Estudo das externalidades do biogás na matriz energética do Brasil

Abstract

A agropecuária brasileira está entre as maiores do mundo, com destaque na produção de proteínas e de grãos. Para o tratamento dos resíduos orgânicos oriundos dessa enorme produção agropecuária é necessário adequar as técnicas produtivas brasileiras para o atendimento também da legislação ambiental. Nesse sentido, a digestão anaeróbia é atualmen te uma das opções mais consolidadas no Brasil e apresenta oportunidades diante de outras técnicas, como a compostagem e a produção de biogás. Este biocombustível pode ser purificado a biometano ou permitir a geração de hidrogênio verde, o que pode promover diversas oportunidades ao planejamento energético brasileiro. Essas oportunidades ou impactos decorrentes da utilização de fontes renováveis de energia podem ser internalizadas em análises econômicas mais aprofundadas que englobam também externalidades en volvidas. Na literatura, apesar de reconhecidas, as externalidades do biogás são pouco exploradas, em especial com relação à quantificação econômica. Nesta pesquisa foi proposta uma metodologia para quantificação de uma série de externalidades relacionadas à geração de energia elétrica por meio da queima do biogás. O valor econômico do conjunto de externalidades do biogás pode superar, em alguns casos, o valor da energia elétrica gerada por esse combustível. Avaliou -se também, comparativamente, o valor das externalidades da geração de energia elétrica por meio do biogás e de sistemas fotovoltaicos, demonstrando que as externalidades do biogás superam o valor econômico das de sistemas fotovoltaicos. Essas valiosas constatações reforçam a importância do aprimoramento das políticas públicas brasileiras de incentivo às fontes renováveis e do planejamento energético como um todo. Atualmente, no Brasil, incentiva-se igualmente a geração distribuída de energia de fontes renováveis, por meio de uma única tarifa net metering. Como forma de impulsionar o crescimento da produção de biogás no país, avaliaram-se, por meio de simulação, a produção mais automatizada de biogás e aspectos econômicos da implementação de sistemas de aquecimento com revolvimento e diferentes espessuras de isolamento em biodigestores do tipo lagoa coberta. Os resultados dessa simulação indicaram que em um biodigestor instalado na Zona da Mata mineira, na latitude de 20° 34’ 07,2’’ S, foi possível aumentar a produção de biogás em até cerca de 12%. Concluiu-se que, em climas mais frios do que o do local estudado, a viabilidade econômica dos sistemas simulados pode ser cerca de até 10 vezes maior. Tendo em vista as externalidades ambientais positivas do biogás e a pequena exploração do seu potencial de produção, avaliaram-se rotas e o potencial de produção dos seus derivados biometano e, ou, hidrogênio verde a partir de resíduos orgânicos da pecuária, produção vegetal e saneamento urbano. Essa avaliação apontou que o potencial brasileiro seria suficiente para substituir mais da metade da demanda dos combustíveis não renováveis do setor de transportes do país, que atualmente é o de maior demanda energética. Assim, nesta pesquisa foram evidenciados aspectos do planejamento energético como forma de permitir ao Brasil aumentar a renovabilidade energética em sua matriz, por meio do uso mais intensivo do biogás ou de seus derivados biometano e, ou, hidrogênio verde. Palavras-chave: Biodigestão. Energia renovável. Planejamento energético. Hidrogênio verde. Automação.Brazilian agriculture is among the largest in the world, with focus on the production of proteins and grains. To treat the organic waste arising from this enormous agricultural production, it is necessary to adapt the Brazilian production techniques so that it also complies with environmental legislation. In this sense, anaerobic digestion is currently one of the most consolidated alternatives in Brazil and presents opportunities compared to other techniques, such as composting and biogas production. This biofuel can be purified to biomethane or allow the generation of green hydrogen, which can promote several opportunities for Brazilian energy planning. These opportunities or impacts resulting from the use of renewable energy sources can be internalized in more in-depth economic analyses that also include involved externalities. In the literature, despite being acknowledged, the externalities of biogas are poorly explored, especially in relation to economic quantification. In this work, a methodology was proposed which allowed the quantification of a series of externalities related to the generation of electrical energy through the biogas burning. The economic value of the set of externalities of biogas can exceed, in some cases, the value of the electrical energy generated by this fuel. The value of the externalities of generating electrical energy through biogas and photovoltaic systems was also evaluated comparatively, demonstrating that the externalities of biogas exceed the economic value of those of photovoltaic systems. These valuable findings reinforce the importance of improving Brazilian public policies to encourage renewable sources and energy planning as a whole. Currently, in Brazil, the distributed generation of energy from renewable sources is also encouraged, through a single net metering tariff. As a way to boost the growth of biogas production in the country, the more automated production of biogas and the economic aspects of implementing heating systems with revolution and different thicknesses of insulation in covered lagoon -type biodigesters were evaluated through simulation. The results of this simulation indicated that in a biodigester installed in the forest zone in the state of Minas Gerais at a latitude of 20° 34' 07.2'' s, the biogas production was raised by up to around 12%. It was concluded that, in places whose climate is colder than the location in this work, the economic viability of the simulated systems can be up to 10 times greater. considering that the positive environmental externalities of biogas and the small exploitation of its production potential, routes and the production potential of its biomethane derivatives and/or green hydrogen from organic waste from livestock farming, vegetable production and urban sanitation were evaluated this assessment indicated that brazilian potential would be sufficient to replace more than half of the demand for non -renewable fuels in the country's transport sector, which currently has the highest energy demand. As a result, this work highlighted aspects of energy planning as a way to allow Brazil to increase energy renewability in its matrix, through the more intensive use of biogas or its biomethane derivatives and, or, green hydrogen. Keywords: Biodigestion. Renewable energy. Energy planning. Green hydrogen. Automation.La agropecuaria brasileña se encuentra entre las más grandes del mundo, destacándose en la producción de proteínas y granos. Para el tratamiento de los residuos orgánicos provenientes de esta enorme producción agropecuaria, es necesario adecuar las técnicas productivas brasileñas para cumplir también con la legislación ambiental. En este sentido, la digestión anaerobia es actualmente una de las opciones más consolidadas en Brasil y presenta oportunidades frente a otras técnicas, como el compostaje y la producción de biogás. Este biocombustible puede ser purificado a biometano o permitir la generación de hidrógeno verde, lo que puede promover diversas oportunidades en la planificación energética brasileña. Estas oportunidades o impactos derivados de la utilización de fuentes de energía renovables pueden ser internalizados en análisis económicos más profundos que también abarquen externalidades involucradas. En la literatura, a pesar de estar reconocidas, las externalidades del biogás son poco exploradas, especialmente en lo que respecta a la cuantificación económica. En esta investigación, se propuso una metodología para la cuantificación económica de externalidades relacionadas con la generación de energía eléctrica mediante la quema del biogás. El valor económico del conjunto de externalidades del biogás puede superar, en algunos casos, el valor de la electricidad generada por este combustible. También se evaluó comparativamente el valor de las externalidades en la generación de energía eléctrica mediante biogás y sistemas fotovoltaicos, demostrando que las externalidades del biogás superan el valor económico de las de sistemas fotovoltaicos. Estas valiosas constataciones refuerzan la importancia del perfeccionamiento de las políticas públicas brasileñas de incentivo a las fuentes renovables y de la planificación energética en su conjunto. Actualmente, en Brasil, se fomenta igualmente la generación distribuida de energía a partir de fuentes renovables, mediante una única tarifa de net metering (medición neta). Como una manera de impulsar el crecimiento de la producción de biogás en el país, se evaluaron, mediante simulación, la producción más automatizada de biogás y los aspectos económicos de la implementación de sistemas de calentamiento con mezclado y diferentes espesores de aislamiento en biodigestores del tipo laguna cubierta. Los resultados de esta simulación indicaron que en un biodigestor instalado en la Zona de la Mata Mineira, a una latitud de 20° 34' 07,2'' S, fue posible aumentar la producción de biogás en aproximadamente un 12%. Se concluye que, en climas más fríos que el del lugar estudiado, la viabilidad económica de los sistemas simulados puede ser hasta 10 veces mayor. Dadas las externalidades ambientales positivas del biogás y la escasa exploración de su potencial de producción, se evaluaron rutas y el potencial de producción de sus derivados, biometano y/o hidrógeno verde, a partir de residuos orgánicos de la pecuaria, producción vegetal y saneamiento urbano. Esta investigación señaló que el potencial brasileño sería suficiente para sustituir más de la mitad de la demanda de combustibles no renovables del sector de transporte del país, que actualmente es el de mayor demanda energética. Así, en esta investigación se destacaron aspectos de la planificación energética como una forma de permitir que Brasil incremente la renovabilidad energética en su matriz, mediante el uso más intensivo del biogás o de sus derivados, biometano y/o hidrógeno verde. Palabras clave: Biodigestión. Energía renovable. Planificación energética. Hidrógeno verde. Automatización.