the United States produces more than 70 million tons of organic waste each year. Embora a redução das fontes e a alimentação dos famintos sejam prioridades necessárias para reduzir os resíduos alimentares desnecessários, os resíduos orgânicos são numerosos e se estendem a fontes não comestíveis, incluindo estrume animal, resíduos agrícolas, águas residuais e resíduos alimentares não comestíveis. Quando estes resíduos são mal geridos, representam um risco significativo para o ambiente e para a saúde pública. Agentes patogénicos, químicos, antibióticos e nutrientes presentes nos resíduos podem contaminar as águas superficiais e subterrâneas através do escoamento ou da lixiviação para os solos. O excesso de nutrientes causa florescimento de algas, prejudica a vida selvagem e infecta a água potável. A água potável com níveis elevados de nitratos está ligada ao hipertiroidismo e à síndrome do bebé-azul. Os serviços municipais de abastecimento de água tratam a água potável para remover nitratos, mas é dispendioso fazê-lo.os resíduos orgânicos também geram grandes quantidades de metano à medida que se decompõem. O metano é um poderoso gás com efeito de estufa que prende o calor na atmosfera de forma mais eficiente do que o dióxido de carbono. Dadas as mesmas quantidades de metano e dióxido de carbono, o metano absorverá 86 vezes mais calor em 20 anos do que o dióxido de carbono. Para reduzir as emissões de gases com efeito de estufa e o risco de poluição para as vias navegáveis, os resíduos orgânicos podem ser removidos e utilizados para produzir biogás, uma fonte de energia renovável. Ao deslocar os combustíveis fósseis, o biogás cria novas reduções de emissões, às vezes resultando em sistemas negativos de carbono. Apesar dos inúmeros benefícios potenciais da utilização de resíduos orgânicos, incluindo proteção ambiental, investimento e criação de emprego, os Estados Unidos atualmente só tem 2.200 sistemas operacionais de biogás, representando menos de 20 por cento do potencial total.o que é o biogás?

biogás é produzido após materiais orgânicos (Produtos vegetais e animais) serem decompostos por bactérias em um ambiente livre de oxigênio, um processo chamado digestão anaeróbica. Os sistemas de biogás usam digestão anaeróbica para reciclar esses materiais orgânicos, transformando-os em biogás, que contém energia (gás), e valiosos produtos do solo (líquidos e sólidos).

Figure 1: Anaerobic digestion process (Graphic by Sara Tanigawa, EESI).

a digestão anaeróbica já ocorre na natureza, aterros e alguns sistemas de manejo de estrume animal, mas pode ser otimizada, controlada e contida usando um digester anaeróbico. Biogás contém cerca de 50-70 por cento de metano, 30-40 por cento de dióxido de carbono, e quantidades vestigiais de outros gases. O material digerido líquido e sólido, chamado digestado, é frequentemente usado como uma emenda do solo.

Figura 2: Operacional de sistemas de biogás nos Estados Unidos continental (Cortesia: American Biogás Conselho)

Alguns resíduos orgânicos são mais difíceis de quebrar em um digestor do que outros. Os resíduos alimentares, gorduras, óleos e graxas são os resíduos orgânicos mais fáceis de decompor, enquanto os resíduos animais tendem a ser os mais difíceis. A mistura de vários resíduos no mesmo digestor, referido como co-digestão, pode ajudar a aumentar a produção de biogás. Digestores mais quentes, normalmente mantidos entre 30 e 38 graus Celsius (86-100 Fahrenheit), também pode ajudar a quebrar os resíduos mais rapidamente.após a captura do biogás, ele pode produzir calor e eletricidade para uso em motores, microturbinas e células de combustível. O biogás também pode ser atualizado em biometano, também chamado de gás natural renovável ou RNG, e injetado em gasodutos de gás natural ou usado como combustível de Veículo.

os Estados Unidos atualmente tem 2.200 sistemas operacionais de biogás em todos os 50 estados, e tem o potencial de adicionar mais de 13.500 novos sistemas.

os benefícios do biogás

o biogás armazenado pode fornecer uma fonte limpa, renovável e confiável de energia de base no lugar do carvão ou gás natural. A potência de base é produzida de forma consistente para satisfazer as exigências mínimas de potência; energia de base renovável pode complementar as energias renováveis mais intermitentes. Similar ao gás natural, o biogás também pode ser usado como uma fonte de energia de pico que pode ser rapidamente aumentada. A utilização de biogás armazenado limita a quantidade de metano libertado na atmosfera e reduz a dependência dos combustíveis fósseis. A redução das emissões de metano resultante da exploração de todo o potencial biogás nos Estados Unidos seria igual às emissões anuais de 800.000 a 11 milhões de veículos de passageiros. Com base em uma avaliação de resíduos para rodas, o gás natural comprimido derivado do biogás reduz as emissões de gases de efeito estufa em até 91 por cento em relação à gasolina de petróleo.Nova York gasta cerca de US $ 400 milhões a cada ano para transportar 14 milhões de toneladas de resíduos para incineradores e aterros. Desviar esses resíduos para digestão anaeróbica transformaria um custo em uma oportunidade, gerando receitas da produção de energia e co-produtos.fonte: New York Times, June 2, 2017

In addition to climate benefits, anaerobic digestion can lower costs associated with waste remediation as well as benefit local economies. Construir os 13.500 sistemas de biogás potenciais nos Estados Unidos poderia adicionar mais de 335.000 empregos temporários de construção e 23.000 empregos permanentes. A digestão anaeróbica também reduz os odores, patógenos e o risco de poluição da água dos resíduos animais. Digestato, o material restante após o processo de digestão, pode ser usado ou vendido como fertilizante, reduzindo a necessidade de fertilizantes químicos. O Digestate também pode fornecer receitas adicionais quando vendido como cama de gado ou alterações do solo.

matérias-primas para a produção de biogás

resíduos alimentares

cerca de 30% do abastecimento alimentar mundial é perdido ou desperdiçado a cada ano. Só em 2010, os Estados Unidos produziram cerca de 133 bilhões de libras (66,5 milhões de toneladas) de resíduos alimentares, principalmente dos setores residenciais e comerciais de alimentos. Para lidar com esses resíduos, a hierarquia de recuperação de alimentos da EPA prioriza a redução de fontes, em seguida, usando alimentos extras para combater a fome; alimentos para animais ou produção de energia são uma prioridade menor. Os alimentos devem ser enviados para aterros como último recurso. Infelizmente, os resíduos alimentares constituem 21 por cento dos aterros dos EUA, com apenas 5 por cento dos resíduos alimentares sendo reciclados em correctivos de solo ou fertilizantes. A maior parte destes resíduos é enviada para aterros, onde produz metano à medida que se decompõe. Enquanto os aterros podem capturar o biogás resultante, o aterro de resíduos orgânicos não oferece nenhuma oportunidade de reciclar os nutrientes a partir da fonte de material orgânico. Em 2015, a EPA e a USDA estabeleceram metas para reduzir a quantidade de resíduos alimentares enviados para aterros em 50 por cento até 2030. Mas mesmo que este objectivo seja alcançado, haverá excesso de alimentos que terão de ser reciclados. O potencial energético é significativo. Como apenas um exemplo, com 100 toneladas de resíduos alimentares por dia, a digestão anaeróbica pode gerar energia suficiente para alimentar 800 a 1.400 casas por ano. Gordura, óleo e gordura coletados da indústria de serviços alimentares também podem ser adicionados a um digestor anaeróbico para aumentar a produção de biogás.

gases de aterro

aterros são a terceira maior fonte de emissões humanas de metano nos Estados Unidos. Os aterros contêm as mesmas bactérias anaeróbias presentes num digestor que decompõem materiais orgânicos para produzir biogás, neste caso gás de aterro (LFG). Em vez de permitir que LFG escape para a atmosfera, ele pode ser coletado e usado como energia. Atualmente, projetos da LFG em todos os Estados Unidos geram cerca de 17 bilhões de quilowatts-hora de eletricidade e entregam 98 bilhões de pés cúbicos de LFG para gasodutos naturais ou diretamente para os usuários finais a cada ano. Para referência, a casa média dos EUA em 2015 usou cerca de 10.812 quilowatts-hora de eletricidade por ano.

Resíduos animais

Figura 3: número Atual de funcionamento e o potencial de sistemas de biogás nos Estados Unidos pela matéria-prima. Uma vaca leiteira de 1000 libras produz uma média de 80 libras de estrume por dia. Este estrume é frequentemente armazenado em tanques de retenção antes de ser aplicado nos campos. Não só o estrume produz metano à medida que se decompõe, como também pode contribuir para o excesso de nutrientes nas vias navegáveis. Em 2015, a gestão de estrume animal contribuiu com cerca de 10 por cento de todas as emissões de metano nos Estados Unidos, mas apenas 3 por cento dos resíduos de gado é reciclado por digestores anaeróbicos. Quando o estrume animal é usado para produzir biogás, a digestão anaeróbica pode reduzir as emissões de gases de efeito estufa, reduzir odores e reduzir até 99 por cento dos agentes patogénicos do estrume. A EPA estima que existe o potencial para 8.241 sistemas de biogás de gado, que juntos poderiam gerar mais de 13 milhões de megawatts-horas de energia a cada ano.

tratamento de águas residuais

muitas estações de tratamento de águas residuais (ETAR) já têm no local digestores anaeróbicos para tratar lamas de depuração, os sólidos separados durante o processo de tratamento. No entanto, muitas ETAR não têm o equipamento para usar o biogás que produzem, e em vez disso lançá-lo. Das 1.269 estações de tratamento de águas residuais que utilizam um digestor anaeróbico, apenas cerca de 860 utilizam o seu biogás. Se todas as instalações que atualmente utilizam digestão anaeróbica-tratar mais de 5 milhões de galões por dia—fossem instalar uma instalação de recuperação de energia, os Estados Unidos poderiam reduzir as emissões anuais de dióxido de carbono em 2,3 milhões de toneladas métricas-o que equivale às emissões anuais de 430 mil veículos de passageiros.os resíduos de culturas podem incluir caules, palha e aparas de plantas. Alguns resíduos são deixados no campo para reter o teor orgânico do solo e a umidade, bem como prevenir a erosão. No entanto, os rendimentos mais elevados das culturas aumentaram a quantidade de resíduos e a remoção de uma parte destes pode ser sustentável. As taxas de colheita sustentáveis variam de acordo com a lavoura cultivada, o tipo de solo e os fatores climáticos. Levando em conta as taxas de colheita sustentáveis, o Departamento de Energia DOS EUA estima que existem atualmente cerca de 104 milhões de toneladas de resíduos de culturas disponíveis a um preço de US $60 por tonelada seca. Os resíduos de culturas são normalmente Co-digeridos com outros resíduos orgânicos porque o seu elevado teor de lignina torna difícil a sua decomposição.biogás e digestato em bruto, com pouco ou nenhum processamento, biogás pode ser queimado no local para aquecer edifícios e caldeiras ou até mesmo o próprio digestor. O biogás pode ser usado para operações combinadas de calor e energia (CHP), ou biogás pode simplesmente ser transformado em eletricidade usando um motor de combustão, célula de combustível ou Turbina a gás, com a eletricidade resultante sendo usada no local ou vendida na rede elétrica.digestato é o material sólido ou líquido rico em nutrientes que permanece após o processo de digestão.; contém todos os nutrientes reciclados que estavam presentes no material orgânico original, mas numa forma mais prontamente disponível para plantas e construção do solo. A composição e o teor de nutrientes do digestato dependem da matéria-prima adicionada ao digestor. O digestato líquido pode ser facilmente aplicado em pulverização em fazendas Como fertilizante, reduzindo a necessidade de comprar fertilizantes sintéticos. Digestado sólido pode ser usado como material de cama para animais ou compostado com processamento mínimo. Recentemente, a indústria de biogás tomou medidas para criar um programa de certificação digestado, para garantir a segurança e controle de qualidade do digestate.

com sistemas de biogás, centrais leiteiras, fazendas e indústria pode reduzir os custos operacionais usando seus próprios resíduos orgânicos para alimentar seus equipamentos e edifícios. Fair Oaks Dairy em Indiana produz 1,2 milhões de pés cúbicos de biogás por dia com estrume de 9.000 vacas leiteiras. Parte do biogás é atualizado para GNC e usado para fornecer energia para reboques entregando leite para instalações de processamento de Fair Oaks, reduzindo a sua utilização de combustível diesel em 1,5 milhões de galões por ano.

fonte: EPA. gás natural renovável (RNG), ou biometano, é biogás que tem sido refinado para remover dióxido de carbono, vapor de água, e outros gases residuais, de modo que ele cumpre os padrões da indústria de gás natural. O RNG pode ser injetado na rede de gás natural existente (incluindo gasodutos) e utilizado indistintamente com o gás natural convencional. O gás Natural (convencional e renovável) fornece 26 por cento da eletricidade dos EUA, e 40 por cento do gás natural é usado para produzir eletricidade. O restante do gás natural é utilizado para fins comerciais (aquecimento e cozedura) e para fins industriais. RNG tem o potencial de substituir até 10 por cento do gás natural usado nos Estados Unidos.Gás Natural Comprimido e gás Natural liquefeito tal como o gás natural convencional, o RNG pode ser utilizado como combustível para veículos Depois de ser convertido em gás natural comprimido (GNC) ou gás natural liquefeito (GNL). A economia de combustível dos veículos movidos a GNC é comparável à dos veículos a gasolina convencional e pode ser usado em veículos leves a pesados. GNL não é tão amplamente utilizado como GNC porque é caro tanto para produzir e armazenar, embora sua maior densidade faz GNL um melhor combustível para veículos pesados que viajam longas distâncias. Para aproveitar ao máximo os investimentos em infraestrutura De Abastecimento, GNC e GNL são mais adequados para veículos da frota que retornam a uma base para reabastecimento. O Laboratório Nacional de Energia Renovável estimativas RNG poderia substituir cinco por cento do gás natural usado para produzir eletricidade e 56 por cento do gás natural usado para produzir combustível veículo.

Federal Policies Supporting the Biogas Industry

The Renewable Fuel Standard

A Renewable Fuel Standard (RFS) foi criado pelo Congresso como parte do Energy Policy Act de 2005. A RFS requer a mistura de combustíveis renováveis no fornecimento de combustível de transporte dos EUA. Atualmente cerca de 10 por cento do fornecimento de gasolina é fornecido por combustível renovável, principalmente etanol. O RF fixa os volumes de combustível para uma variedade de categorias de combustível: diesel à base de biomassa, biocombustível avançado, biocombustível celulósico e combustível renovável como um todo. Cada categoria tem uma redução mínima exigida dos gases com efeito de estufa.biogás aprovado pela EPA como matéria-prima celulósica elegível ao abrigo da RFS em 2014. Os biocombustíveis celulósicos devem ser 60 por cento menos gás de efeito estufa-intensivo do que a gasolina. Atualmente, a maioria dos volumes de combustível celulósico estão sendo atendidos através do uso de RNG como combustível de Veículo. A conformidade com a RFS é rastreada através de números de identificação renováveis (RINs) que podem ser negociados, e RINs para biocombustíveis celulósicos podem ganhar RNG produtores de US $40/MMBtu (a partir de setembro de 2017). De acordo com os produtores de biogás, os Fe tornaram-se um importante motor de investimento na indústria.como parte da aprovação do biogás, a EPA atualizou a RFS para permitir que a eletricidade derivada do biogás utilizada como combustível de veículos se qualificasse para as RINs, ou “e-RINs”.”No entanto, a partir de 2017, a EPA não aprovou qualquer pedido do produtor para começar a gerar e-RINs, apesar da produção de biogás já exceder a demanda de eletricidade de transporte atual.

The Farm Bill

Programs under the Farm Bill’s Energy Title (IX) have been crucial for growth in the biogas industry. De acordo com o Farm Bill de 2014, o programa de Bioenergia da USDA para biocombustíveis avançados fornece pagamentos aos produtores para promover a produção de biocombustíveis avançados refinados a partir de fontes diferentes do amido de milho. O programa atualmente recebe US $ 15 milhões por ano em financiamento obrigatório com us $ 20 milhões disponíveis por ano em financiamento discricionário até 2018.

com a ajuda de mais de US $500.000 em doações e empréstimos, Pennwood Farms foi capaz de instalar um digester anaeróbico em 2011. A roupa de cama Feita a partir de digestato economiza a fazenda Cerca de US $60.000 por ano em custos de cama, e resíduos de 600 vacas leiteiras da fazenda produz mais do que a eletricidade suficiente para atender às necessidades no local.fonte: O programa energia Rural para a América (REAP) fornece subsídios e garantias de empréstimos para os produtores agrícolas e pequenas empresas rurais para promover a produção de energia renovável e melhorias na eficiência energética. O programa tem financiamento obrigatório de US $ 50 milhões por ano até 2018, e US $100 milhões disponíveis em fundos discricionários.a iniciativa de pesquisa e desenvolvimento de biomassa é um programa conjunto entre o USDA e o DOE. Com US $ 3 milhões em financiamento obrigatório até o ano fiscal de 2017 e US $ 20 milhões em financiamento discricionário até o ano fiscal de 2018, O Conselho de pesquisa e desenvolvimento de biomassa concede doações, contratos e assistência financeira para projetos que estimulam a pesquisa e desenvolvimento de biocombustíveis e produtos bio-baseados. No entanto, estes programas têm consistentemente visto reduções no financiamento através do processo de dotações.

outros programas da Agência

AgSTAR é um programa conjunto entre a EPA, USDA e DOE. O programa promove o uso de digestores anaeróbicos em fazendas pecuárias para reduzir as emissões de metano dos resíduos animais. O programa AgSTAR apoia o planejamento e implementação de projetos de digester anaeróbicos, e inclui parceiros estatais e não-governamentais.

O Programa de recolha de metano em aterro da EPA (LMOP) incentiva a indústria de resíduos a recuperar e utilizar o biogás gerado a partir de resíduos orgânicos em aterros sanitários. A LMOP forma parcerias com comunidades, serviços públicos, proprietários de aterros e outras partes interessadas para fornecer assistência técnica e buscar financiamento para projetos de biogás em aterros sanitários.

conclusão

Sistemas de biogás transformam o custo da Gestão de resíduos em uma oportunidade de receita para as fazendas, fábricas de lacticínios e indústrias americanas. A conversão de resíduos em eletricidade, calor ou combustível para veículos fornece uma fonte de energia renovável que pode reduzir a dependência de importações de petróleo estrangeiro, reduzir as emissões de gases com efeito de estufa, melhorar a qualidade ambiental, e aumentar os empregos locais. Os sistemas de biogás também oferecem uma oportunidade de reciclar nutrientes no fornecimento de alimentos, reduzindo a necessidade de fertilizantes petroquímicos e minados.os sistemas de biogás são uma solução de gestão de resíduos que resolve múltiplos problemas e cria múltiplos benefícios, incluindo fluxos de receita. Os Estados Unidos atualmente têm o potencial de adicionar 13.500 novos sistemas de biogás, proporcionando mais de 335.000 empregos de construção e 23.000 empregos permanentes. No entanto, para atingir todo o seu potencial, a indústria necessita de um apoio político coerente. Financiamento confiável de Programas de Título de energia Farm Bill e um padrão de combustível renovável forte incentivar o investimento e a inovação na indústria de biogás. Se os Estados Unidos pretendem diversificar o seu abastecimento de combustível e tomar medidas contra as alterações climáticas, devem considerar fortemente os muitos benefícios do biogás.