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Previous issue date: 2015-08-26 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / A questão energética é um dos pontos centrais do conceito de desenvolvimento sustentável, entendido como o processo que busca satisfazer as necessidades do presente sem comprometer o futuro. A energia está presente em todas as ações de nossa vida cotidiana sendo, portanto, fundamental conhecer e dominar as técnicas de geração e conversão energéticas visando garantir a preservação do meio ambiente e o desenvolvimento social. O esgotamento das reservas de petróleo e os impactos ambientais causados pelo uso intensivo de combustíveis fósseis colocou na ordem do dia a discussão sobre novas fontes alternativas de energia. Esse tema tem sido pauta das reuniões dos chefes de estado, objeto de pesquisa em universidades e preocupação dos cidadãos ao redor do mundo. Uma das fontes renováveis para a geração de energia é o biogás resultante da digestão anaeróbia de resíduos animais, vegetais, industriais ou residenciais. Para melhorar o rendimento da digestão anaeróbia uma das tecnologias que vem sendo estudadas é a codigestão. Essa tecnologia é definida como a digestão simultânea de dois ou mais substratos orgânicos com o objetivo de maximizar a produção de biogás/biometano. O biometano é o metano produzido a partir da biomassa com propriedades energéticas semelhantes as do gás natural. A maioria dos projetos energéticos no meio rural não aproveita o potencial de geração de energia in loco, sendo caracterizados somente pela expansão da rede elétrica até as propriedades. A geração distribuída de energia elétrica se caracteriza por sua localização próxima aos centros de carga, sendo conectada ao sistema de distribuição ou na própria unidade consumidora apresentando como vantagens: (i) aumento da confiabilidade de fornecimento para consumidores; (ii) aumento da qualidade de energia; (iii) possibilidade de gerenciamento da ponta; (iv) possibilidade de redução de custos de expansão; (v) redução dos custos de transmissão e distribuição; (vi) adiamento e descentralização de investimentos; (vii) viabilidade econômica para atendimento de regiões remotas; e (viii) diversificação da matriz energética. O uso de ferramentas computacionais para o dimensionamento e planejamento integrado de recursos é uma opção para avaliar o potencial local e regional para a geração de energia a partir de resíduos agropecuários. Atualmente existem no mercado vários softwares de dimensionamento energético, a maioria tem um alto custo de licenciamento e uma vez que foram desenvolvidos em países do hemisfério norte não contemplam dados da realidade dos países em desenvolvimento como o Brasil. Neste trabalho foi desenvolvida a ferramenta computacional SAUDADE. (Sistema de Avaliação do Uso da Digestão Anaeróbia para o Dimensionamento Energético) composta por planilhas de cálculo do Microsoft Excel. A ferramenta possui uma base de dados constituída em uma geodatabase com a finalidade de criar o vínculo com o Sistema de Informação Geográfica (SIG) desenvolvido em ArcGIS. Para otimizar a mistura de resíduos animais e vegetais visando maximizar a produção de biometano foi utilizado o complemento do Microsoft Excel chamado Solver que permite o cálculo por programação linear. A ferramenta computacional SAUDADE pode ser aplicada para determinar o potencial de aproveitamento de resíduos agropecuários a nível de propriedade individual (uma granja) ou por meio de condomínios (associação de várias granjas) para o uso energético. O objetivo deste trabalho foi buscar soluções energéticas para as cadeias produtivas de frango de corte e de suínos da região da Zona da Mata de Minas Gerais a partir de resíduos agropecuários. A região é formada por 142 municípios e situa-se na porção sudeste do estado, próxima à divisa dos estados do Rio de Janeiro e do Espírito Santo. Os 2,19 milhões de habitantes da Zona da Mata representam 10,63% da população de Minas Gerais. Em 2011, a participação da região no Produto Interno Bruto (PIB) do Estado foi de apenas 7,47%. Em 2001, a Zona da Mata era responsável por 8,3% do PIB mineiro. Com mais de 5% da população abaixo da linha da miséria e crescente perda de dinamismo econômico, o combate à pobreza extrema é um desafio para a região. A avicultura e a suinocultura estão entre os segmentos que mais se destacam na agropecuária da Zona da Mata de Minas Gerais. De acordo com o IMA existem 241 granjas de suínos e 530 granjas de frango na região. O descarte dos dejetos da produção de suínos e frangos constituem um grave problema ambiental caso não sejam tratados convenientemente causando danos a saúde humana e animal. O aproveitamento desses resíduos agropecuários pode consistir numa nova cadeia de produção com um conjunto de processos para a geração, coleta, transporte e conversão energética, além da utilização como fertilizantes agrícolas. A aplicação da ferramenta computacional SAUDADE no estudo de caso da região da Zona da Mata de Minas Gerais teve os seguintes objetivos: (i) estimar os resíduos agropecuários disponíveis; (ii) estimar o potencial de produção de biometano a partir da codigestão de dejetos animais e resíduos de cultivos vegetais; (iii) comparação entre o potencial de geração de energia com o biometano produzido somente com os dejetos animais e o biometano produzido com a codigestão dos dejetos animais e resíduos de cultivos vegetais; (iv) avaliar os impactos da energia gerada com o biometano na matriz energética da região; (v) avaliar o potencial de produção de biofertilzante; (vi) avaliar o potencial de mitigação de emissões equivalentes de CO 2 ; (vii) avaliar a viabilidade econômica da geração de energia a partir do biometano em granjas de suínos e de frangos; (viii) avaliar a viabilidade econômica de condomínios de agroenergia considerando o transporte de resíduos por dutos ou estradas e o transporte do biometano por gasodutos. Os resultados deste estudo demonstraram que: (i) a codigestão contribui para aumentar a produção de biometano; (ii) o biofertilzante contribui para a viabilidade econômica dos cenários simulados; (iii) o potencial de energia gerada a partir do biometano pode satisfazer a demanda energética para produção de suínos e frangos nas granjas; (iv) o potencial de energia gerada a partir do biometano, produto da codigestão anaeróbia, pode satisfazer a demanda energética da maioria dos municípios em que foram simulados condomínios de agroenergia; (v) a inserção da eletricidade gerada a partir do biometano pode evitar a construção de novas pequenas centrais hidrelétricas na região evitando-se assim impactos ambientais e sociais; (vi) apesar dos benefícios da codigestão, a grande maioria dos cenários simulados não tiveram viabilidade econômica; e (vii) sem o estabelecimento de políticas públicas claras e eficazes para fomentar o uso dos resíduos agropecuários para a produção de biometano, esse potencial de energia não trará os benefícios energéticos e ambientais tão importantes para o setor. / The energy issue is one of the central points of the concept of sustainable development, understood as the process that seeks to satisfy the needs of the present without compromising the future. The energy is present in all the actions of our everyday lives is fundamental to know and master the techniques of generation and energy conversion in order to ensure the preservation of the environment and social development. The depletion of oil reserves and the environmental impacts caused by the intensive use of fossil fuels put on the agenda the discussion of new renewable energy sources. This theme has been the agenda of meetings of heads of states, the research object in universities and preoccupation of citizens around the world. One of renewable energy options for power generation is the biogas resulting from the anaerobic digestion of animal waste, vegetable, industrial or residential. To improve the efficiency of the anaerobic digestion one of the technologies that is being studied is the co-digestion. This technology is defined as the simultaneous digestion of two or more organic substrates in order to maximize production of biogas/biomethane. The bio-methane is methane (CH 4 ) produced from biomass with properties similar to those of the natural gas. Most energetic projects in rural areas despises power generation in loco, being characterized only by the expansion of the power grid until the properties. Distributed power generation is characterized by its location close to load centers, being connected to the distribution system or in the consumer unit. This type of generation has the following advantages: (i) increase the reliability of energy supply to consumers; (ii) increased power quality; (iii) peak hour management; (iv) the possibility of reducing expansion costs; (v) reduction in electrical transmission and distribution costs; (vi) delay and decentralization of investment; (vii) economic viability for service in remote areas; and (viii) diversification of energy sources. The use of computational tools for the design and integrated resource planning is an option to assess the local and regional potential for generating energy from agricultural waste. Currently exist in the market several energetic sizing software, most have a high cost of licensing and since been developed in northern countries do not match the reality of developing countries like Brazil. In this work was developed a computational tool named SAUDADE (System of Anaerobic Digestion Use and Assessment for the Energetic System Sizing) consists of Microsoft Excel spreadsheets. The tool has a database consisting in a geodatabase in order to create the link with the Geographic Information System (GIS) developed in ArcGIS. To optimize the mix of animal and vegetable waste to maximize the production of biomethane was used Microsoft Excel Solver that allows the optimization calculation by linear programming. The computational tool SAUDADE can be applied to size the use of agricultural waste to individual property level (a farm) or through condominiums (association of several farms).The objective was to seek energy solutions for production chains poultry and swine in the area of Zona da Mata of Minas Gerais State from agricultural waste. The region is composed by 142 municipalities and is located in the Southeastern portion of the state, near the border of Rio de Janeiro and Espirito Santo States. The 2.19 million inhabitants of the Zona da Mata represent 10.63% of the population of Minas Gerais. In 2011, the region's share in gross domestic product (GDP) of the State was only 7.47%. In 2001, the Zona da Mata was responsible for 8.3% of the state GDP. With more than 5% of the population below the poverty line and with increasing loss of economic dynamism, combating extreme poverty is a challenge for the region. The poultry and swine production are among the segments that stand out in agriculture in the Mata region of Minas Gerais. According to the Agricultural Institute of Minas Gerais (IMA) there are 241 swine farms and 530 poultry farms in the region. The waste from the production of swine and poultry are a serious environmental problem causing damage to human and animal health. The use of these agricultural waste may consist of a new production chain with a set of processes for the generation, collection, transportation and energy conversion. The application of computational tool SAUDADE in the case study of Minas Gerais Zona da Mata region had the following objectives: (i) estimate agricultural waste available; (ii) estimate the biomethane production potential from co-digestion of animal and waste vegetable; (iii) comparison of the potential for energy generation with biomethane produced only of animal waste and biomethane produced with the codigestion of animal waste and vegetable waste; (iv) evaluate the energy impact generated with biomethane in the energy matrix of the region; (v) evaluate the biofertilizer production potential; (vi) assess the potential for mitigation of CO2 equivalent emissions; (vii) evaluate the economic feasibility of energy generation from biomethane in swine and poultry farms; (viii) evaluating the economic viability of bioenergy condominiums considering the transport of waste through pipelines or roads and the transport of biomethane by pipelines. The results showed that: (i) the co-digestion helps to increase the production of biomethane; (ii) the biofertilzer contributes to the economic viability of simulated scenarios; (iii) the potential for energy generated from biomethane can meet the energy demand for the production of swine and poultry on the farms level; (iv) the potential for energy generation from biomethane can satisfy the energy demand of most of the municipalities in which they simulated condominiums agro- energy; (v) the inclusion of electricity generated from biomethane into the regional energy matrix can prevent the construction of new small hydropower plants in the region thus avoiding environmental and social impacts; (vi) despite the benefits of co- digestion, the vast majority of scenarios simulated presented no economic feasibility; and (vii) without establishing clear and effective public policies to promote the use of agricultural waste for the production of biomethane, the energy potential will not become in installed capacity. / La generación y uso de la energía es uno de los aspectos fundamentales implicados enpara el concepto de desarrollo sostenible, entendido como el proceso que busca satisfacer las necesidades del presente sin poner en peligro las del futuro. La energía está presente en todas las acciones de nuestra vida cotidiana por lo que es muy importante fundamental conocer y dominar las técnicas de generación y conversión de energía con el fin de garantizar la preservación del medio ambiente y el desarrollo social. El agotamiento de las reservas de petróleo y los impactos ambientales causados por el uso intensivo de combustibles fósiles, han puesto en la agenda la discusión de sobre las nuevas fuentes de energía renovables. Este tema ha sido discutido debatido en reuniones de jefes de Estado, es objeto de investigación en las universidades y de conversaciones de ciudadanos interesados de todo el mundo. Una de estas fuentes de energías renovables es el biogás resultante de la digestión anaerobia de los residuos animales, vegetales, industriales o y residenciales. Para mejorar la eficiencia de la digestión anaeróbica una de las tecnologías que se están estudiandoobjeto de estudio es la codigestión. Esta tecnología se define como la digestión simultánea de dos o más sustratos orgánicos con el fin de maximizar la producción de biogás / biometano. El biometano es el metano (CH4) producido a partir de biomasa con propiedades similares próximas a las del gas natural. La mayoría de los proyectos de energía en las zonas rurales desprecia la generación "in situ", consistiendo solamente en la expansión de la red eléctrica a las propiedades. La generación distribuida de energía distribuida se caracteriza por su ubicación cerca de los centros de cargademanda, pudiendo estar conectado o no a la red de distribución o en la unidad de consumo que, presentando las siguientes ventajas: (i) aumentar la fiabilidad del suministro a los consumidores; (ii) una mayor calidad de la energía; (iii) posibilidad de gestión de la demanda en las horas de consumo máximo; (iv) la posibilidad de reducciónir de los costes de expansión de la red pública de distribución; (v) reducción de los costes de transporte y distribución; (vi) aplazamiento y descentralización de la inversión; (vii) la viabilidad económica para el servicio en zonas remotas; y (viii) la diversificación de las fuentes de energía. El uso de herramientas computacionales para el dimensionamiento y la planificación integrada de los recursos es una opción para evaluar el potencial local y regional para de la generación de energía a partir de residuos agrícolas. Actualmente existen en el mercado varios softwares de dimensionamiento energético, la mayoría de los cuales tienen un alto costo de la licencia. Además, dado que y una vez que son desarrollados en los países del nortedel hemisferio norte, no atiendencoinciden con la realidad de los países en desarrollo, como es Brasil. En este trabajo fue desarrollada una herramienta computacional llamada SAUDADE (Sistema de Evaluación del Uso de la Digestión Anaerobia para el Dimensionamiento Energético), consistente mpuesta deen un conjunto de hojas de cálculo desarrolladas en el entornodel Microsoft Excel. La herramienta tiene una base de datos creada en unaconsistente en una geodatabase, con el fin de crear el vínculo con el Sistema de Información Geográfica (SIG) desarrollado en con el programa ArcGIS. Para optimizar la mezcla de residuos animales y vegetales con el objetivo de maximizar la producción de biometano, fue utilizado el complemento del Microsoft Excel llamado Solver que permite el cálculo coen programación lineal. La herramienta computacional S.A.U.D.A.D.E. se puede aplicar para dimensionar la utilización de residuos agroganaderos a nivel de propiedad individual (una granja) o a través de condominios (asociaciones ón de varias granjas). El objetivo de este trabajo fue buscar soluciones energéticas para las cadenaslos sectores productivos de producción de pollo de engorde y de cerdos en la región de Zona da Mata de Minas Gerais. La región está formada por 142 municipios y se encuentra en la parte sureste del estado, cerca de la frontera de los estados de Río de Janeiro y Espirito Santo. La región tiene 2,19 millones de habitantes que representan 10,63% de la población de Minas Gerais. En 2011, la región fue responsable porgeneró el 7,47% del producto interno bruto (PIB) del Estado. En 2001, esa poercentajge era de 8,3%. Con más de 5% de la población por debajo del umbral la línea de la pobreza y el aumento de la pérdida de dinamismo económico, la lucha contra la pobreza extrema es un desafío para la región. La avicultura y porcinocultura se encuentran entre los segmentos que se destacan en la agroganadería de la región de Zona da Mata de Minas Gerais. De acuerdo con el Instituto de Agroganadería de Minas Gerais (IMA), existen 241 granjas de cerdos y 530 granjas avícolas en la región. Los residuos de la producción de cerdos y pollos son un grave problema ambiental que causan daños a la salud humana y animal. El uso energético de estos residuos ganaderos puede consistir en una nueva cadena de producción, con un conjunto de procedimientos para la conversión de generación y, recolección, transporte de lay energía. La aplicación de la herramienta computacional SAUDADE en el estudio de caso de la región de Zona da Mata de Minas Gerais tuvo los siguientes objetivos: (i) estimar los residuos agroganaderos disponibles; (ii) estimar el potencial de producción de biometano a partir de los residuos animales y vegetales a través de la codigestión; (iii) comparación del potencial de generación de energía con el biometano producido solamente con residuos animales con el biometano producido con la codigestión de residuos animales y vegetales; (iv) evaluar el impacto de la energía generada con el biometano en la matriz energética de la región; (v) evaluar el potencial de producción de biofertilzante; (vi) evaluar estudiar el potencial de mitigación de las emisiones de CO2; (vii) evaluar la viabilidad económica de la generación de energía a partir del biometano en granjas de cerdos y pollos; (viii) evaluar analizar la viabilidad económica de condominios agrupaciones de bioenergía, considerando el transporte de los residuos a través de tuberías o camiones y el transporte de biometano por gasoducto. Los resultados mostraron que: (i) la codigestión ayuda a aumentar la producción de biometano; (ii) el biofertilizante contribuye a la viabilidad económica de los escenarios simulados; (iii) el potencial de la energía generada a partir de biometano puede satisfacer la demanda de energía para la producción de cerdos y pollos en las granjas; (iv) el potencial de la energía generada a partir de biometano puede satisfacer la demanda de energía de la mayoría de los municipios en los que fueran simuladlas agrupaciones os condominios agroenergéticas de productoresía; (v) la inclusión de la electricidad generada a partir de biometano puede evitar la construcción de nuevas pequeñas centrales hidroeléctricas en la región, evitando así impactos ambientales y sociales; (vi) aunque existan ventajas en la codigestión, la gran mayoría de los escenarios simulados no tenía viabilidad económica; y (vii) sin establecer políticas públicas claras y eficaces para promover el uso de residuos agroganaderos para la producción de biometano, el potencial de la energía no se convertirá en capacidad instalada.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:localhost:123456789/7362 |
| Date | 26 August 2015 |
| Creators | Ferrarez, Adriano Henrique |
| Contributors | Gracia, Luis Manuel Navas, Silva Júnior, Aziz Galvão da, Lopes, Roberto Precci, Oliveira Filho, Delly |
| Publisher | Universidade Federal de Viçosa |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFV, instname:Universidade Federal de Viçosa, instacron:UFV |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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