Esgotos Sanitários – Uma novo estudo publicado recentemente descobriu que uma estimativa feita em 2004, avaliando a capacidade de Esgotos Sanitários ou águas residuais como fonte de produção de eletricidade, substimou em muito o potencial dos esgotos sanitários para produzir energia.
Graças a isto, até o momento muitas setores que trabalham na produção de energia renovável têm desconsiderado e descartado Esgotos Sanitários como matéria-prima para produção de combustíveis.
Sabemos que populações que vivem em países que usam sanitários ou toiletes com descarga produzem diariamente uma enorme quantidade de águas residuais.
Dados mostram que residências americanas chegam a despejar em média 800 litros de água por dia enquanto os países emergentes ficam em torno de 150-300 litros/dia.
Essa água ou Esgotos Sanitários, em grande parte ricas em excrementos, está cheia de compostos orgânicos que armazenam em suas ligações químicas energia potencial que pode ser transformada, extraida e utilizada como fonte energética.
Como temos mostrados os post anteriores, vários métodos podem ser aplicados para colhêr esta energia, por exemplo, podemos extrair o metano através da digestão anaeróbica (sem oxigênio), gaseificar através de plasmalysis ou pirólisis, ou produzir eletricidade usando células de combustível microbiano, entre outros.
Nos últimos anos um número crescente de pesquisas têm sido dedicada ao desenvolvimento e aperfeiçoasmento desses métodos. Avanços e otimizações de como melhor aproveitar o poder energético dos esgotos poderiam ajudar a estações de tratamento sanitários a produzir energia suficiente para atender todas as suas próprias necessidades e ainda servir como uma fonte de combustível para a população.
Esgotos Sanitários – Quanta Energia Disponível Existe nos Compostos Orgânicos dos Esgotos?
Mas a questão fundamental a ser endereçada é quanto energia disponível ou em potencial existe nas ligações químicas dos compostos orgânicos presentes nos esgotos?
O estudo citado no início deste post e publicado recentemente na revista Environmental Science & Technology mostra que praticamente os esgotos contém muito mais energia do que se pensava anteriormente.
Elizabeth Heidrich, uma estudante de PhD na Universidade de Newcastle, na Inglaterra é a autora deste novo estudo baseado nas células de combustível microbiano que utilizam dispositivos que geram corrente elétrica através da captura de elétrons livres, a proporção que as bactérias decompõem a matéria orgânica em águas residuais.
Quando ela estava preparando seu projeto de pesquisa de doutorado, ela decidiu determinar a quantidade de energia que os esgotos poderiam fornecer. Para supresa da pesquisadora, esta que seria uma pergunta óbvia para todos que trabalham no setor, quase que ninguem tinha respondido antes.
Heidrich encontrou apenas um estudo, publicado em 2004, que tentou responder à questão. Os autores desta pesquisa testaram uma amostra de esgoto bruto municipal coletado de uma estação de tratamento de Toronto-Canada.
Por calorimetria (medição da absorção de calor e de emissões) eles calcularam que a energia química interna armazenada nos compostos orgânicos da amostra tem um potencial de produzir 630 kilojoules (0.16 kilowatts horas) por cada 100 litros de esgotos processados.
Eles também correlacionaram a quantidade de energia encontrada na amostra com sua demanda química de oxigênio (COD), uma comum medida indireta para determinar os compostos orgânicos dissolvidos.
Com base nessa correlação, os cientistas do estudo de 2004 estimaram que em todos os esgotos produzidos no mundo em 2004 pelas 6,8 bilhões de pessoas do planeta podiam prover uma oferta contínua de energia na magnitude de 70 a 140 gigawatts hora. (por exemplo, a usina de Itaípu produz no pico cerca de 12 gigawatts por hora, mas a produção normal é de 6,8 GW hora).
Mas os resultados deste estudo, o qual foi citados várias vezes na literatura científica mundial de célula de combustível microbiana, pode ter substimado em 2 a 3 vezes menos o verdadeiro potencial de fornecimento contínuo de energia usando esgotos como matéria prima, segundo o estudo atual.
Esgotos Sanitários – Método de Heidrich versus Estudo de Toronto em 2004
Heidrich acrescenta que antes que uma amostra possa ser testada em um calorímetro, a mesma tem que ser seca, e neste caso os autores para secarem sua amostra, deixaram-a durante a noite em um forno aquecido a 103 graus Celsius.
Aí entra um ponto muito importante nestes cálculos e descobertas. É do conhecimento geral que os pontos de ebulição de vários líquidos orgânicos, incluindo o metanol, etanol e ácido fórmico, presentes no esgoto são inferiores a 103 graus.
A autora percebeu que que não haveria estes compostos na amostra seca devido a evaporação a essa temperatura. Em outras palavras, esta perda significaria que os autores de Toronto não contabilizaram toda a energia contida na amostra, mas tão somente uma pequena parte dela.
Deste modo, em vez de basear nos estudos de 2004, Heidrich e seus colegas coletaram suas próprias amostras vindas de uma unidade que trata esgotos domésticos e outras de uma instalação que trata água residual mista contendo produtos químicos eliminados pelas instalações industriais.
Em vez de usar um forno, eles liofilizaram (congelaram e secaram) as amostras antes de testá-las em um calorímetro. Eles descobriram que a amostra industrial contém um potencial de cerca de 1680 kilojoules (0,44 kilowatts horas) por cada100 litros de esgotos ou quase três vezes mais do que se pensava anteriormente.
Talvez o mais importante que este estudo revelou, considerando que as amostras de águas residuais são altamente variáveis, é que a demanda química de oxigênio (COD), comumente utilizada para medir energia contida nos efluentes sanitátios, na verdade não se correlaciona com teor energético e, portanto, não é uma medida confiável para determinação do potencial energético contido nos esgotos.
Se os autores tivessem usado a mesma metodologia de cálculo empregada no estudo de 2004, eles teriam encontrado apenas cerca de metade ou menos da energia contida em cada uma das suas amostras.
Esgotos Sanitários – Perpectivas da Utilização de Esgotos na Produção Sustentável de Energia
Assim, a conclusão mais provável é que os esgotos contém, na realidade, muito mais energia disponível do que pensávamos antes. Isto abre uma nova perpectivas da utilização destes resíduos na produção sustentável de energia.
Acrecente-se a isto o fato de que o método utilizado por Heidrich e sua equipe tem também suas limitações: a etapa de congelamento-secagem leva semanas, por isso não pode ser usado como um método de teste de rotina.
Isto é, embora o processo preserve a matéria orgânica mais do que a estufa, ainda faz com que algumas moléculas energéticas sejam perdidas.
Não obstante das limitações, como salienta a autora, os resultado do estudo têm implicações imediatas no realidade mundial energético. Até agora águas residuais domésticas são vistas na sua maioria como algo do que não se pode obter energia, por isso não vale a pena o esforço.
Porém isto deve mudar completamente. Imaginemos a contribuição energetica que podem dar as megas, grandes, médias e pequenas estações de tratamentos de esgotos das cidades dos países em desenvolvemento transformando esgotos em energia, sem citarmos a imensa ajuda ambientalmente sustentável que dariámos aos nossos recursos aquáticos.
Por exemplo, dados de 2009 da SABESP (Companhia de Saneamento Básico do Estado de São Paulo, Brasil) mostram que o estado de São Paulo recebe 42 mil litros por segundo de esgotos ou seja a impresionante quantidade de cerca de 1,3 trilhões de litros anualmente.
Desse total, são processados 28 mil litros por segundo, que vão para estações de tratamento. Os 33% restantes param em rios e córregos. São Caetano do Sul, por exemplo, recolhe todo os esgotos e trata cerca de 80%. A vizinha São Bernardo do Campo coleta menos de 78% dos esgotos gerados e trata somente 14% do total coletado.
Se fizermos um cálculo aproximado baseados nos resultados deste estudo, podemos estimar usando os dados de esgotos mistos que somente as águas residuais que a SABESP recebe têm o potencial de produzir 679 megawatts por hora ou 5.948 gigawatts de eletricidade por ano se fossem totalmente aproveitados e transformados em energia.
O mais importante, temos tecnologia e know-how para transformar-processar esgotos e lixos em eletricidade sem nenhum impacto na natureza e sem necessidade de lixões, aterros sanitários ou convencionais estações de tratamentos de esgotos. Qualquer informação adicional, mande-nos uma mensage nos coments ou na página de contatos.
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