Desenvolvimento de Planta de Biogás para cadeia Avícola: Case “3Gs Família De Paula”

Artigo do Dr. Airon Magno Aires, Especialista em Biogás e Resíduos Avícolas, destaca o desenvolvimento de uma Unidade Produtora de Biogás em Boa Esperança do Iguaçu - PR.

Desenvolvimento de Planta de Biogás para cadeia Avícola: Case “3Gs Família De Paula”
Foto: Divulgação/ Airon Magno Aires
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Artigo
Comunidades & Produtores de Biogás

Desenvolvimento de Planta de Biogás para cadeia Avícola: Case “3Gs Família De Paula

Autor: Airon Magno Aires - Bioenergy Solution

Com o expressivo crescimento do biogás nos últimos anos, não há como negar que 2022 é o ano do biogás, da gestão de resíduos e dos fertilizantes orgânicos que podem ser gerados dentro de uma planta integrada de biogás e compostagem. Dentre as opções de alimentação dos biodigestores, a cama de frango vem se destacando pelo seu alto potencial metanogênico, e, a transformação de um passivo ambiental em um ativo sócio-econômico importante para cadeia avícola, que sofre com a falta de valorização deste resíduo e o uso indevido na alimentação bovina.

Com a alta demanda de fertilizantes pela agricultura e a falta deste insumo no mercado, a cama de frango de corte, vem sendo comercializada para suprir essa demanda como “dejeto seco”, pois não passa por tratamento adequado para ser aplicado no solo, por isso existe uma dispensa de registro no MAPA, devendo, para seu uso e comercialização ser observado o que a respeito dispõe o art. 18 do Regulamento da Lei nº 6.894, de 1980, aprovado pelo Decreto nº 4.954, de 2004.

Na prática, com o uso intensivo de defensivos e adubação química, o solo acidifica sem a reposição de matéria orgânica, deixando em falta o nutriente mais importante da agricultura, o carbono. No entanto, a cama de frango in natura, carrega uma série de microorganismos patogênicos e nutrientes complexados, que vão precisar roubar nitrogênio e/ou carbono do solo (vão concorrer com a planta), para que ocorra a sua disponibilização. Nesse sentido, a compostagem vêm sendo utilizada para a multiplicação de microorganismos benéficos ao solo (que eliminam os agentes patogênicos), contribuindo com a solubilização, o transporte e a absorção de nutrientes.

Dessa forma, em 2013 foram finalizados 6 anos de pesquisa e desenvolvimento de processos e equipamentos (Unesp, Campus Jaboticabal), para determinar o potencial da cama de frango, na produção de biogás e dos fertilizantes orgânicos. Foram desenvolvidos sistemas de produção em escala industrial, para que o material fosse  testado em seu limite. Dentro da tese foi criado um modelo de planta de biogás (figura 1).

Figura 1: Planta de biogás modelo para avicultura, ganhador do “Prêmio ABPA de pesquisa aplicável 2013” (AIRES, 2013).

Em 2017, a primeira planta de biogás foi instalada pela “3Gs Família De Paula”, em Boa Esperança do Iguaçu - PR. Foram investidos 2,3 milhões de reais nas plantas de biogás e compostagem, com potencial de processar 1.000 ton (volume referente a resíduos gerados por 4 aviários/ano). Como o produtor tinha apenas um aviário, o mesmo optou por comprar a cama de frango de um terceiro que recolhe e comercializa o resíduo avícola na sua região (valor atual, entre R$ 190,00-210,00/ton).

Em 2018 a planta da empresa 3Gs foi conectada à rede e iniciou a geração distribuída de energia elétrica (75 kWh), assim como, deu start na compostagem da fração sólida da cama de frango. Na figura 2, pode ser observado o layout instalado em 2018.

Figura 2: Planta de biogás/Compostagem da “3Gs Família de Paula”. Armazenagem de Cama de Frango/Produto Acabado (1); Pré-processamento (2); Biodigestor (3); Lagoa de Biofertilizante (4); Geração de Energia Elétrica-GD (5); Compostagem (6); Peneiramento/Ensaque (7); Aviário (8); Área de Plantio (9). 

Biogás / Energia Elétrica / Térmica

A cama de frango está entre os maiores vetores de geração de biogás”. A biodigestão anaeróbia da fração líquida, resultante do pré-processamento, favorece a concentração de nutrientes e sólidos voláteis, com diferentes taxas de degradação, o que reflete no potencial de produção de biogás, assim como a sua caracterização com maiores concentrações de metano. “A cama de frango apresenta picos de até 436 Nm³ de biogás/ton, com potencial médio de 282 Nm³ de biogás/ton/ano, com 64% de metano”. Esses resultados dependem da concentração de sólidos voláteis existente na alimentação.

Dentro de um projeto que utilize a cama de frango como insumo, deve ser considerado que não existe uma caracterização padrão, pois cada integradora/cooperativa tem a sua especificidade no manejo dos dejetos, por isso, aconselha-se procurar por um profissional qualificado para a escolha do material e monitoramento do processo, pois isso pode significar o sucesso ou insucesso do seu negócio.

Na Figura 3, são apresentados os resultados da planta de biogás (último ano), gerados na 3Gs. Foram consumidos 913 ton de cama de frango, 1.460 m³ de soro de leite e 9.125 m³ de dejetos de suínos. Os resíduos de laticínio e de suínos, tiveram a sua utilização nos últimos 2,5 anos, visto a oportunidade de melhoria da qualidade da alimentação, e a potencialização da geração de biogás e da caracterização dos fertilizantes orgânicos e biofertilizante. O uso de outros insumos, que venham agregar valor ao produto final, devem ser analisados e escolhidos, com a ajuda de um profissional qualificado no processo de biodigestão anaeróbia com cama de frango.

A planta de biogás gerou 385.075 Nm³ de biogás, o equivalente a 237.141 Nm³ de biometano (cama de frango contribui com 67% do volume de biogás gerado em relação aos dejetos de suíno e o soro de leite). A partir do biogás, foram gerados 603,856 MWh de energia elétrica em geração distribuída, o que gera uma renda de R$ 362.675,91 com a “comercialização/uso” (R$ 600,60/MWh) da energia elétrica pela própria agência financiadora de crédito rural (valores de negociação da energia inclusos)

 

Figura 3: Resultados da planta de biogás da 3Gs Família de Paula, referente ao ano 2021-2022.

No Sul do país, os aviários podem economizar cerca de 70% ao ano com o uso do biogás em substituição da lenha. No início da criação de frangos de corte, os pintinhos precisam de uma aquecimento extra para ajustar o seu aparelho termorregulador, dessa forma, são utilizados cerca de 280 m³ de lenha/ano/aviário (8 lotes/frango griller), o equivalente a R$ 19.600,00, com o valor da lenha à R$ 70,00/m³ (Figura 4).

Figura 4: Sistema de aquecimento a lenha, utilizado pela maioria dos produtores de frangos de corte e recria de pintinhos de postura.

A 3Gs, buscou no mercado um sistema de aquecimento a biogás, eficiente nesta conversão com a lenha, e foi escolhido o chamado TRC (Figura 5), que utiliza duas formas de aquecer o aviário, sendo por radiação direto na cama e por sopro de ar quente, além disso, possui acendimento automático controlado por sensores divididos em zonas de temperatura, garantindo a economia do uso do biogás, melhorando a ambiência e reduzindo o estresse calórico dos pintinhos.

Dentro de um aviário são utilizados entre 6 e 7 equipamentos, que consomem cerca de 8.488,65 Nm³/biogás/ano (8 lotes), o equivalente a alimentação de 30,1 ton/ano de cama de frango, ao custo de R$ 6.020,32/ano. Ou seja, é possível gerar uma economia de R$ 13.579,68/ano, considerando o custo final de produção, transporte e uso do biogás.

Figura 5: Sistema de aquecimento hibrido a biogás/GLP, utilizado pela 3Gs Família de Paula em Boa Esperança do Iguaçu-PR.

Fertilizante Orgânico / Biofertilizante (Digestato)

A aplicação da cama de frango diretamente no solo, sem um adequado tratamento, pode provocar eventos impactantes no ambiente (no solo e nos corpos d’água), levando a degradação dos ecossistemas aquáticos e gerando riscos à saúde humana, sobretudo pela grande carga orgânica e pela enorme quantidade de nitrogênio e fósforo presente nos dejetos.

A biodigestão anaeróbia da cama de frangos de corte é uma alternativa sustentável para o tratamento de resíduos avícolas. Por meio desse processo, o produtor ganha energia elétrica a baixo custo, consegue reciclar o material residual da sua granja e contribuir para a diminuição dos impactos ambientais gerados no processo de produção.

Entre as opções de manejo de resíduos encontra-se a separação das frações sólidas e líquidas com destinos diferenciados dentro da propriedade, onde a fração líquida tem o destino da biodigestão anaeróbia para produção de biogás/biofertilizante e a fração sólida é destinada a compostagem. O princípio da separação das frações sólida e líquida norteia a possibilidade de percolação dos nutrientes existentes no material total, sendo este lixiviado para a fração líquida, aumentando o poder de adesão das bactérias, melhorando o desempenho do biodigestor (AIRES, 2012). Com esse processo verificou-se a concentração de nutrientes, o que proporciona a otimização da aplicação dos biofertilizante líquidos (figura 6). 

Figura 6: Biofertilizante da empresa 3Gs Família de Paula, em Boa Esperança do Iguaçu-PR.

Uma característica importante do biofertilizante é a sua quantidades significativa de elementos prontamente disponíveis para as plantas, como nitrogênio (4,74 g/100g), fósforo (2,20 g/100g), potássio (1,78 g/100g), cálcio (2,71 g/100g), magnésio (0,83 g/100g), sódio (4,87 g/100g), zinco (2.036 mg/kg), cobre (1.760 mg/kg), manganês (734 mg/kg), ferro (3.539 mg/kg), ácidos fúlvicos (3,63%), húmicos (2,73%), dentre outros. Além disso, possui microorganismos com uma enorme capacidade de mobilizar os nutrientes do solo. A sua desvantagem é a sua inviabilidade de transporte em trechos longos, em função da sua concentração. No entanto, alguns projetos de concentração e secagem do biofertilizante líquido, já estão a prova, em vários projetos no sul do país, que em breve estarão prontos e modelados, para se juntar ao arranjo tecnológico das plantas integradas de biogás e compostagem.

A 3Gs, consegue valorizar 100% do biofertilizante dentro da sua propriedade. A empresa investiu na produção de forrageira Cynodon dactylon cv “Jiggs”, para comercializar feno pré-secado (Figura 7 e 8), à produtores de vacas leiteiras e cavalos.

Figura 7: Produção de forrageira Cynodon dactylon cv Jiggs.

Figura 8: Posterior produção de feno pré-secado da 3Gs Família de Paula em Boa Esperança do Iguaçu-PR.

Na tabela 1, pode-se observar os resultados econômicos em uma área de 41,6 ha, sem o uso de adubação química, foi alcançado o incremento de 25% na produtividade (R$ 270.816,00) dos pré-secados, que correspondem a uma produção de 74,4 ton/ha/ano (com o uso do biofertilizante), ou seja, gera uma renda de R$ 1,1 milhões ao ano (o equivalente à R$ 26.040,00/ha).

Além disso, se considerar a economia com a substituição da adubação química (R$ 246.600,00), o produtor gera uma renda (economia) que totaliza R$ 520.416,00 ao ano.

Portanto, pode-se inferir que o biofertilizante tem o valor de R$ 23,76/m³.

Para dar início a compostagem da fração sólida da cama de frango, é preciso ajustar o peneiramento, para que o mesmo caracterize a fração sólida com 60% de umidade. Em seguida é feito um ajuste da relação C:N, com uma pequena adição de cavaco, o que garante a sustentação da leira de compostagem.

Na 3Gs, foi instalada um sistema de compostagem termofílica de revolvimento de leiras, em área coberta. Neste processo de 40 dias, são utilizados microorganismos que auxiliam o processo de degradação da matéria orgânica, garantindo uma temperatura de 65°C durante 7 a 10 dias, para obter a garantia de eliminação de agentes patogênicos e levar um produto de excelência para o campo e/ou jardins.

O produto gerado na planta de compostagem é o “fertilizante orgânico” (sólido), que possui a seguinte caracterização média: carbono orgânico (22%), matéria orgânica (70%), pH (7), umidade (21%), CTC (488 mmol/kg-1), relação C/N (12:1), capacidade de retenção de água (38%), condutividade elétrica (1,15 mS/cm), NPK (2-4-2), relação cálcio:magnésio (3-4:1) e uma excelente relação bactéria:fungo (Figura 9 e 10).

Figura 9 e 10: Compostagem com revolvimento em leiras em área coberta, para produção de fertilizante orgânico com registro do MAPA, pela 3Gs Família de Paula.

No último ano a produção de fertilizante orgânico (1.288 ton), trouxe uma renda de R$ 560.158,20 e a sustentabilidade ambiental desejava dentro de uma unidade de biogás, que até o momento tinha um direcionamento cego a um único produto, o biogás. Agora mais um produto pode ser gerado a partir da planta de biogás/compostagem (fertilizante orgânico farelado) e ser utilizado para alcançar a liquidez do investimento com um payback mais atrativo, que por vezes não fecha a conta com a penas a geração de energia elétrica.

Para chegar nesse patamar de comercializações, ocorreu um reinvestimento próprio, para testar os seus produtos dentro da propriedade. A 3Gs instalou uma estufa de testes dentro da propriedade para apoiar as pesquisas à campo. Além disso, foi construído um escritório e mão-de-obra qualificada, para comercialização consultiva dos seus produtos gerados na compostagem. Uma alternativa de comercialização do fertilizante sólido, foi o fracionamento deste produto (figura 11), assim é possível atingir diferentes nichos de mercado.

Figura 11: Fertilizante orgânico comercializado pela empresa 3Gs Família de Paula, gerado após um rígido critério de compostagem da fração sólida da cama de frango gerada na primeira etapa da planta de biogás (pré-processamento).

Os custos operacionais fecharam o ano em R$ 634.448,34, sendo 51% deste valor com insumos, e 49% com mão-de-obra, despesas e manutenções. Os impostos com comercialização de fertilizantes e energia elétrica, fecharam em R$ 175.550,75.

No último ano analisado, foi gerado a renda líquida de R$ 755.162,47 com energia e fertilizantes. Portanto, fica claro que existe viabilidade econômica na instalação de plantas de biogás na cadeia avícola, desde que integradas a valorização dos fertilizantes orgânicos.

Sobre o Autor

Airon Magno Aires - Dr. Especialista em Biogás | Resíduos Avícolas, Consultor | Plantas de Biogás/Compostagem, Bioenergy Solution

    • Zootecnista, com MBA em gestão de negócios pela ESALQ/USP de Piracicaba, especialização em biogás pela UNILA, mestrado e doutorado pela UNESP de Jaboticabal, com expertise em desenvolvimento de equipamentos e processos para plantas de biogás e compostagem.
    • Atua há 15 anos no setor de compostagem industrial e biogás onde trabalhou com desenvolvimento de mercado, valorização de compostos orgânicos, gestão fabril, desenvolvimento de novos processos, dimensionamento, concepção, instalação, comissionamento e startup de plantas de biogás e compostagem.
    • É consultor para aquisição de equipamentos de compostagem em escala industrial, com conhecimento adquirido em fábricas e projetos na Alemanha, Bélgica e EUA. PROJETOS: 1) Foi responsável pela concepção, instalação e gestão da planta de compostagem do Grupo Mantiqueira, o qual processa 350 mil ton/resíduos da avicultura/ano. 2) Foi responsável pela instalação e startup da planta de compostagem da Unidade de Organomineral da Campo Forte Fertilizantes / Grupo JBS que processa 120 mil ton/ano de resíduos agroindustriais e agropecuários. 3) Instalou de planta de biogás com alimentação de cama de frango, em operação desde 2018, que produz energia elétrica em GD, energia térmica para aquecimento de aviário, biofertilizante para plantio de forrageira e fertilizante orgânico registrado no MAPA.

Contato: [email protected] Telefone: (45) 99112-0123

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Autor: Airon Magno Aires. Publicado em: 07 de junho de 2022.

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