comparação do desempenho ambiental de alternativas para a

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“Novos desafios para um planeta sustentável”
03 a 06 de setembro de 2012
Maringá – PR - Brasil
COMPARAÇÃO DO DESEMPENHO AMBIENTAL DE
ALTERNATIVAS PARA A DESTINAÇÃO DE RESÍDUOS
SÓLIDOS URBANOS COM APROVEITAMENTO ENERGÉTICO
V. PECORA 1, R.,GRISOLI 1, C. L. CORTEZ 1, M. MORENO 1 , A. BRAUNE 1, A. LIMA 1, S.
COELHO 1, A. R. NOGUEIRA 2, L. E. D. FERNANDES 2, G. A. SILVA 2 A. K. E. BERNSTAD
SARAIVA SCHOTT3
1
CENBIO/IEE – Universidade de São Paulo
GP2/PQI/EPUSP – Universidade de São Paulo
3
Water and Environmental Engineering, Universidade de Lund, Suécia
Autor correspondente: CENBIO/IEE/USP - Av. Prof Luciano Gualberto, 1289 –, São Paulo/SP. CEP
05508-010, email ([email protected])
2
A geração de resíduos sólidos urbanos (RSU) no Brasil é bastante significativa. Assim, o
gerenciamento adequado destes resíduos, inclusive com o aproveitamento energético, constituise um desafio para os municípios. Este trabalho tem como objetivo comparar o desempenho
ambiental de três alternativas para tratamento e disposição de RSU: aterro sanitário, incineração
e tratamento mecânico-biológico (TMB). A unidade funcional estabelecida para o estudo foi o
tratamento e disposição de 1 t de resíduos gerados na região da cidade de São Paulo. Além das
alternativas de tratamento e disposição a serem comparadas serão analisados dois cenários com
diferentes composições dos resíduos: (a) sendo 100% RSU e (b) sendo 90% RSU e 10% lodo
proveniente do tratamento anaeróbio de uma Estação de Tratamento de Efluente (ETE). A ACV
foi feita com o auxílio do software EASEWASTE. O inventário para cada tecnologia foi
finalizado e foi realizada a avaliação de impactos preliminar associada à implantação, operação
e desativação de cada alternativa, bem como os impactos decorrentes do consumo de insumos,
disposição final de rejeitos e contabilização da energia elétrica disponível. Ressalta-se que os
resultados poderão subsidiar a formulação de políticas públicas voltadas para o gerenciamento
dos RSU no país.
1. Introdução
Muitos municípios têm enfrentado dificuldades na gestão e destinação dos RSU devido ao
aumento da concentração populacional nos centros urbanos, acompanhado da diversificação na
oferta de produtos de consumo e as facilidades de acesso a estes bens, ocasionando um
incremento nas quantidades de RSU geradas. Com a nova Política Nacional de Resíduos
Sólidos, a qual, a partir de 2014, proíbe a disposição em aterro sanitário, qualquer tipo de
resíduo que seja passível de reutilização ou reciclagem, surge a necessidade de desenvolvimento
de técnicas e estudos elaborados para reutilização, reciclagem e/ou aproveitamento energético.
A energia gerada a partir do tratamento dos resíduos sólidos vem sendo cada vez mais
interessante, visto que novas políticas de geração de energia a partir da biomassa e outras fontes
renováveis podem reduzir o consumo de combustíveis fósseis (além de reduzir os impactos
globais causados pela queima de combustíveis fósseis, contribuindo para a sustentabilidade da
matriz energética).
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2. Metodologia
Para a comparação do desempenho ambiental de três alternativas para tratamento e disposição
de RSU: aterro sanitário, incineração e tratamento mecânico-biológico com digestão anaeróbica
dos resíduos orgânicos e disposição do resíduo restante em aterro sanitário. Além da
comparação das alternativas de tratamento e disposição foram analisados dois cenários com
diferentes composições dos resíduos: (a) 100% RSU e (b) 90% RSU e 10% lodo proveniente de
estação de tratamento de esgoto (ETE). A ACV foi realizada com o auxílio do software
EASEWASTE, desenvolvido pela Universidade de DTU, Dinamarca (KIRKEBY et al., 2006).
Esse software é usado especificamente para ACV de métodos de tratamento e disposição de
RSU. O software permite estabelecer uma composição específica de RSU, de acordo com a
composição gravimétrica do estudo, bem como permite ajustes em relação ao perfil de energia
gerada e consumida em diferentes partes da cadeia de tratamento de RSU. Assim, mesmo sendo
desenvolvido na Dinamarca, pode ser adequado para avaliações de sistemas em outras partes do
mundo. Neste caso, a ACV foi elaborada usando a metodologia de expansão do sistema. O
AICV adotado foi o EDIP1997 (Miljøstyrelsen, 2005). No caso da caracterização dos RSU,
foram utilizados dados primários, baseados em EMAE (2011), com referencia para o ano de
2009. Para os modelos das tecnologias utilizadas foram realizados cálculos próprios e obtidos
dados secundários de publicações entre 2006-2011.
3. Dados de processo para elaboração do inventário do ciclo de vida
Os dados utilizados como estimativa para os RSU são referentes, principalmente à região da
Baixada Santista, no Estado de São Paulo e podem ser encontrados na Tabela 1(cenário a).
Tabela 1. Características do RSU a ser tratado.
Gravimétria1
Matéria
úmida (%)
Gravimétria1
Matéria seca
(%)
PCI do
material
(kcal/kg)
PCS do
material1
(kcal/kg)
PCI
proporcional
(kcal/kg)
PCS
proporcional
(kcal/kg)
54%
33%
1.3103
3.442
707
1.124
12%
12%
3.3312
4.040
399
475
Plástico
18%
35%
6.3003
8.890
1.134
3.092
Metal
2%
5%
0
0
0
0
Vidro
Material
Têxtil
Material
Inerte
1%
4%
0
0
0
0
5%
4%
3.4803
4.219
174
188
4%
2%
0
0
0
0
Madeira
4%
5%
2.5203
4.250
100
211
2.516
5.090
Material
Material
Orgânico/
Papel/
Papelão
TOTAL
1
EMAE, 2011
SMA, 2006.
3
EPE, 2008.
2
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O inventário para cada tecnologia utilizada nesta comparação foi baseado em dados primários
fornecidos por aterro sanitário em operação no estado do São Paulo, além de dados secundários
da literatura para as três tecnologias.
3.1 Disposição de RSU em aterros sanitários
Para a disposição de RSU em aterros sanitários foi assumido que a coleta do biogás e do
lixiviado, bem como a eficiência de remoção, é igual durante todo o período considerado
(exemplo: 100 anos, segundo EASEWASTE). A composição do lixiviado foi baseada nos dados
de EMAE (2011). As eficiências de remoção de Cd, P, Ni, Cu, Zn, Pb, Hg, Cr, DBO, tolueno e
NH3, tiveram como base uma planta de incineração na Suécia (SYSAV, 2010). Para outros
contaminantes, uma eficiência de remoção de 70% foi assumida. Também foi considerado que
32% de lixiviado foi captado, sendo 96% deste enviado para o tratamento. O consumo de
eletricidade no tratamento do efluente foi 2,45 kWh/m3 de lixiviado, com base em SYSAV
(2010). A eficiência da geração de eletricidade a partir da combustão do biogás foi de 23,4%,
com a geração de metano de 63,8 Nm3/tonelada de RSU. As emissões provenientes da queima
do biogás são assumidas a partir dos dados de Lantz et al. (2009).
3.2 Tratamento de RSU em incineradores
O modelo do incinerador utilizado para este estudo corresponde às características da planta em
operação em Aarhus, Dinamarca. A planta utiliza a tecnologia de grelhas móveis e conta com
três linhas: uma de sistema úmido, com moderno controle de emissões, e, outras duas com
sistema semi-seco de controle de emissões, incluindo dispositivo para a remoção de dioxinas. A
recuperação de energia elétrica foi feita considerando o nível de 13% do PCI nos RSU. A
energia térmica não foi recuperada para o modelo estudado.
3.3 Tratamento Mecânico Biológico (TMB) de RSU
Nesta tecnologia considera-se a separação dos RSU pelo tratamento mecânico, em que o resíduo
orgânico é separado dos demais resíduos e encaminhado ao tratamento biológico. A parte nãoorgânica foi disposta em aterro sanitário. O resíduo orgânico foi tratado em biodigestores, por
digestão anaeróbia (DA), na qual ocorre a produção de biogás, que será utilizado como fonte de
energia. Os biossólidos gerados no processo foram considerados como sendo encaminhados
para o processo de secagem, utilizando a energia térmica da queima de biogás, e dispostos em
aterro sanitário. Dados de Pires et al. (2011) foram utilizados para o modelagem desses
processos.
4. Resultados/ Discussão
No caso de RSU sem lodo, 43% dos resídous foram dirigidos para degradacão anaeróbica
depois do TMB, e 57% para aterro sanitário. No caso de RSU com 10% lodo, a divicão pos o
TMB era 39% para degradacão anaeróbica e 61% para aterro sanitário. Os resíduos gerados no
tratamento são apresentados na Tabela 2. Na Tabela 3 observa-se a quantidade de energia
elétrica gerada, consumida e excedente relacionada a cada processo.
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Tabela 2 Diferentes tipos de resíduos gerados no tratamento de RSU (kg/t RSU) nos dois casos:
sem e com addicão de 10% lodo( DA= Degradacão Anaeróbica).
Tratamento
Aterro sanitário
Incineracão
Sem lodo (kg/ton RSU)
BioCinzas,
Chorume
sólidos lodo etc.
1150
37
TMB (AD+
Aterro sanitário)
Com lodo (10%) (kg/ton RSU)
BioCinzas,
Chorume
sólidos
lodo etc.
1150
0.036
49
96
39
86
Tabela 3 Energia elétrica gerada nos diferentes tratamentos / disposição / cenários (AS=Aterro
sanitário; DA= Degradacão Anaeróbica).
1
Energia elétrica (kWh/t RSU)
Consumido
Gerado (Total)
Excedente
9,61
144,5
134,9
2
180,2
343,1
162,9
Tratamento / Disposição
RSU
Lodo
Aterro sanitário
Incineracão
100%
100%
0%
0%
TMB (DA+AS)
100%
0%
47,73
Aterro sanitário
Incineração
90%
90%
10%
10%
9,61
180,22
TMB (DA+AS)
90%
10%
45,53
145,1 (DA)+
84,2 (AS)
228,2 (Total)
131,4
315,3
140,4 (DA)+
78,2 (AS)
218,6 (Total)
180,5
121,8
135,1
173,1
CENBIO, 2009; SYSAV, 2010.
Aarhus Incineration Plant, Denmark (KIRKEBY et al., 2006)
3
PIRES et al. 2011; KARPALUND, 2010; TAMM e OSSIANSSON, 2009
2
De acordo com os resultados apresentados na Tabela 3, observa-se que a incineração é a
alternativa de tratamento de RSU que gera a maior quantidade de energia elétrica no cenário b
(90% RSU e 10% lodo), embora tenha o maior consumo de energia no processo de tratamento
nos dois cenários. Além disso, de acordo com a mesma tabela. o TMB é a alternativa com a
maior produção de energia elétrica excedente para a rede, considerando os dois cenários (com e
sem lodo). A partir do inventário de ciclo de vida elaborado para as tecnologias e cenários, foi
realizado um estudo de caracterização dos impactos ambientais, nos quais foram analisadas seis
categorias de impactos (não tóxicas) para as três tecnologias em questão. A Figura 1 apresenta
as emissões relacionadas às categorias de impactos para o cenários sem a consideração do lodo,
e a Figura 2 apresenta os resultados, com a consideração do lodo.
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Figura 1. Emissões relacionadas às categorias de impacto (não-tóxicas). Cenário (a) RSU 100%.
Figura 2. Emissões (não tóxicas). Cenário (b) RSU 90% e lodo 10%.
Primeiramente, é possível concluir a partir das Figuras 1 e 2, que não há diferenças
significativas entre os cenários que consideram ou não o lodo de ETE. Além disso, para as
categorias de esgotamento de recursos e destruição de ozônio estratosférico, não houve
contribuição significativa para as 3 tecnologias. Considerando os impactos analisados, observase que a única categoria que as 3 tecnologias contribuem simultaneamente é em relação às
mudanças climáticas, sendo que nesta o TMB obteve a menor contribuição, enquanto que o
aterro sanitário obteve a maior. Além desta categoria, o aterro sanitário obteve o pior
desempenho para: acidificação, eutrofização e formação de ozônio fotoquímico. Observa-se que
o melhor desempenho está relacionado com a tecnologia de incineração. No caso da formação
de ozônio fotoquímico, para a incineração os resultados indicam emissões evitadas, enquanto
que para aterro e TMB há contribuição para impacto ambiental, relacionados principalmente as
emissões de metano. Por fim, deve-se considerar que o tratamento dos resíduos secundários
gerados pela incineração não foram incluídos nesse estudo, sendo que deveriam ser
considerados como forma de análise de sensibilidade indicando os impactos referentes às
fronteiras dos sistemas. Além disso, para ampliação da análise as categorias tóxicas também
devem ser consideradas na continuação deste trabalho.
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5. Conclusão
A partir da comparação entre as três alternativas para tratamento e disposição de RSU concluise que a produção de energia elétrica (em kWh/tonelada RSU) pode variar entre 145 (para aterro
sanitário), 228 (TMB) e 343 (incineracão). Considerando o cenário (b), quando ocorre a mistura
de 90 de RSU e 10% de lodo, a geração de energia diminui em 4, 10 e 17% (TMB, aterro
sanitário e incineração, respectivamente). No entanto, a incineração é a alternativa que exige
maior consumo de energia, sendo o TMB considerado como a alternativa com a maior geracão
de energia excedente para a rede. Apesar do TMB acarretar menores emissões de GEE, a
incineração foi considerada a melhor alternativa, principalmente em relação à acidificacão,
eutrofizacão e formação de ozônio fotoquímico. Os resultados foram preliminares e é necessário
o refinamento dos dados e a consideração também das categorias de impactos tóxicas como:
toxicidade humana e ecotoxicidade.
Referências
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Biogás Proveniente do Tratamento de Resíduos Sólidos Urbanos para Geração de Energia Elétrica e
Iluminação a Gás. São Paulo, 2009.
EMAE. Empresa Metropolitana de Águas e Energia. Relatório de acompanhamento. Avaliação de Ciclo
de Vida (ACV) Comparativa entre Tecnologias de Aproveitamento Energético de Resíduos Sólidos
Urbanos. Projeto P&D EMAE/ANELL 0393-00611 (em andamento), 2011
EPE–Empresa de Pesquisa Energética. Avaliação Preliminar do Aproveitamento Energético dos Resíduos
Sólidos Urbanos de Campo Grande, MS. Nota DEN 06/08, Serie Recursos Energéticos, 2008
KARPALUND .Karpalund Biogas Plant. Environmental Report, Kristianstad, Sweden, 2010.
KIRKEBY, J.T. et al. Evaluation of environmental impacts from municipal solid waste management in
the municipality of Aarhus, Denmark. Waste Management and Research, 24, pp.16-26, 2006
LANTZ, M., EKMAN, A. E BÖRJESSON, P. Systems optimized production of vehicle gas – An
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MILJØSTYRELSEN. Impact categories, normalisation and weighting in LCA. Environmental News no.
78, Miljøstyrelsen, Copenhague, Dinamarca, 2005.
PATYK, A. E REINHARDT, G.A. Düngemittel – Energie- und Stoffstrombilanzen. (Fertiliser –
Energy and Material Flow Balances). Verlag Wieweg, Braunschweig/Weisbaden, 1997.
PIRES, A.;CHANG, N-B.;MARTINHO, G. Reliability-based life cycle assessment for future solid waste
management alternatives in Portugal. Int Journal of Life-cycle Assessment, 16, pp. 316-337, 2011
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SYSAV. SYSAV incineration and landfill facility, Environmental Report, Malmö, Sweden, 2010
TAMM, D.; OSSIANSSON, E. Konceptutredning
Biogasproduktion. Biomil AB, Lund, Sweden. , 2009.
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Biogasanläggningen
i
Västerås-