Laboratórios de Biogás do Brasil

Série Especial

Uma série de reportagens especiais com o objetivo de apresentar os principais laboratórios que atuam na área de digestão anaeróbia, caracterização de substratos e produção de biogás, localizados em diferentes regiões do Brasil.

Para trabalhar na área de recuperação energética de resíduos orgânicos por meio da digestão anaeróbia é imprescindível a instalação de um laboratório de biogás e biometano para realização de análises de caracterizações físico-química dos substratos, avaliação e cultivo de inóculos, assim como para a montagem de reatores anaeróbios em escala de bancada ou em escala piloto, com as mais variadas especificações operacionais.

Avaliar diferentes parâmetros bioquímicos possibilitam um controle rígido do bioprocesso, desta forma as plantas de biogás podem alcançar alto desempenho operacionais. Estruturar um laboratório na área de digestão anaeróbia amplia a capacidade de pesquisa e desenvolvimento, proporcionado segurança aos projetos de plantas de biogás e minimizando riscos do processos.

Há uma demanda crescente para analisar diferentes matérias-primas para produção de biogás e identificar o potencial bioquímico de metano, avaliar o desempenho de ensaios de biometanização e identificar os parâmetros operacionais que tornem o processo de produção de biogás mais eficiente, seguros e economicamente viáveis.

Afinal, o que é um Laboratório?

“De acordo com o conceito apresentado na Wikipédia, Laboratório é uma sala ou espaço físico devidamente equipado com instrumentos próprios para a realização de experimentos e pesquisas científicas diversas, dependendo do ramo da ciência para o qual foi planejado.

A importância do laboratório na investigação ou escala industrial em qualquer de suas especialidades, seja química, dimensional, elétrica, biológica, baseia-se no exercício de suas atividades sob condições ambientais controladas e normatizadas, de modo a assegurar que não ocorram influências estranhas que alterem o resultado do experimento ou medição e, ainda, de modo a garantir que o experimento seja repetível em outro laboratório e obtenha o mesmo resultado”.

Neste primeiro Episódio da série temos o prazer de apresentar um laboratório que em agosto de 2021 completou 10 anos de operação:

Laboratório de Biogás do CIBiogás

Centro Internacional de Energias Renováveis – Biogás

O Centro Internacional de Energias Renováveis – Biogás (CIBiogás) é uma Instituição de Ciência e Tecnologia (ICT), em formato de associação.

Dedicada ao desenvolvimento do biogás como recurso energético limpo e competitivo, com o objetivo de promover o mercado de energias renováveis.

Oferece soluções personalizadas para gestão de resíduos, gestão de energia, gestão de biofertilizante, viabilidade econômica do biogás, desenvolvimento sustentável, consultorias técnicas e capacitação.

A instituição está localizada dependências do Parque Tecnológico Itaipu (PTI), em Foz do Iguaçu, no Paraná.

O Laboratório de Biogás do CIBiogás iniciou suas atividades em agosto de 2011. Nesses dez anos desde a sua criação, a instituição acumulou conhecimento prático, competência, habilidade e muito experiência, tornando-se referência na caracterização de diferentes substratos para análises do potencial bioquímico de biogás e biometano.

“O Laboratório de Biogás possui diversas funções, sendo que nestes primeiros 10 anos, o foco maior foi estabelecer referências técnicas para a produção de biogás a partir de diversos substratos. O Brasil possui grande diversidade de substratos para produção de biogás, sendo que já analisamos 350 substratos diferentes. Nos últimos anos, o laboratório deu um passo importante quanto a eficiência das plantas, ampliando análises para avaliação de eficiência de plantas, se posicionando no apoio em decisões de atualização tecnológica e de processos.  Em resumo, a evolução de uma abordagem de projeto para uma abordagem projeto+operação aconteceu e podemos apoiar as plantas em operação em ajustes de processos e equipamentos para ganho de performance.”

Felipe Marques

Diretor de Desenvolvimento Tecnológico do CIBiogás.

Para contar um pouco da história do laboratório de biogás do CIBiogás, assim como dos processo de operação do laboratório, o Portal Energia e Biogás conversou com diferentes profissionais. Entrevistamos profissonais que atuam diretamente no laboratório, com profissionais que utilizam os serviços proporcionado pelo laboratório e entrevistamos um pesquisador que colaborou desde o início da estruturação do laboratório.

ENTREVISTAS

1. Franciele Natividade Luiz

Engenheira Ambiental – Analista de Laboratório

Portal: O que é o Laboratório de Biogás do CIBiogás?

Franciele: O laboratório é praticamente o coração do CIBiogás. Todos os projetos realizados pelo CIBiogás têm contribuição direta para o desenvolvimento de cada um. Tanto com dados como com ensaios laboratoriais.

O laboratório já realizou análises de potencial bioquímico de metano de 260 tipos diferentes de substratos, totalizando mais de 36.000 ensaios laboratoriais realizados. 

O laboratório trabalha com a operação de plantas de biogás. Um exemplo desta atividade é a planta de biometano da UD Itaipu. O laboratório realiza ensaios para ver os indícios de viabilidade de produção de biogás com amostras recebidas pela Receita Federal, por exemplo. O laboratório indica a dieta/alimentação do biodigestor para que a produção de biogás não seja reduzida. 

Os ensaios físico-químicos de amostras podem complementar a análise de eficiência dos biodigestores instalados. O nosso laboratório realiza uma gama de testes, tudo para, como:

• • • Caracterização de amostras;
    • Determinação de potencial bioquímico de metano (PBM);
    • Emite relatórios técnicos das amostras;
    • Complementa o monitoramento de plantas de biogás;

O Laboratório do CIBiogás tem capacidade de realizar até 38 triplicatas. É o único do Brasil com esta capacidade. 

Portal: No laboratório são desenvolvidas alguma atividade de capacitação?

Franciele: A equipe do Laboratório passa pela ementa dos cursos do CIBiogás. Mas ainda não realizamos uma formação laboratorial. 

Portal: Quantos colaboradores trabalham no laboratório e quais as áreas de formação dos colaboradores?

Franciele: Atualmente a equipe do laboratório é formada por engenheiros ambientais, engenheiros civis e técnicos em agropecuária. 

Portal: Qual é a infraestrutura disponível no laboratório?

Franciele: O diferencial são as faixas de leituras. Nas nossas análises de Demanda química de oxigênio (DQO - parâmetro que mede a quantidade de matéria orgânica, através do oxigênio dissolvido) conseguimos analisar até 90.000 miligramas por litro. Também possuímos reatores de regime semicontinuo, que simulam em laboratório os procedimentos para aplicar em campo. Outro item importante na nossa infraestrutura são equipamentos para realização cromatografia gasosa (CGs), que possibilita identificar com precisão separação de compostos presentes no biogás.  

Portal: Quais as certificações que o laboratório de biogás possui?

Franciele: O Laboratório é o primeiro do Brasil acreditado pela Coordenação Geral de Acreditação do Inmetro – CGCRE na norma ISO 17025:2017, para o ensaio de Potencial Bioquímico de Metano.

Portal: Quais são as atividades de pesquisa, extensão e capacitação (ensino) desenvolvidas no laboratório?

Franciele: Já apoiamos diversas atividades de pesquisa e extensão em mestrados e doutorados. Temos termos de cooperação com a UNILA  e UTFPR. Hoje temos um conjuntos de 12 eudiômetros para o desenvolvimento de pesquisa. Atualmente o laboratório apoia o desenvolvimento científico do projeto de Toledo - PR. 

Portal: Quais os principais desafios da digestão anaeróbia no laboratório? 

Franciele: O nosso inóculo utilizado é padronizado. Temos dois reatores para produção do inóculo, eles são monitorados semanalmente. A padronização, o olhar crítico e a creditação, fez com que a gente desenvolvesse uma rotina bem estabelecida.  O nosso maior desafio é encontrar fornecedores nacionais para alguns produtos e padrões de gás que precisamos. 

Portal: O laboratório presta serviços para empresas de diferentes regiões?

Franciele: Sim, atende clientes externos de diversos locais. Já recebemos amostras de resíduos para análises, originárias de 38 municípios brasileiros de oito Estados diferentes. Assim como, amostras de resíduos de cinco países. A limitação do raio logístico para recebimento de amostras depende diretamente de condições ideais de armazenamento durante o transporte.

Portal: Qual é a importância estratégica do laboratório para o desenvolvimento da região oeste do Paraná e até mesmo para o desenvolvimento do Brasil?

Franciele: O laboratório além de fornecer as informações técnicas que irão subsidiar os novos investimentos contribui diretamente para identificar os potenciais de produção. A importância se dá em entregar informações e dados precisos para que as operações das plantas de biogás tenham o melhor desempenho. 

Portal: Sobre o CIBiogás, qual a importância do seu trabalho para desenvolvimento do mercado de biogás no Brasil?

Franciele: Trazer dados técnicos de confiança para a assertividade dos projetos, o que auxilia clientes e fornecedores, toda a cadeia que o CIBiogás tem como missão fortalecer. Quanto mais assertiva a informação, mais viável a fonte se torna.

Portal: Qual o canal de contato para contratação dos serviços?

Franciele: Principal canal é o site (https://cibiogas.org/laboratorio-de-biogas/) e o atendimento via WhatsApp pelo número: (45) 99157-8326.

2. Rogério Meneghetti

Engenheiro Eletricista com ênfase em sistemas de potência pela Unioeste, Mestre em Engenharia Elétrica pela UFSC com o tema em operação de sistemas de potência em tempo real e MBA em Gerenciamento de Projetos. Atuou 2 anos na Assessoria de Energias Renováveis da Itaipu Binacional e há 2 anos atua na Divisão de Planejamento de Infraestrutura, como gestor de Projetos de Energias Renováveis na Diretoria de Coordenação. Também é Vice Coordenador do Grupo Técnico de Inovação da Comissão de Política Tecnológica das Empresas Eletrobras e Conselheiro do Conselho de Administração do CIBiogás.

Portal: O laboratório de biogás nasceu como consequência direta de uma série e ações que a usina Itaipu desenvolveu no passado para a preservação da qualidade da água do reservatório da sua usina hidrelétrica. Quais foram os maiores desafios no desenvolvimento dos projetos de biogás, incluindo a estruturação de um laboratório de biogás de referência no país?

Rogério Meneghetti: A ITAIPU Binacional iniciou o desenvolvimento de projetos em biogás em 2008 tendo em mente a natureza econômica da região Oeste do Paraná, área de influência da usina, voltada fortemente a cadeia de proteína animal, especialmente avicultura e suinocultura. Um subproduto dessa atividade é o dejeto dos animais, que se não bem tratados adequadamente podem chegar ao reservatório e diminuir a qualidade da água e a vida útil da usina.

Para a realização dos primeiros projetos houve a necessidade de atuação em diversas frentes para o desenvolvimento da cadeia do biogás. Como principais dificuldades encontradas inicialmente podem-se dar os exemplos de falta de dados de biomassa animal residual presente na região Oeste do Paraná, a mão-de-obra especializada escassa sobre o tema e a falta de fornecedores de equipamentos utilizados em projetos de biogás, bem como para manutenção. Além disso, a necessidade de um laboratório de biogás para desenvolver, validar e distribuir as melhores práticas na produção de biogás.

Portal: Qual é a importância estratégica dessa estrutura de laboratório estar localizada dentro do Parque Tecnológico de Itaipu?

Rogério Meneghetti: Historicamente, a Fundação Parque Tecnológico Itaipu (FPTI) e o CIBiogás têm sido as principais instituições de desenvolvimento de projetos em parceria com ITAIPU no tema de energias renováveis. Além disso, a ITAIPU possui sua Unidade de Demonstração de Biogás e Biometano, no qual são necessários frequentemente análises dos resíduos a serem inseridos nos biodigestores e sobre a qualidade do digestato produzido, além, claro, da qualidade do biogás e do biometano gerados.

Portal: Hoje há uma atenção muito grande para projetos de descarbonização, descentralização, digitalização, economia circular e ESG, nesse contexto como a Usina Itaipu vê a expansão e a consolidação da fonte biogás no Brasil?

Rogério Meneghetti: A diversificação de fontes é algo essencial para o aumento da robustez em qualquer sistema de energia elétrica. Aliado a isso está a forte exigência de sociedade em uma matriz de energia mais limpa e ambientalmente correta, baseando essa mudança nos 3D’s da transição energética (descarbonização, descentralização e digitalização).

DEPOIMENTOS – Clientes/Parceiros

1. Melina Uchida

Gerente de Novos Negócios da MDC

Portal: Qual foi a motivação e a experiência que teve ao utilizar serviços prestados pelo laboratório de biogás do CIBiogás?

Melina Uchida:  O conhecimento técnico e o reconhecimento do laboratório, sendo o primeiro aceito pelo Inmetro para os ensaios de potencial bioquímico de metano, foram as principais motivações que levaram a MDC a escolher trabalhar em parceria com o CIBiogás. O laboratório tem oferecido serviços de qualidade que fazem a diferença em nossos negócios, com disposição para entender e atender as nossas demandas, o que resulta em uma experiência satisfatória para nossa equipe.

Portal: Qual foi a importância dos resultados obtidos (das análises no laboratório) para a desenvolvimento da planta de biogás?

Melina Uchida: Estamos comprometidos com a inovação. Por isso, sempre buscamos formas de impulsionar e melhorar nossos resultados. Em relação ao laboratório, os resultados das análises permitem uma avaliação mais confiável dos projetos, através da confirmação de premissas baseadas em dados da literatura, muitas vezes, estrangeira.

Portal: Para a empresa e investidores, o que representa a análise de substratos e a determinação do potencial de biogás e biometano?

Melina Uchida: Para a MDC, estes resultados representam maior grau de confiabilidade e maior segurança na tomada de decisão.

SOBRE A MDC

A MDC é uma empresa nacional que atua em toda cadeia de gás natural, biometano e biomassa, desde a produção e processamento até a distribuição e comercialização. A MDC opera por meio das coligadas CDGN, Ecometano e ERB, e oferece um amplo portfólio de soluções energéticas sustentáveis de longo prazo a clientes corporativos em transição para uma economia de baixo carbono. Criada em 2009, a MDC já investiu mais de R$ 900 milhões em projetos energéticos sustentáveis em todo país.

A MDC opera duas das três plantas de biometano em funcionamento no país e, em breve, terá mais uma planta de geração do biocombustível a partir de aterro sanitário. Um planta é no Rio, a GNR Dois Arcos, e sua produção é destinada principalmente para o mercado de gás natural veicular. E outra planta é a GNR Fortaleza, que atende a rede de gás natural do Ceará por meio da distribuidora estadual, a Cegás. A planta no Ceará tem capacidade instalada de produção de 100.000 m³/dia de produção de Biometano. A GNR Fortaleza também emite CBios pelo programa RenovaBio. https://mdcenergia.com.br/

2. Lucio Ricken

Sócio Diretor na 3DI Engenharia

Portal: Qual foi a motivação e a experiência que teve ao utilizar serviços prestados pelo laboratório de biogás do CIBiogás?

Lucio Ricken :  Sobre a motivação de uso dos serviços do laboratório de biogás, para a 3DI Engenharia  reflete em segurança operacional, principalmente quanto trabalho com resíduos que possuem uma composição variável.  Em um projeto, nós tratamos desde a fase de estudos de viabilidade, de definição do escopo técnico até a implantação do projeto. Com a Pure Tech Energy (que desenvolve e fabrica equipamentos para purificação do biogás) nossa principal atuação hoje nos negócios é voltada para indústria e nesse ambiente preciso ter controle sobre previsibilidade do composição biogás. Esse processo de controle está presente desde

início de um projeto, lá na biodigestão. O laboratório me proporciona informações que possibilitam definir o arranjo do equipamento, compor por exemplo um orçamento em função do biogás previsto (quantidade e qualidade previsto). A previsão da composição do biogás possibilitar definir qual será a configuração de biorefinaria mais adequada para atender uma demanda específica. Desde o objetivo de remoção da umidade (H2O), remoção do sulfeto de hidrogênio (H2S), amônia (NH3) e o upgrade do biogás para biometano (CH4) separando do dióxido de carbono (CO2). Há casos em que busco obter CO2 puro para aplicação industrial.

Então, análises do biogás refletem em segurança de projeto, que vai refletir na viabilidade econômica e essa previsibilidade quem determina é o laboratório.

Em alguns casos de codigestão (biodigestor de diferentes substratos) é necessário um controle do processo para não errar na proporção da mistura de substratos na alimentação do biodigestor sem perder o controle do processo, evitando impactar a atividade dos micro-organismos. Em todos esses casos citados destaco a motivação para uso dos serviços do laboratório de biogás.

E quando falamos em laboratório, não cito apenas a análise do resíduo, do dejeto, da matéria orgânica a ser tratada no biodigestor, mas também cito a análise do biogás, do resultado do gás produzido na bancada de laboratório ser compatível com o resultado obtido em campo.

Desta forma, consigo mapear todas essa previsibilidade perante os negócios de 3DI Engenharia, como desenvolvedora de tecnologia e operadora de plantas de biogás necessitamos desse suporte para buscar sempre o aumento de eficiência, e assim, com o mesmo resíduo desenvolver sempre formas de  produzir mais biogás e com melhor qualidade. Os únicos recursos nesse momento é a experimentação e a análise de previsibilidade através de bancada do laboratório.

SOBRE A 3DI ENGENHARIA

A 3DI Engenharia é uma empresa de base tecnológica com forte atuação no desenvolvimento de soluções para o mercado de biogás. Neste segmento, a empresa dedica esforços há mais de 7 anos, executando obras de infraestrutura, investindo em pesquisa e desenvolvendo máquinas e equipamentos que atendem as demandas do setor.  Atua em parceria em projetos de pesquisa pura e em projetos P&D com a Universidade Federal do Paraná – UFPR Palotina, com a Universidade Tecnológica Federal do Paraná, UTFPR Medianeira e com a instituição de ensino superior, União Dinâmica Cataratas. Este conjunto de projetos culminaram em produtos que chegam ao mercado para solucionar gargalos tecnológicos presentes na cadeia biogás, agregando viabilidade a mesma. https://www.3diengenharia.com/

3. Airton Kunz

Pesquisador Sênior na Embrapa

Portal: Desde o início dos trabalhos que levaram a criação do laboratório de biogás do CIBiogás, a Embrapa teve participação e colaboração direta. Fale um pouco do histórico desse processo, da motivação, dos desafios e do papel da Embrapa no suporte para a criação do laboratório de biogás do CIBiogás.

Airton Kunz: A gente colaborou desde o início quando era um laboratório. A ideia de criarmos um laboratório de biogás surgiu com Cícero Bley Jr., ainda quando atuava como Superintendente de Energias Renováveis na Itaipu Binacional. Então essa ideia, começou de um maneira bastante tímida, em uma sala, não tinha equipamentos, não tinha nada. Em um espaço pensando na importância em ter um laboratório de biogás para o Brasil. Aí depois, o Cícero viajou para BOKU na Áustria para conhecer um laboratório de biogás (na University of Natural Resources and Life Sciences), que eu até tinha conhecido um ano antes em um congresso que participei na Áustria. Lá em Boku, ele conheceu o laboratório de biogás coordenado pelo Prof. Thomas Amon. Então, isso foi muito legal, pois ele trouxe as ideias, as metodologias de lá e aqui o pessoal começou a trabalhar e estruturar esse laboratório de biogás no PTI (Fundação Parque Tecnológico de Itaipu). E aí a Embrapa ajudou desde o princípio nas discussões, para instalação de equipamentos, algumas questões analíticas, assim também com apoio e capacitação de pessoal. Naquele período houve intercambio, o pessoal do PTI veio aqui na Embrapa, assim como fomos lá também no PTI. Sempre estava presente com o pessoal do CIBiogás,  que antes era apenas laboratório de biogás.

Portal: Qual é a importância da estruturação do laboratório de biogás para a desenvolvimento regional?

Airton Kunz: Nós da Embrapa também sempre acreditamos na importância que isso tinha, para estruturação de um laboratório de biogás no Brasil. Depois a coisa cresceu e o laboratório se transformou e então foi criado o CIBiogás no PTI (Fundação Parque Tecnológico de Itaipu). Houve um apoio muito grande de Itaipu Binacional para criação do CIBiogás. Assim, sobre o papel que o CIBiogás tem para o desenvolvimento regional e nacional você vê o que está acontecendo hoje no estado do Paraná com relação ao biogás. Nos avanços que estão ocorrendo no estado do Paraná têm um papel bastante importante do laboratório de biogás e do próprio CIBiogás para esse desenvolvimento regional.

Portal: O que representa para empresas e investidores os resultados de análises de substratos e a determinação do potencial de biogás e biometano entre outros ensaios de digestão anaeróbia específicos?

Airton Kunz: O que representa, para várias empresas e investidores, os resultados das análises de substratos, determinação do potencial de biogás e biometano, isso é fundamental. Você sai da incerteza e tem resultados mais robustos, inclusive que possam minimamente , reproduzir ou melhor, predizer o que vai acontecer na realidade em uma planta de produção de biogás. Isso dará segurança ao investimento. Desta forma, para os tomadores de decisões diminuem as incertezas, diminui os riscos e aumenta a probabilidade de investimentos em plantas de biogás.

SOBRE EMBRAPA SUÍNOS E AVES

A Embrapa Suínos e Aves é uma unidade descentralizada da Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária, vinculada ao Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento, e tem como missão "viabilizar soluções de pesquisa, desenvolvimento e inovação para a sustentabilidade da suinocultura e avicultura em benefício da sociedade brasileira". Dos laboratórios da Embrapa Suínos e Aves surgiram conhecimentos que mudaram a trajetória das duas atividades. https://www.embrapa.br/suinos-e-aves

AGRADECIMENTOS

O Portal Energia e Biogás agradece a todos pelas valorosas contribuições para desenvolvimento dessa reportagem: 

• Felipe Marques - CIBiogás
• Franciele Natividade Luiz - CIBiogás 
• Bruno Terao - CIBiogás 
• Liege Reis - CIBiogás
• Rogério Meneghetti - Itaipu Binacional 
• Melina Uchida - MDC  
• Lucio Ricken -  3DI Engenharia
• Airton Kunz - Embrapa Suínos e Aves 

Aguarde!

Em breve novos episódios da série com destaque para laboratórios de biogás de diferentes instituições do Brasil.

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