Parceria entre UFC e Cagece vai produzir energia elétrica a partir do tratamento de esgoto

 Um projeto desenvolvido em parceria entre a Universidade Federal do Ceará e a Companhia de Água e Esgoto do Ceará (Cagece) vai gerar energia elétrica a partir do tratamento de esgoto. Com um custo global de R$ 6,7 milhões, a primeira Usina-Modelo da empreitada tem previsão de iniciar as operações já em 2023 e poderá produzir até 450 megawatts-hora por ano. 

Imagem em 3D da Usina-Modelo (Imagem: Divulgação)

Isso será possível com o uso do biogás que é produzido por reatores biológicos existentes em algumas estações de tratamento de esgoto (ETE) da Cagece. Contando com um total de 298 ETEs, a companhia possui, atualmente, 56 estações de tratamento com esses reatores biológicos anaeróbios de manta de lodo em fluxo ascendente, conhecidos como reatores UASB (sigla em inglês), que são responsáveis pela decomposição da matéria orgânica presente no esgoto.

A Usina-Modelo será instalada na ETE localizada próximo ao Residencial Alameda das Palmeiras, no bairro Pedras, em Fortaleza. A produção de energia varia de acordo com a quantidade de biogás produzido, mas a estimativa da equipe é de que esse número possa chegar a até 450 megawatts-hora por ano.

Para se ter uma ideia, o consumo médio de uma residência no Brasil foi de 165 kilowatts-hora por mês em 2020, segundo o Anuário Estatístico de Energia Elétrica 2021, elaborado pela Empresa de Pesquisa Energética (EPE). Assim, só essa usina poderia abastecer cerca de 230 unidades residenciais.

Projeto foi apresentado a representantes da Reitoria em maio, no Laboratório de Combustão e Energias Renováveis (LACER), da UFC (Foto: Ribamar Neto/UFC)

Segundo o Prof. William M. Barcellos, do Laboratório de Combustão e Energias Renováveis (LACER) e coordenador do projeto pela UFC, se mais reatores e usinas de produção energética forem instalados nas estações de tratamento, a Cagece poderia, por meio de uma matriz sustentável, até mesmo comercializar a eletricidade excedente.

USINA EM CONTÊINERES – A ideia é que a estrutura da Usina-Modelo seja montada em contêineres, o que permitirá a rápida instalação nas estações de tratamento. “Esse equipamento se integra na estação e dá fim nos resíduos de forma sustentável. É como se fosse um sistema acoplável”, explica William M. Barcellos.

Para a realização dos testes, foram montados protótipos em escala reduzida (miniatura) no LACER para determinar os parâmetros de projeto e operação da usina. O desenvolvimento dos diferentes componentes, que vão integrar a estrutura dessa usina, foi realizado por estudantes e com o apoio de professores da UFC, compondo uma equipe multidisciplinar que envolveu os cursos de engenharias de Energias Renováveis, Química, Metalúrgica, Mecânica, Elétrica, Ambiental, de Teleinformática, além do curso de Biotecnologia.

A Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária (EMBRAPA) também tem contribuído com o projeto ao desenvolver estudos para a melhoria da eficiência dos reatores biológicos anaeróbios usados nas estações de tratamento. A instituição é representada pelo pesquisador Renato Carrhá Leitão.

DESAFIOS – O projeto, porém, precisou enfrentar alguns desafios. Um deles foi a necessidade de purificar o biogás antes da utilização. Isso porque o biogás produzido no reator, além do metano (CH4) e dióxido de carbono (CO2), possui o sulfeto de hidrogênio (H2S), também conhecido como gás sulfídrico, que tem como característica o cheiro desagradável, normalmente associado ao de ovo podre. O gás possui alto poder de corrosão de materiais, podendo danificar a estrutura da usina de energia e da própria estação de tratamento.

Há também a presença de siloxanos, substâncias oriundas do silicone, bastante presente em produtos cosméticos. Eles, ao passarem por altas temperaturas na câmara de combustão de motores de automóveis, têm as cadeias químicas quebradas, de forma que o silício reage com o oxigênio, formando areia dentro do motor.

O metano, contido no biogás, é naturalmente produzido durante a fermentação do esgoto, sendo que ele absorve cerca de 21 vezes mais radiação infravermelha do que o CO2. Esses dois gases estão entre as principais substâncias causadoras do aquecimento global. Entretanto, após purificado, o biogás passa a ter, majoritariamente, gás metano, ou seja o biometano, que será usado no processo de combustão para gerar energia.

SUBPRODUTOS – Há ainda outros desafios ambientais no tratamento de efluentes. A areia carreada pelo esgoto é um material residual contaminado que normalmente precisa ser encaminhado para aterros sanitários. Através do sistema de secagem híbrido desenvolvido no projeto da Usina-Modelo, há previsão de que ela seja tratada e esterilizada. “Historicamente, esse tem sido um desafio que envolve custos, administração, gerenciamento e gestão ambiental desses resíduos […] A Cagece já tem, inclusive, estudos em desenvolvimento voltados para instalação de uma fábrica de areia”, comenta o Prof. William M. Barcellos.

No mesmo sistema de secagem e esterilização da areia, também passará o lodo residual drenado do reator. Esse material é um rejeito, oriundo da atividade de bactérias que “digerem” o esgoto, gerando o biogás. Porém, periodicamente, ele precisa ser drenado do reator biológico e seco por meio de exposição ao sol - processo que, em condições favoráveis, leva cerca de 20 dias, podendo chegar a 30 ou 40 dias em período de chuvas. Ao final, o resíduo é encaminhado para aterro sanitário. A ideia é que, na Usina-Modelo, a secagem desse lodo seja feita no prazo de um a três dias.

Pesquisas para o projeto foram realizadas no Laboratório de Combustão e Energias Renováveis (LACER), da UFC (Imagem: Divulgação)

A usina resolve também um outro problema, que é a quantidade de gás carbônico (CO2) presente no biogás. A solução encontrada no projeto é fazer a separação do gás, visando uma destinação sustentável, incluindo o seu envasamento para comercialização na indústria.

INVESTIMENTO – O projeto conta com financiamento próprio da Cagece, que realizou um investimento de R$ 1,4 milhão e, agora, com previsão de um novo aporte suplementar de mais R$ 1,9 milhão, totalizando R$ 3,3 milhões, aproximadamente. Além desse, houve investimento adicional do Banco de Desenvolvimento Econômico e Social (BNDES), que entrou com recursos na ordem de R$ 3,4 milhões, por meio do Fundo de Desenvolvimento Técnico-Científico (FUNTEC).

O custo efetivo para a fabricação e instalação da Usina-Modelo está estimado em aproximadamente R$ 3,5 milhões. Entretanto, o custo global do projeto está em torno de R$ 6,7 milhões, porque envolve adequação das instalações de laboratório, desenvolvimento dos protótipos, custeio de materiais de consumo, de pessoal e de adequação das instalações da Cagece, dentre outros.