (WWTPs). In this context, this study evaluated the energy potential of biogas generated in WWTPs operated by the Southern Santa Catarina Regional Agency of Companhia Catarinense de Águas e Saneamento (AGSU/CASAN), considering both electricity generation and biomethane production for application in diesel-powered vehicles. The research was developed based on the qualitative and quantitative characterization of biogas produced at the Montevideo WWTP, located in Criciúma/SC, through seasonal monitoring campaigns, laboratory analyses, and the determination of the volumetric biogas flow rate. Results showed methane concentrations ranging from approximately 71.7% to 85.0%, indicating a high energy potential. The estimated electricity generation potential for the Montevideo WWTP reached 1,733.75 kWh/year, and the total for AGSU WWTPs was about 877.8 MWh/year. The biomethane production was estimated at 339,100 m³/year, a volume capable of fully replacing the operational fleet's annual diesel consumption, achieving a potential mitigation of 78.3 tons of CO2 per year. Based on the literature review, membrane purification technology proved to be the most suitable alternative for upgrading the WWTP's biogas. For the vehicle fleet, adapting the engines to a dual fuel system emerged as the most cost-effective short-term transition solution. It is concluded that the energy recovery of biogas in WWTPs presents technical and environmental feasibility, constituting a promising alternative for reducing operational costs, mitigating emissions, and strengthening sustainability in the sanitation sector.